Схема контроллера мотор колеса с рекуперацией

При рекуперативном торможении велосипеда с тяговым мотором прямого привода, поддерживающим функционирование в режиме генерации энергии, электроэнергия трансформируется в другую форму и поступает обратно в сеть или копится в АКБ. Известно, что порядка 30% кинетической энергии при торможении превращается в тепло и рассеивается. Рекуперация позволяет избежать этих потерь и направить сохраненную энергию на питание АКБ, тем самым немного увеличивая дальность хода электровелосипеда без подзарядки.

Видео:Увеличение мощности контроллера + рекуперация велосипеда или самоката 36 48вольтСкачать

Как включить рекуперацию на электровелосипеде?

Рекуперация как торможение электродвигателем, способным функционировать в режиме генератора, обеспечивается путем перехода механической энергии в электрическую. В процессе торможения электромотор играет роль генератора, преобразует тепловую энергию, и она в дальнейшем протекает через сеть и идет в АКБ. Данная система была разработана более 50 лет назад и на данный момент востребована в гибридных и электрических моделях транспорта. Особенно она эффективна для средств передвижения с длинным тормозным путем.

Конструкция мотор-колеса электровелосипеда дает возможность накапливать кинетическую энергию, которая высвобождается при торможении или езде с горки, и пользоваться ею при потребности транспорта в импульсе для ускорения езды. Рекуперация обеспечивается благодаря снятию напряжения со статорных обмоток мотора и его переходу в режим генератора.

Видео:Рекуперация мотор колеса. Рекуперация на электровелосипеде. Подключение рекуперации.Скачать

Рекуперация энергии: ожидания и реальность

При выборе набора для электрификации велосипеда многие покупатели задаются вопросом, поддерживает ли электроника выбранного набора функции рекуперации? Возможность преобразования тепловой энергии при торможении интересна многим велосипедистам. Но важно понимать, что увеличение пробега за счет рекуперативного торможения электрического велосипеда будет достигать максимум 10% энергии АКБ.

Возможности мотор-колеса не безграничны, поэтому и результаты использования системы рекуперативного торможения будут не слишком впечатляющими. Тем не менее, в некоторых ситуациях и незначительный объем рекуперированной энергии может сыграть значимую роль, например, позволит вам доехать оставшиеся пару километров до пункта назначения на электротяге. Кстати, целесообразность рекуперации возрастает с увеличением веса средства передвижения.

Видео:ЧЕМ ОПАСНА РЕКУПЕРАЦИЯ и КАК ПОЛУЧИТЬ 220В с МОТОР-КОЛЕСА. ВЕЛОГЕНЕРАТОР из ЭЛЕКТРОВЕЛОСИПЕДА.Скачать

Принцип и особенности рекуперации

Рекуперативное торможение – 2-ступенчатый процесс, протекающий при взаимодействии мотора-генератора и АКБ. Кинетическая энергия благодаря генератору трансформируется в электроэнергию, а после этого – в химическую энергию АКБ. На объем генерируемой энергии существенно влияет протяженность холмистых спусков на маршруте, угол их уклона, результативность применения системы тормозов, качество работы мотора, контроллера и АКБ.

По расчетам, чтобы полностью восполнить заряд АКБ электробайка при спусках со склонов, нужно спускаться с очень крутого склона протяженностью свыше 322 км. На практике с помощью рекуперации удается восполнять небольшую часть энергии – порядка 5%. К тому же, ни один из современных типов АКБ не может принимать энергию со скоростью, соответствующей интенсивности ее выделения при торможении. Но продолжают разрабатываться новые методики по более результативному использованию энергии рекуперативного торможения с применением специальных конденсаторов.

Видео:Ремонт контроллера мотор колесаСкачать

Нужна ли электровелосипеду рекуперация?

Функцию рекуперации не стоит считать бесполезной опцией, но и ожидать от нее фантастического эффекта также не нужно. Если вы рассчитываете, что контроллер и мотор-колесо, работающее в режиме генерации энергии, помогут в разы увеличить пробег без подзарядки, вы будете разочарованы функцией рекуперации в действии. Большой экономии она не обеспечит, зато позволит проезжать на одном заряде на пару километров больше. В некоторых случаях такой запас может оказаться очень полезным. К тому же, динамическое торможение благотворно сказывается на долговечности тормозных колодок.

Рекуперативная система – полезное дополнение электровелосипеда, только не нужно переоценивать ее функционал. А продлить пробег электробайка на одном заряде помогут другие методы – использование более емкой аккумуляторной батареи, езда в экономичном режиме и сочетание электропривода с педалированием.

А вместо прямоприводного мотора, поддерживающего функцию рекуперации, в большинстве случаев лучше использовать редукторные моторы с обгонной муфтой. Они более экономно расходуют энергию АКБ, легче весят и не притормаживают при отсутствии питания.

Читайте также: Датчик положения коленвала 126 мотор

Узнайте в нашем предыдущем материале о причинах растущей популярности электробайков – 7 причин купить электровелосипед.

Видео:Расширение функций контроллера для мотор колеса. Реверс, тормоз, блокировка, режимы скорости.Скачать

Рекуперация на электровелосипеде

Рекуперация – торможение электрическим двигателем способным работать в режиме генератора, при котором часть кинетической энергии транспортного средства преобразуется в электрическую и возвращается назад в аккумуляторную батарею. Основная цель торможения электродвигателем – увеличение пробега.
Есть ли на вашем электровелосипеде система рекуперации? Это часто задаваемый вопрос. Многие считают, что зарядка аккумулятора в процессе движения на велосипеде не представляет особых физических трудностей для велосипедиста. При этом совсем забывают о том, что приобретают электровелосипед по его прямому назначению — для облегчения обычной езды на велосипеде, а не для зарядки аккумуляторов.

Давайте разберемся с рекуперацией на электровелосипеде:
Рекуперация возможна, если на электровелосипеде установлен двигатель прямого привода. Этот тип двигателя способен работать в генераторном режиме. Однако практика использования систем рекуперации на электровелосипедах говорит о том, что это довольно спорная затея. Опыт использования системы рекуперации на электровелосипеде показывает, что возвращается не более 3 % заряда батареи. При движении в сильно холмистой местности до 5 %. Это связано с тем, что для осуществления заряда аккумуляторной батареи колесо Электровелосипеда должно иметь достаточно большие обороты, чтобы двигатель в генераторном режиме мог выдавать достаточное напряжение необходимое для зарядки аккумулятора. Во-вторых, торможения двигателем может быть недостаточно, и на крутом спуске приходится задействовать штатные тормоза, при этом возможны значительные потери энергии. Да и литиевая аккумуляторная батарея электровелосипеда не способна к скоростной перезарядке и способна поглотить всего 25-30% энергии. Для этой цели больше подошли бы суперконденсаторы (ионисторы) а не аккумулятор. В-третьих, система преобразования кинетической энергии в электрическую и возврате ее назад в батарею на электровелосипеде имеет кпд около 50%.
Заряжать же аккумуляторную батарею педалируя велосипед по относительно равнинной местности, задача не из легких. Даже просто ехать на электровелосипеде с выключенным двигателем прямого привода не очень легко. Наличие большого количества сильных магнитов в двигателе прямого привода и отсутствие обгонной муфты приводит к тому, что двигатель существенно подтормаживает колесо велосипеда даже при отсутствии питания. А при работе двигателя в режиме генератора это торможение можно сравнить с движением в достаточно крутую гору. Причем скорость движения при этом должна быть около 20 км/час.
При скорости 20 км/час зарядный ток аккумулятора будет около 2 ампер. (При таком токе аккумулятор емкостью 10 A/час зарядится за 5 часов.) Велосипедист при этом должен развивать мощность 2A*48В= 96 Вт. Однако здесь не учтены потери в системе преобразования энергии и потери при зарядке. А они составляют около 50%. Другими словами – велосипедисту необходимо развить мощность для зарядки аккумулятора в два раза большую – приблизительно 180 Вт. Следует также учесть, что для движения с такой скоростью на обычном велосипеде велосипедист должен развивать мощность около 100 Вт. Суммарная мощность, требуемая от велосипедиста, для зарядки аккумулятора и само передвижение со скоростью, по крайней мере, в 20 км/час составит около 180+100=280 Вт.
Для справки:
— хороший спортсмен велосипедист может отдавать кратковременно, мощность 500-600 Вт;
— при движении в гору с большим уклоном нетренированный человек может кратковременно отдавать мощность 220-290 Вт;
Нетрудно сделать вывод, что ехать на велосипеде в таком режиме, сколько ни будь продолжительное время нереально.

Недаром практически на все электровелосипеды заводского изготовления устанавливают не двигатели прямого привода способные работать в генераторном режиме, а двигатели с редуктором и обгонной муфтой. И это неспроста.
Если сравнивать экономичность этих двух двигателей, то можно увидеть, что редукторные двигатели мотор колеса более чем на 30% экономнее расходуют энергию, запасенную в аккумуляторной батарее, чем двигатели прямого привода, и они не тормозят движение при отсутствии питания. Ко всему, редукторные двигатели мотор колеса в два раза легче – эквивалентных двигателей прямого привода. По этой причине почти на всех серийно изготавливаемых электровелосипедах устанавливают только редукторные двигатели.
Сравните:
— используя двигатель прямого привода и систему рекуперации, вы можете вернуть в батарею максимум 5% энергии, а если будете использовать редукторный двигатель, то сможете, сэкономить 30% энергии запасенной в батарее, другими словами проехать расстояние на 25% больше, чем на двигателе прямого привода. И ваш велосипед будет существенно легче. Выбор как говорится очевиден.
Применив в качестве движущей силы на велосипеде мотор-колесо с редукторным двигателем идею рекуперации энергии на электровелосипеде можно успешно забыть, выиграв при этом около 30% пробега на одной зарядке при авиавлентоной по энергоемкости аккумуляторной батарее.

Читайте также: Топливный шланг для лодочного мотора ниссан

Двигатели прямого привода логично применять, если Ваша цель скорость и Вас не сильно волнует экономическая сторона вопроса. В таком случае этому двигателю не будет конкурента со стороны редукторного собрата. Если необходима скорость более 50 км/час, приготовьтесь взять двигатель мощностью 1000 – 1500 Вт (максимальная мощность 1500-2500 Вт) в комплекте с энергоемкой , тяжелой и дорогостоящей аккумуляторной батареей. Батарея должна быть рассчитана на номинальный разрядный ток 20-30 A. Велосипед будет очень тяжелым. Это будет уже не велосипед. Это уже скорее скутер. И к тому же передвигаться со скоростью болеее 30 км/час на обычном велосипеде слишком рисковано, что подтвержается существующей статистикой.

Видео:Как подключить рекуперацию на моторколесо или тормоз на моторколесеСкачать

Эта таинственная рекуперация

Двигатель постоянного тока, стоящий в моноколесе, может работать как генератор, заряжая батареи на торможении. Однако возможность еще не означает, что рекуперация непременно есть. Из того, что у людей заряжались колеса при, например, спуске с горы, можно сделать вывод, что рекуперация в моноколесах все-таки используется, но ее точный вклад в торможение оставался неизвестным. Но недавно пользователи форума Электротранспорт.ру сделали полноценный ваттметр с логгером и посмотрели, что происходит с током и напряжением при езде. По результатам измерений рекуперация есть точно, но куда-то пропал еще один тип торможения.

Немного физики

Электродвигатели постоянного тока, которые стоят на моноколесах, имеют три варианта торможения.

Рекуперативное торможение. В этом случае двигатель превращается в генератор и переводит кинетическую энергию в электрический ток, который уходит в сеть (электровозы и метро) или в аккумуляторы (электрокары). Рекуперативное торможение возможно, когда скорость вращения превышает скорость идеального холостого хода.

Реостатное торможение. Здесь двигатель также работает, как генератор, но получаемая энергия уходит в нагрев тормозных резисторов. Довольно распространено на железной дороге.

Тормозные резисторы

Реверсивное торможение, оно же торможение противотоком или противовключением. В этом случае двигатель не превращается в генератор, но начинает тянуть в противоположную движению сторону. Например, если электромотор тянет вверх груз, и на этот груз запрыгивает хулиган, перевешивая возможности мотора, то груз начнет опускаться, а двигатель окажется в режиме реверсивного торможения. В таком режиме протекающий через обмотки ток гораздо выше, чем при нормальной работе, и это может создать определенные проблемы.

Специфика моноколеса

У многих моноколес нет передней и задней части, и контроллер не разгоняется и не тормозит, а все время решает задачу обратного маятника, пытаясь подъехать под ездока, который может пользоваться этим для эффектных трюков.

Например, здесь райдер очень резко тормозит и начинает разгоняться вправо.

Также, известно, что в конструкции моноколеса нет тормозных резисторов, и реостатное торможение в принципе невозможно. Теоретически, логично предположить, что в процессе торможения сначала на высокой скорости будет задействоваться рекуперативное торможение, которое на каком-то этапе перейдет в торможение противовключением, которое, если мы не прекратим давить на педаль в ту же сторону, перейдет уже в двигательный режим, и мы поедем в противоположную сторону. Но реальные измерения оказались очень любопытными.

Читайте также: Бар мотор часы работы

Исследования на железе

Пользователь форума Drift3r собрал из Raspberry Pi и «nRF24L01+» ваттметр с логгером, который устанавливался в разрыв кабеля от аккумуляторных батарей.

В собранном виде на колесе другого пользователя Ripido

Ваттметр учитывал направление тока, там, где батареи заряжались, ток и мощность уходили в минус.

График в полном размере

Если посмотреть на красные линии, то получается, что в глубоком устоявшемся торможении не видны следы торможения противотоком — пока скорость падает, ток идет в батареи.

Интересно, что показатели встроенного логгера, если не учитывать ток по модулю, отличаются от данных ваттметра только на участках довольно резких маневров.

График в полном размере, Awhe, Vwhe — встроенный логгер колеса, Alog, Vlog — логи ваттметра

Гипотезы и возможные эксперименты

Как можно объяснить такие графики?

1. Торможение противотоком пропало из-за усреднения или рассинхронизации данных, графики не отражают реального положения вещей.
2. Очень низкое значение скорости идеального холостого хода позволяет тормозить почти до нуля, и переход на торможение противотоком мы не замечаем

Также, попробуем провести следующий мысленный эксперимент. Ситуация первая — мы катимся с горки со скоростью 20 км/ч. В этом случае, очевидно, работает рекуперация. Ситуация вторая — мы стоим на горке (моноколесо стоять не может, так что мы легко касаемся пальцами столба и за счет этого не заваливаемся набок). В этом случае мы, очевидно, работаем в тяговом режиме, потому что надо прикладывать усилие, чтобы не покатиться вниз. Ситуация третья — мы спускаемся со скоростью 1 миллиметр в секунду с крутой горки, придерживаясь за столб. В этом случае колесо, очевидно, работает в режиме противовключения, потому что итоговый баланс энергии отрицательный — она расходуется на то, чтобы не скатиться под горку быстрее, чем мы движемся. И где-то между ситуациями 1 и 3 у нас будет переходный момент, когда итоговый энергетический баланс будет околонулевым — скатываться быстрее будет выгодно энергетически, а движение медленнее будет требовать энергетических затрат.

Практическое применение

У всех этих рассуждений есть очень простые следствия:

Есть забавная история о том, как на трассе заряжали электромобиль Tesla — его взяли на буксир, и водитель Tesla давил на педаль тормоза, чтобы рекуперация заряжала батареи. С моноколесами то же самое — если у вас почти сел аккумулятор, пусть вас возьмет на буксир соратник на велосипеде, самокате, роликах или моноколесе (пожалуйста, берегите себя и не пробуйте цепляться за машины или общественный транспорт!).

У моноколес есть защита от перезаряда батарей. То есть, если вы оказались на вершине горы с полной батареей, попытка спуститься будет сопряжена с тревожными сигналами моноколеса о перезаряде аккумуляторов — обычно они начинают пищать и задирать педали (вместо горизонтального положения их передняя часть будет выше задней). Но это легко исправить — проехав метров сто вверх, желательно побыстрее, вы сможете спуститься на километр-два. Лайфхак повторять до окончания спуска.

Заключение

В публикации использованы фотографии пользователей Ripido и Drift3r, темы, где обсуждалась рекуперация тут и тут. Также использованы стоп-кадры из рекламного ролика с участием недавнего победителя конкурса моноколесных талантов Дамьена Гоме. Дамьен — профессиональный акробат, поэтому ролик, на мой взгляд, красив сам по себе и наглядно показывает возможности любого хорошего моноколеса.

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/shema-kontrollera-motor-kolesa-s-rekuperatsiey

  📹 Видео

  Сравниваю рекуперацию и электро тормоз | прямой приводСкачать

  

  Контроллер мотор колеса для Электровелосипеда (350W, 48/36V 18A)Скачать

  

  контроллер мотор колеса из платы гироскутера.Скачать

  

  обозначение букв на плате китайского контроллера для электросамоката 36вольт 350 ваттСкачать

  

  Назначение контактов на контроллере электровелосипеда | распайка контроллера | скрытые функции +20кмСкачать

  

  Как применить высокий тормоз.Скачать

  

  Как подобрать контроллер для мотор колеса | Как понять мощность контроллераСкачать

  

  Пробег разных мотор-колёс | Замеряем пробег электровелосипедаСкачать

  

  Электровелосипед. Ремонт контроллеров.Скачать

  

  ПРОДАВЦЫ СКРЫВАЮТ ЭТО ОТ ВАС! Скрытые функции контроллера электровелосипеда как выбрать контроллерСкачать

  

  Подробно о контроллере электро велосипеда.Скачать

  

  Сколько энергии даёт рекуперация, тест с ваттметром электровелосипедаСкачать

  

  мощный контроллер за очень дёшевоСкачать

  

  Как влияет мощность контроллера на мотор | Замена контроллера электровелосипедаСкачать