Entwicklung eines Fahrradelektrifizierungskits
Grüße an alle, die Elektronik mögen! Mein Name ist Vasily Sukhoparov, ich bin der technische Direktor von Eczo.bike. Ich möchte darüber sprechen, wie wir ein Fahrradelektrifizierungskit entwickelt haben, mit welchen Fallstricken wir konfrontiert waren und welche technischen Tricks zu beachten sind. Im Folgenden finden Sie eine kleine STM32-Programmierung, Schaltkreise, die Feinheiten beim Entwerfen von Leistungsplatinen und einige Worte zur mechanischen Komponente des CEM (Bicycle Electrification Kit). Elektrifizierungskit mit einer maximalen Leistung von 2600 W, Bordcomputer, Tracker und austauschbaren Batterien.
Warum wurde das alles erfunden?
Die Erfahrung mit der Selbstmontage eines Elektrofahrrads in Teilen und einer großen Anzahl verpackter Kegel hat mich zu dem Verständnis geführt, dass es derzeit keine Angebote auf dem Markt gibt, die alle meine Anforderungen erfüllen.Jedes Detail musste individuell gestaltet werden, Kollektivbetriebe mussten etwas von Grund auf neu erfinden. Sie können die Elektronik nicht einfach wie eine neue Grafikkarte in einen Computer einstecken und an ein Fahrrad anschließen. Es gab kein Plug-and- Play- Ride-System.Das eigene System könnte Folgendes bieten:- Modularität- benutzerfreundliche Oberfläche- Feinabstimmung für sich selbst- keine Notwendigkeit zum Löten der Steckverbinder und allgemeine Kenntnisse der Elektronik- geringes GewichtAll dies ist das, was ein gewöhnlicher Benutzer zu bewältigen hat, wenn er sich hervorragend mit chinesischen Komponenten ausstatten möchte. Mit diesem Ansatz wird der Bau von Elektrofahrrädern für viele Geeks und Elektronikingenieure, die nicht in der Lage sind, in die Massen einzudringen, lange Zeit bestehen bleiben.Industrielle Lösungen glänzen nicht mit besonderer Leistung (bis zu 1000 W) und werden häufig in ihre eigenen Fahrradrahmen eingebaut. Im Heimstaubsauger gibt es mehr „Pferde“ :) Es besteht keine Notwendigkeit, über Konfigurierbarkeit und den Anschluss zusätzlicher Funktionen zu sprechen.Ausgehend von der Entwicklung eines Bordcomputers im Keller Ihres Hauses (im wahrsten Sinne des Wortes) und endend mit einem Wechselrichter, einem Batteriemanagementsystem und dem gesamten Kit wurde allmählich klar, wie alles aufgebaut sein sollte, um maximalen Komfort bei der Verwendung dieses Geräts zu gewährleisten. Gleichzeitig musste er Zeit aufwenden, damit das Ding für den Benutzer und nicht für den Benutzer funktioniert, damit es funktioniert.Was hast du gemacht?
Der Prototyp auf dem Bild, bevor der Kat größtenteils durch Handarbeit zusammengebaut wurde, die Platinen wurden direkt im Büro verlötet und genau dort programmiert. Gehäuse aus massiven Kunststoffblöcken wurden auf CNC gefräst, der Metallrahmen wurde in Produktion hergestellt. Die Batterien wurden von ihnen selbst unter Verwendung von Technologie a la Tesla zusammengebaut, deren Grundbestandteil ein Element des Formfaktors 18650 ist. Ähnliche Zellen finden sich in den meisten Laptops. Ja, formell fährt Tesla mit Laptop-Batterien :-)
Der Bordcomputer zeigt nicht nur die Spannung des Akkus oder den Prozentsatz der Ladung (was manchmal nicht aussagekräftig ist) an, sondern auch den Verbrauch in W * h, den spezifischen Stromverbrauch in W * h / km und die Reichweite, drei Hauptparameter, die Sie wissen möchten, wenn Sie irgendwo weit weg fahren und Sie müssen eine Route planen. Mit zunehmender Geschwindigkeit nimmt darüber hinaus auch der Luftwiderstand im Verlauf zu und trägt maßgeblich zum Energieverbrauch während der Bewegung bei. Sie können weniger sparen, indem Sie den Slipper auf den Boden drücken oder die Pedale drehen.
BMS (Battery Management System) - ein Batteriemanagementsystem. Es berechnet das Laden / Entladen, steuert den Ladevorgang der Elemente und gleicht sie bei Bedarf aus. Der Unterschied zum herkömmlichen BMS liegt wiederum in der Zuverlässigkeit. Meistens brannte das chinesische BMS während eines Kurzschlusses mit einer Flamme aus. Sie können die Spannung an jedem Element der Batterie sehen, unter Last können Sie deren Innenwiderstand steuern. Der Hauptfehler der Batterien ist eine erhöhte Selbstentladung und eine Verschlechterung der ext. Widerstand, der die gesamte Batterie beschädigen kann, wenn er nicht rechtzeitig bemerkt wird.Eingebaute Wärmeüberwachung. Durch Hinzufügen dieses Moduls zum System können Sie die Batterieladung so weit wie möglich nutzen, ohne die Gesundheit zu beeinträchtigen. Sie können beispielsweise die Leistung reduzieren, wenn die Batterie fast vollständig entladen ist oder sehr kalte / heiße Temperaturen aufweist, und den Ladevorgang mithilfe eines eigenen Ausgleichsalgorithmus beschleunigen.
Für den Umbau des Fahrrads wurde ein Außenbordmotor gewählt, als Nur so können Sie einen guten Moment auf dem Lenkrad und mehr Leistung mit weniger Gewicht erzielen. Dieser Motor wiegt 3 kg. Zum Vergleich kann der Radmotor von zwei Typen sein: Direktantrieb - "Direktantrieb" - kann 1000 W oder mehr sein, aber sie wiegen nur zwischen 6 kg und 23 kg pro Motor. Getriebe - Getriebe - bis zu 500 W Gewicht ab 2 kg und buchstäblich ein paar 1000 W Motoren bis zu 4,5 kg. Im ersten Fall müssen verstärkte Felgen am Fahrrad angebracht werden, und am Befestigungspunkt der Motorachse muss Eisen aufgebaut werden, damit der Rahmen nicht zusammenfällt. Mit keinem einzigen Motorrad in einer ähnlichen Gewichtsklasse können Sie jedoch einen Moment in der Größenordnung von 160 Nm auf das Hinterrad übertragen.KEV-Eigenschaften
2600
70
50
36,4~54.6V
1C (~1 )
CAN
DC-DC OUT: 13V 13W + 10W
FSTN 240x128 2.8"
Bluetooth 4,0 BMS
Um die Universalität der Verbindung zu gewährleisten, wurden ein CAN-Bus mit einer Bordspannung von 13 V und ein separater Leistungsbus mit Batteriespannung ausgewählt.
Das Herzstück des gesamten Systems ist die Steuerung, die den Motor steuert. Es wandelt Gleichspannung von der Batterie in Wechselspannung mit einer Frequenz von bis zu 1500 Hz um. (Die PWM-Frequenz ist höher - bis zu 20 kHz) Steuersignale werden entweder direkt oder vom Bordcomputer (Bildschirm) über den CAN-Bus empfangen. Es hat auch einen eingebauten Konverter Ubat. bei 13V, um den Betrieb der Module sicherzustellen.Die Batterie ist wie oben erwähnt über BMS mit dem öffentlichen Netzwerk verbunden. Sie überwacht die Batterie, um ihre lange Lebensdauer sicherzustellen. Hat auch einen 13V Wandler für den Betrieb der Module.Der Bordcomputer ist über den CAN-Bus mit der Bordspannung verbunden, zeigt die von den Modulen empfangenen Informationen an und kann auch Daten auf die SD-Karte aufzeichnen.Der Tracker ist ebenfalls über CAN + 13V angeschlossen und verfügt über eine kleine Batterie zum Schutz vor Fahrraddiebstahl, wenn die Hauptbatterie fehlt.Das System unterstützt das gleichzeitige Anschließen von bis zu 4 Batterien und Steuerungen, beispielsweise zur Steuerung von vierrädrigen Fahrzeugen.Abschließend
In den folgenden Artikeln werde ich Ihnen mehr über die Entwicklung des Bordcomputers, der Steuerung und des Batteriemanagementsystems sowie darüber erzählen, wie wir die Batterien aus den Zellen zusammengebaut haben. Wenn es interessant ist, schreibe ich einen separaten Artikel über das Testen des Antriebs auf einem Prüfstand oder über das Messen der Effizienz des Motor + Controller-Pakets zu Hause. Source: https://habr.com/ru/post/de399029/
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