2013年3月24日 星期日

邁向D.I.Y之路!

    記得當初在上網請益電動機車改裝的時候,所得到的回應頗有限,多半還是得靠自己蒐集與查找資料,再過濾出可用的部份,一點一點的累積起來。回顧整個改裝的過程,何故歷時超過百日?不外乎以上的動作與待料!否則再讓我改裝一次,在材料、工具與條件都齊備的情況之下,根本無須三日。而能有今日之所成,也拜一路走來諸多前輩們的仗義指路,所以里柯在此絕不藏私,知道的就通通全盤托出!

那就迅速的進入主題吧!

前篇有提到,改裝電動機車需要如下條件:

  1. 電機(馬達)
  2. 控制器(要能與電機匹配,因為電機在必要時至少可以"超瓦2至3倍輸出",所以里柯會建議可抓"電機額定功率的2到3倍"來挑選控制器,否則控制器在必要時推不動電機那就搞笑了)
  3. DC變壓器(輸入30V-100V[視廠家規格,有些不是寬電壓的不可超壓使用]輸出12V,供應全車燈系與小電流電系使用,一般使用10A型的就足夠了,除非想再改裝什麼大瓦數燈泡或增加用電的元件,則可使用20A型)
  4. 三線式轉把。沿用舊品亦可,用燃油機車改的話則為必備。一般是0-5V式的,而所謂的三線式就是指轉把有三條線引出,分別為:正極線地線(負極線)0-5V訊號線(控制器就是以此訊號的強弱來判斷該輸出多少電流給電機作功)
  5. 電池充電器(廢話)
  6. 直流式無熔絲開關(DC NFB)。絕對必備,除了最基本的限流保護之外,若沒有使用NFB而直接將電池的接線接上車體線時會跳出火花![2013.10.12補充更新]:事實上使用NFB還是會產生火花,只是爆在裏面看不到而已,正確的作法是應加裝一個1K的預充電電阻(precharge resistor)先排除掉靜電,否則NFB還是遲早要報銷掉
  7. 大電流接頭端子線材(視實際計算出的安全電流而選用)


    在備齊以上材料與元件之後,接下來的工作就是”如何將這些元件以正確的線材使用正確的方式連接在一起”了。至於與燃油機車通用的車體零件、輪胎、避震與制動系統等,這些在坊間與市面上的改裝部品與工法技術已經相當的成熟,直接交給車行處理也可,要多屌有多屌,在此就不談了。

接下來里柯以一張簡單的配線圖來說明:



    以上是里柯的大功率配線圖,足以構成一部功能齊備的電動機車,而且無論是電動機車還是用燃油機車來改造都適用。原則上除了選擇性的元件以外都是必須的,像電流計分流器後來里柯也沒有安裝;圖中的範例是採用72V的電池組。現在看看這張圖,我們來進一步瞭解一下電動機車是如何作動的:
  • 當右手轉動電門轉把時,轉把產生0-5V電位差訊號,透過轉把信號線傳遞到了控制器
  • 控制器便以此訊號的大小強弱、依照控制器內設定好的各種參數值,計算出應該從電池抽取多少的電流,輸送到電機作功來輸出。
  • 當拉下煞車桿的時候,煞車系統因此開始動作,同時也傳遞了一個煞車訊號,透過煞車信號線傳遞到了車尾的煞車燈控制器
  • 煞車燈收到訊號亮起控制器收到訊號切斷供應電機的電流、以免"又煞車又讓電機作功"
    就是這麼簡單!電動機車沒有什麼太複雜的機構與系統,比起傳統燃油機車來說,元件就只有那麼幾個,相對於燃油機車的故障概率自然可以大大的降低許多,環保之外,亦是多麼完美的交通工具啊!

    再來就是該把什麼元件裝在什麼位置、線該怎麼走佈最為妥當"眉眉角角"的地方,而其實這才是真正考驗各位功力的地方,可以看出一個人是否態度謹慎、心思細密的小處。因為雖然線只要有接上就能正確運作,隨便走佈也是可以,而元件擺放的位置也大可隨意,但好的走佈線與元件位置的慎選其實非常的重要,關乎日後在高溫、潮濕、顛簸等條件與環境當中騎行時,是否導致線皮摩擦破損、元件是否易遭雨水侵襲、鬆脫、敲損等,輕則顧路、重則感電燒車,事情可大可小。所以關乎"電"的事,還是宜抱持著嚴謹的態度為是!

總之里柯的信念是:越簡單的事情越是更要做得確實,安全第一!

    OK,以上都完成就都搞定了嗎?就差一步:正確的設定控制器!但關於這的部份因控制器廠家的不同而各有差異,一般低階的控制器還無法讓使用者自行設定。所以關於控制器的設定這個部份,里柯也僅能分享自身所使用過的魔力士高階控制器,但因項目繁瑣,請容日後再行詳述。

    以上僅是先說說一台電動機車從無到有組裝起來的步驟,但實際上在進行這些步驟之前,包括材料與元件的選購、電池的組裝與匹配等,都要先經過計算而始能為之的,總不能明明有大功率的性能需求、卻採購與組裝上了只能耐小電流的線材、端子與接頭吧!或是NFB的選用不正確,動不動就跳開停駛、或是該跳開的時候沒跳開,結果燒了線材與元件,那就只能顧路了。電池也是,如果搭配的電池"不夠力",不是推不動大功率、就是貴鬆鬆電池使用壽命將大打折扣!

所以接下來里柯要說的其實才是重點,要動點腦筋的也是在這個部份電流的計算(DC變壓器弱電流故不列入計算):

  • 電機(馬達): 
    前篇說過,以里柯截至目前為止的騎乘經驗,若電動機車要有點燃油機車的起步與加速感覺,至少要有80A以上的電流輸出。所以不在乎起步與加速的,電流就可以稍微抓小一點(但若低於50A,倒是會挺龜步的唷!這樣有違初衷!),而想暴力一點的就抓大些(也不宜無限上綱,凡事總要有個限度,建議慢慢提升電流並密切觀察系統升溫的變化,否則燒了電機或其他元件就糗大了),這裡就以抓80A為範例做講解好了。

    接著還要視所使用的電池組是48V、60V還是72V。原則上電壓越高,電機的轉速就能越快,而電流的大小則是決定了電機的扭力輸出(但還是要視電機內銅線的繞法為何,這部份在後面的”淺談電機篇”會另有敘述)。


   
而電池也有種類之分,像是鉛酸電池、鋰系電池的充放電特性都不一樣,這在後面的”淺談電池篇”也會有較詳細的敘述,這邊里柯先用自身使用的磷酸鐵鋰電池(LiFePO4)來做解說範例。


    如果使用的鐵鋰電池是48V的電池組,則實際上大部份的常態電壓值會落在52.5V(3.28v x 16顆)左右;60V則為65.5V上下、72V就是78.8V前後。

以下就以里柯實際上所使用的48V鐵鋰電池組來做講解:

電壓V x 電流A = 功率W 

    所以電機在極速運轉時的功率值就應盡量保持在所選定的電機額定功率值範圍以內,可得最佳的電機效率(較省電又不易發燙)。但前面說過,影響起步與加速力道的是"電流",它可不管你是吃幾V的電!

所以在限電流80A時的最大的功率輸出值實際上會是:

80A x 52.5V = 4200W  左右

    通常電機能超過額定功率值至少2至3倍的去工作,且80A的大電流輸出也僅限於起步與提速的階段,當電機運轉到對應電壓值上限的極速時,以48V來說是約莫60A左右,而車子大部份的時間也都在這個階段在運作,也就是說其實抓車子極速時所對應的電流這個值(52.5V x 60A =3150W)來選電機即可。

  
    所以若是決定使用48V的鐵鋰電池組,則電機選擇3000W足矣,但若是想使用60V的電池組,則建議選用4000W的電機(65.5V x 60A = 3930W,但前面有提過,電壓越高時電機轉速越高,所以實際上使用60V電池的電機在極速運轉時的電流輸出,應會比使用48V電池時電機極速運轉時的電流輸出來得更高一點)。


  • 控制器: 
    電機選完後再選控制器,因為先決定了電機的額定功率,才知道至少要使用多大功率的控制器才推得動所選定的電機。同理,選擇連續輸出電流值能承受超過範例的80A為宜(實際請視個人需求),總之可大不可小,最好抓個2至3倍,這樣控制器在必要時才能遊刃有餘,不至於因為推不動或推得吃力,產生過熱導致”燒控”的狀況。

雖然有些控制器有標示"最大輸出電流",但通常是不宜久用,且控制器也會明顯的發燙,需額外加強散熱。


  • 大電流接頭、端子與線材: 
可抓範例的80A(實際請視個人需求)再乘以1.5倍(預留安全範圍)最為妥當。

    以此範例,接頭可選用能耐連續120A電流線材亦選用能耐持續120A電流的,與對應該線徑的端子,若嫌線徑太粗、或取得上有困難,也可雙並較細的線材,大致上兩個相同號數的線材雙併可得該號數減3的線徑耐流能力(Ex:兩條8AWG = 一條5AWG)。線材有分線芯的股數股數越多則線身越柔軟易於走佈;另外線材絕緣外皮的耐熱溫度也是關鍵之一,能選擇絕緣外皮耐熱溫度達百度以上的線材是比較妥當的,在以打火機熱縮套管時也較不至於因此而傷到外皮。


  • DC NFB(直流無熔絲開關): 
    NFB的主要作用是要保護其後端的元件,因為NFB的作用原理是利用內部的金屬彈片熱漲冷縮的物理特性,所以並非一超過選用的電流值就會馬上斷開,而是有一個"容斷曲線",依超過的電流值所對應的曲線範圍內時間跳開,請依NFB廠家公佈的容斷曲線圖表參考。所選用的NFB電流斷開值,不可超過在NFB後方受保謢元件的耐電流值上限,否則元件都燒損了NFB卻還不跳開,危險!還有,NFB有AC(交流電)與DC之分,處理電流時的滅電弧與容斷特性都不盡相同,不可用錯





綜上80A整體範例的相應耐流元件整理如下:


  1. 電機:使用48V電池組時3000W60V電池組時4000W72V電池組時5000W
  2. 控制器:至少6000W或100A,9000W或150A更佳。
  3. 大電流用線(電池正負極線、車主線)與端子接頭等:至少8AWG對應端子8對應接頭XT-150或安德森SB-120、PP-120等  
  4. DC NFB100A或140A


    以上,幾乎已經可以完成一部大功率電動機車平台了,只差控制器的設定電池組即可上路!但說到電池組的搭配與設計則又是另一門學問了,因此另開篇幅介紹。

18 則留言:

  1. 請問 里大, 依電線規格表中查知, 8AWG的電線建議最大電流是40A, 而你範例中的常電流為80A, 這樣有沒有問題? 還是說, 因為低壓所以電流量可以較大?

    冒昧發問, 尚請見諒! 如有不妥請刪除無礙.
    ps.我是01過來的SATAN_ONE.

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    1. 若您查查電工法規,會發現即使相同規格的線,處在各種不同的環境之下,其耐電流的上限都不相同。所以實際上線材的耐電流能力是取決於諸多因素的,例如外皮的耐溫溫度、線體四周是否散熱良好(比如線體騰空或撞風的散熱,一定比封閉在管線內、或與諸多鄰線擠在一起來得好)。我實際上使用的這種航模用線,常常持續60~80A,偶而飆到120A,這樣連續騎個40公里、1個多小時,線體都還只是微溫而已,還不曾"燙"過,但其他的線我就不知道了。

      有疑問我會盡量以我所能回答,絕無不妥 :)

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    2. 關於線材規格的對應電流上限這個部份,我認為並沒有一個標準。大家如果上網查找關鍵字,不是很難找到、就是尋得的數字都不盡相同,理由如上答覆。所以我再舉個例子補充一下:如果各位去國內知名電線電纜公司"太平洋"官網查找,以相同規格的8AWG線材來說,一般用於室內的建築用線,外皮耐溫60度,在四周無任何遮蔽物的環境下可承受連續61A的電流;但另一種同公司出產的"船舶遊艇用線",卻可承載80.3A,因為他的外皮可耐溫到105度。全順電機的馬達用線,是可耐溫到600度的外皮。一般別說是200度還是105度,溫度超過60度手就握不太住了,是發熱還是發燙,應不難鑑別。

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  2. 看了您的五篇文章,我還是找不到提昇電流到80A
    第一步該如何做? 電流大小是如何設定的?
    是電機還是控制器呢?
    不好意思 我是一個剛買電動機車的人,我現在會的只是把原廠電池接線改為對岸電池接線的人,因為對岸電池筆原廠電池便宜,所以我是剛店家談買無電池的空車 @@"

    您的文章讓我很佩服也是我學習的開始,可否更具體講提昇電流到80A
    ,我是要改控制器從控制器設定,還是改電機? @@"

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    1. 必須靠控制器來設定電流的輸出。但前提是你的控制器設計是可以開放給使用者自行設定的(絕大部分的中小功率控制器皆無),還有該控制器實際上能否承受持續80A的電流。

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  3. 理科大大,想請問一下,因為我常在你的部落格以及mobil01這兩個地方"念書" ^^"

    我忘了好像在mobil01的哪篇文章說您現在是兼顧速度與扭力,因為您文中提到在市區其實扭力也不是很常用到(起步、加速、上橋、載人載物)
    言談中感覺您現在已經不走大電流的方向了,請問您現在設定的電流是多大呢 ~~~

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    1. 我個人目前是以能實用、可取代燃油機車作通勤任務為主,而這樣的性能設定確實無需超過90A以上的電流持續輸出的。

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    2. 那已經很大了阿 @@
      所以您目前仍然是工作電流80A,兩條線分流嘛?

      我的你的拍賣,好像有單條就可以承受80A的線,那是航模用線嗎?如果我仿效您用80A,是否可以不用分流?
      您有推薦的線材嗎?

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    3. 早就僅使用一條8AWG的耐高溫線了,此線可耐持續190安培,但對應的端子與接頭也要講究一下。

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  4. 我看全順電機有到8000w如果使用這樣的電機 有東西可對應嗎 還是不建議ㄋ 可以給我意見嗎

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  5. 5000W足矣,8000W,除非你的電池容量有100安時起跳。

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  6. 感謝大大 這些天在忙找機車跟店內比較忙 感謝回復 再請教如果我是以48v30ah微粒四顆 自由串並可這樣做嗎還是有條件限制(96v60ah或是48v120ah)可這樣做嗎

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  7. 容量上會建議"先並後串",所以96V60Ah[2S2P]或48V120Ah[1S4P]是OK的。96V速度驚人。

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  8. 可是這樣電池上製作有什麼技巧或方式嗎

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  9. 因為我有爬到文說有電持有分 同口和分口 而且有保護版有限制 那做法上是需要甚麼方式 可以自由串並(我預計要買4-6顆電池 48V30AH的 我是車行所以想把電池分開 不想做成同一顆 可分別使用 )那哪種電池比較適合大功率車子使用 是A123 還是18650 比較好 謝謝

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  10. 請問**加裝一個1K的預充電電阻** 具體來說是要怎麼加裝呢?串連在電池端正級?電阻規格該怎麼選(幾W之類的)?

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    1. 阿 sorry 後來看到這張圖就懂了
      http://2.bp.blogspot.com/-JEVZS-lHSUo/Uljk32xfG6I/AAAAAAAACQ0/iXlVmUcH7XM/s1600/E-GO.PNG

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