Niniejszy mini-projekcik przedstawia akumulator LiFePO4 do motocykla. Pliki projektowe znajdują się na moim profilu na stronie Thingiverse: https://www.thingiverse.com/thing:5377030
Co było powodem wykonania akumulatora?
Moja nieśmiertelna Honda CBR600RR, pośród licznych zalet, posiada wadę: niechętnie odpala na gorącym silniku. Z doświadczenia wiem, że kres życia akumulatora ołowiowego przychodzi w tym motocyklu dość szybko, a z kolei nowy akumulator musi mieć wysoką jakość, gdyż w przeciwnym razie, pomimo wymiany akumulatora, problemy z odpaleniem nie ustąpią. Można oczywiście podejrzewać, że mój motocykl ma problemy z rozrusznikiem, jednakże od stuntera wykorzystującego podobną CBR jak moja dowiedziałem się, iż po konkretnym upalaniu tego motocykla, może nie udać się go w ogóle uruchomić. By odpalił, należy pozwolić mu się wystudzić. Dodałem dwa do dwóch i uznałem, że solidny akumulator powinien tutaj pomóc. Zacząłem od zakupu akumulatora, który to zakup okazał się niewypałem (prawdopodobnie akumulator był po prostu zbyt tani, co w zasadzie znalazło potwierdzenie po jego otwarciu i zajrzeniu do środka), a następnie postanowiłem wykonać akumulator po swojemu.
Ogniwa
Wykorzystałem ogniwa ANR26650, które kupiłem na OLX. Ich ciągły prąd rozładowania to 70A, a prąd impulsowy (do 10 sekund) to 200 A. Pojemność wynosi 2.5 Ah. Na Youtube można znaleźć film, na którym pokazane jest uruchomienie samochodu kilka razy z rzędu za pomocą 4 połączonych szeregowo akumulatorów, co dobrze rokowało temu wyborowi. Napięcie w instalacji mojego motocykla do 13.8 V. Podzielone przez 4 daje 3.45 V na jednym ogniwie. Maksymalne napięcie instalacji samochodowej albo motocyklowej może sięgać 14.4 V, co dawałoby 3.6 V na jednym ogniwie. Napięcie to jest idealnie dopasowane do akumulatora LiFePO4 pod warunkiem dobrego balansowania ogniw.
Konfiguracja akumulatorów
Na początku załączonej galerii zdjęć pokazana jest konfiguracja 4S1P, która w przypadku mojej Hondy okazała się jedynie nieco lepsza od domyślnego akumulatora. Niewykluczone, że przyczyną niepowodzenia były zbyt cienkie blachy łączące akumulatory. Można to sprawdzić za pomocą kamery termowizyjnej. Ostatecznie jednak zastosowałem konfigurację 4S2P. Wizualizacja obudowy akumulatora docelowego przedstawiona jest na jednym z ostatnich zdjęć.
Połączenia elektryczne
Połączenia elektryczne zrealizowane są za pomocą taśmy stalowej z pokryciem niklowym o grubości 0.2 mm i szerokości 8 mm. Każde połączenie składa się z dwóch takich pasków. Zgrzewania dokonałem za pomocą taniej zgrzewarki z Aliexpress zasilanej ogniwami litowo-polimerowymi. Zgrzewanie oceniam jako umiarkowanie pewne, zgrzewy na wszelki wypadek wykonywałem kilkakrotnie, w tych samych punktach.
Balanser
Pierwotnie, w oczekiwaniu na balanser z Aliexpress, użyłem balansera DIY, którego schemat przedstawiony jest na rysunku niżej. Taki balanser ma jednak następujące wady:
- pobiera ~ 100 uA w stanie spoczynku,
- aktywuje się dopiero powyżej około 3.55 V,
- maksymalny prąd balansowania to około 60 mA.
Prawdopodobnie, w praktyce, przy dobrych i jednakowych ogniwach, takie rozwiązanie by się po prostu sprawdziło. Można jednakże zastosować rozwiązania lepsze, np. w postaci balansera aktywnego. Balanser, który wykorzystałem w docelowym akumulatorze, działa na zasadzie balansowania napięcia pomiędzy dwoma sąsiednimi ogniwami. Oznacza to, że liczba faktycznych balanserów równa jest liczbie szeregowo połączonych ogniw minus jeden. Użyty tutaj balanser działa w konfiguracji przetwornicy BUCK i aktywuje się przy różnicy napięć między ogniwami wynoszącej 100 mV (niezależnie od absolutnej wartości napięcia), a wyłącza się przy różnicy napięć równej 30 mV. Jeżeli kryteria załączenia balansera nie są spełnione, to układ ten pozostaje nieaktywny pobierając przy tym znikomy prąd. Maksymalny prąd balansowania to 1.2 A.
Akumulator nie posiada zabezpieczenia (odcięcia) chroniącego przed przekroczeniem napięcia ani przed nadmiernym rozładowaniem, ponieważ przed przekroczeniem napięcia zapobiega regulator napięcia w motocyklu, natomiast rozładowanie… no cóż, jeżeli się zdarzy, to wymienię akumulator na nowy, podobnie jak to zwykłem robić do tej pory. Klucz szeregowy, który znajdowałby się w takim zabezpieczeniu, musiałby radzić sobie z prądami rzędu 100…200 A, co wiązałoby się z dodatkowym kosztem i koniecznością nisko rezystancyjnego włączenia go w szereg z ogniwami. Na ten moment uważam to zabezpieczenie za zbędne.
Obudowa
Obudowa wykonana jest z PET-G na drukarce 3D. Kilka lat wykorzystywania akumulatora pokazało mi, iż ten materiał dobrze się sprawdził w niniejszym zastosowaniu. Obudowa nie uległa odkształceniu mimo bliskości silnika i wpływu ciepła od Słońca.
Terminale łączące akumulator z instalacją elektryczną motocykla
W roli terminali wykorzystuję śruby M5. Możliwe że jest to kiepski wybór i dedykowane terminale (obejmujące złącze kabla motocykla), takie z kwadratowymi nakrętkami, zapewniałyby bardziej pewny kontakt. Jednakże, póki co, to działa i problemów z luzowaniem się nakrętek nie zauważyłem.
Istotne jest przymocowanie terminali tak, by przykręcanie kabla do akumulatora nie powodowało obracania się terminala, ponieważ ruch ten naruszałby połączenie taśmy stalowej z terminalem. Z tego powodu rozdzieliłem funkcję mocowania mechanicznego terminala do obudowy. Detale przedstawione są na zdjęciu: duża nakrętka przykręcona jest do obudowy za pomocą małych śrub M3, których rolą jest zapobiegnięcie obracaniu podkładki oraz przymocowaniu jej do obudowy, niezależnie od siły przykręcenia przewodu instalacji elektrycznej. Taśma stalowa jest z kolei połączona z nakrętką poprzez zgrzanie. Śruba stalowa (pełniąca rolę terminala połączeniowego) przykręcona jest do nakrętki bez pośrednictwa plastikowej obudowy. Dzięki takiemu połączeniu mechanicznemu, można przykręcić przewód instalacji motocykla do akumulatora z dużą siłą, bez ryzyka naruszenia kontaktu elektrycznego.
Słowo końcowe
Na zdjęciach przedstawiłem akumulator w wersji pierwszej, która jak pisałem, nie do końca sprawdziła się w moim motocyklu. Konfiguracja 4S1P jest natomiast całkowicie wystarczająca w przypadku mojego drugiego motocykla, czyli Varadero 125. Najpewniej sprawdzi się również w motocyklach, które nie stwarzają problemów z uruchomieniem.
Z kolei akumulator w konfiguracji 4S2P od 3 lat zamontowany jest w Hondzie CBR600RR, gdzie pozwala na uruchomienie silnika niezależnie czy silnik jest zimny, czy rozgrzany.
Co można zrobić lepiej?
Z pewnością, użyte przeze mnie śruby, służące jako terminale kontaktowe, można by zastąpić dedykowanymi terminalami zapewniającymi bardziej pewny kontakt i niższą rezystancję. Co więcej – można też zastosować całą obudowę (wraz z terminalami) dedykowaną do roli akumulatora motocyklowego, które są dostępne na Aliexpress.
Pisałem o sprawdzeniu działania akumulatora za pomocą kamery termowizyjnej – wydaje się to być szybki i nieinwazyjny pomysł, by zweryfikować wszystkie połączenia elektryczne. Jeżeli takiego pomiaru dokonam, to w tym poście pojawi się aktualizacja.
Poniższe zdjęcia przedstawiają tak naprawdę trzy odsłony akumulatora:
- pierwotną, w konfiguracji 4S1P, którego szerokość jest dostosowana do ilości miejsca w CBR600rr, i której wydajność okazała się nie wystarczająca dla niezawodnego uruchamiania mojego motocykla,
- drugą wersję dla CBR600RR w konfiguracji 4S2P (szare pudełko, wizualizacja FreeCAD), która jeździ ze mną od 3 lat i póki co sprawdza się bardzo dobrze,
- trzecią wersję, 4S1P, dostosowaną gabarytami do Varadero 125 (niebieskie pudełko, wizualizacja FreeCAD).
Pozdrawiam i szerokości!
