Самодельный контроллер для электровелосипеда. Установка набора на электровелосипед

Как сделать электровелосипед из обычного велосипеда? January 30th, 2012

Если вы используете велосипед для поездок на работу и с работы, как сделать езду комфортной и не начинать работу в офисе с получасовой отдышки смахивая капли пота с лица, объясняя коллегам, что вы приехали на велосипеде преодолев крутой подъем.

Выход есть, надо превратить свой велосипед в электровелосипед - это позволит решить проблему когда вам надо быстро и комфортно добраться до места назначения и в тоже время вы сохраняете возможность покрутить педали для поддержания своей спортивной формы

И так как превратить обычный велосипед в электровелосипед, что для этого требуется?

Таким вопросом задался мой знакомый Александр, посидев в инете выяснилось, самое простое решение превратить обычный велосипед в электровелосипед - это добавить электродвигатель, работающий только от аккумулятора.

Александр нашел поставщика и через интернет оформил покупку необходимого комплект для доработки велосипеда.

В комплект доработки вошли: электромотор, аккумуляторная батарея, зарядное устройство, блок управления(контроллер) и регулятор скорости («ручка газа»).

На фото электропривод с цепью, крепится к раме велосипеда довольно просто, мощность двигателя 1,2 кВт
Фото 2.

При работе двигатель греется для отвода тепла используются радиаторы охлаждения, так же предусмотрена электронная защита двигателя отключащая его при нагреве более 70 град.

Срок службы аккумулятора 5-7 лет в зависимости от условий эксплуатации,.
Аккумулятора теряет за год примерно 2% своей емкости.
Вес 4,5 кг., зарядка 1,5-2 часа.
Проехать на одной зарядке можно примерно 30-40 км, но растояние зависит от многих факторов:
Ландшафт (место для покатушек, число и угол наклона горок).

Скорость электровелосипеда (тише едешь - дальше будешь).

Наличие, скорость и направление ветра (ветер может и мешать, и помогать).

Полуспущенные шины. Потери очень велики. Следите за давлением в шинах.

Вес велосипедиста и багажа (перевозимого груза).

Фото 5. Аккумулятор и контроллер

Фото 6. Индикатор емкости аккумулятора

Фото 7. Ручки газа для регулирования скорости вращения электродвигателя.

Счастливый обладатель электровелосипеда

Котику стало грустно когда он услышал цену комплекта 40 000 руб. во столько обошлось все удовольствие всместе с доставкой.

ЗЫ
Прокатился и я на чудо велосипеде и мне понравилось, даже призадумался, что лучше купить мопед или электровелосипед?

Собрать электровелосипед самому довольно просто и одновременно выгодно.
Готовые модели часто имеют сильно завышенную стоимость, тогда как отдельное приобретение компонентов и начальные навыки работы с инструментом, а также знание основ электротехники, позволит собрать электровелосипед в два или три раза дешевле готового аналога. При этом частая проблема – это отсутствие в продаже велосипеда с требуемым набором характеристик, тогда как выбирать отдельные компоненты под свои запросы получается лучше. Производители готовых моделей часто используют самое дешевое оборудование, как в плане велосипеда-донора, который отдельно стоит не больше 1/6 от общей суммы и крайне ненадежен, так и электрооборудования, которое обычно самое примитивное и устаревшее. Забегая вперед, хотелось бы сказать, что не стоит строить своё впечатление о электровелосипедах на основании опыта эксплуатации готовой модели, купленной в магазине. Если коротко описать примерную схему действий, то фактически следует установить на самый обычный велосипед двигатель, батарею, электронный дроссель (ручку газа) и контроллер, который распределяет подачу энергии от батареи по обмоткам двигателя в соответствии с положением ручки газа и нагрузками. Сложнее всего определиться с правильным выбором необходимых совместимых друг с другом компонентов. Однако, на сегодняшний день выпускаются и активно продаются так называемые кит-комплекты, которые включают в себя контроллер, двигатель (часто уже заспицованный в колесо) и прочие элементы. Конечно, если собирать электровелосипед решает специалист, то выбор обусловлен набором приобретенных знаний и четкими сформулированными на практике требованиями, однако для новичка готовый комплект может оказаться наиболее удобен. При использовании кит-комплекта достаточно правильно подобрать аккумулятор. Существуют и другие варианты сделать свой велосипед электрическим. Ещё наши дедушки пробовали прилаживать в качестве двигателя электромоторы от стиральных машин и прочей электрической утвари. Сейчас некоторые изобретатели используют двигатели от стартера автомобиля или шуруповерты. Мало того, существуют даже «промышленные» варианты для использования шуруповерта в качестве двигателя электровелосипеда или электросамоката. Опустим такие варианты инженерного творчества и будем рассматривать сборку электровелосипеда на базе современного моторколеса. Это значительно проще и не требует от велосипедиста наличия огромного ассортимента разных инструментов и недель расчётов и адаптации конструкции. Отметим, что помимо стандартного моторколеса существуют другие варианты электрических двигателей для велосипеда, например с цепным приводом. Эти конструкции отличаются рядом характеристик, однако в целом для рядового пользователя гораздо удобнее и практичнее использовать всё те же моторколёса, которые обладают достаточными показателями даже для использования в профессиональном режиме. При этом большинство отзывов про модели с цепным приводом отрицательные. Если рассмотреть действия по самостоятельной сборке электровелосипеда, то нужно ориентироваться на следующие пункты: 1 Для начала потребуется надежный велосипед-донор. Велосипед, на который будут устанавливаться все компоненты, должен быть исправным, иметь хорошие тормоза и крепкую вилку. Нужно понимать, что если донор и так еле ездит, то установка дополнительного тяжелого оборудования окончательно выведет его из строя. Особое внимание следует уделить дропаутам вилки и рамы. Частое явление – это поломка дропаутов из-за возросших нагрузок. Особенно это критично для вилки. Нужно понимать, что поломка дропаута на ходу закончится серьезной травмой. В продаже можно найти специальные усилители для стандартных дропаутов. Если планируется быстрое движение, а проект использует мощные компоненты, то стоит всерьез задуматься о двухподвесном доноре. На большой скорости все неровности мешают велосипеду гораздо сильнее и сводят на нет полноценное использование мощного проекта. При выборе велосипеда донора нужно заранее продумать, где и как будет размещенаккумулятор, и какой тип мотора будет выбран. Если предполагается покупка мотор-колеса, то ситуация заметно упрощается. Для размещения аккумулятора вполне подойдет багажник, однако нужно правильно распределить вес по всему велосипеду и между колёсами. Концентрация веса на заднем колесе приведет к тому, что велосипед будет плохо управляться. Если речь идёт про скорости ниже 35 км/ч, то это не критично, но если собирается мощный проект, то о правильной развесовке стоит подумать очень тщательно. Перед окончательным закреплением аккумулятора на выбранной позиции рекомендуется проехаться на велосипеде с черновой установкой аккумулятора и проанализировать, будет ли такое положение удобным или нет. Особое внимание нужно уделитьвыбору батареи. Под напряжение батареи будут подгоняться все остальные компоненты. Часто используемые напряжения – это 24 В, 36 В и 48В. Батарея должна быть выбрана таким образом, чтобы на каждый элемент батареи не приходились критичные токи разряда. В противном случае батарея прослужит совсем недолго. Самый простой и дешевый способ раздобыть нужную батарею это использовать гелевые кислотные батареи, которые часто применяются вUPS. Один блок имеет рабочее напряжение 12В и способен работать долгое время с высокой токоотдачей. Автомобильные аккумуляторы для электровелосипеда не подойдут. Во-первых, при падении кислота может вылиться, а во-вторых, батарея способна отдавать максимальную мощность только в течение первых минут работы, а не всё время движения. Если батарея покупается отдельно, то нужно заранее позаботиться о наличии соответствующего зарядного устройства. Для монтажа потребуются качественныепровода с низким сопротивлением (нужно проверить сечение кабеля). Следует примерно прикинуть количество необходимых жил в общем проводе и стараться раздобыть провод в одной общей рубашке. Если сделать это не удалось, то нужно заранее позаботиться о приобретении хлор-винилового рукава, в котором будут размещены все провода (или группы проводов). Некоторые велостроители используют рукава для электропроводов. Единственное чего не следует допускать – это провисшие провода, которые цепляются за деревья или могут угодить в колесо. Следующее, что нужно сделать - это найти контроллер и ручку дросселя, если каждый элемент приобретается отдельно. Контроллер следует подбирать по напряжению и мощности двигателя. Дроссель – наиболее удобный для пользователя. Желательно выбирать все компоненты от одного производителя, это избавит от лишнего несоответствия в соединительных разъемах. Также нужно проанализировать соответствие всех типов оборудования, изучив подробные характеристики устройств. Например, безредукторные моторколеса не умеют работать с некоторыми контролерами для редукторных моторколес. Функция рекуперации энергии должна поддерживаться контролером, аккумулятором (платойBMS) и моторколесом одновременно. Все требуемыесхемы по подключению можно легко найти в интернете по названию контроллера и двигателя (марка указана на корпусе или печатной плате). Чаще всего, если выбраны компоненты одного производителя, достаточно взглянуть на цвет проводов и это позволяет правильно соединить всю систему. Сразу можно озаботиться приобретением усовершенствованного бортового компьютера, который умеет эффективно работать с разрядом батареи и обладает рядом удобных функций. Моторколесо можно установить как на переднее колесо, так и на заднее. При выборе нужно помнить, что двигатели для переднего и заднего колеса различаются. Рациональнее устанавливать двигатель на заднее колесо, но при этом, как указывалось выше, нужно правильно распределить массу всех компонентов по велосипеду. Как видно из плана, собрать обычный электровелосипед совсем не сложно, но нужно понимать, что если хочется получить аппарат, соизмеримый по своим характеристикам с мощным мопедом, нужно внимательно и тщательно изучить всю имеющуюся информацию по совместимости, выполнить все нужные расчёты и потратить время на всестороннее доведение железного коня. Не нужно думать, что если с первого раза не вышло собрать достойный проект, то все электровелосипеды как класс никуда не пригодны. Это типичная мысль новичка, который ещё не успел глубоко вникнуть в теорию и не задумывается о таких мелочах, как балансировка заряда в банках или тип соединения банок аккумулятора.

Экология потребления.Мотор:Тотальный интерес к электротранспорту в последнее время только набирает обороты – вопросом «изобретения» собственного велосипеда с электроприводом все чаще озадачиваются люди самого разного возраста и рода занятий.

Тотальный интерес к электротранспорту в последнее время только набирает обороты – вопросом «изобретения» собственного велосипеда с электроприводом все чаще озадачиваются люди самого разного возраста и рода занятий. Иной раз рождаемые в горячих головах идеи оказываются несовместимыми с суровыми жизненными реалиями, довольно часто «кулибинский» склад ума приносит свои плоды, и результат получается вполне достойным гордости его создателя.

Множество производителей не остались в стороне от глобальных трендов и сегодня на рынке комплектующих для электровелосипедов довольно распространено предложение так называемых «китовых» наборов для самостоятельного создания электробайка на базе имеющегося велосипеда. Для того чтобы велосипед поехал без вашей помощи, вам понадобятся как минимум электродвигатель, батарея и контроллер, который отвечает за корректную работу первых двух агрегатов – все это, и многое другое, входит в набор для электрификации байка. Но для того, чтобы новоиспеченный аппарат был достоин высокого звания велогибрида, предлагаем воспользоваться нижеследующими советами.

Конструкция электровелосипеда: комплектующие и агрегаты

Как театр начинается с вешалки, а танец – от печки, так и создание электровелосипеда своими руками начинается с подбора донора. Верное решение этого вопроса будет зависеть, прежде всего, от целей и задач, которые ставит будущий обладатель велогибрида перед проектируемым транспортным средством.

Лучше всего заранее учесть риски неизбежных высоких нагрузок и использовать в качестве основы конструкции стальную раму downhill-класса с двухподвесной системой амортизации. Такой вариант будет предпочтительней других, если вы собираетесь установить мощное мотор-колесо – от киловатта и более. Электродвигатель с прямым приводом номинальной мощностью в 1000 Ватт позволит развивать скорость в 40-55 км/ч. Учитывая большой крутящий момент и собственную массу двигателя, такой привод ставят в заднее колесо, при этом совсем не лишним будет усилить кронштейны крепления оси, особенно если рама алюминиевая.

При выборе готового аккумулятора или создании собственной батареи необходимо учитывать такие параметры как вес, габариты, емкость и рабочий ток. Номинальное рабочее напряжение может быть различным (36В, 48В, или 72В) – больший вольтаж и большие токи позволят разгоняться до больших скоростей. Если нужна надежность и высокий ресурс выбирайте батарею на LiFePo4 элементах большой емкости. Хотите сэкономить на весе и стоимости – берите Li-Ion. Емкости в 10 Ампер/часов хватит примерно на 20-40 км пути – величина пробега зависит от экономности расхода заряда, а для многих этот параметр никак не совместим с наличием ручки газа.

Когда для вас важнее небольшой вес велогибрида и вы не гонитесь за большими скоростями – оптимальным выбором будет мотор-колесо номинальной мощности 250-350W. Такие двигатели немного весят, и, как правило, имеют встроенный планетарный редуктор, что способствует нормальному накату велогибрида при движении на педалях. «Крейсерская» скорость маломощных велогибридов лежит в пределах 25-30 км/ч. Электромоторы

небольшой мощности устанавливают как в переднее, так и в заднее колеса, существенного значения это не имеет, разве что полезно для более равномерного распределения масс. С этой же целью предпочтительно размещать АКБ в центральной части рамы – у велогибрида будут лучше управляемость и устойчивость. Еще один вариант размещения электродвигателя – центральный (в районе каретки) – широкого распространения в наших широтах пока не получил, но многие ведущие производители наборов для электровелосипедов имеют в своем ассортименте и такие предложения.

Штатные контроллеры в недорогих кит-наборах жестко «прошиты» производителями, и не предусматривают возможность изменения параметров работы. Если вам это и не нужно – можете просто наслаждаться поездкой. Если хотите повозиться с настройкой и подбором оптимальных параметров для вашей конфигурации – берите набор с программируемым контроллером типа Infineon. Пристальное внимание следует уделить коммутации и монтажу электрохозяйства – качественной проводке, рассчитанной на эксплуатацию при определенных токах, надежным коннекторам, достаточному охлаждению контроллера, нагревающемуся при длительной работе и серьезных нагрузках.

Вопросы безопасности

Велогибриды – относительно новый вид транспортных средств с довольно широким разбросом возможностей. Во многих странах мира законодательство приравнивает их к велосипедам, в случае если мощность двигателя не превышает 350-500 Ватт. Более мощный электровелосипед – это уже другая история со своими особенностями эксплуатации. Поэтому вопросам обеспечения безопасности нужно уделять иногда даже больше внимания, чем при вождении скутера или мотоцикла. Не стоит забывать как о защитной экипировке, так и о дополнительном оборудовании. Даже тем, кто не собирается отжигать на даунхилл-трассах, а просто планирует наслаждаться окрестными красотами в неспешной поездке – в любом случае стоит использовать , перчатки и другие элементы защиты, способные оградить велосипедиста от травм в случае чрезвычайной ситуации.

Передняя фара, задний габарит, дополнительные световозвращатели, зеркала заднего вида, громкий звуковой сигнал – все это пригодится на дороге вам, а также поможет другим участникам движения вовремя вас заметить. Особое внимание необходимо уделить тормозам – они должны быть качественными и способными в любой момент остановить ваш велогибрид, поскольку на большой скорости привычное поведение тормозов меняется. И вовсе не нужно, чтобы это стало для вас неприятным сюрпризом. Особенно, учитывая подросшую массу велосипеда – компоненты электропривода «потянут» на дополнительные 12-14 килограмм. А если интерес к велогибридам не пропадет после покупки стартового кита с 250-ваттным мотором, можно предположить, что вскоре у вас появится более основательный и тяжелый двухколесный друг.

В общем, сколько людей – столько и велосипедов. У кого-то в приоритете стоимость, у кого-то – надежность, третьих интересуют вес или внешние данные. Сегодня основную массу запросов способны удовлетворить готовые решения – среди многообразия предлагаемых моделей можно подобрать именно тот , который будет полностью соответствовать вашим требованиям. опубликовано

Как сделать электровелосипед из обычного велосипеда?

Здравствуйте , друзья!

На этой странице я расскажу Вам о том, как своими руками переделать обычный велосипед в электровелосипед, снабженный электромотором и движущийся не только за счет мускульной силы наездника, но и на электротяге.

Все началось с того, что однажды я разобрал старую стиральную машину " Indesit " и извлек из нее много полезных запчастей, в том числе электромотор и детали ременной передачи. Кроме того у меня был велосипед, уже немного доработанный (сиденье немного смещено назад с помощью вставки в раму, чтобы сидеть было удобнее), но в остальном самый обычный:

Сперва надо было придумать, как передать крутящий момент от электромотора на колесо от велосипеда. Поскольку вал электродвигателя уже имел шкив для ременной передачи, а от стиральной машинки остался хороший ремень, решено было использовать именно такую передачу - ременную. Теперь необходимо придумать, как закрепить шкив ременной передачи на колесе велосипеда (очевидно, на заднем).

Втулка алюминиевая - сваркой не приваришь, поэтому решено было закрепить шкив ко втулке колеса с помощью нескольких винтов. Обратите внимание на новые отверстия во втулке между спиц (на фото ниже). Отверстий всего 9 шт., в них нарезана резьба М3:

Теперь необходимо изготовить сам шкив. Вообще говоря, ремень от стиральной машинки - поликлиновый, но т. к. шкив, который мы собираемся изготовить, значительно больше по диаметру, чем шкив на валу электромотора, нарезать канавки на большом шкиве нет необходимости - ремень и так по нему скользить не должен. Поэтому, шкив для колеса у нас будет гладкий.

Для его изготовления я вырезал круг из листовой стали толщиной 2 мм, в котором, кроме прочих, вырезал большие отверстия для снижения веса. Диаметр шкива в моем случае ограничивался имеющимся у меня токарным станком (заготовку большего диаметра в станок просто не вставишь) и составил примерно 220мм.

К в внешней стороне полученного диска была приварена стальная полоса (стандартный прокат), сечением 20 х 4 мм. Деталь по центру будущего шкива (на фото ниже), прикрученная болтами, необходима только для закрепления шкива на токарном станке при обработке (это какая-то деталь от трансмиссии автомобиля "Нива").

После сварки шкив был обточен на токарном станке. Внешняя поверхность стала гладкой.

Далее окраска, сушка и установка на колесе велосипеда. При окончательной установке все детали (втулка колеса, центральное посадочное отверстие нашего шкива и девять винтов М3) были смазаны эпоксидным клеем " Poxipol" - чтобы держалось надежнее и при эксплуатации не разбалтывалось:

При попытке установить колесо со шкивом в раму велосипеда, оказалось, что новый шкив немного мешает и упирается в трубу рамы. Раму решено было немного подогнуть:

Теперь необходимо было как-то закрепить электродвигатель. Поскольку велосипед снабжен задним амортизатором, крепить электромотор необходимо был именно к той небольшой части рамы, которая жестко соединена с колесом (чтобы обеспечить постоянство натяжения ремня). Кроме того , необходимо предусмотреть механизм натяжения нашего ремня.

Чтобы понять, какое положение двигателя наиболее оптимально, сначала он был зафиксирован в нужном месте относительно велосипеда с помощью досок и веревок, после чего была произведена прокрутка колеса, чтобы убедиться, что ремень не стремиться съехать с нашего самодельного шкива (ведь наш шкив не имеет ни канавок, ни каких-либо бортиков):

Затем размеры были вымерены, вырезаны детали из тонкостенных стальных трубок и прямо в таком виде (пока велосипед и мотор связаны друг с другом) были приварены (прихвачены) к раме велосипеда. После этого мотор был отвязан, доски убраны, а детали приварены окончательно:

Снова окраска, сушка...

Механизм натяжения ремня был выполнен из деталей от штуки для натяжения тросов (т. н. "талреп"). В данной штуке есть два винта - один с "левой" резьбой, другой с "правой", а также специальная центральная часть - гайка с аналогичными резьбами с двух сторон. Эта центральная часть была разрезана болгаркой, и ее концы с резьбой были вварены по торцам тонкостенной трубки нужной длины. Сами винты были приварены с одной стороны - к шпильке крепления мотора, с другой стороны - к специальной площадке с отверстием, надеваемой на ось заднего колеса велосипеда. В результате получился механизм с трубкой (красного цвета на фото ниже), при вращении которой двигатель может подниматься или опускаться, что приводит либо к натяжению, либо к ослаблению ремня. Дли фиксации трубки в нужном положении снизу она законтрена контргайкой:

Теперь необходимо было выбрать тип и количество аккумуляторов. Поскольку наш электродвигатель от стиральной машинки, которая питается от сети ПЕРЕМЕННОГО тока 220В, значит и сам мотор рассчитан на работу от напряжения максимум 220В (переменного). Максимум, потому что в стиральной машинке скорость мотора регулируется в широких пределах путем изменения напряжения на электродвигателе, и максимальные режимы мотор развивает только в конце отжима.

Но аккумуляторы дают ток постоянный, а не переменный. Однако, это нам на руку, т. к. коллекторные моторы переменного тока отлично работают и на постоянном токе. Более того, на постоянном токе такие двигатели работают даже лучше, т. к. индуктивные сопротивления мотора перестают играть роль. В результате, я остановился на напряжении 96В (8 двенадцативольтовых аккумуляторов), а посмотрев, что было доступно в магазине, выбрал аккумуляторы емкостью 5А·ч:

Чтобы закрепить эти аккумуляторы на велосипеде, я решил изготовить отдельный ящик, в котором предполагалось разместить аккумуляторы и необходимую электронику:

Когда ящик был готов, оказалось, что для него... нет места! Планировалось разметить его на раме, в том месте, где находится бензобак у мотоциклов, но стало очевидным, что сесть на седло велосипеда при этом будет невозможно (ноги некуда девать):

Поэтому, я стал искать возможность приладить этот ящик в другое место, например сзади, но сзади оказалось не к чему его крепить (за мотор нельзя, т. к. тяжеленный ящик будет "не подрессорен", а закрепить за стойку седла невозможно - мешает мотор):

А вот спереди вроде и место есть, и крепить есть к чему:

Поэтому, именно туда я его и приварил:

Снова окраска, сушка, установка аккумуляторов, их последовательное соединение между собой и закрепление:

И вот он, долгожданный момент - первые испытания, пока без всякой электроники, двигатель подключается к аккумуляторам напрямую, с помощью автомата в ящике и выключателя (тумблера) на руле. Для измерения рабочего тока к велосипеду был прилажен мультиметр:

Испытания показали, что "по двигателю" конструкция вполне работоспособна, но тяжелый ящик впереди велосипеда делает его очень трудным в управлении (плохо слушается руля), о том, чтобы заехать на сколь-нибудь мало-мальский бордюр не слезая с велосипеда речи нет вообще, чтобы затащить его в лифт (в моем доме грузового лифта нет) требуется много шаманских действий, сопровождаемых непереводимыми изречениями, а временный выключатель на руле вообще сгорел из-за возгорания и продолжительного горения в нем электрической дуги при его выключении (размыкании).

Стало очевидно, что от тяжелого ящика впереди велосипеда надо избавляться. Поэтому он был отрезан, а аккумуляторы размещены на раме равномерно, каждый по отдельности. Кроме этого, были предусмотрены автомобильные клаксоны (бибикалки), а также крепления для кнопок управления этими клаксонами на руле. Ввиду многочисленных точек сварки для крепления площадок под аккумуляторы, раму пришлось перекрасить почти целиком.

Снова испытания, на этот раз, несравненно более удачные. Управляемость снова стала хорошей, а затаскивать велосипед в лифт (с подъемом переднего колеса) стало гораздо легче. Поскольку никакой электроники еще не было, стартовать на электротяге с места я даже не пробовал - боялся сжечь двигатель или порвать ремень. Включал автомат питания, только разогнавшись на педалях до скорости хотя бы 10...15км/ч. При этом через двигатель начинал идти ток порядка 10А, который снижался до 3...4А по мере разгона.

Сначала я хотел сделать электронный блок, который должен был обеспечивать не только работу двигателя от аккумуляторов, но также заряд аккумуляторов от двигателя в режиме торможения. Кроме того, должен быть достаточно мощный преобразователь на 12В для питания клаксонов (бибикалок), а также, желательно, зарядное устройство, чтобы можно было заряжать аккумуляторы в любом месте, не заботясь о том, чтобы не забыть взять с собой "зарядку".

Однако планы планами, но на практике в таком виде этот велосипед простоял у меня более полугода - все никак "руки не доходили".

Затем я все же решился сделать к нему электронику для управления, но в самом простейшем варианте - только регулятор мощности двигателя, без всякой рекуперации энергии при торможении, без встроенного зарядного устройства и даже без 12В на клаксоны - они были просто сняты.

Задача такого блока электроники состоит в том, чтобы передать на двигатель требуемую мощность, пропорциональную положению "ручки газа". Кроме того, чтобы ток не мог превысить предельных значений при трогании с места на "полном газе", при достижении током этого предельного значения мощность ограничивается и дальнейший рост тока не происходит. По мере разгона ток падает, а ограничение с мощности снимается - она становится такой, какая задана "ручкой газа".

Также, в задачи блока входит слежение за степенью разряженности аккумуляторов и предотвращение их глубокого разряда (падение напряжения менее 9В на аккумулятор (менее 72В на всех). Т. е., при падении напряжения на всех аккумуляторах до 72В электродвигатель будет выключен - дальше придется ехать на педалях.

Регулятор двигателя выполнен в виде импульсного понижающего преобразователя, работающего на частоте преобразования 32.5кГц. Вот его схема (нажмите для увеличения):

Управляющий сигнал "генерируется" "ручкой газа", выполненной в виде обычного переменного резистора около правой рукоятки руля:

Этот сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера ATtiny26 фирмы Atmel . На другой вход АЦП данного микроконтроллера поступает напряжение с токового шунта (измерительного резистора), выполненного в виде печатного проводника на плате, через который проходит полный ток тягового электродвигателя (чуть левее центра платы на фото ниже):

Изменение мощности двигателя достигается изменением коэффициента заполнения ШИМ-сигнала (Широтно-Импульсного Модулированного сигнала), поступающего на затворы силовых полевых транзисторов IRFB33N15D через микросхему-драйвер IR2127S . Производителем этих силовых транзисторов и микросхем-драйверов к ним является фирма International Rectifier . Всего силовых транзисторов IRFB33N15Dтри штуки, включены они параллельно - для уменьшения падения напряжения на них и повышения КПД преобразователя.

Работает все это следующим образом. В тот момент, когда от микроконтроллера через драйвер IR2127S на затворы транзисторов IRFB33N15D поступает управляющий импульс, они открываются, и электродвигатель подключается к аккумуляторной батарее. Однако, поскольку сам двигатель обладает индуктивным сопротивлением, ток через него не может скачкообразно повысится до запредельных значений - он начинает "медленно" расти. Через некоторое время управляющий импульс от микроконтроллера исчезает и транзисторы закрываются. Однако, благодаря ЭДС самоиндукции, ток через двигатель при этом не прекращается скачкообразно - он находит себе путь через три параллельно включенных диода 10CTQ150 той же фирмы International Rectifier и "медленно" уменьшается. Поскольку управляющие импульсы от микроконтроллера идут достаточно часто (с частотой 32500 раз в сек), ток через мотор за время импульса или паузы между импульсами не успевает сколь-нибудь значительно измениться, и поддерживается на уровне некоторого среднего значения. Чем шире импульсы и уже паузы между ними - тем больший средний ток идет через двигатель, тем сильнее велосипед "рвется в путь". В свою очередь, ширина импульсов поддерживается программой микроконтроллера пропорциональной положению "ручки газа", но при этом программа также следит за тем, чтобы ток через двигатель (напряжение на токовом шунте) не превысил предельного значения (7А).

Питание микроконтроллера осуществляется от напряжения 5В, производимого из напряжения аккумуляторной батареи "зарядкой" от мобильного телефона Sony Ericsson K750i. В результате эксперимента выяснилось, что данная "зарядка" может работать в очень широком диапазоне входных напряжений - не только от сети 220В, но и начиная уже от 12В(!) постоянного тока и выше. В нашей же системе напряжение на аккумуляторах варьируется в диапазоне 70...120В, что вполне подходит для этой "зарядки".

Однако, в нашей схеме есть еще драйвер IR2127S, которому необходимо питание 12...16В. Это питание производится из напряжения 5В путем его утроения участком схемы в левом нижнем углу (см. схему). На затворы транзисторов IRLMS... подаются импульсы от микроконтроллера с частотой также 32.5кГц, но с постоянным заполнением 50% (меандр), которые вызывают переключения этих транзисторов и перезарядку конденсаторов правее.

Сам драйвер IR2127S состоит из двух частей - низковольтной (левые по схеме выводы) и высоковольтной (правые по схеме выводы). Высоковольтная часть нуждается в отдельном источнике питания, не связанном с источником питания низковольтной части. Такой источник питания выполнен в виде готового модульного DC-DC преобразователя с гальванической развязкой P6AU-1215ELF .

Кроме того, драйвер IR2127S несет в себе также защитные функции - он следит за мгновенным током через силовые транзисторы IRFB33N15D, и в случае его повышения до аварийных значений (гораздо больше, чем 7А) (например, при коротком замыкании в двигателе) немедленно отключит силовые транзисторы, предотвращая повреждение схемы.

Еще на один вход АЦП микроконтроллера подается напряжение с аккумуляторной батареи. В программе микроконтроллера предусмотрены пять порогов напряжения на батарее, начиная от "батарея полностью заряжена" и заканчивая "батарея совсем разряжена". Эти состояния индицируются с помощью двух светодиодов красного и зеленого цвета. Когда напряжение на аккумуляторах уменьшается до 72В (9В на аккумулятор), микроконтроллер переходит к состоянию "батарея совсем разряжена", и управляющий сигнал на затворы силовых транзисторов больше не подается - мощность на двигатель не передается - дальше придется ехать на педалях.

Конструктивно электронный блок смонтирован на двух печатных платах - силовой и слаботочной:

Платы размещены в полугерметичном пластмассовом корпусе, силовые транзисторы и диоды выведены на радиатор снизу корпуса. При последующих "домашних" испытаниях, а затем и при длительных поездках на полном "газе", сколь-нибудь заметный нагрев этого радиатора (на ощупь) отмечен не был - возможно, что можно было обойтись и без него.

Посмотреть о том, как пользоваться полученным электровелосипедом, можно на видеоролике ниже:

Как раз в дни написания этой статьи, мне посчастливилось найти еще одну стиральную машинку, на этот раз " ElectroLux ". При ее разборке выяснилось, что мотор в ней рассчитан на большую мощность, чем использован на электровелосипеде, а значит имеет меньшее внутреннее сопротивление - меньшие потери. А значит такой мотор позволит ехать либо быстрее, либо дальше. В результате, мотор на электровелосипеде был заменен на вновь найденный. Поскольку у "нового" двигателя вал был длиннее, пришлось установить его со смещением с небольшой доработкой системы крепления:

Уже с этим "новым" мотором были произведены испытания на дальность поездки и на максимальную скорость.

Испытания на дальность поездки на одной зарядке аккумуляторов проводились в два этапа.

1. Почти равномерное движение на небольшой скорости. Условия: дорога по большей части - грунтовая, местами асфальт, движение происходило по кольцу (по кругу). Длина круга - примерно 2км. Дорога в целом почти горизонтальная, однако местами были небольшие спуски и подъемы. При движении производилось вращение педалей без приложения особых усилий. Соотношение передач (имеется ввиду положение цепи на звездочках) - максимальное - 3 на передней звездочке и 7 на задней. На участках подъема усилие на педали прикладывалось более ощутимое - в помощь двигателю. Положение "ручки газа" - примерно по середине, и за время испытания не менялось (было постоянным). Средняя скорость движения - примерно 17км/ч. Вес наездника с учетом одежды (мой вес) - около 100кг. В этих условиях одной зарядки аккумуляторов хватило примерно на 25км .

2. Движение на повышенных скоростях в реальной обстановке. Условия: дорога по большей части - асфальтированная, но асфальт имеет многочисленные трещины и разломы, местами дорога грунтовая. Имеются достаточно частые небольшие спуски и подъемы. При движении производилось вращение педалей с приложением средних усилий. Соотношение передач - максимальное - 3 на передней звездочке и 7 на задней. Положение "ручки газа" - изменялось от примерно среднего до максимального, в зависимости от ситуации на дороге, производились многочисленные ускорения на "полном газе", а также продолжительные движения на "полном газе". Средняя скорость движения - примерно 25...30км/ч. Вес наездника с учетом одежды (мой вес) - около 100кг. В этих условиях одной зарядки аккумуляторов хватило примерно на 17км .

Испытания на максимальную скорость проводились при следующих условиях: скорость измерялась с помощью GPS-навигатора. Дорога асфальтированная, ровная, горизонтальная. Аккумуляторы "свежие", вращение педалей не производилось, "ручка газа" в положении "полный газ", вес наездника с учетом одежды (мой вес) - около 100кг . В этих условиях скорость установившегося движения составила 30км/ч . При продолжительном движении в горку с небольшим уклоном, при равных прочих, скорость падает до 25км/ч.

Здесь следует отметить, что применяемый электродвигатель - коллекторный, и соединен по схеме с последовательным возбуждением. При такой схеме максимальный крутящий момент двигатель развивает в тот момент, когда он остановлен (т. е. на старте). По мере разгона крутящий момент быстро снижается, а при дальнейшем увеличении скорости стремиться к нулю. Однако, какого-либо сопротивления движению такой двигатель не оказывает, сколь бы не была велика скорость его вращения (конечно, не принимая во внимание трение в подшипниках и на щетках коллектора) (в отличие от трехфазных моторов с электронным контроллером - что стоят в заводских мотор-колесах для электровелосипедов - у них есть некоторая предельная скорость вращения, при которой они переходят в генераторный режим и препятствуют дальнейшему наращиванию скорости). Поэтому, в нашем случае, при дополнительном вращении педалей удается достичь значительно бОльших скоростей, чем только на электротяге. Так, при тех же условиях, что и в испытаниях на максимальную скорость, но с приложением максимальных усилий на педали, с цепным механизмом, установленным на максимальную передачу 3/7 - удалось достичь скорости 42км/ч.

Спасибо за то, что посетили эту страницу!

В этой статье речь пойдет о том, как своими руками можно превратить обычный велосипед в электрический. Такой велосипед будет ездить на аккумуляторе, который при разрядке можно всегда подзарядить и потом ехать дальше. Конечно, есть уже много готовых решений для подобного рода самоделок , например мотор-колесо, но здесь все собирается с нуля.

По словам автора, самоделка вполне оправдала свои надежды. Так как двигатель здесь используется не слишком мощный, то с места велосипед тронуться не может, его сперва нужно разогнать ногами до скорости 10-15 км/ч, что не так уж и сложно. Ну а далее в действие включается электромор, который поддерживает движение велосипеда и педали крутить уже не нужно. Электромоторчик разгоняет велосипед до 34 км/час при движении по прямой.

Потребляет велосипед при движении по прямой дороге 100-300 Ватт. При движении под гору потребление возрастает до 600-800 Ватт, чтобы сэкономить, можно помогать ногами.

Пиковое потребление тока двигателем составило 1200 ватт.



Материалы и инструменты для сборки самоделки:
- электромотор типа 6354 kv200


- спидконтроллер ESC


- ваттметр (копия Turnigy 130A);


- батарея типа LiPO 6S 22.2V 5a-h;


- ручка газа от велосипеда (управляется большим пальцем);


- ручки тормоза (в них есть датчик нажатия);


- задний багажник (используется как элемент конструкции);


- трещетка на 16 зубьев;


- зубчатые колеса и ремень (уже готовые).


Процесс модернизации велосипеда:

Шаг первый. Установка звездочки
В большинстве случаев звездочка крепится к спицам, но автор решил отказаться от такой конструкции. В итоге звездочка была прикручена к тормозному диску с помощью болтов. Еще на диске можно увидеть шесть винтов по кругу и два ближе к центру тормозного диска. Эти винты фиксируют резьбу, чтобы диск при езде не откручивался.


Шаг второй. Устанавливаем трещотку
Трещотка устанавливается на чашке от каретки, для фиксирования используется кольцо от родной чашки.





Шаг третий. Задняя втулка
Задняя втулка выступает в роли промежуточного вала. Она установлена в отрезке профтрубы П-образной формы.



Шаг четвертый. Установка большого зубатого колеса
Для фиксирования зубчатого колеса используется штифт. В противном случае втулка будет сама себя зажимать конусами. В зубчатом колесе есть канавка, а штифт вставляется в отверстие, которое есть в валу. В итоге штифт ложится в канавку колеса.




Шаг пятый. Малое зубчатое колесо
Чтобы зафиксировать малое зубчатое колесо, используется два гужона.


Шаг шестой. Установка двигателя
Для крепления двигателя используется штатная крестовина к L-образной конструкции, которая была найдена автором в закромах.


Шаг седьмой. Крепим натяжитель цепи
Натяжитель цепи крепится к боковому элементу багажника. Все устанавливается на структурированную пластину, сделанную из толстого листа алюминия.


Общий вид велосипеда



Шаг восьмой. Электрическая схема самоделки
Как устроена схема, можно увидеть на картинке. Она была немного доработана, в сравнении с оригиналом. Так, например, в сервотестере был убран переменный резистор, на его место был поставлен датчик холла из ручки управления газом. В цепь кнопки автор установил резистор подпора на 1 кОм, без самопроизвольно него переключались режимы, вероятно из-за наводок.

Еще один нюанс электрической части в том, что автор разнес плюс питания и измерительный плюс. Также в перспективе есть смысл поставить изолированный конвертер 5В в 9В, в связи с тем, что есть заниженные показания по питанию.

Что касается батареи, то она работает без BMS. Чтобы не допустить переразряда, автор использовал battery monitor, который был настроен на 3.3 В. Когда напряжение становится слишком низким, устройство начинает издавать звук.
Заряжается батарея клоном IMAX B6, используется режим Li-Io с балансировкой.


Выводы и идеи доработки велосипеда
В первую очередь автор планирует установить на велосипед двигатель большей емкости, чтобы можно было ездить дольше. Помимо этого рассматривается идея рекуперации энергии. То есть вместо того, чтобы тормозить тормозами, можно тормозить двигателем и при этом заряжать аккумуляторы, тем самым восполняя затраченную энергию. Но как это реализовать, вопрос довольно сложный. Ведь если убрать трещотку, то на велосипеде будет довольно не комфортно ехать с педалями. Помимо этого понадобится доработать электронную часть, добавить новые узлы, а это тоже требует подумать.

Еще недостаток рекуперации в том, что при этом вырабатывается слишком большой ток для зарядки батареи, это приведет к быстрому выходу ее из строя. В связи с этим будет нужна дополнительная схема для зарядки.

На этом сборку электро-велосипеда можно считать пока законченной. В любом случае самоделка стоит затрат, поскольку получится сильно сэкономить, если сравнивать с покупкой нового электро-велосипеда.



 

Возможно, будет полезно почитать: