Elektryczny napęd do E23 - pomarzyć dobra rzecz

[AMC]

[IMG][/IMG]



Taki pakunek NiMH, dla wygody w sakwie rowerowej, mieści tyle samo energii co samochodowy 12V 64Ah, ale waży połowę i jest o 1/3 mniejszy.
Dobrze wspomaga rozruch Buni w zimie lub gdy postoi sobie autko 30 godzin na postojowych...
Ale samodzielnie rozrusznika w zimie nie nakarmi - za mała wydajność chwilowa. Poza tym nie przepada za takimi próbami...





[IMG][/IMG]

Zasobnik NiMH stosowany w kilku markach samochodów hybrydowych. Pomimo niewielkiej pojemności - przy dość dużej wydajności chwilowej - skutecznie
odciąża silnik benzynowy w trudnych dla niego ekonomicznie chwilach, co przekłada się na znaczne zmniejszenie zużycia paliwa. Ale cena... ojej...
Nowy 30 tysi bez mała.

[IMG][/IMG]

Powszechnie znane i lubiane Li-ion 18650 o pojemności 2,2 Ah/ogniwko. Spotyka się już 2,6 i więcej o tych wymiarach. Tu jeden "pakiecik" 25 sztuk do pracy
równoległej, czyli razem 55Ah. Odbiór prądu "po przekątnej" z miedzianych listew zbiorczych niweluje asymetrię obciążenia poszczególnych ogniwek.


[IMG][/IMG]

Dwanaście pakietów tworzy 14-sto kilogramową sekcję, trzy sekcje - jeden zasobnik. Do jazdy aby-aby wystarczają dwa zasobniki, do żwawszej potrzeba
czterech. Tu jeszcze bez elektroniki dozorującej.


[IMG][/IMG]


To też Li-ion, ale "chlupiące". 90 Ah x 6 w szereg; 24V, 150A chwilowej wydajności. To o cenie już nie wspomnę...

(cd.)

4) Litowo-jonowy Li-ion. Pojawienie się ich w skali przemysłowej było rewolucją w temacie zasilania mobilnego. Powszechnie wykorzystywane tam, gdzie
wymiary i ciężar zasilanego urządzenia mają istotne znaczenie. Smartfon na NiMH byłby 3-krotnie cięższy i tyleż grubszy, lecz mógłby być żywotniejszy, też
mniej więcej o tyle. Teoretycznie...
Niepojęte! Wypasiony smartek na Androidzie ma większe możliwości niż zaledwie kilka lat wstecz wielgachne pudło stacjonarnego kompa! A nie wiadomo, czy
powstałby, gdyby wcześniej "liajonki" nie zdały egzaminu praktycznego na b.db. Lapki też nie wiadomo, jak by dziś wyglądały. A tak - mobilny serwis diagnosty-
czny Buni - proszę bardzo!
To właśnie masowo produkowane cylindryczne aku do lapków (fi 18x65mm) mocno napędziły rozwój różnych wysoce pożytecznych cudeniek. Filmik na Forum
wrzucić wprost z autka - zero problemu. Serwery Internetu też muszą mieć buforowe zasilanie.
Jedne z pierwszych Tesli też jezdziły na Li-ion. Na zdjątku możecie zobaczyć coś w tym stylu.
Lecz - jak to zgrabnie ujął jeden z Naszych Kolegów - róża ma kolce. Li-ion są delikatne elektrycznie i wymagają precyzyjnej i niezawodnej elektroniki, żeby ich
nie zniszczyć. W przypadku dużych zasobników drobne niedopatrzenie, jakaś pęknięta ścieżka czy diodka, utlenione złącze itp. to straty liczone w tysiącach
złotych. Co gorsza, niekoniecznie ujawnia się to natychmiast i przez to jest trudne do zdiagnozowania, czyli też kosztowne.
I tak, półsekundowe zwarcie któregoś z ogniwek, np. podczas prac montażowych, zaskutkuje zniszczeniem całej współpracującej równolegle grupy po tygodniu
lub trzech miesiącach, czego przewidzieć nie sposób. Przeładowanie o 0,1V lub podobnie zbyt głębokie rozładowanie, nieco za duży prąd rozładowania lub
ładowania, składowa szybkozmienna w tych prądach, nawet niewielka; przegrzanie lub ładowanie przy więcej niż 45*C, przekroczenie ograniczeń termiczno-
prądowych (słabną na mrozie nie mniej niż PbS) - to krótka droga do ich zagłady. Czy elektronika sobie z tym poradzi? I ile będzie kosztowała, jeżeli nawet?
Jeżeli tak - a jest taka szansa - to mielibyśmy:
Zalety: duża gęstość energii 100...120 Wh/kg, w miarę dobra żywotność 300...500 cykli (w nowszych opracowaniach już dobra 800...1000 cykli), możliwy do przy-
jęcia wskaznik ok. 2 zł/Wh, w hurcie mniej a produkcyjnie pdpdb. ok. 50gr/Wh, dość wysokie napięcie jednostkowe śr. 3,75V, wystarczająco krótki czas ładowa-
nia - poniżej 4 godz., zadowalająca (ale ledwo-ledwo) chwilowa wydajność prądowa, za to doskonała sprawność cyklu - 92...96%.
Wady: (zminimalizowane j.w.), do tego wrażliwość na niskie i zbyt wysokie temperatury, dość duża różnica napięć max/min w cyklu - ponad 1V; wypadałoby wy-
mienić też w/wsp wydajność prądową, jeżeli nie chcemy drażnić ludzi na lewym pasie i sprawnie włączać się do gęstego ruchu - wołowate auto niekoniecznie
jest tak bezpieczne jak niewołowate.
5) Litowo-polimerowy Li-poly. Duża gęstość energii 120...160 Wh/kg przy wydajności zapewniającej żwawość pojazdu (1600kg) z zasobnikiem ważącym około
150kg sprawia, że zasięg wynosiłby sporo ponad 100km wcale nie oszczędnej jazdy. Przy oszczędnym wydatkowaniu energii zapotrzebowanie na nią wynosi
ca. 10kWh / 100km, a przy jezdzie jak na Bunię przystoi - 20...25. Skąd to wiem? Pytaliście, do czego zmierzam z tymi dziwnymi próbami/pomiarami w dz. E32
"Nie pij tyle...". Między innymi do tego; gdyby kogoś zaciekawiło, czy się gdzieś nie pomyliłem. Mowa tu oczywiście o jezdzie bezemisyjnej, w mieście; najtaniej,
jak się da.
Wszystkie pozostałe istotne cechy elektryczne li-polek są podobne do li-ajonek. Tyle tylko, że trzeba ostrożniej, bo są zazwyczaj hermetycznie zamknięte i może
być nieciekawie, gdy je zle potraktować.
Jak zwykle, są i kolce... Pod koniec lat dziewięćdziesiątych wytwórnia Kokam udostępniła na wąskim rynku typoszereg niewielkich jednostek znakomitej
jakości, co "wyszło w praniu". Cena urywała głowę. Dziś już tylko chce ukręcić. A czy nadal są tak dobre? Czas może pokaże...



[IMG][/IMG]

Lithium polymer KOKAM 3,3 Ah, 6 x 6 z układami dozorującymi BMS (Battery Management System). Dwa takie zestawy były zródłem energii do napędu
lekkiego jednośladu (25 + 80 kg), zapewniając utrzymanie prędkości 30 ... 26 km/h na dystansie 105 km. O cenie z 2001 roku coś wspominałem...
Pojazdy te (szumnie nazywając) są sprawne do dziś w liczbie aż dwóch egzemplarzy - prototypowych. Aku nieco zarżnięte, ale co one przeżyły...
Celowe próby zniszczenia "niewłaściwą" , łagodnie mówiąc, eksploatacją potwierdziły ich pierwszorzędną jakość.

[AMC]

[IMG][/IMG]

W tym pudełku mieści się cały system zawiadujący przekładnią. Wykonany jako układ próbny w technice analogowo-cyfrowej; nie grożą sensacje
z oprogramowaniem oraz np. budowana w oparciu o jego niedostępność kosmiczna cena, gdyby ktoś kiedyś tą drogą... W co więcej niż wątpię.
Mikroprocesora nie ma, stopień komplikacji kilkunastu poszczególnych modułów nie wykracza poza kompetencje początkującego elektronika - amatora,
mimo to system komunikuje się na bieżąco z wszystkimi pozostałymi systemami w pojezdzie, nie dopuszczając do złych skutków ewent. błędu kierowcy.
Nie zawiera także żadnego elementu, który nie byłby produkowany przez co najmniej 5 powszechnie znanych i cenionych producentów branży elektronicz-
nej, których wyroby są ogólnodostępne. Przy czym mówimy tu o elementach, których cena rynkowa wynosi od pojedynczych groszy do kilku złotych, innych
nie ma w tym układzie. Takie były założenia konstrukcyjne. Także takie, aby system był samodiagnozujący i jak najprostszy w uruchomieniu i regulacji oraz
istniała możliwość pózniejszych zmian ustawionych parametrów, też w jak najmniej trudny sposób, najlepiej także podczas jazdy. Czy to się tak da zrobić?
Udało się spełnić te założenia. Średni rynkowy koszt elementów 1-go modułu nie przekracza 15 złotych.
Dla rozjaśnienia: częstokroć elektroniczny podzespół do auta, za który w ASO żądają np. 1000 zet, w przemysłowej wielkoseryjnej produkcji kosztuje kilka
euro zaledwie, ale jest trudny do podrobienia małym kosztem, więc pechowiec płacze i płaci. To wszyscy wiemy. A inaczej nie można, bo się gospodarka
wywróci na lewą stronę.
Dziwny jest ten świat...


[IMG][/IMG]

Od koncepcji, poprzez projekt wstępny ideowy i montażowy do układu próbnego droga dość długa, lecz ciekawa, a na jej końcu nagroda: DZIAŁA!
Najczęściej nie od razu, gdy koncepcja jest niestandardowa, albo trzeba urzeczywistnić coś, co pierwotnie jest tylko wyobrażeniem efektu tego działania.
Lecz problemy nie są kosmiczne, gdy system da się realizować "po kawałku". Na obrazku prosty (czyli tani i niezawodny) układ przetwarzania danych.



[IMG][/IMG]

Gdy układ próbny zda egzamin, można przejść do wersji docelowej. Wnętrze jednego z czterech sterowników mocy silnika trakcyjnego.

[IMG][/IMG]

Jednym z najtrudniejszych jest problem niezawodnej regulacji mocy silnika trakcyjnego, także przy hamowaniu odzyskowym, z zachowaniem
znikomych strat i nie przekroczeniu normatywu zakłóceń elektromagnetycznych EMC. W dodatku ilość miejsca mocno ograniczona, a na rynku...
jak wyżej. Ten i inne wymogi zmusiły do zaprojektowania zwartej, gęsto upakowanej konstrukcji.






[IMG][/IMG]

Impulsowy regulator/transformator DC/DC o płynnie regulowanej przekładni 100:1 ... 1:1 dla napędu i 1:1 ... 1:3 przy hamowaniu elektrodynamicznym.
Komunikuje się w sposób ciągły ze współpracującymi układami, aby nie zerwać przyczepności, nie zagrozić silnikowi i nie umniejszyć trwałości
zasobnika aku. W projekcie przewidziano do pracy zespołowej max. 20 szt. takich regulatorów. Awaryjna jazda możliwa jest na jednym (50km/h).






[IMG][/IMG]

Złocenie ścieżek obwodów drukowanych nie jest ani kłopotliwe, ani też bardzo drogie, a znacząco zwiększa ich odporność m.in. na utlenianie.





[IMG][/IMG]

Odpowiednio niewielkich hermetycznych złącz wysokoprądowych o gęstym upakowaniu potrzebnej liczby pinów na rynku nie znalazłem.
Przy 16-stu elementach (60A każdy) równocześnie złączanych potrzebna jest dość znaczna siła do wetknięcia tego, co ma być wetknięte;
gwintowana oprawa umożliwia wykonanie operacji zł/rozłączenia bez wysiłku i przy ograniczonej przestrzeni nad zespołem napędowym.