Drivsystem
Motor och controller
Här kommer lite tankar kring motor och motorstyrning. Som det ser ut just nu när detta skrivs så lär motorn bli en Kostov K11 och motorstyrningen en Solition 1.
AC vs. DC
Som jag skrev i min första postning på ämnet så gick mina tankar från början kring att konvertera en första generationens Toyota Celica, nu blev det inte så men det var då som jag satte mig in i det här om elmotorer och motorstyrningar för bilar. Ganska snabbt insåg jag att det var serielindade likströmsmotorer som gällde, inte för att de skulle vara bättre, utan för att växelströmsmotorer blir antingen sanslöst dyrt alternativt alltför klent. Som någon skrev på engelska om hur marknaden för växelströmsmotorer ser ut idag: "AC is either expensive or wimpy or both.."
Otvivelaktigt är det växelströmsmotorer som har framtiden för sig, mycket för att med sådana så får man generativ bromsning, med likströmmare får man alltså ingen motorbroms. Växelströmsmotorer är också effektivare och har ofta en maximal effektivitet uppåt 95%, likstömmare ungefär 10% lägre, men å andra sidan är motorstyrningen för växelström mindre effektiv än en för likström, så på den punkten är växel o likström tämligen jämbördigt, skillnaden handlar på sin höjd om ett par procent.
Vad gäller generativ bromsning så spar det mindre ström än man tror, siffrorna från de med praktisk erfarenhet som kunnat jämföra i normal trafik, handlar om nånstans mellan 5 och 15% beroende på körförhållanden, mer är det inte för en normal bil som har så högt rull och luftmotstånd i förhållande till sin massa. Det är inte som med ett malmtåg som väger tusentals ton och har väldigt lite motstånd i förhållande till sin massa och därmed rörselseenergi. Generativ bromsning i personbilar handlar istället väldigt mycket om körkänslan, men mina ekonomiska resurser är inte obegränsade och mesig prestanda vill jag inte ha, så "1800-tals teknik" och likström får det bli. Likströmsmotorer är dessutom fullständigt brutala vad gäller vridmoment från i stort sett inga varv alls. Momentkurvan är ett rakt streck från noll ända tills spänningen inte längre räcker till för att forsla fram tillräcklig strömstyrka.
Motor
Det första att "kränga huvudet kring" var att det inte är vilken motor man väljer som bestämmer hur många kilowatt effekt man får ut, det är framförallt kombinationen av motorstyrning och batterier som bestämmer uteffekten, motorn i sig är tämligen sekundär. Motorvalet handlar snarare om hur många kilowatt den tål att matas med, under de driftförhållanden man tänkt sig (en serielindad likströmsmotor för bilbruk kan obelastad varva ihjäl sig redan vid 30-40 volt).
Med en för liten motor så får man visserligen ut näst intill samma effekt som med en större under en kort stund, innan motorns lindningar tar skada av alla amepere den matas med (ju fler ampere och ju lägre varvtal desto sämre effektivitet = värmeutveckling). Med en för stor motor så riskerar man inte att skada någonting, fast å andra sidan kommer den att producera sitt högre vridmoment på ett betydligt lägre varvtal, dock med ungefär samma uteffekt, högre vridmoment på lägre varvtal och ett mindre varvtalsområde. Att välja rätt motor handlar således om en balansgång mellan vad motorn tål under en viss tid, varvtal, hur bred momentkurva man behöver, utväxling och växellåda, vikt och givetvis pris. Något helt givet val finns alltså inte, det är en kompromiss mellan flera olika faktorer, precis som vid designen av en förbränningsmotor.
Det är framförallt två tillverkare som tillverkar motorer de flesta hembyggare använder sig av, Kostov och Netgain. Kostov är en motortillverkare i Bulgarien som länge funnits i branchen och annars tillverkar motoer för industri, sjöfart, gaffeltruckar osv. Netgain är å andra sidan egentligen ingen tillverkare, utan en amerikansk distributör av motorer som tillverkas av Warfield Electric Motor. Jag fastnade dock tidigt, av någon anledning, för Kostov, mycket för att det är en europeisk tillverkare med gott rykte, priset blir också billigare. Det kostar att skicka tunga prylar över atlanten.
Så länge mina funderingar handlade om en gammal Celica så gick tankarna kring en Kostov K9 HV matad av en Soliton Jr. motorstyrning. Men nu blev det en betydligt tyngre bil. Den lilla 9-tums motorn skulle bli lite för klen och gå varm, i synnerhet med en släpvagn bakom bilen. Då har Kostov tre modeller nästa steg upp på skalan, K10, K11 och K11 alpha. Alla tre har samma diameter, 10,6 tum. K10 är i grunden byggd för 144V och 270 ampere kontinuerlig drift, alltså drygt 30 kW timme ut och timme in utan att gå varm, men Kostov godkänner att den körs på spänningar ända upp till 192V. Kortvarigt under acceleration klarar den mycket mer. K11 däremot är byggd för 250V och 210A kontinuerligt. Alphan ungerfär samma som K11, den är dock 6Kg lättare, har en elfläkt för kylning men ingen utgående axel för drivning av vacuum/servopump osv. Den är också ett bra stycke dyrare.
Mitt val står mellan K10 och K11. Alphan känns överkurs, dessutom känns K10 och K11:an mekaniska kylfläkt som ett driftsäkrare val på våra breddgrader med snö kyla och is. En utgående axel för drivning av annat än bilen i sig kommer jag också att behöva. Jag har ställt lite frågor på forum, till försäljare och tillverkare, alla verkar ense om att K11 är det bättre valet, i synnerhet eftersom jag vill kunna dra en släpvagn ibland. Jag beräknar att bilen med släpvagn behöver ca. 20kW på plan väg vid 80kmh, men som bekant behövs acceleration och dessutom är inte långa uppförsbackar helt ovanliga. K10 kan vara lite gränsfall under längre tid med hög belastning.
För den som inte funderat kring sånt här tidigare så kan siffrorna låta löjligt låga, som t ex. att "värstingen" K11 apha har en nominell effekt på 50kW. Men detta är vad motorn klarar under kontinuerligt drift, kortvarigt kan den producera effekt nog för en 0-100 acceleration under 5 sekunder i t ex. en Mazda MX-5, här ett tyskt exempel på det (den bilen är fö. till salu för 22500€).
Jag velar alltså lite mellan K10 och K11, har inte helt bestämt mig. K11 känns lite "overkill" och K10:an är dessutom betydligt billigare, och lite lättare. En annan fördel med K10:an är att den är gjord för en betydligt lägre spänning än min batteripack. I controllern kan man dels begränsa motorspänningen (med motsvarande höjning av strömstyrkan) vilket betyder minskat spänningsfall från batterierna, men eftersom Kostov godkänner 192V med varvtalbegränsning, vilket controllern också har inbyggd funktion för, så skulle K10:an ge ett bredare varvtalsområde än K11. Känns som att jag står där mellan hötapparna..
Motorstyrning
Över då till controllern. Den som bara hållt på med industriella tillämpningar av elmotorstyrning tänker säkert på varvtalsstyrningar, men det skulle inte fungera i en bil, för en varvtalsstyrning skulle ge motorn full effekt tills den uppnår begärt varvtal, ett liiitet tryck på gaspedalen skulle innebära full effekt en kort stund. Livsfarligt i halka, fickparkering skulle bli närmast omöjligt och i övrigt högst obekvämt ute på vägen. För fordon handlar det istället om att kontrollera motorns vridmoment, inte varvtal, precis som med förbränningsmotor. Tänk er när ni håller en jämn fart, med gaspedalen styr man då motorns vridmoment precis så mycket att bilen håller farten. Men kommer man till en backe så ändras hastigheten och man måste gasa mer eller mindre för att hålla önskad fart.
Det finns i grunden två controllers som duger till om man vill ha hyggliga prestanda. Zilla och Soliton. Det framgick ganska snart att Soliton är den mer genomtänkta controllern, mycket av det som Zillan behöver som kringutrustning har Soliton inbyggt, som t ex huvudkontaktorer, allt i en enda enhet som är tämligen "bolt on". Dessutom har en holländsk återförsäljare, Rebbl.nl fått Soliton controllern godkänd under EUs EMC regelverk om elektromagnetiska störningar för fordon. Kändes som ett självklart val. Ja det finns ett till alternativ också OpenRevolt, det är en kontroller man bygger själv. Antingen tankar man hem ritningar, kopplingsdiagram, kretskortsmönster och köper alla elektroniska komponenter, tillverkar egna kretskort och löder ihop själv. Eller så köper man alla komponenter färdiga och löder ihop som en byggsats. Den maskburken kände jag inte för att dyka i, jag har nog med att den gamla bilen behöver lite mer omvårdnad än bara el-konverteringen.
Soliton controllern finns i två versioner, Soliton 1 och Soliton Jr. Ser man bara till max-siffrorna som annonseras ut av tillverkaren Evnetics, så ser Jr. modellen ut att kunna räcka till, 150kW eller 200 hästar. Men det är lite mer komplicerat än så.. För en mindre bil än min Granada skulle den räcka till tämligen normala prestanda, med den batteripack jag har. Observera att här tvingas man blanda in batterierna också. Jr. modellen ger maximalt 150kW med en topp-strömstyrka på 600A, men detta med den maximala batteripacken den kan hantera, med en toppspänning på 340V. Så många volt är inte min batteripack på. Dessutom har betterierna ett ganska stort spänningsfall när man tar ut höga strömstyrkor, de batterier jag köpt är inte de bästa på den här punkten. (stycket uppdaterat 9/3-14)
Mitt batteripack med 78st celler på 3,2V kommer att a en nominell spänning på 250V, men tar jag ut en hög ström, som vid acceleration, så kommer spänningen att sjunka betydligt, ännu mer så vintertid när batterierna tappar kapacitet av kyla. Några 250V vid hög belastning är det alltså inte tal om, snarare som bäst 215 eller tom. under 200V på vintern. Dessutom ger Soliton Jr. 600A endast kortvarigt medan controllern är kall, är den redan varm så handlar det om 500A. 215V gånger 500A blir 107kW, lägg därtill att motorns effektivitet sjunker när strömmen blir hög, nedåt 75%, då är vi nere på en uteffekt på 80kW, vintertid ännu mindre, kanske under 75kW Det blir lite för tamt. Dessutom pressas controllern hårt och skulle troligtvis gå ganska varm tämligen konstant, blir den onormalt varm så drar den ned strömstyrkan ytterligare. Alltså behöver jag gå upp ett steg och nästa storlek blir Soliton 1 som maximalt (återigen med max 340V) kan ge dubbelt så hög effekt. Med Soliton 1 så är inte controllern den begränsande faktorn, det blir mina batterier som sätter gränsen. Troligtvis nånstans kring 120-130kW ut från motorn.
Accelerationen kommer dock att upplevas som berydligt mer än 120kW, i synnerhet i jämförelse med en bensinmotor, detta pga. elmotorns helt plana vridmomentkurva med fullt vridmoment redan från noll. Särskilt vid låg fart och låga varvtal genom att motorn svarar direkt och inte behöver varva upp innan vridet finns där. Vid en längre acceleration där en förbränningsmotor får arbeta på sina starkare varvtal, så är dock 120kW detsamma oavsett vilken motor som producerar det.
Nog med funderingar för tillfället, även om jag hoppade över ämnet växellåda vilket jag lär återkomma till, det blev en nog så lång postning det här, hoppas någon har behållning av den och fann det intressant. Kommentera gärna.
Inga kommentarer