Jumping Jack Flash weblog

Diario elettrico Ecojumbo 5000 – Colonnina di ricarica / armadio elettrico

Posted in Uncategorized by jumpjack on 25 aprile 2016

Attualmente uso due caricabatterie da 250 e 300 W per ricaricare l’ecojumbo. Ma sono “temporaneamente” (da più di un anno…) collocati dentro al vecchio scooter che avevo prima…

Ho calcolato che, i due CB,  se hanno un’efficienza del 90% come è probabile che sia, essendo uno da 60V/4A e l’altro da 60V/5A dissiperanno una potenza pari a 60*4*0.10 + 60*5*0.10 = 24W + 30 W = 54W.

Quanto calore può dissipare un cosiddetto “armadio elettrico”? Questa pagina permette di calcolarlo:

http://www.claredot.net/it/sez_Elettrotec/dissipazione_quadri_elettrici.php

(dispense universitarie su dimensionamento termico quadri elettrici: link)

I miei due caricabatterie hanno dimensioni 18x9x5 e 18x9x7 cm.

Li potrei affiancare in due modi:

armadio-batterie

Nel primo caso servirebbe un mobiletto di almeno 22 x 26 x 11 cm, nel secondo 22 x 18 x 13, considerando sempre una distanza di 2cm tra i caricabatterie e le pareti e tra di loro. Il suddetto sito dà nei due casi una dissipazione possibile di 16W e 13W considerando una temperatura esterna massima di 40° e interna di 60°c. La capacità di raffreddamento raddoppia se l’armadio è in alluminio invece che in plastica: 32 e 26 W.

Non ci siamo.

O prendo un armadio più grande, o lo munisco di raffreddamento ad aria: quest’altra pagina permette di calcolare il flusso d’aria in m3/h necessario ad asportare una certa quantità di calore: https://www.stego.de/nc/it/servizi/strumenti-di-calcolo/calcolo-della-potenza-di-raffreddamento.html.

Per estrarre 60W di calore serve un flusso di almeno 9.3 m3/h (=6.47 CFM – cube foot minute) .

Su rs-components è facile trovare una ventola che abbia determinati requisiti in termini di volume d’aria spostato in un’ora: link Basterebbe una ventolina da 12V/6W e 14 euro, per esempio, Una ventola a 230V costa molto di più, 70 euro!

Non volendo usare la ventilazione, cercando “armadio elettrico” su Amazon ci sarebbe questo: 400x300x200mm – Cablematic, in acciaio, 55 euro; il calcolo dice che può dissipare 57W, ancora poco. 😦 Ci vorrebbe quello da 700×400… e 104 euro!

Da una parte affidarsi a un sistema di raffreddamento attivo mette di fronte al rischio che un guasto alla ventola faccia surriscaldare e rompere anche i caricabatterie; dall’altra, usare un sistema passivo (=”grossa scatola”) significa spendere più di 100 euro.

Penso che opterò per un armadio piccolo (400x300x200 cm, 55 euro) dotato però di due ventole (totale: 55+28 =78 euro).

Diario elettrico Ecojumbo 5000: 26/02/2016 – Cablaggi definitivi

Posted in Diario elettrico Ecojumbo 5000, scooter elettrici by jumpjack on 26 febbraio 2016

Oggi ho fatto i cablaggi di potenza definitivi, con capicorda avvitati.
CLICCA QUI PER LO SCHEMA DEFINITIVO DEI CABLAGGI DI SEGNALE E DI POTENZA

 

Una prova più “pesante”, ma sempre in cortile, ha dato i risultati sperati: nessun riscaldamento dei fili anche con accelerate pesanti e partenze sulla rampa del garage con pendenza del 20%. Sono un po’ perplesso sulla risposta non lineare dell’acceleratore: dovrò abituarmici, o riprogrammarlo (la centralina Kelly è molto configurabile). E poi mi funziona l’interruttore di sicurezza sul manubrio, per disabilitare la centralina temporaneamente senza spegnerla, ma non funziona lo stesso meccanismo tirando i freni… boh. Comunque, un problema non grave, non so se è il caso di stare a perderci tempo.

Ora tutti (o quasi) i problemi elettrici sono risolti e lo scooter ha superato 3 livelli di test 🙂
1 – Con collegamenti volanti provvisori dei sensori di hall e delle fasi, il motore gira
2 – Con collegamenti stabili per gli hall, e provvisori a bassa potenza per le fasi, lo scooter cammina
3 – Con tutti i collegamenti stabili lo scooter cammina ed ha un’accelerazione da paura!

Adesso resta l’ultimo livello, il 4: il collaudo su strada. Prima però devo passare alla lavorazione meccanica invece che elettrica: fissare allo scooter la scatola dei fusibili, il contattore e la resistenza di precarico,rimontare le plastiche e riavvitare almeno una trentina delle 60 viti, giusto per evitare che lo scooter si smonti per strada…

Dovrei anche cambiare i diodi di separazione delle batterie, uno dei quali si è bruciato: ne ho comprati un paio grandi il doppio; non ho trovato un datasheet, ma quelli di prima erano da 50A e larghi 1×2 cm, questi sono dei mostri larghi 3×4 centimetri… che però non so come dissipare, dovrei avvitarli a una piastra di alluminio, che però dovrei bucare, ma non so come fare un buco tondo nell’alluminio…

Non si finisce mai….

 

Ecco un indice di tutti i passi che dopo lunghi mesi hanno portato a questo risultato.

INDICE DEGLI INTERVENTI DI SOSTITUZIONE CENTRALINA ECOJUMBO 5000 CON CENTRALINA KELLY

 

Diario elettrico Ecojumbo 5000 – 20/9/2015: primo viaggio dell’Ecojumbo 1500

Posted in scooter elettrici by jumpjack on 21 settembre 2015

Dopo innumereveoli tentativi e combinazioni, anche più dei 36 previsti a causa di varie sviste ed omissioni, alla fine sono riuscito a trovare la combinazione giusta di sensori di hall e cavi di potenza; per l’esattezza, ne ho trovate tre (come previsto vedendo il foglio precompilato di un altro motore); in tutti e tre i casi non riesco ad avere corrente assorbita nulla con motore a vuoto, come invece dovrebbe essere, ma non riesco a scendere sotto gli 11A; che comunque sono molto meno dei 30-40 a vuoto in caso di collegamento a fasi sbagliate!

E comunque, la combinazione trovata è giusta: la centralina scalda comunque, ma non scotta nemmeno dopo una salita di un chilometro, e i cavi sono appena tiepidi, mentre con la combinazione precedente, errata, diventava tutto così bollente da non poter essere toccato dopo soli 500 metri in pianura!

Il collaudo è stato il viaggio fino al luogo del raduno, distante 13 km, percorsi senza problemi di surriscaldamento.

Ovviamente, con una centralina da 1500 W montata su uno scooter da 200 kg invece che 100, anche avere un motore da 5000W non serve a molto: la potenza massima sviluppata è comunque 1500W. E’ però interessante notare che la velocità che riesco a raggiungere è la stessa che raggiungevo con l’altro scooter, lo Zem Star 45: massimo 55 km/h, misurati dal “radar stradale”. Questo significa che l‘area frontale dei due scooter e l’attrito delle ruote, combinati insieme, sono ben poco diversi nei due casi; quello che influisce sulla velocità massima, infatti, è solo l’attrito (di aria e ruote).

Diverso il discorso per l’accelerazione e le salite: qui quello che conta è il rapporto potenza/peso... che adesso è drammatico: sullo Zem avevo 1500W per 100 kg, quindi 15W/kg, mentre ora ho solo 7,5W/kg (contro i 25 dell’Ecojumbo con centralina giusta); basti considerare che 10W/kg è la potenza delle vecchie minicar al piombo come la Birò o la Startlab Open Street, “note” per i tempi biblici necessari per raggiungere i 50 km/h (qualcosa come trenta secondi o giù di lì, contro i 6 di una moderna minicar elettrica al litio come Twizy o Icaro, che hanno 30 W/kg).

E infatti anche il mio “Ecojumbo 1500” ha tempi biblici per prendere velocità; non li ho ancora misurati, ma partire ad un incrocio adesso è diventato imbarazzante…. Forse dovrei attivare il limitatore di velocità della centralina, che però fornisce uno sprint molto pià alto in partenza: sulla “versione 2.0” dello Zem infatti avevo collegato il limitatore a un pulsante che faceva da “turbo“: lo innestavo quando dovevo fare partenze impegnative o salite gravose, poi lo troglievo per poter superare i 45 km/h. Mettendolo anche sull’Ecojumbo, però, non vorrei rischiare di fondere la centralina… che chissà che tipo di protezioni ha: corrente? temperatura? niente? vai a sapere!

Comunque ovviamente la centralina da 1500 W è una soluzione temporanea: mi serviva per capire se il motore funziona ancora o no. Quindi ora posso passare a comprare la centralina… e a progettare un sistema di raffreddamento! Infatti in questi giorni sto studiando la trasmissione del calore e la dissipazione, e mi pare di capire che attraverso le pareti di plastica di una scatola chiusa di 30x30x20 cm (lo spazio disponibile per la centralina; fore meno) si possono dissipare al massimo 40W;  supponendo che la centralina originale dell’Ecojumbo 5000 abbia un’efficienza del 95% (molto ottimisticamente), significa che dei 5000W che la attraversano, 250W si dissipano in calore! E se non riescono ad uscire dalla pancia dello scooter, che riesce al massimo a lasciar passare 40W (ma forse meno, perchè le plastiche sono doppie e triple…), significa che lentamente ma inesorabilmente la centralina si cuoce piano piano con gli anni….

Può darsi che d’inverno, quando la temperatura esterna è di 5°C, lo scambio termico sia sufficiente (96W), ma i 40°C di quest’estate non sono certo stati un toccasana per la centralina; quindi, la prossima o la monterò all’esterno, o la doterò di un sistema di ventilazione forzata; che peraltro potrebbe avere un duplice scopo: raffreddare la centralina durante il moto, e raffreddare i caricabatterie durante la sosta per la ricarica; due caricabatterie da 60V/4A e 60V/ 5A dissipano  27W complessivi se hanno efficienza del 95%, 54W se del 90% e 81W se dell’85%. Non ho idea di che efficienza abbiano realmente, ma toccandoli con mano so che scaldano parecchio, quasi da scottare, quindi sicuramente una ventilazione forzata è necessaria per tenerli nel sottosella chiuso.

Alla fine della storia, mi sa che doterò il mio Ecojumbo… di un tubo di scarico! 🙂 Ma un tubo di scarico molto particolare, che emette solo aria, la stessa che c’è fuori, solo un po’ più calda. Magari tutti gli scooter avessero un tubo di scarico così! 🙂

 

 

Formula semplificata ufficiale USA/EU per calcolo potenza scooter elettrici

Posted in scooter elettrici by jumpjack on 20 luglio 2013

Le leggi fisiche che stanno dietro la spiegazione di quanta potenza deve avere il motore di uno scooter elettrico per permettere al mezzo di muoversi a una certa velocità costante sono molto complicate.

Tuttavia, al fine di standardizzare la valutazione dei consumi degli scooter a benzina, Europa e USA hanno ufficializzato una formula standard per effettuare questo calcolo:

P = A*v + C*v^3

P è in watt, v è la velocità in m/s; 45 km/h sono 12,5 m/s, 60 km/h sono 17, 100 sono 29, 13o sono 39.

A e C sono i parametri standardizzati.

Per gli USA valgono (con M = massa in kg del mezzo):

A = -8,79 + 0,0874*M

C = 0,254 + 0,00035 * M

Per l’Europa è stata scelta un’approssimazione più semplice

A = 0,088 * M

C = 0,26 + 0,000194 * M

Le approssimazioni all’incirca si equivalgono per velocità tra 30 e 60 km/h.

Per un mezzo del peso complessivo di 315 (235kg + guidatore), quindi uno scooterone, queste formule danno le seguenti potenze:

45 km/h: 938 W

60 km/h: 2000 W

90 km/h: 5500 W Europa, 6600 W  per gli USA

130 km/h: 16000 W Europa, 19500 W per gli USA

Le formule non tengono in nessun conto accelerazioni in partenza e velocità in salita, però sono utili per determinare il consumo di energia per un viaggio a velocità costante: basta dividere i suddetti W per i km/h per ottenere i Wh/km, che quindi sono rispettivamente 21, 33, 61 (73) e 123 (150).

A loro volta questi valori possono essere usati per calcolare le dimensioni della batteria al litio LiFePO4 necessaria per un’autonomia di 100 km: 2100,3300, 6100 (7300) e 12300 (15000) Wh.

Tenendo però conto che le batterie possono essere scaricate solo all’80% per farle durare 1000 cicli, le capacità necessarie risultanti sono:

2625, 4125, 7625 (9125) e 15400 (18750).

Dividendo per 100 (Wh/kg delleLiFePO4) si ottiene il peso teorico della batteria, che però andrebbe poi a cambiare il valore di potenza usato inizialmente in un circolo vizioso infinito…

Diciamo che, in linea di massima, 40 kg di batteria LiFePO4 dovrebbero garantire a uno scooterone un’autonomia reale di 100 km in pianura a velocità costante di 60 km/h con aspettativa di durata di 100.000 km  delle batterie.

Riepilogo:

45 km/h: 900w, 21 Wh/km, 2625 Wh, 26kg

60 km/h: 2000W, 33 Wh/km, 4125 Wh, 41 kg

90 km/h: 5500 W, 61 Wh/km, 7625 Wh, 76 kg

130 km/h: 16000 W, 123 Wh/km, 15400 Wh, 154 kg

Al momento una moto o scooter con 100 km di autonomia a 130 all’ora risulta poco plausibile.

Uno con 100km a 90 all’ora risulta probabile.

100 km a 60 all’ora sono possibili.

A 45 km/h potrebbero essere possibili anche 150 km.

Elaborazione di dati presi da http://www.epa.gov/otaq/models/ngm/420p05001.pdf

 

AGGIORNAMENTO:

Grafico autonomia/velocità per l’Europa considerando mezzo da 315 kg e batteria da 6 kWh (equivalenti a 60 kg di batterie LiFePO4):

autonomie-USA-EUR

I punti nel grafico riportano le autonomie dichiarate per le moto Zero Motorcycle ZF8.5 e ZF11.4

Notare che la curva non può rappresentare TUTTI i mezzi a due ruote ma solo una media, dal momento che i coefficienti visti prima variano a seconda di:

– Area Frontale (Af)

– Coefficiente di attrito dell’aria (Cx o Cd o Cw)

– Coefficiente di attrito delle ruote (Cr)

I valori del secondo parametro validi per i mezzi a due ruote sono molto “misteriosi” perchè esiste pochissima letteratura in merito.

Secondo la ricerca citata, Cx può variare tra 0,4 e 0,6, Af tra 0,4 e 1.0, e il loro prodotto, che nella formula è semplificato in C, può variare tra 0,2 e 0,6. Ovviamente nei vari casi risulteranno curve piuttosto diverse.

 

Notare anche che 100 Wh/kg è la densità gravimetrica delle LiFePO4, ma esistono celle Panasonic da 256 Wh/kg e nuove celle al litio-solfuro di capacità analoga prodotte dalla Winston, che potrebbero dimezzare il peso delle batterie indicato nella parte principale dell’articolo: con 250Wh/kg i 16000 Wh necessari per percorrere 100 km a velocità costante di 130 km/h starebbero in 64 kg di batterie, che ritengo un peso realisticamente installabile su una moto e persino su uno scooter (l’Emax monta 90 kg di batterie al piombo).