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de:koarrl_ebike

koarrl: Das ordentlich gemachte eBike

(last edit: 2014-05-08)

Ausgehend vom ersten Versuchsmuster: http://s1214.beta.photobucket.com/user/koarrl/library/E-Bike-Project

.. schreib ich hier erst mal eine Anforderungsliste für Weihnachten zusammen:

Motor-Steuerkastl (Eigenbau)

  1. HW ausgelegt für Versorgungsspannung 51,2V (vulgo „50V“ bzw. LiFePO4 in 16s)
  2. Spannungsausgang 6V/4W für Beleuchtung vorsehen, effizienter step-down-Wandler nötig! Besser gleich zeitgemäßes LED-Licht verwenden.
  3. Mechanische Bauform: möglichst klein, Aluprofilgehäuse länglich, seriös wasserdicht \

Erfahrung zeigt: Verlustleistung ist kein großes Thema! Sowohl Motor als auch Steuerkastl werden bestenfalls handwarm.

  1. Steuerkastl-Montage mit Schellen hinter Sitzrohr als Standard
  2. Stecker müssen wasserdicht und tw. hochstromfest sein!!
  3. Nicht vergessen: Motoranschlußkabel samt Steckern solte durch die Achsmutter fädelbar sein
  4. Drahtverhau möglichst vermeiden, Bremskontakte (Motor inhibit) braucht niemand! Höchstens ein Bremslicht.
  5. Debugschnittstelle mit Parametriermöglichkeit vorsehen: z.B. SIO über Bluetooth & Terminal-App auf Android als Frontend
  6. Ökonmomisch sinnvoll: anschlußkompatibel bleiben zu Nabenmotoren von conhismotor (Shanghai)
  7. Userinterface: wahlweise Gasgriff oder Pedelec-Stufencontroller (Chinageräte oder besseres im Eigenbau)
  8. Displayeinheit (LCDmatrix/backlight mit 2 Tasten) für…
    1. Tachofunktion (speed/max/odo)
    2. Uhr
    3. Tempomatfunktion, wobei v(max) und P(max) vorwählbar sein sollten
    4. Anzeige der aktuell abgegebenen Motorleistung in W (für Sparmeister, die mittreten wollen, interessant)
    5. Restladungsanzeige (berechenbar aus Innenwiderstand/Spannungseinbruch bei Vollast –> 2D-Kennfeld empirisch hinbasteln!)
    6. periodisch upgedatete Reichweiten- und Verbrauchsanzeige in km bzw. Wh/km (extrapoliert aus bisherigem Verbrauche)
  9. Bullenmodus: Splint/1pin-Dallas-Seriennummer-IC bewirkt, wenn abgezogen, max. 25km/h und 600W :-)
  10. Idee: Steuerkastlfunktionen für Motor & Akkus integriert wegen Batteriemanagement und Nutzbremserei

Akkupaket: Erfahrungen

  1. LiFePo4 in 16s, beim Prototyp verwendet: Headway 38120, Gewicht inkl. Montagekram knapp 5kg
  2. max. 2kW Dauerleistung wären leicht herauszuholen, die angeblichen 1kW vom Chinesen sind auch schon ganz nett
  3. Energieinhalt 0,5 kWh in 5kg Akkus, ausreichend für schnelle 30km ohne Mittreten, bei Windstille
  4. Kälte ist dem LiFePO4-Akku ziemlich egal, das Ding zieht noch, wenn der Fahrer schon steifgefroren ist
  5. Akkuspannung bricht unter Last ein, wieviel, hängt vom Restenergiegehalt ab (–> Batterygauge nur als Anhaltspunkt)
  6. Wenn der China-LED-Balken mal unter Last nur noch rot zeigt, schaltet das BMS demnächst ab.
  7. Längere Hochleistungs-Lastphasen erfordern Erholphasen, sonst sinkt die Spitzenleistung (siehe vmax am Tacho)
  8. Der momentane Akku-Innenwiderstand ist also eine Funktion von bisherigen Lastprofilen, aktueller Temperatur, Restladung
  9. Die Leerlaufspannung geht ohne Belastung unabhängig vom Rest-Ladezustand wieder nach oben (LED-kette ist voll da bei « 50% Restenergie!)
  10. Steckverbinder: (+) und (-) vergoldet, wasserdicht, hochstromfest
  11. UNBEDINGT: Batterymanagement-Print einsetzen, gibts billig in China
  12. Dabei: Achtung auf Isolierung der Meßleitungen, die auch Ausgleichsströme übertragen …
  13. DB15-Stecker am Akkupaket bietet sich (außer Wasserdichtheitsproblem) für Balancerkabel an
  14. Mechanisch: etwas häßliche, aber praktikable Polokal-Lösung: Akkus mit PE-Folie umwickelt, dann eingeschäumt
  15. Akkupaket braucht stabile Montagepunkte, elastisch-gedämpft wäre am besten
  16. Aluprofil zur Akkumontage am Unterrohr macht Akkuwechsel leicht, ist mechanisch aber zweifelhaft

Akkupaket: etwas Theorie zum Verständnis der LiFePO4-Technologie

  1. Leerlaufspannung voll geladen: 3,65 * 16 = 58,4V (andere Meinung: max. 3,6V/Zelle)
  2. Unteres Limit der Gesamtspannung: 2 * 16 = 32V (nur theoretisch, da bei der ersten Zelle am unteren Limit das BMS abdrehen sollte)
  3. Ladestrom bis Ladeschlußspannung: 2A (wie bei cycletest), 20A(=2C) max. (wichtig für Nutzbremsung!)
  4. Entladestrom dauernd 10C=100A, Impulslast 15C=150A. Feine Sache.
  5. Tiefentladen ist schlimmer als Überladen
  6. Prototyp V0.1 läuft ohne Balancing … was geschah? Der tiefstentladene Akku macht KS, kommt nie wieder. Der danach am meisten überladene Akku (Spannung für 16 Zellen an 15 angelegt!) blubbert über, macht Chemiesauerei, lebt aber noch … trotzdem ersetzen!
  7. Prototyp V0.2 hat einen China-BMS-Print im Akkupaket, der dürfte nur beim Laden balancieren und beim Entladen die Last abtrennen, wie er aussieht.

Wirkt brav, Nachteil: Endabschaltung kündigt sich erst sehr spät an, ist dann absolut endgültig.

Anforderungen an das Basis-Fahrzeug

  1. möglichst Leichtbau (wo sparen? Akkugröße, Motorgehäuse nacharbeiten?)
  2. GUTE Bremsen!!
  3. Antrieb: Hinterrad, wie bei 99,8% aller Motorzweiräder üblich
  4. Reifendimension: Wald & Wiese, damit billig wegen Verschleiß (26×1,75 oder 26×1,9 oder 26×2,125 passen auf selbe Felge)
  5. Vorderrad gefedert: nice to have, weiche Lenkergriffe tun's auch
  6. Platz für Akkupaket: am besten mittig (Schwerpunkt!), elastische bzw. ultrastabile Aufhängung (Kabelbinder reißen/brechen im Winter)
  7. Ein gut dimensioniertes Akkupaket muß NICHT einfach demontierbar sein
  8. Platz für Gepäckträger: auf jeden Fall freihalten von Akkupaket, Steuerung & sonstigem Kram!
  9. optischer Eindruck: StVO-konform :-)

Das Gesamtkunstwerk

  1. optimaler Kompromiß Eigengewicht/Reichweite/Spitzenleistung

(Muster: 27kg/35km/1kW: etwas zu schwer, Reichweite ok, Leistung nett, aber weniger kW würden auch reichen)

  1. cooles Aussehen, nicht opa- oder tantenmäßig, aber auch keine Schnörksel a la Pseudoharley-Cruiser
  2. Kein Verdrahtungswirrwarr, möglichst steckermäßig zusammenfassen, was zusammen gehört
  3. Bediensicherheit: Drehen am Gasgriff, ohne draufzusitzen, ist gefährlich. Sattel-Belastungskontakt? ;-)
  4. Alle Elektronikteile müssen perfekt wasserdicht sein! Nicht am falschen Platz sparen, sonst wird man Fußgänger mit schwerem Gepäck.
  5. Materialkosten für einen Umbausatz sollten deutlich unter 1000,- EUR bleiben

Visionäre Ideen

  1. Energierückgewinnung (für stop&go-Betrieb gefragt): was ist hocheffizient, wenn nur kleine Energiemengen gepuffert werden müssen?

(nein) Druckluft-Generator/Motor & Speicher im Vorderrad

  (interessant) Motorbrücke als Synchrongleichrichter wirkend mit intelligenter Zellenzuschaltung, geht ca. bis auf v(max)/16 herunter!
- Abschätzung: Gesamtmasse (Rad+Fahrer+Kleinkram) = 120kg \\
  Energiemenge zum Beschleunigen auf 45km/h = ca. 9400J, also cca. 1kW über 10sec

Chinesenzeug, reverse engineered

Drehgriff
    Schwellspannungen der LED-Kette:
    (rot) 42.5V (orange) 44.5V (grün) 46V (grün) 47,5V (grün) alles darüber
    (rot allein) bedeutet also (bei 16s und innerer Symmetrie) 2,65V pro Zelle
    Der Stellwert für v-soll kommt von einem Analog-Hall-IC, dem per Drehgriff ein Magnet angenähert wird.

    Falls jemand eine Leistungsbegrenzung braucht:
    Idee - Einbrechende Akkuspannung soll Vcc(Hall) verkleinern, womit der v-soll-Stellwert reduziert wird 

    Vcc(Hall)| U(min)| U(max)
   ----------+-------+--------
       5V    | 0,85V | 4,40V
       4V    | 0,85V | 3,40V
       3V    | 0,85V | 2,40V
Motor-Steuerkastl #2 von conhismotor - real nach Umbau auf wasserdichte Stecker (2013-07-08)
* Batteriestecker (Hülle ws mit 2 Faston m)
 - rt ... PCB [VB+] +50V über 40A-Flachsteckersicherung im Kabel direkt zum Akupaket
 - sw ... PCB [GND] zum BMS

* Motor-Power (3 jap. Hülsenkontakte)
 - ge ... A
 - bl ... B
 - gn ... C

* Motor-Hall (Hülle ws, 5 von 6 bestückt)  --> f-Stecker #1 steuerungsseitig
 - rt ... PCB [H+]  				(1) rt
 - ge ... PCB [SA]				(2) ge
 - bl ... PCB [SB]				(3) bl
 - gn ... PCB [SC]				(4) gn
 - sw ... PCB [H-]				(5) sw

* Gasgriff 1/2 (Hülle ws, 3 Minifaston m) --> f-Stecker #2 steuerungsseitig
 - rt ... PCB [SP+] +5V				(2) rt
 - gn ... PCB [SP]  Analogsignal Hall|Poti	(3) ws
 - sw ... PCB [SP-] Masse			(4) sw

* Gasgriff 2/2 (Hülle ws, 2 Minifaston f)
 - ge ... PCB [VK1+]				(1) ge dick
 - or ... PCB [VB+] +50V			(5) rt dick

~~~~~~~~~~~ weg damit ~~~~~~~~~~~~~~

* Batt out (Hülle sw, 2 Mini f)
 - rt ... +50V - PCB [VB1+]
 - sw ... GND  - PCB [VK-]

* Pedelec-Modebox #1/2 (Hülle sw, 2 Mini m)
 - gn ... PCB [SL]
 - (n.best.)

* ??? (Hülle sw, 2 Minifaston m)
 - ws ... PCB [GND]
 - ws ... PCB [XS]

* Bremskontakt: inhibit if closed (Hülle ws, 2 Minifaston m)
 - bl ... PCB [BKL]
 - sw ... PCB [GND 4-7]

* Sensor Pedelec (Hülle sw, 3 Mini f)
 - gn ... PCB [TA]
 - rt ... PCB [+5V2]
 - sw ... PCB [GND]

Erfahrungswerte

  1. Wasserdichtigkeit ist anzustreben, Vielfach-Drahtdurchführungen ins Steuerkastl ordentlich abdichten!
  2. Die 3mm-Speichen im Nabenmotor-Hinterrad sind durchaus sinnvoll
  3. Hinterradebene ist etwas nach rechts versetzt, haben die Chinesen beim 2. Muster bereits erkannt!
  4. Der China-Gasgriff interferiert mechanisch möglicherweise mit daumenbetätigten Shimano-Schalthebeleien
  5. Das China-Steuerkastl hat keinen Tiefentladeschutz, wozu auch, das macht das BMS.
  6. Feature: Akku und Fahrer können sich bei teilweisem Mittreten abwechselnd erholen :-)
  7. Breites Grinsen bei Gegenwind und beim Überholen herkömmlicher Radler kann garantiert werden!
  8. Heftiger Gegenwind und hirnloses Stromverbrauchen kann die erwartete Reichweite halbieren!
  9. Wer bremst, verliert.
de/koarrl_ebike.txt · Zuletzt geändert: 2014/05/08 18:23 von koarrl