Устройство контроллера электровелосипеда

Электробайк. Контроллер двигателя своими руками

2017-04-26 в 10:47, admin , рубрики: DIY, diy или сделай сам, mail.ru, Блог компании Mail.Ru Group, электробайк, электровелосипед, электродвигатель, Электроника для начинающих, Энергия и элементы питания

Как вы уже знаете из прошлых постов, у нас в компании есть DIY-движение. В свободное от работы время коллеги занимаются фрезеровкой печатных плат в домашних условиях, делают тепловизор на FLIR Lepton, а также решают семейные разногласия с помощью 4 контроллеров и 2 умных часов. Продолжим серию увлекательный историй! Сегодня я расскажу, как сделать контроллер к трехфазному двигателю электровелосипеда своими руками. Целью создания такого контроллера было:

1. Изучение работы трехфазного мотора под управлением контроллера.
2. Большинство контроллеров для электровелосипедов, представленных на рынке, — китайские. Они хоть и относительно дешевые (около 2.000 руб в зависимости от мощности), но являются неведомой коробкой, в которой неизвестно что происходит. И сразу к ней возникает очень много вопросов — экономично ли она потребляет и распределяет ток, какой у нее запас мощности, почему так сильно перегревается, преждевременно срабатывает защита по току и т.д.

В тоже время на рынке представлены европейские качественные контроллеры для электробайков. Они оснащаются расширенными функциями, работают на разных напряжениях и токах и их можно программировать. Устанавливаются они на сверхмощные электровелосипеды. Но цена у них кусается — 10-20 тыс. рублей.

В итоге я решил пойти своим путем: разобраться в устройстве контроллера, сделать его прототип, а затем попытаться сделать контроллер качественнее китайского контроллера. На текущий момент проект у меня в разработке только и на уровне прототипа, готового варианта пока нет. Буду рад услышать ваши комментарии и советы.

Применение

В электровелосипедах используются трёхфазные бесщёточные электродвигатели с датчиками Холла. Стоит отметить, что применение подобных трёхфазных двигателей достаточно обширно:

• Бытовая техника
• Оргтехника
• Электротранспорт
• Промышленность

Устройство двигателя

Для разработки контроллера необходимо разобраться с принципом работы самого электродвигателя.

Электродвигатель состоит из фазных обмоток, магнитов и датчиков Холла, отслеживающих положение вала двигателя.

Конструктивно электродвигатели делятся на два типа: инраннеры и аутраннеры.

У инраннеров магнитные пластины крепятся на вал, а обмотки располагаются на барабане (статоре), в этом случае в движение приводится вал. В случае аутраннера всё наоборот: на валу — фазные обмотки, а в барабане — магнитные пластины. Это приводит в движение барабан.

Так как у велосипеда колесо крепится валом на раму, то здесь применителен тип аутраннера.

На этой картинке условно представлены три фазы с обмотками, соединёнными между собой. В реальности обмоток намного больше, они располагаются равномерно с чередованием по фазам по окружности двигателя. Чем больше обмоток — тем плавнее, чётче, эластичнее работает двигатель.

В двигатель устанавливаются три датчика Холла. Датчики реагируют на магнитное поле, тем самым определяя положение ротора относительно статора двигателя. Устанавливаются с интервалами в 60 или 120 электрических градусов. Эти градусы относятся к электрическому фазному обороту двигателя. Необходимо учитывать, что чем больше в двигателе обмоток на каждую фазу, тем больше происходит электрических оборотов за один физический оборот мотор-колеса.

Обмотки трёх фаз в большинстве случаев соединяются между собой по двум схемам: звезда и треугольник. В первом случае ток проходит от одной из фаз к другой, во втором — по всем трём фазам в разной степени. Иногда эти две схемы подключения комбинируют в одном двигателе, например в электромобилях. При старте и наборе скорости идёт соединение фаз по звезде: она даёт больший момент при относительно низких оборотах; далее, после набора скорости, происходит переключение на треугольник, в результате количество оборотов увеличивается, когда уже не нужен большой крутящий момент. По сути, получается условно автоматическая коробка передач электродвигателя.

Цикл работы

Чтобы привести в движение трёхфазный двигатель, нужно рассмотреть цикл его работы за электрический оборот. Итак, имеем три фазы — A, B, C. Каждая из фаз получает положительную и отрицательную полярности в определённый момент времени. Поочерёдно по шагам пропускается ток от «плюса» одной фазы к «минусу» другой фазы. В итоге получается шесть шагов = три фазы × две полярности.

Рассмотрим эти шесть шагов цикла. Предположим, что положение ротора установлено в точке первого шага, тогда с датчиков Холла мы получим код вида 101, где 1 — фаза А, 0 — фаза B, 1 — фаза С. Определив по коду положение вала, нужно подать ток на соответствующие фазы с заданными полярностями. В результате вал проворачивается, датчики считывают код нового положения вала — и т. д.

В таблице указаны коды датчиков и смена комбинаций фаз для большинства электродвигателей. Для обратного хода колеса (реверса) достаточно перевернуть знаки полярности фаз наоборот. Принцип работы двигателя довольно прост.

Цикл двигателя представлен в gif-анимации.

Транзисторы и Н-мост

Но чтобы поочерёдно подавать ток на каждую из фаз и менять их полярность, необходимы транзисторы. Ещё нам нужна передача больших токов, высокая скорость переключения и чёткость открытия/закрытия затворов. В данном случае удобнее управлять затворами по напряжению, а не по току. Поэтому оптимальны полевые (MOSFET) транзисторы. Чаще всего их используют в контроллерах. Очень редко можно встретить комбинированный вариант транзисторов.

Для переключения фаз со сменой их полярностей используют классическую схему Н-моста (H-Bridge) из полевых транзисторов.

Он состоит из трёх пар транзисторов. Каждая из пар подключается к соответствующей фазе обмотки двигателя и обеспечивает подачу тока со значением (+ или –). Транзисторы, отвечающие за включение фазы с положительным значением, называют верхними ключами. С отрицательным — нижними. Для каждого шага открывается пара ключей: верхний одной фазы и нижний соседней фазы. В результате ток проходит от одной фазы к другой и приводит электродвигатель в движение.

Из схемы видно, что мы не можем включить одновременно верхний и нижний ключ у одной и той же фазы: произойдёт короткое замыкание. Поэтому очень важно быстрое переключение верхних и нижних ключей, чтобы в переходных процессах не появилось замыкание. И чем качественнее и быстрее мы обеспечим переключения, тем меньше у нас будет потерь и нагрева/перегрева транзисторов H-моста.

Для запуска остаётся обеспечить управление затворами ключей H-моста. Для управления H-мостом нужно:

1. Считать показания датчиков Холла.
2. Определить, в каком положении какую пару ключей включать.
3. Передать сигналы на соответствующие затворы транзисторов.

Прототип на Ардуино

Под рукой у меня была Arduino UNO, и я решил собрать контроллер на её основе.

Первым делом я подал на датчики Холла питание 5 вольт от Ардуино (его достаточно для датчиков). Сигнальные провода от датчиков подключил на цифровые пины Ардуино, написав простейшую программу для считывания и обработки сигналов с датчиков.

Затем собрал Н-мост из полевых NPN-транзисторов. Подвёл к мосту независимое питание на 12 вольт. Но при отладке, чтоб убедиться в работоспособности, я подключил напрямую шесть пинов 5V из Ардуино на затворы H-моста. У большинства полевых транзисторов затвор работает на 20 вольт. Так делать нельзя, потому что Н-мост будет плохо работать и перегреваться. Но для кратковременных тестов это пойдёт. Кое-как, с сильными перегревами и страшными звуками, вибрациями и толчками колесо медленно закрутилось. Начало положено.

Мостовые драйверы

Далее предстояла работа над напряжением 20 вольт на управление затворами. Для этого существуют мостовые драйверы транзисторов, они обеспечивают стабильные импульсы в 20 вольт на затвор и высокую скорость отклика. Сначала у меня были популярные драйверы для маломощных моторов L293D.

Для управления затворами его достаточно, к тому же их очень просто использовать. Один такой драйвер может обеспечить питанием две пары ключей. Поэтому я взял две штуки L293D. Собрал контроллер с этими драйверами, и колесо начало крутиться существенно плавнее, посторонних звуков стало меньше, нагрев транзисторов уменьшился. Но при увеличении оборотов синхронизация с контроллером пропадала, появлялся посторонний звук, колесо дёргалось, вибрировало и полностью останавливалось.

В это же время я наткнулся на два варианта мостовых драйверов:

• HIP4086
  
• IR2101
  

Что касается HIP4086, то это полноценный мостовой драйвер, предназначенный для трёхфазного электродвигателя. Мне он показался несколько замороченным, и мои попытки использовать его в контроллере не увенчались успехом: он у меня так и не заработал. Углублённо разбираться в причинах не стал.

А взял я IR2101 — полумостовой драйвер, обеспечивающий работу нижнего и верхнего ключей для одной фазы. Несложно догадаться, что таких драйверов нужно три. К слову, драйвер очень прост в использовании, его подключение происходит безболезненно и легко. Получилась такая схема:

И готовый результат

Собрал контроллер с этим драйвером и запустил двигатель. Ситуация с работой электродвигателя кардинально не поменялась, симптомы остались те же, как и в случае с драйвером L293D.

Аппаратное прерывание

И тут я понял, в чём дело: Ардуино не успевает обрабатывать показания датчиков Холла! Поэтому необходимо было использовать пины Ардуино с аппаратным прерыванием. Так как у Ардуино УНО таких пинов всего два, а под датчики нужно три пина, надо взять Ардуино Леонардо или Искра Нео, где таких пинов — четыре штуки.

Переписав программу под прерывания и подключив Искру Нео вместо УНО, я повторил испытания.

Колесо наконец-то заработало чётко, без вибраций, шумов, отлично стало набирать обороты без рассинхронизации. Прототип оказался жизнеспособным. Но это ещё не полноценный контроллер, поскольку в нём не было обвязки с защитами и обеспечением качественного ШИМ-сигнала.

Прототип на базе микросхемы MC33035

Параллельно с разработкой контроллера на Ардуино я рассматривал альтернативные варианты логической части контроллера. И это привело меня к микросхеме MC33035. Это старая разработка от Motorola, сейчас её выпускает ON Semiconductor. Создана специально для мощных трёхфазных двигателей.

• Отвечает за всю логическую часть контроллера
• Считывает показания с датчиков Холла
• Определяет положения вала
• Выдаёт сигналы для затворов Н-моста на их драйверы
• Имеет возможность подключения индикатора ошибок, перегрева
• Обрабатывает и передает ШИМ-сигнал (PWM)
• Осуществляет реверс (обратный ход колеса)

Одним словом, микросхема содержит всё необходимое для управления электродвигателем. Её стоимость очень низкая: на Алиэкспрессе — около 50 рублей. Для сборки полноценного контроллера на её основе потребуется микросхема MC33035, полумостовые драйверы и Н-мост из полевых транзисторов. Я также собрал контроллер на этой микросхеме. Работает отлично, стабильно, колесо крутится как надо на различных оборотах. Но функционал микросхемы ограничен, если необходимо наворотить различные функции, вывод на дисплей скорости, одометр, расход батареи, то опять же возникает необходимость дополнительно подключить Ардуино или что-то аналогичное.

Схема с MC33035

Главное преимущество контроллера на базе MC33035 — это простота в использовании. Просто покупаете микросхему, собираете Н-мост, спаиваете всё на плату с небольшой обвязкой — и контроллер готов. Если нужно просто запустить двигатель с ШИМ-сигналом и управлять им — оптимальный вариант.

Контроллер на базе Ардуино — вариант сложнее, понадобится писать логику, обеспечивать дополнительные защиты контроллера. Но для экспериментов, прототипов, дополнительного функционала, использования различных режимов работы двигателя — подходящий вариант. Поэтому я решил пока отложить MC33035 и продолжить работу с Ардуино.

Самодельный контроллер для электровелосипеда

Как выбрать контроллер для электровелосипеда, какие контроллеры бывают и в чём их разница?

Прежде чем ответить на этот вопрос, давайте разберёмся, зачем вообще нужен контроллер.

Наверняка почти каждый любознательный представитель мужской половины человечества в детстве имел дело с моторчиками, установленными в детских игрушках, например, электрических машинках или лодках.

Эти моторчики представляли собой двигатели постоянного тока . Для вращения к ним достаточно было подключить батарейку, и направление вращения менялось в зависимости от полярности подключения.

В том случае обмотки ротора (вращающейся части электродвигателя) подключаются к источнику питания по очереди через пару графитовых щёток, таким образом ротор приводится во вращение.

В электровелосипедах же используются бесщёточные моторы , а точнее трёхфазные асинхронные двигатели, которым недостаточно просто подать напряжение питания от батареи. На первый взгляд кажется, что всё только усложнилось, но дело вот в чём.

Во-первых, двигатели постоянного тока имеют узел, который требует обслуживания и периодического ремонта — это как раз те самые щётки и коллектор, по которому они скользят.

Во-вторых, КПД этих двигателей ниже, а вес больше. В третьих, они имеют ограниченный диапазон скоростей вращения. Всех этих недостатков трёхфазные асинхронные двигатели лишены.

Но последним требуется контроллер — устройство, обеспечивающее коммутацию обмоток строго по определённому алгоритму.

В зависимости от типа двигателя (с датчиками положения ротора или без) от контроллера к двигателю идёт либо только три силовых провода, либо к ним добавляются 5 или 6 тонких проводов.

Силовые провода — это те, которые непосредственно подключены к обмоткам двигателя. А тонкие (слаботочные) провода — это провода питания и сигналов с датчиков положения.

На фото силовые провода (синий, зелёный и жёлтый) спрятаны в стеклоармированных трубках, а слаботочные видны: синий, зелёный и жёлтый — это сигналы с датчиков положения, красный и чёрный — это питание датчиков, а белый — с датчика температуры, который спрятан под платой ближе к обмоткам.

Контроллер определяет положение ротора по датчикам и коммутирует напряжение батареи на необходимую обмотку двигателя.

Так в каких случаях датчики положения необходимы в двигателе, а в каких нет?

Дело в том, что в тех случаях, когда двигатель должен стартовать со значительной нагрузкой на валу (в нашем случае нужно сдвинуть с места велосипед с наездником) используются двигатели с датчиками.

Если же на старте нагрузки нет или она незначительная (например, вентиляция), используются так называемые бездатчиковые двигатели. Хотя, в некоторых случаях и на электровелосипеды малой мощности ставят бездатчиковые двигатели.

Соответственно, и контроллеры бывают как для двигателей с датчиками, так и для двигателей без датчиков положения.

Теперь давайте поговорим об исполнении, то есть о корпусе и размещении контроллера.

И здесь мы снова переводим акцент на двигатели, которые устанавливаются либо в колесо (вместо втулки), либо в кареточный узел.

В случае мотор-колеса, то есть мотора, заспицованного в обод, контроллер является отдельным блоком со своим собственным корпусом, и размещается отдельно от двигателе (за исключением нескольких специфических решений).

В случае же центрального (кареточного) мотора контроллер устанавливается внутри корпуса двигателя, что позволяет сократить количество видимой проводки на электровелосипеде.

Есть ещё одна важная характеристика контроллера, которая влияет на дальность поездки, или, другими словами, на эффективность использования энергии, накопленной в батарее.

Я имею в виду тип ассистента , или помощника, поддерживаемого контроллером.

Самый распространённый — PAS (Pedal Assist Sensor). Данное исполнение представляет собой пару из датчика Холла и кольца с магнитами. При вращении педалей магниты движутся мимо датчика и последний отправляет соответствующий сигналы на контроллер.

То есть PAS регистрирует сам факт вращения педалей, независимо от того, насколько быстро их крутит велосипедист и насколько сильно на них давит.

Менее распространён другой тип — Torque sensor , или датчик крутящего момента. Он-то как раз измеряет усилие, прилагаемое к педалям, и сообщает его контроллеру.

Несложно догадаться, что второй вариант более эффективен в плане экономичности использования заряда батареи, так как он не даст велосипедисту крутить педали вхолостую.

Более того, отпадает необходимость использования ручки газа, ведь при сильном нажатии на педаль контроллер подаст на двигатель максимальную мощность.

Теперь давайте взглянем на рынок контроллеров для электровелосипедов. Начнём с одного из самых заказываемых на Aliexpress контроллеров .

Если верить заявленным на этикетке характеристикам, он рассчитан на работу с напряжением 36 или 48 вольт и максимальный ток 30 ампер. Габариты контроллера 8 см х 15 см.

Рассмотрим провода, которые из него выходят, и разберёмся для чего каждый из них предназначен. В общем-то, продавец расписал что есть что в описании товара, но не всем эти надписи будут понятны.

Итак, по порядку:

1. Motor (синий, зелёный и жёлтый) — три силовых провода для подключения мотора. О них я писал выше.

2. Speed meter — сигнальный провод к датчику измерения скорости. Но ведь у датчика скорости два провода! Правильно. Второй провод («земля», или GND) придётся взять от другого разъёма, например, от разъёма PAS.

3. PAS — три провода к датчику педального ассистента. Как правило, чёрный провод — это GND, так что его можно использовать как второй провод датчика скорости.

4. Alarm — два разъёма для подключения сигнализации.

5. H-brake и Low-brake — провода для подключения датчиков тормоза. В одном случае датчик (или кнопка) срабатывает при замыкании сигнального провода на «землю» (GND), в другом — при подаче +5 вольт.

6. Cruising — подключение функции круиз-контроль.

7. Throttle — три провода для подключения ручки газа: «земля» (GND), +5В и сигнальный, напряжение на котором меняется в зависимости от положения ручки газа.

8. Battery and Ignition — два силовых провода для подключения к батарее и один сигнальный для включения контроллера. Когда батарейное напряжение подаётся на сигнальный провод, контроллер запускается.

9. Reverse — два провода, при замыкании которых двигатель будет крутиться в обратном направлении.

10. Hall sensor — разъём для подключения мотора, а точнее — датчиков положения, установленных в моторе. О них я писал выше.

11. 3 Speed — три провода для выбора максимальной скорости движения.

12. Self learn — два провода, при замыкании которых включается режим самообучения контроллера. После того, как контроллер выполнил процедуру обучения, провод размыкается.

Кстати, данный контроллер не подразумевает подключение дисплея,

В чём недостаток использования контроллера в таком виде? Дело в том, что когда мы соединим все провода с остальными элементами системы, у нас получится приличная вязанка, и её надо будет где-то прятать.

Как правило, контроллер вместе с вязанкой прячут в велосипедной сумке, подвешенной на раме. Но, как показала практика, со временем от вибраций и воздействия влажной окружающей среды происходит окисление контактов и нарушение соединений.

Также есть вариант использования герметичного пластикового корпуса , с того же Aliexpress, но тут возникает другая проблема.

В данном контроллере установлено 12 силовых транзисторов, прикрученных к корпусу контроллера для охлаждения. То есть подразумевается, что контроллер будет находиться в окружающей среде, а в идеале — обдуваться потоком набегающего воздуха.

Однако в закрытом герметичном корпусе охлаждение будет затруднено, и контроллер может выйти из строя в результате сгорания транзисторов.

Для решения данной проблемы используют герметичные разъёмы и интеграционный кабель.

На данном фото слева направо расположены следующие разъёмы:

1. Интеграционный кабель — это кабель, объединяющий в себе все провода, идущие на руль: для подключения дисплея, ручки газа и датчиков тормоза.

2. Разъём для подключения фонаря.

3. Разъём для подключения PAS-сенсора.

4. Разъём для подключения двигателя. Объединяет в себе три силовых провода, 5 проводов на датчики положения и 1 провод на датчики температуры и скорости.

5. Жёлтый разъём предназначен для подключения батареи.

Несмотря на то, что данный контроллер менее мощный (22 ампера против 30 ампер в первом случае), стоит он в три раза дороже.

Но эта разница в цене полностью оправдана, так как надёжность и долговечность конструкции позволит один раз собрать электровелосипед и эксплуатировать его на протяжении нескольких лет без каких-либо проблем.

Примерно так же, как опытные монтажники выбирают профессиональный надёжный инструмент чтобы быть в нём полностью уверенным и работать с удобством и удовольствием.

Кроме контроллеров с Aliexpress в продаже имеются контроллеры Kelly , представленные на официальном сайте kellycontrollers . Это хорошие контроллеры, но они стоят дороже.

Например, версия на 25 ампер на момент написания статьи имеет цену 141,54 евро, что примерно в 3 раза дороже предыдущего рассматриваемого нами варианта.

Также следует упомянуть об отечественной разработке. Компания Electronbikes представила компактную модель контроллера , и обещает начать серийный выпуск до конца текущего года.

На фото представлен новый контроллер (снизу) в сравнении с китайским аналогом (сверху), оба рассчитаны на ток 45 ампер.

Конечно, нижний контроллер будет помещён в корпус, служащий радиатором, но очевидно, что его габариты не сравнятся с китайским аналогом.

Особенно интересна новая разработка тем, что контроллер будет поддерживать Torque-сенсор .

И конечно в данной статье нельзя не упомянуть о контроллерах, установленных в центральных моторах Tongsheng , представленных на Aliexpress. Эти контроллеры также поддерживают Torque-сенсор.

Многие начинающие сборщики электровелосипедов заметят, что я не стал рассматривать мощные контроллеры, рассчитанные на большие токи.

Дело в том, что мощные контроллеры подразумевают мощные батареи, мощные двигатели и, как следствие, очень крепкие (часто стальные) пространственные рамы , которые способны выдержать большие весовые нагрузки.

Тогда это уже будут не электровелосипеды (весом до 25 кг), а электромотоциклы, вес которых достигает 50 кг и более, и кручение педалей теряет смысл.

Я же всё-таки являюсь сторонником лёгкого и компактного оборудования, и придерживаюсь мнения, что электровелосипед должен оставаться велосипедом.

ШИМ-регулятор скорости для самодельного электровелосипеда

Ранее мастер работал над преобразованием своего велосипеда в электрический, используя двигатель постоянного тока для автоматического механизма двери. Также им была создана аккумуляторная батарея, рассчитанная на 84 В постоянного тока.

Теперь ему требуется регулятор скорости, который может ограничивать количество энергии, подводимой к двигателю от аккумуляторной батареи. Большинство доступных в сети регуляторов скорости не рассчитаны на такое высокое напряжение, поэтому было решено сделать его самому.

В данном проекте будет спроектирован и построен индивидуальный ШИМ-регулятор скорости для управления скоростью крупномасштабных двигателей постоянного тока.

Шаг 1: Инструменты и материалы

Для этого проекта понадобятся базовые инструменты для пайки, такие как:

Схема, файлы Gerber и список компонентов доступны здесь .

Шаг 2: Проектирование контроллера скорости

Так как мы стремимся контролировать скорость двигателя постоянного тока, то мы можем использовать две технологии. Понижающий преобразователь, который понижает входное напряжение, довольно сложен, поэтому было решено использовать PWM Control (Pulse Width Modulation). Подход прост, чтобы контролировать скорость питания батареи, он включается и выключается с высокой частотой. Для изменения скорости движения велосипеда изменяется рабочий цикл или период времени выключения контроллера.

В настоящее время механические переключатели не должны подвергаться такому высокому напряжению, поэтому подходящим выбором для такого применения является N-канальный Mosfet, который специально предназначен для обработки умеренного количества тока на высокой частоте.

Для переключения полушарий необходим сигнал ШИМ, который вырабатывается ИС таймером 555, а рабочий цикл сигнала переключения изменяется с помощью потенциометра 100 кОм.

Так как мы не можем работать с таймером 555 выше 15 В, придется включить интегральную микросхему преобразователя lm5008, которая понижает входное напряжение с 84 В до 10 В постоянного тока, который используется для питания таймера и охлаждающего вентилятора.

Для обработки большого количества тока было использовано четыре N-канальных Mosfets, которые подключены параллельно.

Кроме того, были добавлены все дополнительные компоненты, как описано в таблицах данных.

Шаг 3: Проектирование печатных плат

Закончив схему, было решено заняться разработкой специальной печатной платы для регулятора скорости. Было решено спроектировать это устройство так, чтобы оно было способно к дальнейшим модификациям для других DIY-проектов мастера, которые используют большие двигатели постоянного тока.

Идея проектирования печатной платы, возможно, требует больших усилий, но оно того стоит. Всегда старайтесь проектировать определенные модули на плате с другой стороны. К таким модулям относятся схема управления и питание. Это делается для того, чтобы при соединении всего вместе можно было выбирать подходящую ширину печатной дорожки, особенно на стороне питания.

Также было добавлено четыре монтажных отверстия, которые будут полезны для монтажа контроллера и удержания вентилятора вместе с радиатором над полевыми МОП-транзисторами.

Шаг 4: Заказ печатных плат

В отличие от любой другой заказной детали для DIY-проекта, печатные платы, безусловно, самые легкие. Как только файлы Gerber для окончательной компоновки печатной платы были готовы, осталось сделать несколько кликов для заказа специализированных печатных плат.

Все, что сделал мастер этого проекта, так это отправился на PCBWAY и загрузил свои файлы Gerber. После того, как их техническая команда проверит дизайн на наличие ошибок, дизайн будет отправлен на производственную линию. Весь процесс займет два дня и печатные платы придут по указанному адресу в течение недели.

Файлы Gerber, схема и спецификация для печатной платы регулятора скорости доступны здесь .

Шаг 5: Сборка печатных плат

Как и ожидалось, печатные платы прибыли в течение недели. Качество печатных плат абсолютно безупречное. Пришло время собрать все компоненты, как указано в спецификации, и поместить их на место.

Чтобы все шло гладко, нужно начать с самого маленького компонента на печатной плате, который в нашем случае является преобразователем LM5008 Buck, компонентом SMP. Как только компоненты были припаяны, согласно схемы, мастер приступил к работе с более крупными компонентами.

После сборки платы, пришло время расположить таймер 555 с выемкой в правильном направлении.

Шаг 6: Охлаждение

С таким огромным количеством энергии, с которым потребуется иметь дело, очевидно, что плата будет нагреваться. Поэтому, чтобы справиться с избытком тепла, необходимо согнуть полевые МОП-транзисторы и установить вентилятор на 12 В с переключателем между радиаторами.

После этого ШИМ-регулятор скорости готов к работе.

Шаг 7: Тестирование контроллера

Для тестирования контроллера будет использована аккумуляторная батарея на 84 В для электрического велосипеда, которая была изготовлена мастером ранее. Контроллер временно подключен к аккумуляторной батарее и мотору, который прикреплен к велосипеду для привода заднего колеса.

После переключения переключателя, контроллер включается и вентилятор обдувает воздухом полевые МОП-транзисторы. При вращении потенциометра по часовой стрелке, двигатель начинает вращаться и постепенно увеличивает скорость, пропорционально вращению ручки.

Шаг 8: Окончательные результаты

Регулятор скорости готов и он превзошел все ожидания мастера в отношении его возможностей. Контроллер легко работает от аккумуляторной батареи 84 В и плавно контролирует скорость двигателя.

Но чтобы протестировать этот регулятор скорости под нагрузкой, мастеру необходимо закончить свой велосипедный проект и смонтировать все компоненты вместе.

Также вы можете посмотреть видео по сборке данного контроллера:

Получайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!

*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных

Контроллер для электровелосипеда: схема, особенности подключения, советы при выборе

Все конструкции электровелосипедов включают в себя не только электродвигатель, но и отдельную систему управления — контроллер. Он необходим для обеспечения работы электромотора в велосипеде. Контроллер выполняет важную функцию в транспорте и считается «головным мозгом» конструкции.

Что такое контроллер для электровелосипеда?

Контроллеры приводят в действие моторные колеса, регулирует скорость и вращение, а также обеспечивает правильную остановку

Контроллер считает одной из главных частей электровелосипеда, так как отвечает за совершенные действия. Он обеспечивает переход тока к электродвигателю.

Такая конструкция позволяет:

• включать и выключать электронику;
• регулировать работу мотор-колес;
• позволяет устанавливать ограничитель скорости;
• осуществляет круиз-контроль;
• ускоряет двигатель до трехскоростного режима;
• отвечает за рекуперативное торможение;
• позволяет всем параметрам отображаться на панели управления;
• осуществление обратного хода.

Главные функции контроллера делят на:

• регулировку движения велосипеда;
• осуществление крутящего момента;
• защищает электродвигатель.

Параметры блока управления

Контроллеры обеспечены основными параметрами, благодаря которым электромоторы и батареи могут работать:

1. Максимальный постоянный ток. Значение, которое отвечает за максимальный ток, который держит контроллер в течение установленного времени.
2. Максимальный пиковый ток. Значение, которое выдерживается на минимальном отрезке времени. Данное число обычно гораздо больше, чем значение постоянного тока. Пиковый ток наблюдается при резком старте, когда в транспорте развивается большой крутящий момент.
3. Максимальное напряжение аккумуляторов. Значение максимального количества используемых аккумуляторных банок. Если происходит повышение напряжения, контроллер может сгореть или выйти из строя. Разные модели имеют свой показатель напряженности. В основном они рассчитаны на 24, 48 и 60V.
4. Внутреннее сопротивление. Данный параметр не является важным. Чем больше мощность контроллера, тем меньше сопротивление.
5. Частота подачи импульсов. Значения данного параметра зависят от вида мотор-колес.

Схема контроллера электровелосипеда

Контроллер внешне выглядит, как коробка, выполненная из алюминия. Внутри неё содержится много цветных проводов. В некоторых моделях конструкцию устанавливают в отдельном боксе, для защиты от загрязнений и повреждения.

Схема контроллера включает в себя:

1. Сердце в виде микроконтроллера, расположенное в центре конструкции.
2. Преобразователи напряженностью 12 и 5 В.
3. Периферия (ручки, датчики).
4. Силовые компоненты.

Как подключить контроллер к электровелосипеду?

1. Необходимо подключить питание мотор-колес к силовым проводам такого же цвета.
2. К датчикам мотор-колес подключить главные провода. Если в комплекте есть велокомпьютер, его подключают к пульту управления.
3. Если пульта управления нет, то замок зажигания подключают к красному и синему разъему.
4. Затем ручку «газа» подключают к разъему.
5. Тормоз подключают к отверстию ручки. Там содержится два разъема, поэтому во второй можно подключить стоп сигнал при желании.
6. В ограничителе максимальной скорости можно установить данную функцию. Для этого замыкают два белых провода. Для того чтобы функция работала постоянно, следует контакты соединить между собой.
7. При наличии системы ассистирования, ее можно подключить в специальном отделе.
8. Следует подключиться к отделу аккумуляторной батареи.
9. Необходимо помнить, что нельзя замыть контакты черного и красного цвета питания.При самостоятельной сборке рекомендуется следить за соответствием цветов и не соединять разъемы без надобности.

Виды контроллеров для электровелосипедов

По типу связи с двигателем:

1. Для работы с установленным датчиком.
2. Работающие без датчика.
3. Универсального типа.

По форме получаемого сигнала:

• Подают прямоугольный сигнал. Зачастую такие виды дешевле. Использование позволяет получать высокие скорости вращения, но из-за этого возникает шум при работе ввиду микровибраций.
• Форма синусоиды — обеспечивают бесшумную работу, но на более низких скоростях.

Как выбрать контроллер для электровелосипеда – советы

Контроллер выбирают исходя из вида двигателя и аккумулятора. Основными параметрами считаются: напряжение и величина максимального тока.

Двигатель мощностью 350 Вт нуждается в контроллере 36 В 15 А.

Мощность 100 Вт — контроллер 48 В, силой тока не меньше 25 А. Для лучших показателей выбирают модели со значением тока 30, 35, 40 ампер.

Мощность 1000 Вт- контроллер 48 В 30 А. Существуют программируемые конструкции, где можно настраивать ток под собственные потребности.

Оптимальное соотношение скорости колес к напряжению -1 к 0,9. Исходя из этого, можно рассчитать скорость движения: при 36 В передвигаться следует при 32 км/ч, при 48 В — 45 км/ч.

Увеличение скорости изменяет и соотношение, так как имеют место существенные затраты энергии на борьбу с сопротивлением воздуха.

Контроллер является незаменимой частью электровелосипеда. Он отвечает за все главные функции передвижения. Современный рынок предоставляет большой выбор исходя из мощности, напряжения, вида и способа работы.

Для того чтобы выбрать правильную оснастку электровелосипеда, необходимо изучить основные нюансы и возможности каждой модели. Выбор хорошей модели подразумевает большой спектр функций, например, отдельных выход для питания фар, задний ход, различные режимы скорости и мощности.

Самодельный контроллер для электровелосипеда

Допиливаем контроллер для электро велосипеда, добавляем из воздуха 3 новых функции, и ускоряемся. И так Почитав сайты полазив на форумах коротко понял одну главную вещь. Не вдаваясь в подробности, но у всех контроллеров могут быть скрытые функции которых изначально нет. Повозившись и убив около 28 часов со своим контроллером в режиме нон стоп, нашел все то что мне нужно было, и даже больше того. Еще короче, информации по данному контроллеру нет нигде!

Если кто-то столкнулся с такой же проблемой и у него есть такой же контроллер данная информация представленная в теме и в самом ролике сведет на нет ваше мучение и добавив только положительных эмоций поможет вам без труда про абгрейдить его, как это сделал я.

И так мой контроллер :

Brushless DC Motor Controllers

Рассчитан на напряжение: 36В, может спокойно работать с минимальными изменениями измерителя напряжения АКБ на 48 Вольтах, в пике до 62В с заменой электролитов пик составляет 72 В. Лично меня внештатный разгон по питанию сильно не интересует, так как у этого метода больше минусов чем плюсов!

Выходная мощность номинал/пиково : 800 Ватт/1600 Ватт

Напряжение: 1.1 -4.2В.

Данный контроллер изначально имеет 3 скорости

1 скорость 25 км/ч

2 скорость 35 км/ч

3 скорость 45 км/ч

На скорость влияет диаметр колес, и нагрузка на мотор, в виде того же веса рамы и пилота.

Скорость выбирается относительно земли(минус) К1 — первая скорость, К2 — третья скорость, и если К1 или К2 не подключены на землю, автоматом выбирается вторая скорость. Можно вывести на руль и при правильной не сложной разводке переключать скорости во время движения, Выбор правильной мах скорости способствует меньшей пиковоемой мощности.

Памятка : При любом разгоне или увеличении скорости возрастает ток потребления мотора что приводит к уменьшению дистанции пробега, отсюда выражение тише едешь дальше будешь, как нельзя кстати подходит для этих режимов. Как мне кажется самый идеальный вариант вывести скорости на руль и переключатся уже по ходу движения. Разрешается пользоваться данным режимом не отключая контроллер!

Режим рекуперации: Здесь идет обозначение буквой Х — на самом деле это не буква икс, а символ пере подключения колеса в роль генератора и обратно. Многие ошибочно полагают что это буква.

Данный режим должен подключатся кнопкой при нажатии ручки тормоза. Активация режима производится от точки Х через кнопку тормоза относительно минуса(земли). При этом если тормоз подключен к точкам SL или SH, провод нужно перенести с этих точек, и подключится к точке Х, смотри в видео.

Памятка: В активном режиме перевода колеса из мотора в генератор возврат энергии полностью зависит от оборотов мотор колеса. и может составлять от 80 до 100% в идеальных условиях. Если аккумуляторы сели то скатившись с горки при слегка нажатом тормозе чтобы не задействовав механическую систему торможения, а активировался режим рекуперации по кнопке в ручке тормоза. то при идеальных условиях и хорошем уклоне и разогнавшись до 20-25км/ч примерно на 100 метров мы можем сгенирировать энергии, чтобы проехать около 10 метров. Данные примерные! Расстояние может быть и немного большим.

Режимы SL, SH— это торможение с частичными рекуперативными свойствами мотора. Рекуперация в этих режимах от 5 до 20% относительно мах 100 %. Разницы при движении между этими режимами взрослому человеку почти не будут заметны. Отсюда на мой взгляд это без полезные режимы. А сильная нагрузка на колодки и нужное усилие чтобы остановить такую мощность только скажутся на их сильном износе, за короткое время.

Режим Q — круиз контроль, очень полезная функция включается через 5-10 сек после того как скорость становится стабильной. Руки в таком режиме особенно после пробок вам только скажут спасибо. В данном режиме контроллер сам подбирает оптимальные значения мотора что может положительно сказаться на движении даже в маленькие горки, при этом скорость может не меняется, так как контроллер сам думает за вас. Отключается режим либо тормозом, достаточно короткого нажатия чтобы сработала кнопка. Либо же выключается ручкой акселератора.

Режим Пассивной безопасности А3 — подключение относительно земли(минуса) может включатся скрытым тумблером, активируя дополнительный режим блокировки мотора, который не только не даст укатить велосипед но и будет сопротивлятся. К сожалению рук мало показать полностью в видео данный режим не получилось. Можно попробовать подключить данный режим к сигнализации и управлять им с пульта дистанционно.

Большая часть данной информации была добыта мной как всегда опытным путем.

Ну и картинка с основными точками ниже :

Ну и наверно хватит мне вас грузить остальное вы увидите в видео, надеюсь данный опыт кому-то поможет!

К сожалению сильно растягивать видео не стал, но скажу что я провел полную промывку платы, и покрытие с заливкой ее желтым лаком в три слоя каждой стороны, чтобы убрать проблему конденсата так как контроллер установлен под колесом!

Электровелосипед

Электровелосипед совсем не так давно стал завоевывать все бОльшую популярность, как очень удобное, экономное, безопасное и главное не причиняющее вред для экологии средство передвижения, особенно в мегаполисах, где пробки на дорогах – это беда номер один.

В этой статье мы подробно разберем, из чего же состоит электровелосипед и как его можно собрать своими силами.

Что такое электровелосипед?

Электровелосипед представляет из себя велосипед, у которого на одном, или реже на двух колесах вмонтирован электродвигатель, который дает крутящий момент и приводит в движение велосипед без физического вмешательства человека.

На заднеприводом велосипеде мотор-колесо устанавливается сзади:

На переднеприводном – спереди:

Для полного бездорожья можно увидеть полноприводные электровелосипеды, где мотор-колеса находятся и спереди и сзади. В основном это фэтбайки.

Еще реже можно также увидеть электровелосипеды, где электродвигатель монтируется в каретку велосипеда. Кареточные моторы менее надежны, дорогие, требуют более дорогой ремонт по сравнению с мотор-колесами, очень быстро изнашивают цепь и звезды. Поэтому, мы не будет их рассматривать в нашей статье.

Но существует также совсем бюджетный вариант – это щеточный двигатель постоянного тока. Такой комплект обойдется вам раза в 3-4 дешевле, чем комплект с мотор-колесом. Такой комплект включает в себя двигатель постоянного тока, контроллер, ручку газа, кронштейн, цепь и звезду. Отдельно придется только собирать либо покупать аккумуляторную батарею. Более подробно с таким комплектом можно ознакомиться здесь.

Но опять же могут возникнуть некоторые трудности при установке, поэтому, чаще всего придется “колхозить”. Но, говорят, что такой комплект нисколько не уступает мотор-колесам.

Не стоит забывать, что двигатель постоянного тока периодически требует замены щеток, так как коллектор двигателя со временем их стачивает:

Какой электровелосипед лучше: заднеприводный или переднеприводный?

Скажу сразу: однозначного ответа нет. Здесь все зависит от самого владельца такого велосипеда.

Хочется попроще и подешевле? Тогда переднеприводный. Такой велосипед идеально подойдет для того, чтобы покататься по городским тротуарам, где гуляют толпы людей. Если также еще и крутить педали, то ваш байк становится на время полноприводным, что даст небольшой выигрыш при езде в грязь и снег. Для переднего привода лучше всего подойдут двигатели не более 350 Ватт. Более мощные могут сломать вашу вилку, так как она не предназначена для подобного рода нагрузок.

Резкое трогание или езда с более мощным мотор-колесом на передней вилке может привести к ее поломке.

Для усиления вилки при более мощном двигателе ставят специальные усилители дропаутов, которые можно сделать самому, либо заказать на Алиэкспресс.

Но лучше для профилактики всегда ставить усилители дропаутов, независимо от мощности мотор-колеса даже на заднюю ось.

Если в вашем кошельке достаточно денег, то лучше всего взять заднеприводное мотор-колесо. Заднеприводный электровелосипед позволяет менять скорости, как на простом велосипеде, поэтому, можно подобрать подходящую скорость и не дать выйти двигателю за пределы рабочего режима, тем самым не перегружая его.

Мощные мотор-колеса от 500 Вт и более лучше все-таки ставить на задний привод. На передний привод желательно 250 Вт и 350 Вт. По моим наблюдениям, двигатель на 250 Вт слишком слабоват, чтобы полноценно кататься на электровелосипеде без педалей. Берите от 350 Вт и выше.

Мотор-колесо

В основном выделяют два типа мотор-колес:

• Редукторные мотор-колеса
• Мотор-колеса с прямым приводом

Редукторные мотор-колеса

Редукторные мотор-колеса представляют из себя вентильные двигатели. Что представляет из себя вентильный двигатель? Вентильный двигатель – это подвид двигателя постоянного тока, но у него нет щеточно-коллекторного узла. То есть там нечему изнашиваться, кроме подшипников. В таких вентильных двигателях положение ротора определяется с помощью датчиков Холла.

Давайте рассмотрим, из чего состоит мотор-колесо редукторного типа.

Как и в любом двигателе, здесь мы можем увидеть ротор и статор. Статор нашего двигателя состоит из сильных неодимовых магнитов, а ротор из медной обмотки.

С другой стороны такого двигателя можно увидеть редукторный механизм, состоящий из трех шестеренок, которые сделаны из твердого пластика

Они вставляются в корзинку двигателя и сцепляются с ней при езде.

Очень часто можно услышать, что пластиковые шестеренки производители ставят специально, чтобы ваш двигатель как можно быстрее сломался, и вы побежали покупать новый. Все это голимый бред. Пластиковые шестеренки при езде очень слабо шумят, в отличие от железных, и их вес намного меньше. Если не рвать с места и не кататься как угорелый, то таких пластиковых шестеренок хватает на 9 000-10 000 км пробега. Стоит весь комплект таких шестеренок в сборе около 1000 рублей на момент написания статьи.

Плюсы редукторных мотор-колес

свободный накат (газанули и едем по инерции)

велосипеды с такими мотор-колесами очень комфортны для езды по густонаселенному городу

Минусы редукторных мотор-колес

износ пластиковых шестеренок

максимальная скорость не боле 40 км/ч

Мотор-колеса с прямым приводом

Такие мотор-колеса можно сразу узнать по большим габаритам двигателя в ободе колеса. Их движки намного меньше в ширину, чем двигатели редукторных мотор-колес, но в диаметре они раза в два, а то и в три больше. Все зависит от мощности.

Самое главное отличие от их собратьев – это то, что они не имеют редуктора, состоящего из шестеренок и корзины. Крутящий момент передается сразу напрямую.

Статор, как и в редукторном мотор-колесе, состоит из неодимовых магнитов, а ротор из медной обмотки.

Плюсы мотор-колес с прямым приводом

надежность, так как не имеют пластиковых шестеренок

можно выжать хорошую мощность

мотор-колеса такого типа скоростные, так как крутящий момент передается напрямую

проще в обслуживании

Минусы мотор-колес с прямым приводом

стоят дороже, чем редукторные двигатели

плохо тащат на малых скоростях и в горку, так как имеют слабый момент на низких скоростях

имеют большие габариты, в отличие от своих собратьев

имеют бОльший вес

требуют бОльшее напряжение и мощный контроллер

Виды двигателей для мотор-колес

Двигатели для мотор колес различают трех видов:

• переднее мотор-колесо (front-motor)
• заднее мотор колесо под трещотку (rear-thered motor)
• заднее мотор-колесо под кассету (rear-cassette)

Переднее мотор-колесо

Самое простое в установке – это мотор колесо на переднюю вилку велосипеда. Купил – поставил – забыл.

Его ширина 10 см. Такой двигатель подходит почти под все передние вилки велосипедов. Но перед покупкой все равно измерьте расстояние между дропаутами своего велосипеда.

Двигатель под трещотку

Двигатель под трещетку устанавливается на заднее колесо велосипеда.

Отличительная особенность таких двигателей – это резьба на одной из сторон двигателя

То есть по сути ширина такого двигателя заменяет втулку под трещотку на вашем велосипеде, где также можно увидеть резьбу:

Двигатель под кассету

Если на вашем велосипеде на задней оси стоит втулка под кассету

то вам надо также покупать двигатель под кассету, чтобы уже не покупать новый блок звезд.

Для того, чтобы быстро узнать, какой двигатель вам требуется, чтобы не покупать новый блок звезд, вот ссылочка на хорошую статью.

Что по брендам?

В настоящее время почти все мотор-колеса производятся в Китае. Судя по отзывам в интернете, очень ценятся двигатели фирмы Bafang

На второе место я бы поставил двигатели MXUS

Эти два бренда чуть дороже, чем их собратья. Хотя, двигатели других китайских производителей тоже очень качественные и надежные. Переплачивать или нет, решать вам.

Контроллер и периферия

Контроллер

Контроллер выполняет функцию управления мотор-колесом. То есть, грубо говоря, это мозг электровелосипеда. Самый простой контроллер выглядит вот так:

Как вы видите, он имеет множество проводов. “Почему их так много?” – спросите вы. Да все потому, что контроллеру надо отслеживать разные сигналы и подавать питание на мотор-колесо согласно тому, какой режим езды используется в данный момент.

Тормозные ручки

К контроллеру цепляются провода с тормозных ручек, чтобы можно было отключать питание на мотор-колесо при торможении.

Ручка газа

Как же регулировать скорость вращения двигателя мотор-колеса? Для этого используется ручка газа. Она может быть в виде простого рычажка, где сильное нажатие на рычажок вызывает более быстрое вращение мотор-колеса

Либо уже более продвинутый вариант, в виде мотоциклетной ручки газа

Второй вариант, конечно, предпочтительнее.

Если нет желания тратиться на полноценный дисплей (о нем ниже), то комбинированный вариант с замком зажигания и индикатором разряда батареи будет для вас лучшим решением

Дисплей для электровелосипеда

Дисплей состояния электровелосипеда в зависимости от модели может показывать текущую скорость, пробег, время, заряд батареи, переключать различные режимы и так далее. Некоторые имеют функцию круиз-контроля и даже могут подключаться через блютус в смартфону. Выглядят они всяко разно и также цепляются к контроллеру через соответствующий разъем.

Самые простые и дешевые выглядят примерно вот так:

Чуть подороже уже имеют черно-белый жидкокристаллический дисплей

Ну а самые крутые модели уже имеют полноценный цветной ЖК-дисплей и даже блютус для контроля состояния вашего велосипеда через смартфон.

PAS-датчик

Также к контроллеру цепляется еще и система PAS, которая с английского расшифровывается как Pedal Assistent System. Если дословно, то получается “система ассистирования педалями”. Она вставляется в переднюю каретку велосипеда. С помощью этого режима можно ездить на педалях, но вам также будет помогать и двигатель, который будет как-бы подталкивать ваше вращение педалями. То есть это своего рода экзоскелет, который добавляет мощность в ваши движения. Поэтому, кому все-таки хочется покрутить педали, но не хочется надрываться – для них эта функция будет очень кстати.

Батарея для электровелосипеда

Батареи для электротранспорта пока что являются самым большим камнем преткновения в развитии электротранспорта во всем мире.

Ячейки для батареи

Отдельно хочется поговорить о батарее для электровелосипеда, так как емкая качественная батарея – это более половины стоимости всего комплекта электровелосипеда, да и вообще, электротранспорта в целом. В настоящее время среди электробайкеров применяются в основном два типа батарей.

Литий-ионные аккумуляторы формата 18650

Пока что самый бюджетный вариант – это батареи на li-ion аккумуляторах формата 18650.

Для того, чтобы их собрать в одну большую батарею, нам надо определиться, на сколько вольт рассчитан наш контроллер и двигатель. В основном собирают или продают готовые батареи на 36 или 48 Вольт. Реже на 60 Вольт. Для того, чтобы получить приемлемую силу тока и напряжения, используют последовательно-параллельное соединение.

На момент написания этой статьи стоимость одного литий-ионного аккумулятора 18650 составляет в среднем 100-120 рублей за штуку, в зависимости от емкости. Купить, как обычно, лучше всего у китайцев.

NMC-пакеты

Также набирают большую популярность так называемые LiNMC пакеты (LiNiMnCoO2). Сочетание лития, никеля, марганца и кобальта оказалось очень удачным. В результате появился аккумулятор, который обладает отличной энергоемкостью и может выдавать в нагрузку ток, в разы превышающий его емкость.

К примеру, если емкость одного такого пакета NMC составляет 40 А*ч, то максимальный ток разряда такого пакета может составлять 2С, то есть в два раза больше, чем емкость такого пакета, то есть в нашем случае это 80 Ампер! А пиковый ток разряда может достигать даже 3С, то есть ток, который в 3 раза превышает емкость пакета. В нашем случае это 3*40=120 Ампер!

Также количество циклов заряд-разряд раза в 4 больше, чем у литий-ионных аккумуляторов 18650. Если батарею на 18650 можно перезаряжать 500-600 раз, то NMC можно перезаряжать более 2000 раз.

Кстати такие NMC пакеты менее пожароопасны, по сравнению с аккумуляторами 18650. На данный момент цена одного такого пакета на 40 А*ч составляет около 2000 рублей.

Отличное видео про NMC-пакеты сделали ребята из канала Multi Green:

Что же выгоднее?

Литий-ионный аккумулятор на 2600 mА*ч (2,6 А*ч) стоит около 100 рублей за штуку. Чтобы собрать батарею на 36 Вольт емкость в 40 А*ч нам понадобятся 150 аккумуляторов, то есть в сумме 15 000 рублей.

Батарея на NMC пакетах на 40 А*ч будет при стоимости 2000 рублей за пакет будет стоить 20 000 рублей. То есть дороже на 5000 рублей.

Но теперь давайте прикинем вес. Если один аккумулятор 18650 весит 50 грамм, то 150 банок будут весить 7,5 кг. Один NMC пакет весит 850 грамм, следовательно сборка всей батареи на NMC будет весить 8,5 кг. Плюс-минус 1 кг, думаю, не будет иметь значение.

Давайте сравним габаритные размеры:

10 пакетов будет объемом в 5 000 см 3

Габариты аккумулятора 18650 ( в мм )

Если комплектовать банки, как ниже на фото, то здесь получается 5 200см 3 .

Вывод?

Как мы видим, NMC пакеты хоть и немного дороже, но обладают также и существенными плюсами. Это пожаробезопасность, большее количество циклов заряд-разряд почти в 3-4 раза, а также прекрасный выдаваемый ток, который позволит хорошенько “газануть” при старте (если, конечно, позволит контроллер и BMS-модуль).

Для начинающих электровелосипедистов я бы все равно порекомендовал собирать батарею на 18650 аккумуляторах. Это будет и дешевле и проще. Мне моя батарея в 36В и емкостью в 10,4А*ч обошлась вместе с BMS (о нем ниже) в районе 5000 рублей на момент написания статьи.

BMS модуль

Дело в том, что для того, чтобы управлять зарядом, предохранять от короткого замыкания и управлять силой выдаваемого тока такой батарее надо иметь плату BMS (Battery Managment System).

Самые простые BMS выглядят вот так:

Чуть получше и дороже выглядит вот так:

10S 36V на BMS говорит нам о том, что эта BMS рассчитана для 10 аккумуляторов, включенных последовательно. Если на каждом аккумуляторе будет по 3,6 В, следовательно, 10х3,6=36 Вольт что и написано на самой BMS.

Discharge current – ток разрядки, то есть максимальный выдаваемый ток

Charge current – ток зарядки, то есть максимальный ток заряда

Внутри такой платы имеется все, чтобы полностью управлять батареей.

Схемы подключения таких BMS выглядят примерно вот так:

Как вы видите, у нас BMS вроде как должна заряжать только 10 банок в ряд. Но в нашей самопальной батарее их 40. Что же делать? Почему бы вместо одной банки не поставить в параллель 4 банки и не обмануть BMS?

Получается, схема с BMS 10s4p под плату с BMS будет выглядеть вот так:

В сообществе электронщиков и самоделкиных такая батарея называется 10S4P. Расшифровывается очень просто:

S – serial – с англ. – последовательный.

P – parallel – параллельный.

В нашем случае 10 аккумуляторов последовательно и 4 в параллель – 10S4P. Все до боли просто)

А вот выглядит моя самопальная батарея 10S4P для электровелосипеда пока что без модуля BMS.

вид сбоку

вид сверху

В следующей статье покажу, как правильно подключать и собрать батарею с BMS модулем и как все это работает.

Выводы по батареям

Качественная батарея в электровелосипеде – это почти половина стоимости электрокомплекта. Думаю, всем понятно, что чем больше емкость и напряжение батареи, тем дальше сможет проехать электробайк. В среднем батарея на 36В 10Ач на 350 Ваттный двигатель дает запас хода в 20-25 км при умеренной езде. Следовательно, чем больше емкость, тем дальше можно проехать. Ресурс батареи на ячейках 18650 – это 500-600 циклов заряд-разряд. На практике итого меньше. Пусть будет 500. Следовательно, ресурс одной батареи на 36В 10Ач будет 10 000-12 000 км, что в принципе тоже неплохо.

Полная зарядка батареи на 36 В 10 Ач стоит примерно 1,5-2 рубля, в зависимости у кого какие тарифы. Можно сказать, почти бесплатно)

Где купить электровелосипед?

Давайте начнем с цен. Простой комплект на 350-500 Ватт вам обойдется в 15 000-20 000 рублей на момент написания статьи, и это без батареи!

Батарею придется собирать самостоятельно, либо покупать. Готовые батареи на Али выглядят примерно так:

Также на Али можно встретить самопальные готовые батареи, но судя по отзывам, их емкость не совпадает с заявленной и чаще всего бывает меньше.

Все покупные батареи в корпусе устанавливаются на раму без проблем.

Вот так выглядят велосипеды с покупным аккумулятором

Если собирать батарею самому, то здесь придется покупать аккумуляторы li-ion либо пакеты NMС. Начинающим рекомендую li-ion аккумуляторы формата 18650. Но для того, чтобы собрать полноценную батарею и повесить ее на раму, здесь нельзя обойтись без BMS модуля, который также надо будет приобрести.

Очень качественные BMS модули, как на картинке выше, можно посмотреть здесь. Ни в коем случае не берите дешевые BMS!

А куда вы будете вешать вашу батарею? Приматывать на скотч?) Поэтому, надо будет позаботиться о сумочке под батарею.

сумка для малоемкой батареи

Если батарея слишком большая, то здесь как нельзя кстати подойдет большая треугольная сумка под раму

Устанавливается она в треугольные рамы. Я брал тут.

Итого, чтобы собрать простую батарею на 36В 10 Ач и купить сумку для нее, уйдет еще 7-8 тысяч рублей. Только комплект для электровелосипеда обойдется вам в 25-30 тысяч рублей.

После сборки своего первого электровелосипеда, я понял, что лучше все-таки надо было брать готовый комплект или вообще готовый электровелосипед. Это действительно получается и дешевле и проще.

Если новый хороший велосипед стоит от 20 000 рублей, а средний комплект с батареей 25 000 рублей, то весь ваш электровелосипед будет стоит за 45 000 рублей, это еще не учитывая, сколько нервов вы потратите на его сборку.

Если бы я знал о существовании готовых электровелосипедов, то присмотрелся бы к этому:

Усилители дропаутов на задней вилке уже идут в комлекте:

Да, дешевенькая рама и все такое. Но давайте взглянем правде в глаза. Если вы будете весь день кататься на электротяге, что здесь будет изнашиваться? Цепь? Задняя или передняя каретка? Педали? Думаю, бешеный износ будет только у задней покрышки и у передней вилки.

Кому не терпится покататься на мощном фэтбайке, то можете рассмотреть вот такой вариант по этой ссылке.

Ну и для тех, кто желает повозиться своими ручками и электрифицировать свой велосипед, то можете рассмотреть готовые комплекты. Если ваш карман не особо пухнет от денег, то проще будет взять какой-нибудь комплект без аккумулятора Ватт на 350-500 бренда MXUS

Комплект с батареей и с двигателем от 500 и до 750 Ватт вам обойдется от 27 000 и до 33 000 рублей.

Для тех, кто желает гонять, как на электроскутере, можно взять комплект с киловаттным движком и мощной батареей. Смотрим тут.

Ну и для тех, кто желает гонять как на мотоцикле, можно присмотреться к комплектам с движками 1 кВт и более. Смотрим вот здесь.

Не забываем про усилители дропаутов, иначе ваше колесо вырвет заднюю вилку и сломает раму.

Смотрим и выбираем здесь. Лучше скинуть фотографии задних дропаутов своего велосипеда продавцу, а он вам их правильно подберет.

Выводы по электровелосипедам

Статья получилась длинной, но главная мысль все-таки не была озвучена: стоит ли покупать электротранспорт и есть ли у него будущее? Топовый комплект на электробайк стоит 30-35 тысяч рублей. Да еще и сам велосипед тысяч 20-30. Итого, хороший электробайк выйдет по цене в 50-60 тысяч рублей.

Сам я живу в Удмуртии. Последние лет десять у нас лета как-бы толком то и не было. Были в основном дожди, а иногда светило солнышко. Кататься на велосипеде можно с мая по октябрь. То есть, грубо говоря, 5 месяцев или 150 дней. Из них солнечных дней половина, то есть 70-80 дней. Вы ведь не собираетесь кататься в дождик, а тем более зимой, так ведь?)

Что получается в итоге? С развлекательной точки зрения электровелосипед – это супер! Незабываемые ощущения! Но вот как быть с экономической точки зрения? Если даже ездить на работу на электробайке, то в моих широтах я успею покататься только 70-80 дней от силы. В остальное время мой байк будет стоять в прихожей или на балконе. Мой проездной до работы стоит 1000 рублей в месяц, и я могу кататься на общественном транспорте в любую погоду. Куда-то надо срочно в определенное место? Для этого есть Яндекс.Такси, где средний чек выходит на 150 рублей по городу. Так когда же окупится мой крутой электровелосипед?

Да, где-нибудь в Краснодраском крае или в странах близ экватора – это будет лучшее и дешевое средство передвижения, но не в наших широтах.

Сборка электровелосипеда

В настоящее время самостоятельная сборка электровелосипеда не требует никаких специальных знаний и навыков. Достаточно иметь определенную сумму денег. Набор (комплект) для электровелосипеда стоит не так уж и много.

Моя статья про то, как самостоятельно собрать электрический велосипед очень короткая. Но читая ее, вы быстро обнаружите, что попали на внимательное изучение кучи других статей и обзоров на которые я ссылаюсь. И иначе никак… На дворе 2021 год и рынок комплектующих для создания электробайков сложен и многообразен.

Почему электровелосипед – это круто?

• Это все тот же велосипед. Относительно легкий, маневренный, простой в обслуживании и на нем также крутишь педали и мчишься, как супер-герой слыша только шум ветра и пение птиц.
• По пересеченной местности электровелосипед едет быстрее скутера, мотоцикла и обычного велосипеда. Уступает только кроссовым мотоциклам.
• По проходимости круче велосипеда только лошадь, верблюд, северный олень и пешеход. Мотоцикл невозможно перетаскивать через поваленные деревья, а квадроцикл вообще нет смысла рассматривать, по узким тропинкам он не ездит и в город на нем не сунешься.
• Если вам нужна приличная физическая нагрузка, так вы ее получите за то же самое время, как и на обычном велосипеде, просто установив слабую помощь электромотора. Но при этом проедете большее расстояние и соответственно получите больше позитивных впечатлений. На эту тему есть хорошее исследование.
• Если вам не нужна физическая нагрузка, вы можете вообще не крутить педали.
• Электрическая система современного электробайка практически не требует обслуживания. А электричество намного дешевле бензина и не воняет.

Почему не нужно покупать готовые электровелосипеды?

К сожалению среднестатистическому россиянину не по карману приобретение качественных готовых электровелосипедов от европейских или американских производителей. То, что нам по карману – это китайский и российский велопром. Но это низкое качество.

Второй весомый минус готовых электровелосипедов от европейских производителей – это законы Евросоюза ограничивающие их скорость. На всех электровелосипедах от ведущих производителей установлено программное ограничение скорости. Как только вы разгоняетесь до 25 км/ч, мотор перестает вам помогать (некоторые электрические велосипеды от американских производителей, например Specialized, имеют ограничение скорости 45 км/ч и 32 км/ч).

Третьим недостатком электровелосипедов заводской сборки от известных брендов является отсутствие возможности самостоятельного ремонта моторов и других комплектующих. При поломке моторов таких производителей, как Bosch, Shimano, Yamaha, Brose, Specialized и FAZUA вам придется обращаться к дилеру, а моторы используемые для самостоятельной сборки электровелосипедов в большинстве случаев можно отремонтировать самостоятельно.

Так что, если вы ограничены в бюджете и хотите ездить побыстрее, лучше собрать электровелосипед самому.

Самостоятельная сборка электровелосипеда

Все начинается с простого желания типа: “хочу собрать электровелосипед”. Дальше нужно определяться, какой именно. Различных типов электровелосипедов довольно много. Все они рассмотрены в статье: Электровелосипед.
Никто вам в этом деле помочь не сможет, поскольку все люди разные и электробайк собирают под самые разные цели.

Перед тем, как что-то покупать, попробуйте ответить на вопросы:

• Болит ли у меня спина, когда я езжу на своем обычном велосипеде нагнувшись к рулю? На электровелосипеде вы будете ездить больше, чем на обычном и если вы не решите эту проблему посредством выбора правильной рамы, она усугубится.
• Как далеко я буду ездить на собранном электровелосипеде? От ответа на этот вопрос зависит, какую батарею нужно устанавливать на байк.
• Нужна ли мне высокая скорость, или здоровье и жизнь дороже? Ответив на этот вопрос вы приблизитесь к пониманию того, какой мотор купить.

Донор для сборки электровелосипеда

В просторечии педальные велосипеды подвергаемые электрификации называется “донорами”. Как я его себе выбирал можно посчитать в статье: Электровелосипед для загородной жизни (часть II, выбор донора).
При выборе донора необходимо учитывать такой немаловажный момент, как колеса. Об этом отдельная статья: Колеса электровелосипеда. Также, а может и более важно – это понимание, какую аккумулятороную батарею вы будете использовать. Про батареи мы поговорим в главе ниже.

Комплект для сборки электровелосипеда

Самый простой и бюджетный способ заполучить электрический велосипед – это приобретение комплекта для электрификации обычного велосипеда состоящего из электромотора, батареи и дополнительных комплектующих с последующей самостоятельной установкой этого хозяйства на имеющийся в наличии велосипед. Электромоторы отлично устанавливаются практически на любые рамы.

Любой мотор на электробайке выполняет нужную нам функцию: он крутит колесо. Принципиальная разница только в том, что кареточный электромотор работает в тандеме с системой переключения скоростей, что крайне полезно в горах и на пересеченной местности и не страдает от перегрева, а мотор-колесо – само по себе. Цена на системы электрификации с кареточными моторами и мотор-колесами слегка различается. Мотор-колеса в среднем дешевле.

Самостоятельная сборка электровелосипеда дает возможность создавать любые конструкции и использовать качественные комплектующие.

Кареточные моторы и мотор-колеса

Первое с чем вы столкнетесь при выборе комплекта для сборки электровелосипеда для сборки электровелосипеда – это то, что они бывают разной мощности. Если на моторе мощностью 250-500W вы можете разогнаться до 35 км/ч, то на 1000 W – скорость уже около 45 км/ч. Но нужно помнить, что без прав в России можно использовать только электровелосипеды имеющие номинальную мощность мотора 250W.

В этой статье мы не будем подробно рассматривать, какой электромотор выбрать. Вариантов всего два: либо кареточный, либо мотор-колесо. Сходите по этим ссылкам, там все подробно описано, включая плюсы, минусы и цены.

Электромотор (кареточный или мотор-колесо). В некоторых вариантах комплектации мотор-колесо может быть уже заспицовано в обод. Следуют учитывать, что все ободья в таких комплектах самые дешевые.

Аккумуляторная батарея и зарядное устройство (но можно купить комплект и без них). Емкость батареи часто можно подобрать под ваши запросы. Есть варианты с батареями типа “дельфин” (как на фотографии), но можно найти предложения с батареями разработанными для багажника.

Дисплей (показывает скорость, выбранный вами режим работы мотора, расход электричества, оставшийся заряд батареи и ошибки)

Клавиша “газа” (позволяет ездить не вращая педали). В некоторых случаях конфигурация комплекта позволяет выбрать вместо клавиши, мотоциклетную рукоятку или полурукоятку.

Ручки тормоза или датчики тормоза для дисковых тормозов. Отключают мотор при нажатии.

Передняя звездочка (только в комплектах с кареточным мотором). Диаметр звездочки влияет на скорость.

Шатуны педалей (только в комплектах с кареточным мотором)

Датчик скорости (крепится на заднюю часть велосипеда и одну из спиц заднего колеса, позволяет определять скорость электрического велосипеда)

Кабель соединяющий мотор с батареей, дисплеем, датчиком скорости и контроллером (если используется мотор-колесо).

Контроллер (если вы выбрали набор с мотор-колесом).

У российского дилера реализующего веломоторы и или наборы для электрификации можно получить гарантию. На Алиэкспрессе – дешевле. Типичный пример: популярный набор для электровелосипеда с мотором Bafang BBS 750W и батареей на 13 Ah в одной и той же комплектации на Алиэкспрессе стоит 40 300 руб, а в России на 5 000 – 10 000 рублей дороже. Лично я – сторонник приобретения электромоторов через Алиэкспресс. Просто не нужно их заказывать у каких-то непонятных шаромыжников. На Али есть вполне приличные фирмы дорожащие своей репутацией.

Выбор батареи для электровелосипеда

После того, как вы выбрали мотор, нужно определиться с батареей. Чем батарея больше – тем дальше на ней можно ехать и тем она тяжелее и дороже. Подробная статья про батареи тут.

В случаях, когда вы решили собирать батарею в России, с выбором корпуса батареи лучше не мудрить. Хорошо зарекомендовавшая себя модель на 60-65 элементов стоит 2787 руб. Устанавливается во внутреннюю часть треугольника рамы. Если использовать 60 элементов LG MH1 честная ёмкость батареи – чуть больше 18 Ah. С активным педалированием вы сможете проехать на ней более 50 км. Элементы и их сборка в корпус обойдутся вам примерно в 20000-30000 руб. Зарядное устройство – около 1000 руб. Если вам нужна батарея большей емкости, посмотрите этот корпус на 91 ячейку.

Батарею вам смогут собрать в следующих местах:

Если не хочется возиться с приобретением корпуса батареи, а потом ее сборкой, покупайте готовую батарею тут: https://www.li-force.ru/shop/cat/portfolio
Установку мотора и батареи на велосипед можно произвести самостоятельно, а можно обратиться к веломастеру. Процесс не сложный, на Youtube масса обучающих роликов.

Что бы понять, что происходит с ценами за последние три года написал статью: Сколько стоит сборка электровелосипеда в 2020?

Системы управления мотор колесом на электровелосипеде

В системе e-bike управление мотор колесом (его скоростью) производится при помощи ручки акселератора, проще говоря ручкой газа. В ней устанавливают три датчика Холла и подводится напряжение 5 Вольт.

Поворачивая ручку на определённый угол, на выходе изменяют напряжение 0 — 4.2 или 0 — 5 Вольт. Ручкой газа управляют контроллером. В зависимости от величины напряжения, которое приходит от ручки газа, контроллер меняет подачу энергии на колесо.

Преимуществом этой системы является то, что начало движения, отключение мотор колеса и изменение скорости, с вращением педалей совершенно не связано.

Система e-bike популярна в Азии, Америке и в странах бывшего Союза. В Европе, при использовании системы управления e-bike, электровелосипед может быть переведен в категорию электроскутера, когда его необходимо регистрировать и получать права на его управление.

Система управления мотор колесом PAS

Для реализации принципа управления электротягой в качестве вспомогательного источника мощности, на электровелосипедах применяют систему PAS (pedaling assisted system).

Простая и недорогая система, которая при вращении педалей подключает электродвигатель. Работа системы основана на работе датчика и постоянных магнитов, и устанавливается на каретку (педальный узел) электровелосипеда.

Когда педали начинают вращаться, датчик системы формирует управляющие импульсы для контроллера, который запускает мотор колесо с небольшой задержкой после начала поворота педалей (угол поворота зависит от прошивки контроллера). Недостатком системы PAS является невозможность регулировки скорости велосипеда.

Система управления мотор колесом pedelec

Система изменяет величину крутящего момента, в зависимости от развиваемого усилия на педалях. Система pedelec основывается на работе torque sensor, встраиваемого в педальный узел, когда обычная каретка заменяется на каретку с torque sensor.

На обычную каретку установить такой сенсор не получится — на такое усовершенствование её конструкция не рассчитана, поэтому меняют целиком весь узел. При это переделка велосипеда становится значительно дороже.

Такая система управления электровелосипедом pedelec позволяет осуществлять регулировку мощности мотор колеса, которая зависит от величины усилия, приложенного к педалям. Чем сильней прилагается к педалям усилие, тем больше помощь мотор колеса. В Европе такая система управления считается к идеальной.

Еще статьи на эту тему:

Схемы компоновки элементов электровелосипеда. Важным моментом, который учитывают в конструкции любого вида транспорта является правильная развесовка по осям. Для велосипеда показатель развесовки также имеет большое значение и…

Варианты размещения мотор колёс на электровелосипедах. Заднее колесо на велосипеде является базовым для подключения к нему привода, так как задняя вилка намного прочней, чем передняя. Производители электровелосипедов устанавливают на заднее колесо…

Факторы, влияющие на пробег электровелосипеда. Все факторы могут складываться, исключать и влиять на друг друга. Точно вычислить пробег нельзя, но принять некоторые меры для его увеличения можно…

Электроскутер или электровелосипед? Электроскутер по конструкции ходовой части и своим внешним видом ничем не отличаются от обычного скутера с двигателем внутреннего сгорания. Электродвигатель скутера как правило безколлекторный…

Ограничения на электровелосипеды в Японии. Дело в том, что по Японским законам помощь электромотора велосипедисту ограничена. До 2008 года ограничение определялось соотношением 1 : 1. На каждый затраченный велосипедистом ватт мощности электродвигатель может добавлять…

Источники:

https://www.pvsm.ru/diy/253747
https://velomania.su/velosiped/samodelnyj-kontroller-dlya-elektrovelosipeda.html
https://www.ruselectronic.com/e-bike/
https://electropowerbikes.com/kak-sobrat-elektrovelosiped/
https://velomasterclass.ru/sistemy-upravleniya-motor-kolesom-na-elektrovelosipede/