E-kart. Первый электрокарт в России ч.1

В этой статье расскажу о проблемах, которые нам удалось решить, при создании E-kart, и о вопросах, которые на сегодня остаются открытыми.

Итак. Первая техническая особенность, которая заставила нас задуматься, заключалась в следующем. Номинальное напряжение привода составляет 48 В. Питание осуществляется от блока АКБ из 16 шт, каждый аккумулятор выдает 3 В (получается 16*3=48 В). Соединены батареи последовательно, и в процессе их заряда получается ситуация, когда батареи, находящиеся рядом с плюсовой клеммой, заряжаются быстрее, а рядом с «-» значительно медленнее. В итоге это приводит к тому, что одни батареи получаются перезаряженные, а другие недозаряженные, что снижает ресурс первых и в целом не позволяет получить номинального напряжения.
Для решения этой проблемы в карте использована системы BMS (battery management system), которая контролирует напряжение на каждой из 16 батарей, и как только оно становится равным максимальному на АКБ, расположенных ближе к «+», условно закорачивает их на сопротивление. То есть заряд продолжается, но уже зарженные батареи в этом не участвуют, что исключает их перезаряд. Постепенно таких батарей становится все больше и под конец заряжаются только батареи, расположенные ближе к минусовой клемме. Когда суммарный заряд становится максимальным, система разрывает цепь и зарядка прекращается.

b2ea30as-960

BMS

Емкость блока АКБ составляет 40 А*ч. Запас хода при этом составляет 35 км. Для того, чтобы как-то увеличить этот показатель, системе электропривода используется рекуперативное торможение. Точнее сказать, торможение осуществляется в два этапа. При нажатии на педаль тормоза в начале хода педали срабатывает датчик, который включает режим рекуперации в инверторе. Другими словами, на первом этапе торможение осуществляется двигателем электрически, и вся запасенная кинетическая энергия идет на заряд аккумуляторных батарей. При этом тормозные колодки гидравлических тормозов практически не стираются. Если же возникает необходимость экстренного торможения, водитель сильнее нажимает педаль тормоза, вплоть до упора, и дополнительно подключается механическое торможение.

b5ea30as-960

Датчик включения рекуперации

Что будет, если нажать газ и тормоз одновременно?
Для бензиновых картов это смерти подобно. На прокатном картинге всегда в первую очередь от выпускающего слышно: «одновременно на газ и тормоз не нажимать». И судя по его интонации… нажимают) Естественно это приводит к перегрузке двигателя и сцепления (работа на упор), выходу из строя вариаторной коробки.
В случае электрокарта, датчик, отвечающий за включение рекуперации, срабатывает при нажатии на педаль тормоза, что автоматически блокирует возможность работы привода в двигательном режиме. Проще говоря, при нажатии на педаль тормоза «газовать» в принципе не получится. Так что в этом случае выпускающий может отложить свои капли с валерианкой в сторону, так как в этой части за него всю работу сделает автоматика.

fc1a30as-960

гидравлический тормоз

Еще один вопрос, который в первую очередь задают прокатчики, заключается в том, чтобы знать в каждый момент времени текущий уровень заряда батарей. Ведь если выпустить в заезд полностью заряженную машину и заряженную на 20%, они будут ездить по-разному (подробнее об этом речь пойдет в следующем посту, забегая вперед, скажу, что эту проблему нам тоже удалось решить). Так, вот, возвращаясь к вопросу… При эксплуатации E-Kart, в любой момент можно посмотреть уровень заряда АКБ, диапазон которого разбит на три зоны: зеленая, желтая и красная. Зеленый цвет индикатора говорит о том, что карт имеет запас хода, достаточный для заезда. Желтая зона свидетельствует о приближении к участку, на котором наблюдается спад максимальной скорости. Эти два состояния выпускающий может проверить, включив тумблер, расположенный рядом с индикатором. Красный цвет индикатора загорится автоматически, даже при выключенном тумблере, и будет говорить персоналу о необходимости срочной зарядки карта. В этой зоне будет наблюдаться значительное уменьшение максимальной скорости.

6f1a30as-960

Приборная панель

Также, естественно, у прокатчиков возникали вопросы о безопасности машины. Здесь не буду останавливаться подробно на всем комплексе защит, которые были реализованы в карте в части электротехники. Отмечу только, что если не «сувать» руки в места, обозначенные соответствующим значком, в части электробезопасности проблем не будет. Более того, можно смело утверждать, что эксплуатация электрокарта в сравнении с картом на базе двигателя внутреннего сгорания значительно безопаснее. Часто при посадке и высадке из машины с бензиновым двигателем пилот получает ожоги, может испачкаться в масле или продуктах горения. В случае электрической тяги таких проблем нет.

7f9a30as-960

Итак, это были вопросы, решение которых очевидно и всех устраивает. Далее речь пойдет о спорных вопросах, и несмотря на то, что решение почти по каждому из них мы предложили, хотелось бы услышать Ваше мнение, предложения.

Первая претензия, высказанная прокатчиками, нас, честно говоря, удивила. Изначально мы считали, что нужно сделать максимально быструю машину, чтобы можно было прочувствовать все преимущества электротяги. Оказалось, что для проката более важно обеспечить «ровность» машин, пусть даже при ограниченной скорости. Другими словами, для прокатчиков важно, чтобы машины, заряженные на 100% и на 30 % ездили одинаково, пусть и в целом медленнее.
Откуда берется такая проблема? Если посмотреть разрядную характеристику LiFePO4 аккумуляторов, то можно увидеть, что ток, отдаваемый батареями, является постоянным. Но с напряжением дело обстоит иначе. Полностью заряженные АКБ выдают 57 В напряжения, из которых приводу нужно только 48 В. Постепенно, при снижении заряда батарей, напряжение на них падает до 48 В, максимальная скорость при этом не уменьшается. То есть при заряде АКБ от 40 до 100% максимальная скорость неизменна. По мере снижения уровня заряда ниже 40% наблюдается уменьшение максимальной скорости, не более 5% (левые таблица и график на рисунке). Но при любом заряде батареи от 0 до 100% аккумулятор будет отдавать требуемый ток, а значит, и привод обеспечит требуемый момент и ускорение электрокарта.

4da270as-960

Зависимость максимальной скорости и напряжения питания эленктропривода от уровня заряда АКБ для вариантов 16 АКБ (график и таблица слева) и 18 АКБ (график и таблица справа)

Однако, если потребителю важно получить абсолютно «ровные» машины, то эту проблему можно элементарно решить, добавив еще 2 АКБ. В этом случае, вне зависимости от уровня заряда АКБ, напряжение на них будет более 48 В, а это значит, что карт, вне зависимости от уровня заряда батарей будет развивать максимально возможные скорость и крутящий момент (правые таблица и график на рисунке).
Либо можно поступить проще. Программно ограничить максимальную скорость значением не в 60, а в 55 км/ч. Тогда приводу, чтобы обеспечить эту скорость будет нужно всего 45 вольт. И тут уже не нужно докупать дополнительных АКБ, так как суммарное напряжение 16 аккумуляторов будет варьироваться от 45 до 57 В. Этого будет достаточно, чтобы обеспечить максимальную скорость, а машины при таком ограничении без дополнительных вложений будут ровными при уровне заряда АКБ от 15 до 100%.

e4e270as-960

Второй проблемой была скорость зарядки карта. Наш проект предполагает использование АКБ, ресурс которых составляет 3000…5000 циклов «заряд-разряд», время заряда 1,5 -2 часа. В прокате же время зарядки является простоем техники, когда карт прибыль не приносит. Тут видятся два возможных решения. Первое – уменьшить время зарядки, второе – выполнить блок АКБ съемным, чтобы на время зарядки просто снимать батареи, а на их место ставить заряженные. Рассмотри подробнее оба варианта.
Первое решение мы предложили практически сразу. Нашли другого поставщика АКБ с немного иными характеристиками батарей. Эти аккумуляторы можно заряжать за пол часа, но срок их службы сокращается до 2000 циклов, вместо предложенных изначально 5000. Кроме того, стоимость зарядного устройства здесь существенно увеличивается. Кстати, если у кого-то есть варианты ЗУ 48 В, которое способно выдавать 80 А, пожалуйста, напишите нам.

9d1270as-960

Размещение аккумуляторов в пластиковых коробах

 

Со вторым вариантом на сегодня все немного сложнее. Сделать сменными аккумуляторы, по большому счету не так сложно. Мы даже подобрали универсальные разъемы, позволяющие упростить процедуру замены переключением всего двух штекеров. Однако у нас батареи спрятаны под пластиком. И баланса между дизайном и скоростью замены мы на сегодня достичь не можем. То есть либо мы быстро меняем ничем не закрытые АКБ, либо все смотрится аккуратно, но на обеспечение этой аккуратности уходит время. Если у Вас есть какие-то мысли, как эту проблему можно решить, пожалуйста, пишите в комментариях.

3 комментариев к “E-kart. Первый электрокарт в России ч.1

  1. Сергей

    А в чем проблемма с быстрой заменой аккумуляторов? Крепление аккумов на гайках, для снятия и установки — шуруповерт, пластик на защелках, или на на тех же гайках. На все про все минут 5 будет уходить, вполне приемлимо!

    1. belous9 Автор статьи

      Сейчас так и сделано, АКБ и пластик на гайках. Но… занимает замена больше 5 минут. Как сделать «пластик на защелках» — в этом то и проблема.

  2. Ринат

    Здравтвуйте, как на счет изготовления сменных блоков в собственном корпусе? корпус из пластика, думаю не сильно удорожает сменный блок АКБ?

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *