Frenado regenerativo en una bicicleta eléctrica

Hay un pequeño problema: el frenado de regeneración para bicicletas no funciona muy bien.

No sé qué tipo de baterías utilizas. Como mencionas 12V, parecen ser ácido de plomo. Por lo tanto, dos baterías de 12V SLA en serie. Estos tienen una capacidad de, digamos, 50 Ah. Estoy siendo bastante generoso aquí.

Las baterías SLA se cargan a C / 10 (aproximadamente) y solo si están suficientemente descargadas para aceptar esta corriente. Si están casi llenadas, entonces no aceptarán ningún cargo, por lo que no es posible volver a frenar.

De todos modos. Supongamos que acabas de subir una montaña. En la parte superior, las baterías están bastante descargadas, por lo que están listas para aceptar su corriente de carga C / 10 completa.

C / 10 es 5 amperios, a 24 V esto es 120W.

Vas cuesta abajo rápido. De hecho, en un escenario de descenso realista, obtendrás 1-2 kW de gravedad. Pero solo puedes recuperar 120W de esto para cargar tus baterías. Por lo tanto, es bastante inútil. Una vez que regreses al pie de la montaña, habrás recuperado un poco de carga ... pero solo un poco.

Ahora, podría usar celdas de litio modernas que pueden tomar una corriente de carga mucho más alta. En ese caso, eso podría funcionar, pero tendrá que usar un cargador electrónico inteligente, diseñar en exceso el motor para poder usarlo como generador y bajar las cuestas más lentamente, lo cual no es divertido.

Si desea utilizar el frenado de regeneración en la ciudad entre los semáforos, es aún peor. En el plano, la mayor parte de la energía gastada se utiliza para empujar el aire. La cantidad que es recuperable en una parada de tráfico es insignificante.

Tenga en cuenta que las cosas son diferentes para un automóvil de 2 toneladas. En este caso vale la pena recuperar la energía cinética. No es así para una bicicleta.

En pocas palabras, el frenado de regeneración solo es interesante en una bicicleta si puede hacerlo de forma gratuita (tanto en términos de energía como de dinero).

Es mucho más probable que el uso de un motor con rueda libre, lo que le permita no tener que arrastrar el motor todo el tiempo, incluso cuando no lo use como cuando se desplaza por inercia, tenga un mejor rango que el frenado de regeneración.

Supongo que su motor de CC tiene un imán permanente para crear el campo. Para tal motor, el frenado regenerativo es en realidad muy simple.

• Cuando pones un voltaje fijo de una batería a sus terminales, el motor acelerará tu bicicleta hasta que alcance su velocidad de funcionamiento libre, que está estrechamente conectada a este voltaje.

• Cuando su bicicleta corre más rápido que esto (por ejemplo, cuesta abajo), el motor produce un voltaje más alto en sus terminales que la batería conectada, por lo que la dirección de la corriente es inversa. Esto significa que el motor se ha convertido en un generador automáticamente.

Por lo tanto, esto funciona para la velocidad establecida por el voltaje de la batería en los terminales del motor. El frenado regenerativo a una velocidad más baja requiere que se aplique una menor tensión al motor. Un enfoque simple implicaría un interruptor para cambiar la disposición en serie / en paralelo de celdas de baterías individuales para que tenga una amplia selección de voltajes y, por lo tanto, velocidades de funcionamiento libre.

Si desea intentarlo, use solo celdas de plomo y no use dos baterías de 12V, sino celdas individuales de 2V. Las baterías de plomo están perdonando voltajes de carga demasiado altos, pero la sobretensión de 12 V es un poco excesiva.

Si quieres hacerlo de la manera moderna, necesitas un convertidor boost que gire, por ejemplo. un voltaje del terminal del motor de 6 V (baja velocidad) en más del voltaje de la batería de 24 V y permite el flujo de corriente del motor / generador a la batería de esta manera.

Hay una regla aproximada simple que puede usar para comenzar a pensar en la mayoría de los motores eléctricos.

• El voltaje a través de los terminales del motor es proporcional a la velocidad a la que gira el motor.
• La corriente a través del motor es proporcional al par que ejerce el motor.

Esto ignora varias no-idealidades, en particular la resistencia de los devanados del motor, pero es un buen lugar para comenzar cuando estás tratando de averiguar en qué posición se encuentran el voltaje y la corriente.

  

Quiero acelerar usando el motor, en cuyo caso las baterías simplemente se conectarán al motor, que a su vez girará y aplicará un par de torsión adicional a la rueda y, por lo tanto, la bicicleta acelerará.

Esto es cierto, pero va a querer algo de control mejor que encendido y apagado. De lo contrario, o será una aceleración muy abrupta (se aplicará mucho torque) o no suministrará suficiente energía para ser útil. Por lo tanto, necesita un controlador de motor, que puede tener una entrada de "aceleración" para que pueda controlarlo a mano.

  

Estoy en lo cierto al suponer que el generador (el motor accionado por la rueda) nunca producirá más de los 24 V de las baterías y, por lo tanto, necesito encontrar una manera de reducir la P.D. de las baterías, si tuviera que simplemente invertir el circuito?

Esto es casi correcto, pero necesita aclarar un poco su pensamiento al respecto. Siga la regla que describí anteriormente: si el motor gira más rápido , entonces puede concluir que hay más voltaje .

Supongamos que está manejando su bicicleta de conexión directa de 24 voltios, actualmente en una carretera plana en la Tierra de problemas de Física Ideal: entonces el voltaje en el sistema será de 24 V y no fluirá ninguna corriente.

Ahora, digamos que empiezas a bajar una pendiente. La gravedad lo acelerará, por lo que la tensión en el motor aumentará más allá de 24 V. Esta diferencia de tensión invertida hace que la corriente fluya en la otra dirección, cargando la batería . Por lo tanto, el voltaje permanece alrededor 24 V, pero solo porque la batería actúa para regularlo.

Así que, de hecho, tienes la idea general correcta sobre el frenado regenerativo: si quieres reducir la velocidad por debajo de los 24 voltios, necesitas un convertidor (un controlador de motor, de hecho) que hace que parezca que tienes una tensión de batería en algún lugar por debajo de 24 voltios. Eso, por sí mismo, es suficiente para provocar el frenado.

Un controlador de motor puede considerarse como una fuente de alimentación variable especializada para motores. Funciona de manera muy similar a una fuente de alimentación de conmutación, que utiliza el control PWM y los grandes condensadores. Para realizar el frenado regenerativo, el controlador de hecho (o can; hay varios diseños) conecta la batería "hacia atrás" (usando un circuito H-bridge ) para intervalos muy breves al motor. Las inductancias (en el motor) y las capacitancias (en el controlador) se traducen en una aplicación suave del par inverso y una reducción suave del voltaje y la velocidad.

(Si tuviera que conectar la batería al motor hacia atrás con un interruptor, todavía podría frenar, o más precisamente, el motor intentaría invertir la dirección tan rápido como pudiera, lanzando apagado y posiblemente quemándose de la corriente de pérdida.)

El control de motores de alta potencia no es un problema fácil: necesita MOSFET grandes, disipadores de calor grandes, controladores de compuertas grandes, condensadores grandes y firmware de control que no cometa errores que pueden hacer explotar el controlador del motor o, como yo Ya he mencionado varias veces, tirarte de la bicicleta.

Si desea un dispositivo práctico y manejable, debe comprar un controlador de motor comercial. Si desea comprender la electrónica de potencia y los sistemas de control, debe crear el suyo propio. (Y de cualquier manera, este blog es una lectura divertida principalmente sobre el tema de Cosas con motores eléctricos en él )

Una bicicleta normalmente es accionada por la rueda trasera, y (en frenada fuerte) la bicicleta La principal fuerza de retardo proviene de la rueda delantera. Así, el 'regenerativo' el frenado solo será parcialmente efectivo, a menos que motorice DOS ruedas.

Dado que se espera que el motor acelere la bicicleta, con los 24 V aplicados, debemos asumir que el motor (como generador) generará un back-emf algo menos que el voltaje de la batería, a velocidades normales. Entonces frenar necesitas unir el motor (que ahora actúa como generador) a un impulso convertidor que aumenta el voltaje de CC, y usa ese voltaje incrementado para cargar la batería.

Esto significa que desea un impulso DC / DC no regulado convertidor (un tipo de retorno podría ser apropiado) que se puede cambiar ON solo cuando los frenos son necesarios. La entrada del convertidor boost será el motor / generador, y la salida (a través de un diodo) se cargará La batería durante el frenado. Por conservación de la energía, todo eso. la potencia de carga implica un par de frenado en el motor, en la rueda trasera. El freno regenerativo deberá detectar la presión de la mano del ciclista en uno o Ambos frenos (NO desea que el ciclista mueva sus manos a un interruptor especial).

La temperatura de la batería y el estado de carga pueden requerir la inhibición del frenado. Corriente, en bajadas largas con una pequeña batería. Frenado intermitente con la mayoría de los tipos de batería puede exceder la corriente de carga 'normal' sin haciendo daño.

Miraría la pregunta de otra manera. Cuando se utiliza el motor como generador para el frenado regenerativo, recuerde que usted preguntó acerca de frenado , y no regenerativo recarga .

A menos que planee volar más allá de la velocidad de los automóviles en la carretera en su bicicleta eléctrica, es muy probable que su mejor velocidad sea lo suficientemente baja como para que 2 segundos en la mayoría de los frenos de recuperación regresen su bicicleta. El frenado Regen puede ser muy efectivo en bicicletas, en mi experiencia práctica de diseño y construcción de controladores para portadores eléctricos de poca potencia y poco peso de una persona adulta.

Frenado vs recarga: es una bicicleta. apenas tiene el impulso de seguir rodando bajo la frenada para que ocurra una recarga útil. Si quisieras una recarga regenerativa, entonces imagino que tendrás que pedalear por largos períodos, usando energía para mover tu bicicleta y cargar la batería para arrancar. No hay mucha lógica para hacer eso, IMHO. Todo lo que tienes es un cargador de batería caliente y sudoroso.

Los parámetros de su pregunta hacen evidente que una respuesta simple es lo que se requiere. OK, aquí es simple:

1: use baterías de plomo-ácido sin sellar si le han informado que los SLA serían más delicados.

2: Obtenga un cable de nicrom que maneje la corriente máxima que se producirá con el frenado regenerativo. Pegue una resistencia baja del cable de nicrom en serie con el circuito de frenado de regeneración para limitar la corriente a lo que especifique. La etiqueta en el motor dice que su consumo de corriente normal es. Y, dado un posible ciclo de servicio de "encendido" durante 2 segundos y "apagado" durante un minuto, las preocupaciones de calefacción y ventilación sobre un cable de nicromo no caluroso tal vez sea fácil de tratar. EDITAR: Vaya, se olvidó. Utilice mejor un diodo en serie con la resistencia de nicrom, de lo contrario, si cambia a lo que cree que es el frenado regenerativo Y ya va lento Y el "generador" produce menos de 24 V, entonces no frenará, tendrá una aceleración moderada en su lugar.

3: ¿Por qué te preocupas por los EMF o los PD cuando la forma básica de cuidar una batería LA de carga es limitar la corriente a las cantidades ya sugeridas en algunas respuestas y comentarios?

4: Y sí, estoy de acuerdo en que para una alta confiabilidad en situaciones de seguridad, industriales, militares y comerciales, el EMF a través de una batería de LA es importante y, a veces, se establece deliberadamente para maximizar ciertas condiciones sutiles de confiabilidad para la vida, autenticidad de la carga, etc. (Por ejemplo, solía hacer "cargas de compensación" en entornos sensibles de confiabilidad en baterías LA, que requerían un voltaje específico entre las baterías).

5: y el mejor resultado, en comparación con ser extremadamente delicado con la forma de cargar una batería de LA, y solo golpear una corriente que está dentro de los límites C / 10 o C / 6 o lo que sea (depende de la escuela a la que asistió) , Sugiero que hace una pequeña diferencia en la vida general de una batería LA en una situación del mundo real, que nunca imita los ideales de las pruebas de laboratorio de todos modos.

6: ¿Qué tan grande es una resistencia de límite de corriente de nicrom? Demasiadas incógnitas para que respondamos aquí. Es hora de romper su multímetro, su diodo (vea la edición anterior) y varias longitudes de cable nicrom, y descúbralo usted mismo. Y lea el dibujo de corriente en la especificación del motor. etiqueta.

7: Oh, por cierto, no importa el EMF que mides en un motor de circuito abierto utilizado como generador. De hecho, no se preocupe por los EMF, incluso si no ha medido nada con su voltímetro. Es un motor de 24V al final del día. No está diseñado para funcionar sin una fuente de 24 V en sus terminales. Ya sea un motor o un generador, siempre va a tener los 24 V a través de él. ¿Cuál es el problema si la corriente se mantiene dentro de los límites teniendo en cuenta los límites del motor y las recomendaciones de límite de corriente de la batería? No se complique innecesariamente.

8: Pero si utiliza cualquier tipo de controlador de carga activo como se sugiere en otras respuestas, y no hay nada de malo en ello, asegúrese de colocarlo en el lado de la batería del interruptor de alimentación, no en el lado del motor / generador. De esa manera, no le importan los EMF máximos en un motor que funciona como un generador a velocidad.