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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
Motore fuoribordo alimentato da una batteria al litio. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / motori elettrici Sulle acque è sempre più possibile incontrare pescatori che utilizzano motori elettrici fuoribordo sulle loro barche. Rispetto ai motori a benzina, hanno una serie di vantaggi: il loro design è molto semplice, l'accensione e lo spegnimento sono istantanei, non c'è quasi nessun rumore e nessuna emissione di sottoprodotti nell'acqua. Il più grande svantaggio dei motori elettrici è la necessità di disporre di una fonte di alimentazione: una batteria, la cui massa (solitamente piombo-acido) è molte volte maggiore della massa del motore stesso. Ciò è particolarmente scomodo quando si pesca da un gommone, in cui è necessario posizionare una batteria pesante da qualche parte. Non creare servizi e cavi di collegamento. Allo stesso tempo, ci sono batterie che, a parità di intensità energetica, hanno una massa notevolmente inferiore rispetto a quelle al piombo. Questi includono vari tipi di batterie al litio. Di seguito viene descritto un motore elettrico fuoribordo di piccole dimensioni alimentato da una sorgente di litio posta direttamente su di esso. Viene fornito uno schema del necessario per il funzionamento del motore elettrico e la fonte di alimentazione del dispositivo elettronico. Sono stati misurati anche vari parametri del motore fuoribordo nel suo insieme. A tale scopo è stato utilizzato un motore fuoribordo Sevylor SBM12 a due velocità da 18 volt, il cui peso (senza batteria) è di circa 2,5 kg (lo stesso motore è prodotto anche con il marchio Aqua Marina T 18). A velocità più elevate, l'alimentazione della batteria viene fornita direttamente al motore e, a velocità inferiori, tramite un resistore aggiuntivo. In quest'ultimo caso, come hanno dimostrato le misurazioni, un terzo dell'energia consumata dalla batteria va a riscaldare la resistenza, cioè viene sprecata. Secondo il passaporto del motore, la corrente consumata a una velocità maggiore raggiunge 14,7 A, ea una velocità inferiore - 7 A. In questo caso, nel primo caso, il motore deve sviluppare una forza di ormeggio di 8,1 kgf, e nel secondo - 3,6 kgf. Secondo le misurazioni, a una tensione di alimentazione di 11 V, il motore ha sviluppato una forza di circa 2,5 kgf a una velocità inferiore, che è vicina al valore dichiarato. Nella versione originale la fonte di alimentazione era una batteria composta da tre batterie collegate in serie ciascuna delle quali, a sua volta, era costituita da due batterie agli ioni di litio IMR 26650 (KeepPower) collegate in parallelo con una capacità di 5200 mAh. Come sapete, le batterie al litio sono fonti di alimentazione molto "delicate": per ogni tipo viene impostata la tensione massima a cui la batteria può essere caricata e la tensione minima quando è scarica. Per le batterie agli ioni di litio, questi valori per cella sono rispettivamente 4,1 e 2,9 ... 3,2 V. Inoltre, è necessario assicurarsi che la temperatura della batteria non superi 50 ... 60 оC. Tutte le batterie sono state inserite in una cassetta, la massa del motore fuoribordo con una tale fonte di alimentazione installata nel suo corpo era di 3,9 kg. Durante il test, il motore elettrico è stato installato in un bagno pieno d'acqua e ha funzionato con l'elica originale a una velocità inferiore. Per scollegare automaticamente la batteria quando la tensione scende al livello inferiore consentito, è stato utilizzato un dispositivo elettronico, assemblato secondo lo schema seguente. Prima dello spegnimento, il motore ha funzionato ininterrottamente per un'ora e mezza. Allo stesso tempo, il consumo di corrente è diminuito da 7,5 a 5,3 A. I test hanno rivelato il seguente problema. Le misurazioni hanno mostrato che la resistenza interna dell'intero alimentatore caricato è di 210 mΩ. A 7,5A, la potenza dissipata nella batteria è di circa 12W. Essendo in una custodia chiusa, si riscalda abbastanza forte: dopo circa un'ora di funzionamento continuo, la sua temperatura raggiunge i 50 оC e continua a salire. Per raffreddarlo sono state utilizzate due ventole in miniatura da un watt, che hanno eliminato questo problema. Allo stesso tempo, il design del case doveva essere alquanto complicato in modo che la batteria e il dispositivo elettronico fossero protetti dall'ingresso di acqua, ma allo stesso tempo fosse garantito il flusso d'aria. La versione finale utilizza una batteria ai polimeri di litio. Ha una resistenza interna inferiore di un ordine di grandezza, quindi anche con un funzionamento continuo a lungo termine in un involucro sigillato, non è necessario il raffreddamento forzato. Inoltre, per eliminare le perdite di energia che si verificano nel motore originale durante il funzionamento a velocità inferiori, è stata utilizzata una modalità di alimentazione a impulsi. Tra l'altro, ciò consente di regolare agevolmente la potenza del motore fuoribordo e, di conseguenza, la velocità della barca. La fonte di alimentazione era una batteria Turnigy Multistar da 14,8 V. La sua capacità è di 16 Ah, peso - 1,3 kg. Per una batteria ai polimeri di litio, la tensione massima durante la carica è di 4,2 V per cella e la tensione minima durante la scarica è di 3...3,3 V. La batteria è composta da quattro celle e la tensione totale nello stato di carica è di 16,8 V. Le misurazioni hanno dimostrato che la resistenza interna è di 8 mΩ, quindi anche con una corrente di 10 A, la potenza dissipata nelle batterie sarà inferiore a un watt. Il circuito di controllo del motore fuoribordo è mostrato in fig. 1. Lo spegnimento automatico della batteria quando la sua tensione scende al livello minimo consentito viene eseguito da un trigger Schmitt montato sui transistor VT1 e VT2. Questo livello (nel nostro caso è pari a 13 V) viene impostato con una resistenza trimmer R2. Si noti che per un'impostazione accurata, è preferibile utilizzare il cosiddetto trimmer multigiro (con un ingranaggio a vite senza fine).
Quando il pulsante SB2 viene premuto brevemente, il transistor VT1 si apre e VT2 si chiude. Ciò porta all'apertura del transistor VT3. Di conseguenza, viene attivato il relè K1, incluso nel circuito del collettore di questo transistor. I suoi contatti funzionano in cortocircuito e consentono la commutazione CC con una potenza fino a 16 A a una tensione fino a 24 V. Sul generatore di impulsi rettangolari, assemblato sugli elementi del microcircuito DD1, la tensione di alimentazione viene fornita con un leggero ritardo dovuto alla presenza di un condensatore C2 relativamente grande e del resistore R14. Il ritardo consente di utilizzare un pulsante a bassa potenza per avviare il motore. Gli impulsi di tensione dall'uscita dell'elemento DD1.3 aprono periodicamente il transistor V74, nel cui circuito di drenaggio è collegato il motore M1. Il suo inverso è fatto dall'interruttore SA1. Quando la tensione di alimentazione scende al livello inferiore impostato (quando la batteria si scarica), il transistor W1 si chiude e l'intero dispositivo funziona nella direzione opposta: i contatti del relè si aprono e l'alimentazione viene scollegata. Per spegnere il motore acceso a una tensione superiore, utilizzare il pulsante SB1. Con i valori nominali delle parti indicate nel diagramma, la frequenza di ripetizione dell'impulso è di circa 50 Hz. La durata degli impulsi di tensione applicati al motore è regolata da una resistenza variabile R6. I valori dei resistori R8 e R9 sono scelti in modo tale che con una batteria completamente carica, la corrente media che scorre attraverso il motore elettrico possa essere modificata senza problemi da circa 5 a 9 A. I dettagli del dispositivo sono montati su un pannello in fibra di vetro con dimensioni di 138x47 mm. Il transistor V74 è montato su un piccolo dissipatore di calore. La potenza dissipata da esso non supera un watt. Sulla fig. 2 mostra la dipendenza della tensione dell'accumulatore e della sua temperatura dal tempo di funzionamento continuo alla massima potenza del motore elettrico. Viene anche fornito un grafico della dipendenza della corrente da esso consumata nel tempo. Il motore stesso con l'elica originale è stato fissato in un bagno d'acqua. Dalla figura si può vedere che la tensione della batteria, quando viene scaricata, diminuisce piuttosto dolcemente fino a un valore di circa 14,3 V, dopodiché diminuisce bruscamente. Un rapido calo di tensione quando si avvicina al livello inferiore accettabile è tipico per le batterie ai polimeri di litio. La temperatura massima dell'alimentatore in un involucro chiuso dopo due ore di funzionamento continuo non ha superato i 45...46 оC. Allo stesso tempo, come hanno dimostrato gli studi, un contributo significativo al riscaldamento è dato dal dissipatore di calore del transistor VT4 e dal relè K1 situato accanto alla batteria.
La batteria, insieme alla scheda di controllo del motore, si trova in una scatola sigillata in duralluminio sul motore fuoribordo. Il coperchio della scatola è fatto per aprirsi e la batteria può essere facilmente rimossa. La vista generale del motore è mostrata in fig. 3 (può essere utilizzato anche per giudicarne le dimensioni). La massa del motore insieme alla batteria è di circa 4,4 kg.
Le prove del motore sulla barca sono state effettuate sul lago in assenza di eccitazione. Il carico totale del doppio gommone JAM 220 T era di circa 100 kg. La sua velocità con una batteria completamente carica e la potenza massima del motore era di 4,5 km / h. Il motore ha funzionato ininterrottamente per 2 ore e 20 minuti prima di fermarsi. Alla potenza minima, queste cifre erano rispettivamente di 3,6 km/h e 3 h 45 min. Pertanto, dai dati di cui sopra, si può vedere che una batteria ai polimeri di litio può essere utilizzata con successo per creare motori elettrici fuoribordo di facile utilizzo e peso ridotto con una fonte di alimentazione posizionata direttamente sul motore. Autore: A. Gavrilov
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