Электровелосипед: сборка

После закупки всего, я приступил к сборке. Первым делом, нужно засунуть аккумулятор в раму велосипеда. Так как у меня уже есть 3д принтер, я решил что было бы неплохо распечатать корпус. Я уже представлял как круто это будет смотреться. И просто и быстро и искать ничего не нужно. Но не тут то было.

Обмер рамы

Перед тем как рисовать чертеж корпуса аккумулятора, нужно было снять размеры рамы. Естественно, сделать это рулеткой с достаточной точностью невозможно, тем более, что трубы не прямые, а прогнуты. На глаз этого прогиба не видно, но он там есть.

Я пытался вырезать шаблон из картона, но ничего хорошего не получалось — он гнулся и не давал сделать форму рамы с достаточной точностью.

Затем, я пытался сделать форму рамы с помощью проволоки. И, тоже ничего не получилось — проволока, даже толстая не держала форму рамы достаточно хорошо. В итоге, все получилось хорошо измерить с помощью пенопласта высокой плотности.

Чертеж корпуса

После того, как рама была обмеряна, нужно было начертить чертеж корпуса. Я долго тыкался в Solidworks, но моих знаний явно не хватало, чтобы нарисовать его именно так как мне хотелось. Я попросил брата помочь мне, и, о чудо, через неделю чертеж корпуса был у меня и началась печать.

Кстати, мой брат — профессиональный 3d-моделлер. Если вам нужно что-то, нарисовать, велкам в личку randmax , а вот тут можно глянуть его портфолио.

Печать

Чтобы корпус занимал как можно меньше места в раме, я печатал его хитро — та часть которая находится под трубой напечатана со 100% заполнением, а то, что выше трубы — с 20% заполнением. Толщина корпуса под трубой — 3мм. Естественно, все печаталось из кусочков. которые могут влезть в принтер.

Печатался корпус очень долго. Я уже проклял все на свете что взялся за печать, десять раз хотел использовать другие технологии чтобы сделать корпус. Кроме того, было не известно — развалится ли корпус. Я не видел чтобы кто-то печатал такие корпуса, поэтому, это был своего рода эксперимент. Но, все-таки, оно допечаталось! Вот, к примеру, кусочек корпуса:



Дальше я решил, что сделаю чтобы вел ездил хоть как-то, а потому буду думать над корпусом дальше.

Выбор мотор-колеса

Изначально я планировал поставить тяговое мотор-колесо фирмы «электра» и задрать напряжение питания до 60в, чтобы оно могло выдавать большую скорость. Это колесо отличается тем, что имеет большой диаметр, и, соответственно, большой момент. Но с большим диаметром оказалась связанна и главная проблема — в 26 обод его можно заспицевать только радиальной спицовкой, то есть, «солнышком».

У спицовки солнышком есть куча недостатков — в частности, нагрузка в любой момент приходится только на две спицы, что грозит повреждением обода, дисковые тормоза не могут нормально работать из-за того, что согнуть спицы проще чем растянуть.

Вообщем, в последний момент я решил отказаться от этого мотора и купил скоростной двигатель от evel, уже заспицованный в обод MTX39, что сняло лютую часть геморроя по выбору спиц и, собственно, спицеванию колеса.



Да, тут стоит объяснить, что одно и то-же мотор-колесо может продаваться в разных вариантах. Обычно, ограничиваются двумя — тяговое и скоростное, но бывают и такие варианты, когда производитель прямо предлагает выбрать количество витков провода на статоре. Едут эти колеса абсолютно одинаково, просто в скоростные нужно вкачивать больше тока при меньшем напряжении, при этом увеличиваются потери на проводах, но, снижается необходимое напряжение.

Еще есть такое явление связанное с напряжением и витками мотора — когда велосипед едет накатом или от педалей, двигатель работает как генератор. Так вот, если напряжение этого генератора превышает напряжение питания батареи, открываются паразитные диоды в транзисторах контроллера, и, двигатель начинает заряжать батарею и тормозить велосипед. Таким образом, у электровелосипеда есть некая максимальная скорость движения накатом.

Так как поменялся мотор, пришлось поменять и напряжение питания с 60В до 48В. К счастью, 48В — штатное напряжение для евеловского контроллера, и его не пришлось переделывать, чему я тоже рад.

Напряжение аккумуляторов, в электротранспорте принято считать с шагом в 12 вольт. Но, литий-ионные батареи можно собрать с шагом 3.6 вольт. Таким образом, напряжению 48В соответствует две конфигурации батареи — 13S (46.8 В) и 14S (50.4 В).

На форумах я нашел, что для моего колеса максимальная скорость примерно равна 52 км/ч для батареи 13S, я решил что этого маловато для движение со спусков и выбрал батарею 14S.

Переделка зарядки и BMS от greentime

К счастью, это оказалось не сложно. С помощью гугл-кунгфу, я нашел схему своей BMS:


И, стало понятно, что чтобы переделать ее с 16S до 14S достаточно выпаять вот эти резисторы в двух каналах:


К сожалению, диапазона регулировки моей зарядки не хватило. чтобы подстроить ее на нужное напряжение, поэтому я нашел схему зарядки почти как у меня:


И поменял выводной резистор c 3.9к до 3.3к. И настроил зарядку на 57.4в, что соответствует 4.1в/ячейку. Такая недозарядка должна значительно продлить жизнь аккумулятору.

Сборка аккумулятора

Первым делом, я примерял аккумуляторы в корпус велосипеда и понял, что 160 аккумуляторов, которые я планировал туда влазят с трудом, кроме того, мотор поменялся и теперь не нужно такое напряжение. поэтому, было принято решение уменьшить количество аккумуляторов до 140шт.



Я хотел использовать точечную сварку для сборки батареи аккумуляторов. Смысл в том, что при пайке аккумулятор нагревается, что плохо для его внутренней химии, и, есть вероятность повредить пластиковые изоляторы, которые отделяют плюс от минуса. В итоге, аккумулятор может взорваться.



Я даже собрал управляющую электронику для этого самого аппарата точечной сварки:


Но, потом наткнулся на вот такую табличку:


По ней видно, что чтобы передавать 50А тока, нужно аж 7 параллельных никелевых пластинок 0.15 толщины, что мне показалось перебором, и не осталось выхода кроме как паять батарею медным проводом. С медным проводом все намного адекватнее и хватает всего 2.5мм^2 сечения.

Я пробовал несколько разных технологий пайки (и, наверняка, перегрел пару аккумуляторов в процессе), но придумал очень хорошую методику пайки, при которой нагрев аккумулятора практически нулевой.

Сводится она к тому, что тонкие проводки паять быстрее чем толстые. Итак, сначала я расставил аккумуляторы как они должны стоять в итоге, потом склеил термоклеем:



Далее, приклеил на клей-момент картонки, которые защищают корпус аккумулятора от контакта с проводом и залудил точки на аккумуляторах:



Далее, берется многожильный провод 2.5мм^2 и из него достается несколько жил, которые припаиваются к залуженным точкам на аккумуляторе.



К этому всему подключается BMS по инструкции:


Ну, и заматывается армированным скотчем. Для придания шахид-вида.

Установка на велосипед

Больших проблем установка аккумулятора не вызвала, он просто вставился и все. Чтобы все было красивее, я примотал его скотчем и стяжечками. А вот мотор-колесо не влезло вместе со штатными тормозами, пришлось их убрать.

Сделал усилитель дропаутов из тисков и абы как прикрутил контроллер. И в тот-же день, велосипед поехал, правда, с 50% ограничением мощности!



Через пару дней мне пришли новые тормоза. Это avid bb7, они механические, и благодаря этому, можно использовать тормозные ручки с выключателями. Это позволяет при нажатии на тормоз включать рекуперативное торможение.

Так-же, из куска 5мм стали был вырезан усилитель дропаутов, который занял свое положенное место и колесо стало выглядеть вот так:



Это позволило убрать ограничение мощности и гонять уже на полную.

Результаты

А результаты получились намного лучше чем я предполагал. Велосипед тяжелый, но не слишком — 27.6кг. Разгон очень даже динамичненький — со светофора он уходит первым, но приходит последним.

Максимальная скорость агрегата — 64км/ч. Что обгоняет табуретки. А вот с расходом получилось интересно — я ожидал расхода около 20 Вт*ч/км, а получилось всего 11. Таким образом, на моей батарее в 1612 Вт*ч можно проехать 146 км, и это на скорости 50-60. На скорости 30 пробег должен удвоиться. Пока я столько не проезжал, Максимум скатался на 70км, но, действительно, после этого осталась еще половина заряда.

Впечатления от езды двоякое. Очень круто, что все бесшумно. Но на скорости больше 50 км/ч ветер начинает шипеть не лучше двигателя мотоцикла. На тротуарах, как и ожидалось, никто внимания не обращает, если ехать с велосипедной скоростью, но из-за легкости велосипед не очень хорошо ведет себя на большой скорости и фуры сдувают.

Управляемость пока очень плохая, но это, скорее-всего, особенность именно моего вела. Нужен руль больше и выше как минимум, вилка с ногами потолще, вообщем, конструкция еще далека от завершения.

Ну, и, конечно, пара видосиков. Вот, пять минут поездки в гости к VRP по нашей селухе:


Ну, и VRP собственной персоной пытается использовать велосипед как экскаватор: