Electric mountainboard projekti
Electric mountainboard projekti sisältää raportin ja paljon kuvia projektin etenemisestä. Projektissa muunnetaan tavallinen maastolauta sähkökäyttöiseksi. Osat valmistetaan 3D tulostamalla muovista. Osista tulee valmistaa mahdollisimman kestävät ja turvalliset, koska kyseessä on tehokas maastoon tarkoitettu ”kulkuneuvo”. On kuitenkin tärkeää, että osat ovat myös kevyet, koska painavat osat vaikuttaisivat negatiivisesti laudan käyttöominaisuuksiin.
Osien 3D tulostamiseen käytettään mekaanista muovia, kuten ASA ja TPU -muovia. Osien tulostamiseen käytetään Prusa MK3s 3D-tulostinta, jota on muokattu niin, että mekaanisten muovien tulostaminen on helpompaa.
Sähkö maastolauta projektissa hyödynnetään paljon 3D tulostamisen tehokkuutta. 3D tulostus menetelmän ansiosta osien prototyypit ja uusien osien valmistus maastolautaan voidaan suorittaa nopeasti. Prototyyppi osien valmistamiseen käytetään usein PLA -muovia, lopulliset osat valmistetaan vahvemmasta muovista.
Lue lisää käyttämistämme 3D tulostusmateriaaleista : 3D TulostusmateriaalitE
Nopeudensäädin suojataan 3D tulostetun kotelon sisälle
Elektronisille osille valmistetaan kotelo mustasta ASA -muovista. Kotelon tulostamiseen kului aikaa vain 3.5 tuntia ja kotelon valmistus onnistui hyvin.
Elektroniset osat sijoitetaan kotelon sisälle suojaan, kotelo suojaa herkkiä elektronisia osia vedeltä ja lialta. Kotelon päälle kiinnitetään kansi silikoniliimalla, lisäksi johtojen reiät tiivistetään silikoniliimalla.
Kotelo kiinnitetään maastolautaan neljällä M4 pultilla, koteloon tulostettiin reiät, josta pultit saadaan laitettua läpi. Neljällä pultilla kotelon kiinnityksen pitäisi olla todella tukeva, eikä ole vaaraa, että kotelo irtoaisi kovassakaan ajossa.
Kotelon sisälle tulee nopeudensäädin ja vastaanotin. Nopeudensäätimenä käytetään Flipsky -merkin valmistamaa DUAL FSESC 6.6 200A Vesc -nopeudensäädintä.
Lisätietoja projektissa käytetystä Dual FSESC6.6 Mini nopeudensäätimestä.
Electric mountainboard saa ajovalot
Ajovalot kiinnitetään laudan eteen, ajovaloille tarkoitettu teline tulostetaan punaisesta ABS -muovista. Lamppuun ei kohdistu suuria voimia, joten osa oli mahdollista 3D tulostaa todella ontoksi ja kevyeksi. Ajovalon tulostamiseen käytettiin vain 15% sisätäytettä, eli se on lähes ontto.
Ajovalon teline kiinnitetään lautaan neljällä M5 pultilla. Ajovalon kiinnityksessä hyödynnetään jo olemassa olevaa trukin kiinnitystä laudassa, joten lautaan ei tarvitse porata ylimääräisiä reikiä.
Ajovalot ovat led valoja, nämä led valot on suunniteltu kestämään 24 Voltin jännite. Projektissa kytkemme kaksi led valoa sarjaan, joten voimme ottaa käyttöjännitteen suoraan akulta, joka on 37 Volttia.
Huom ! Osa tulostettiin myöhemmin mustasta ASA -muovista.
Voimansiirto valmistetaan ABS ja TPU muovista
Voimansiirto osien 3D tulostamiseen käytettiin ABS -muovia ja TPU -muovia. Hammashihnapyörä ja kotelo valmistettiin ABS -muovista. Renkaan ja rattaan välinen sovitepala 3D tulostettiin joustavammasta TPU -muovista.
Joustava sovitepala vähentää renkaanlaakerien aiheuttaman välyksen vaikutuksia lähes kokonaan, näin voimansiirrosta saadaan varmempi.
Moottorin voima siirretään renkaalle hammashihnan avulla. Hammashihna profiilina käytetään HTD-5M hammashihna profiilia, joka sopii erinomaisesti voimansiirto käyttöön.
Moottoreina käytetään hiiliharjattomia APS 6355 sähkömoottoreita, yhden moottorin huipputehon kestoksi on ilmoitettu 2.2 kilowattia. Moottorit ovat 190KV, eli huippukierrosnopeus 37 Voltin jännitteellä on 7000 RPM.
Moottorin sisällä on kolme hall -anturia ja yksi lämpötila anturi. Hall -anturien avulla moottorin toimintaa saadaan parannettua huomattavasti, lämpötila -anturi suojaa moottoria ylikuumentumiselta.
Voimansiirron esittelyvideon löydät täältä, videolla näytetään tarkemmin voimansiirron rakennetta Fusion360 -ohjelman avulla : Sähkö maastolauta voimansiirto
Lisätietoa projektissa käytetystä Alienpowersystem APS 6355S sähkömoottorista.
Huom ! Osa tulostettiin myöhemmin mustasta ASA -muovista ja sovitepala TPU -muovista.
Electric mountainboard projekti käyttää li-ion akkua
Akkupaketissa käytetään 40 kappaletta Samsung 30Q lithium-ion akkukennoja. Akkukennojen tyyppi on 18650, tyyppinimike tulee kennon mitoista. Yhden akkukennon halkaisija on 18 millimetriä ja kennon pituus 65 millimetriä.
Lithium-ion akkukennot yhdistetään tukevasti toisiinsa TPU -muovista tulostetun sovitepalan avulla. TPU -muovi on joustavaa ja asettuu tukevasti kennojen ympärille. Yhden osan tulostamiseen kului aikaa alle 2 tuntia ja materiaalikulut olivat alle euron.
Akkumuotteja on mahdollista tehdä eri muotoisia, tähän projektiin valittiin suorakulmion muotoinen paketti 4×10 kuvioinnilla.
TPU -muovista valmistettiin tukipaloja kaksi kappaletta, akkukennojen molemmille puolille. Akkukennot asettuivat paikoilleen todella tukevasti ja akkupaketista saatiin todella tukeva.
Projektissa käytettävät Samsung 30Q -akkukennot ovat luokiteltu kestämään 15 A jatkuvaa virtaa ja akkukennojen kapasiteetti on 3000 mAh.
Akkupaketti kytketään 10S4P, eli kennoja kytketään 10 sarjaan ja 4 rinnan. Näin akkupaketin kokonaisjännite on 37V ja jatkuva virrananto kyky 60A, tämän tulisi riittää erinomaisesti projektiin.
Lisätietoja projektissa käytetyistä akkukennoista : Samsung 30Q akkukenno
Akkukotelon sisälle asennetut akkukennot, akkukennoja on 20 kappaletta akkukotelon molemmilla puolilla. 3D tulostamalla valmistettu akkukotelo saadaan tarkasti muotoiltua. Akkupaketista otetaan virta XT90-S liittimen kautta, liittimessä on sisäänrakennettu resistanssi, joka poistaa kipinän liittimen yhdistyessä. Akusta saadaan lisäksi kaksi lisä virtaliitintä lisätarvikkeille, kuten ajovaloille.
Esittelyvideo akkukotelosta Fusion360 – ohjelman avulla : Sähkömaastolauta akkupaketti
Huom ! Osa tulostettiin myöhemmin mustasta ASA -muovista. Akkupaketin muotoilua muunnettiin. Uusi akkupaketti koostuu kahdesta 2×10 akkukennon paketista. Lisävirtaliitinten määrä vähennettiin yhteen lisävirtaliittimeen.
–
Li-ion akkupaketin pistehitsaaminen
Akkupakettin kennot yhdistetään samaan jännitteeseen pistehitsaamalla nikkeliliuskat akkukennojen välille. Tässä projektissa käytetään 0.15mm * 25mm kokoisia nikkelin palasia. Tämä koko valittiin, että virrankesto rajat täyttyvät. Kriittisimpiin kohtiin, joissa kulkee enemmän virtaa laitetaan vielä useampi kerros nikkeliä. Pistehitsaaminen toteutetaan yrityksen omavalmisteisella pistehitsaus -laitteella. Pistehitsaus laite saa virtansa suuritehoisesta, mutta kompaktista lipo-akusta.
Nikkeliliuskat siirtävät paljon energiaa ja tukevoittavat akkupakettia entisestään. Tämän lisäksi liuskojen muotoilulla ei ole rajoja, joten akkupaketteja on mahdollista luoda vaikka minkä muotoisia. Nikkeliliuskojen koko ja määrä on valittu niin, että akkupaketilta olisi mahdollista ottaa jopa 60 Ampeerin jatkuva virta. Tätä ei kuitenkaan käytännössä tule tapahtumaan lähes koskaan, paitsi äärimmäisissä rasitustilanteissa.
Lopullinen akkukotelo 3d tulostettu mekaanisesta ASA -muovista. Koteloon on upotettu M4 kierre palat sulattamalla.
Maastolaudan akkupaketti kasattuna 3D tulostetun kotelon sisälle. Li-ion akkupaketin toimintaa ohjaa DALY -merkkinen bms yksikkö. BMS yksikkö on rajoitettu 60 Ampeerin virtaan.
Electric mountainboard projekti lopullinen versio
Viimeisenä sähkö maastolaudan kaikki osat tulostettiin mustasta ASA -muovista. ASA -muovi sopii mekaaniseen käyttöön ja kestää loistavasti UV valoa ja korkeita lämpötiloja.
Nopeudensäätimeen asennettiin bluetooth moduuli, jonka avulla nopeudensäädin yksikkö voidaan ohjelmoida ja päivittää langattomasti kännykän kautta. Kännykästä voidaan myös kätevästi seurata reaaliaikaista dataa, sekä vaihtaa moottorin teho profiilia.
Laudan huipputeho rajoittamattomana on ~2.2 kilowattia ja rajoitettuna yksi kilowatti. Huippunopeus rajoittamattomana on noin 50 km/h ja rajoitettuna 25 km/h.
Tehonkulutus on mitattu tällä hetkellä noin 13.1 wattituntiin / kilometriä kohti. Tehonkulutukseen vaikuttaa ajotapa ja tienpäällyste. Laudalla oli ajettu noin 14 kilometriä otantaa varten. Tämän hetkisen arvion mukaan akku kestää asfaltti ajolla noin 25 kilometriä, jos ajaa rauhallisesti. Paljon kiihdytellen ja kovaa ajamalla akun saa tyhjäksi huomattavasti nopeammin.
Nopeudensäädin lataa akkuja jarruttaessa, dataa lukemalla huomataan Wh In ja Wh Out luvut. Wh out kertoo wattituntien määrän mitä lauta on kuluttanut ja Wh In wattituntien määrän mitä nopeudensäädin on saanut kerättyä jarrutusten aikana. Ladatun energian määrä on siis noin 2% luokkaa kulutuksesta.
