Bici eléctrica con recarga de baterías en frenada

[TecnoWorld]

Vale, para hacer este proyecto hay varias cosas a respetar.
-usar frenos de discon por delante y trasero y modificarlo la palanca del freno que tiene 30%-50% camino libre antes que toca el piston hidraulico.
-poner un sensor de angulo a la palanca para saber su posición.
-Buscar un pack de batería LiPo o LiFe con balancer (pasivo o activo), que más voltaje mejor (72V, 144V)
-Poner dos motores de hub en las dos ruedas, que más grande y que menos revoluciones mejor.
-Modificar los motores que tienen adicional a los sensores HAL un Encoder (que sirve con 100pulsos/rev, más mejor)
-Poner un pedalier con sensor (hay en los bicis electricos) para cumplir las normas.
-Construir un driver tipo servo (con triple puente) que avanta los corrientes altas.

Vale - modificar y poner los frenos no es complicada y fácil.
Buscar motores HUB es un poco más complicado. Algo así, pero 3000W es poco para frenar, son solo 6kW por dos ruedas a velocidad máximo.
Con llanta de 26" va este motor a aprox. 70km/h que son aprox. 550rpm.
Así tenemos un par aprox. de 50Nm/rueda para frenar. Pero este necesitamos solo para velocidades muy lentos (pq, quieramos recuperar todo).

Pero - que energía tenemos para frenar? Calculamos un poco.

-Pensamos en una cuesta abajo de 12%. Este son 6,84°.
-Pensamos la persona pesa 75kg y la bici 25kg (con motores y bateria). Son 100kg en total.

Para este cuesta tenemos una fuerza que nos empuja de 100kg*sin(6,84°)=11,9kp = 117N.
Este es el valor "ideal". Ya tenemos quitar la resistencia del viento. Un bici normal tiene un cw=1.1 (carrera de 0.9 y de tumbona de 0.45) y una superficie de 0,45m² (de carrera de 0.35 y de tumbona de 0.33)
Ya que vamos con 20km/h tenemos una fuerza de viento y de resistencia a la rotadura de 10N. (con 40km/h eran en suma 25N).
Así quedan para frenar 107N.

Si tenemos ruedas de 622 (28") tenemos un par al motor de 33Nm, y con los 170rpm que hacen son 590W.

En una cuesta mas "normal" de 5% tenemos solo 12Nm y 200W.
Este solo sin perdidas en el circuito, el motor etc.

Estos son los valores que tenemos disponible para recuperar la energía.
Ya vamos al problema de "frenar". No solo tiene recuperar energía, quieramos frenar.

Para accelerar una bici de 100kg de 20km/h a 0km/h en 2 segundos necesitamos una fuerza de 277N. Este era un par 86Nm.
Este par tenemos disponible (tenemos hasta 100Nm, que es una fuerza de 321N).
Dice, que podemos frenar en ejemplo de 50km/h a 0 en 4,3 segundos.
Si tenemos que frenar más rápido tenemos que usar los frenos mecanicos adicional.

Y por este razón de frenar necesitamos motores grandes. Otra opción era un motor con engranaje, par aumentar el par. Pero este complica la construcción.

Ya el tema de baterías.
Muy muy importante es, que tienen un sistema de balancer. Si no, es casi imposible de cargar. Las de modelismo tienen en el cargador - por eso no sirven.
Hay unas celulas que tienen protección de sobrecorriente y sobretensión incluido. Este se puede poner en serie sin problemas.
Los LiPo o LiFe puedes cargar hasta 20C para un tiempo corto, para cargar siempre con 0,5C máximo. 
Si calculamos que no tenemos más que 800W para cargar, era una batería de (800W/72V*2=) 22Ah suficiente. Cada batería más potente esta perfecta.

El corriente de carga podemos medir y calcular en el puente del driver - no hay problemas. Solo que tenemos que medir la tensión de batería, que no sube sus 84V+-1%.

[gasgas2t]

Uffff es verdad que es complicado , como por aquí comentáis esos motores de los kit chinorri a son trifásicos los usaré ya que el precio es muy significativo en mis proyectos, ( tengo una duda con ellos quiero poner uno a girar y colocarle el osciloscopio a .a ver qué forma de onda dan de entrada pienso que es CA si es así tendré o al menos eso pienso en desmontar y sacar un punto común a las tres faces colocar un rectificador trifásica ) es que por lo que he visto tienen una conexión en estrella y sin contar con el neutro lo veo complicado.
TecnoWorld , un avance de lo tramado en mis ratos libres , las variables a tener en tener en cuenta
Velocidad del conjunto
Nivel de frenada aplicada al mando
Nivel de carga actual de baterías
Producción en momento
Carga de los distintos grupos de condensadores
Tiempo esperado en la reacción
Uffff trama piensa y corrige si algo por el momento se me ha pasado por alto ( joo es que con los años la agilidad mental se pierde),

[gasgas2t]

         Tecnoworld , tus calculos son geniales y muy precisos , gran parte de ellos de los tengo contemplados . el hacer una exposición clara y teorica de esta idea , yo en principio no queria llegar a este nivel tan elevado de teoria aunque si que me encanta el poder comentarlo contigo y el tener las respuestas que me ofreces , veo claro que sabes de lo que estoy tramando , (esto puede hacer que lo que nosotros comentamos y mientras depuramos la idea, resulte muy a chino al resto del personal que nos lee ), aun asi seguiremos comentando y depurando la idea .
         En principio esta idea la he planteado como una especie de prototipo de escaso coste y con el sacar ideas para mejorarlo en lo posible ( siempre teniendo en cuenta que todo es mejorable mientras no se llegue a la total ruina del propietario ) .
          Por el momento solo dispongo de muy poco material , estoy recopilando lo posible , solo cuento con un motor de 500W , dos baterias de nonopatin de esos que vas de pie en ellos y poco mas , si se puede hacer algo de poca potencia y buena regeneración la idea ya se puede considerar por conseguida ,
           

[TecnoWorld]

De dónde has sacado el motor de 500W? Me puedes decir, que revoluciones máximo tiene? Si no sabes, dime el diámetro de la rueda, donde esta/estaba montado y la velocidad máxima de este vehículo.

[Jod]

sigo el hilo...
no me he leido todavia todas las propuestas , pero

en cuanto a conmutar la carga y descarga de una bateria de litio a primeras , lo que pienso es que disipar el calor de las celdas , tiene que ser estudiado.

su temperatura optima de funcionamiento esta en menos de 60ºC, y recargarlas continuamente puede hacer que en vez de una bici , tengas una estufa.

pero por ejemplo poner un motor hub (por ejemplo en el eje delantero) que haga las veces de generador al frenar , pero cargando (otra bateria ) y alternarlas segun esten cargadas....teniendo el hub trasero para motor de la bici.

lo otro que me se me ocurre es que si la potencia de carga de las celdas  recomendada por los fabricantes sea 1c o 2c por ejemplo.

todo lo que exceda en un momento de exceso de frenada  sera perjudicial para las baterias.

otra cosa se me ocurre que pueda desarrollarse un controlador de vaya cargando las celdas independientes a su capacidad  y seleccionandolas al tiempo que las mete carga

me gustaria conocer mas sobre el tema de los condensadores de tantalo escalables .

[TecnoWorld]

Las celdas pueden suportar el mismo corriente de carga que la discarga. Si usas un modelo de en ejemplo 20C puedes cargar con 20C, pero solo hasta que sube la temperatura.
Pero frenando tan bruto para generar este corriente son solo unos segundos.
Con la calculación I2t puedes calcular la temperatura y el corriente.

No hace falta cargar otra bateria.
 

[gasgas2t]

          Tecnoworld ya estamos estando  mas  sincronizados o enfasados en cuanto a ideas ,uffff que bueno de aquí saldrá algo medianamente bueno.
          Sacar algo en pequeña potencia y bueno si sale o se consigue que la regeneración sea +/- optima siempre podriamos escalarlo a un nivel de potencia mas grande.
Una pregunta no se si has leido o dispones de algo sobre el tema de carga de baterias de forma rapida , algunos fabricantes dan unos parametros de carga rapida en los cuales no llegan al 100/100 , el ultimo tramo de carga ( digeramos el 20% restante lo hacen de forma mas lenta y pausada ) , si tienes algo de información al respecto y solo sea copiar y pegar , seria bueno que lo compartieras y así me ocupo menos tiempo en busquedas .
           Esto va destinado a los que nos leen nuestros comentarios y posiblemente se encuentren muy descolocados . Las baterias de litio en sus distintas tecnologias son complicadas de cargar , se tiene que tener muy en cuenta el equilibrio de la carga que tiene cada una de las celdas que las componen , no se pueden cargar en serie como se hace con las de plomo de los coches  o muchas otras , es una diferencia muy a tener en cuenta cuando se hacen paquetes de muchas celdas . Ejemplo bateria de coche son 12V y 6 vasos , o celdas están conectadas sus celdas en serie y se cargan todas ellas a la ves en serie , en las litio y sus variantes esto no se tiene  que  hacer, se degradan rapido , se carga cada baso o celda  por separado controlando el voltaje , la intensidad aplicada y supervisando la temperatura si no lo haces así las destrozas rapidamente 

[Jod]

Hola a mi este tema me interesa mucho. Y todo lo que aportais esta muy bien , pero creo que cargar a 20c una bateria tipo litio o lipo o limn es romper la bateria.

Pienso que no mas de 2 c es lo adecuado . De hecho en las cilindricas panasonic la carga ideal es 1c..

me gustaria leer un poquito mas del desarrollo ese de los condensadores de tantalio, como seria ese diseño.

[gasgas2t]

             Jod el tema de usar condensadores de gran capacidad es solo una idea mia que aun la tengo en pañales , ( como todas las ideas suelen ser una locura en su inicio ) , en inicio y sin calculos muy exigentes le veo una pequeña posibilidad es hacer un buen paquete con condensadores de SMD  o ( en inicio lo pondre con todos los que tengo y algunos muchos mas que compre ) tengo pensado usarlos como almacenamiento temporal , y de ellos ir aportando en mas tiempo su carga a las baterias de forma controlada , ya te digo que en inicio lo veo un poco loco , haciendo caso  de los calculos posibles que uno puede hacer lo veo muy complicado , mas bien por el momento no me salen de forma eficiente .
              En los finales de este mes quiero colocar un motor de CC y un motor de bici de 500W  segun fabricante , conectados eje con eje , controlar que gasto tengo en el motor de arrastre y que puedo producir , luego hacerme el paquete de condensadores y ver que se puede almacenar y que aumento de consumo tengo en el de arrastre , en esta prueba se tendra en cuenta las rpm del generador, seria muy engañoso el resultado si no tenemos en cuenta esta variable ( las bici no suelen ir a 60Km/h o mas bien esta es una situación que tendriamos que tratarla de forma distinta ).
             Como veo que te atrae la idea seguiremos comentando y pasando la informacion que consigamos .
             Uno de los puntos que no controlo muy bien es el tema de cargar baterias de las distintas tecnologias de litio , si dispones de detalles de fabricantes o bien tu experiencia con ellas , me gustaria que lo compartieramos, hay tanto escrito que entre ellas se contraponen , ademas de las distintas baterias 18650 que son falsas y no dan ni por asomo la intensidad que anuncian , en esta idea yo pienso andar con los 60V mas o menos y unos 15A en conjunto , esto hace que se tenga que poner un paquete de paralelo y serie de muchas celdas controladas por su correspondiente BMS o equilibrio de carga , todo ello es un dinero y no me gustaria machacarlas en unos pocas recargas .

[Jod]

yo lo que puedo aportar sobre baterias litio y bicis electricas , lo intento concentrar aqui.
https://foro.metalaficion.com/index.php?topic=32972.0

y yo me baso en estas baterias http://nkon.nl/sk/k/ncr18650pf.pdf por que son las que he comprado.

la carga de estas es cc cv

corriente constante voltaje constante , lo que significaria que necesitas controlar los amperios y el tope de voltios limite que en este caso  ypara estas celdas son 1365ma y 4,2 v pensados a 25 grados de temperatura, por lo que ya tienes el handicap de la temperatura que necesita ser controlado a la hora de cargar .

[gasgas2t]

job si tenemos un motor que da 500W en aceleracion , podemos tener 500w en frenada , eso teniendo en cuenta las perdidas , osea si queremos pasar de o a 30Km h en 5 segundos nos hace falta un motor que sea capaz de hacerlo , para frenar de la misma forma en situacion ideal nos hace falta el mismo motor , cuestion es imposible y romperia todas teorias de energia el poder acelerar en 1 minuto de 0 /a 30 y querer frenar en solo 10 segundos , eso no cuadra , mi idea es algo mas complicada , Ejemplo , supongamos un trayecto medianamente llano , con subidas y bajadas , la cuestion es poder hacer el maximo de recorrido siempre pedaleando al mismo ritmo en las cuestas el motor me aporta , en la bajadas yo sigo pedaleando como si fuera llano y asi consigo recuperar algo de energia que usare para el siguiente repechon , la teoria es facil el llevarlo a la practica es algo mas complicado de lo que parece ,  requiere una forma distinta de conducir , la forma cotidiana o usual que casi todos usan no es adecuada , tenemos por usual el sistema de querer la maxima aceleracion y el minimo tiempo de frenada , eso en los vehiculos electricos por el momento no funcionan de esta forma , si quieres muy buena aceleracion te hace falta mucho motor y mucaha bateria , y si quieres frenar muy rapido ( digamos la mitad que la aceleracion te hace falta el doble de motor en frenada ) pero tambien tenemos que tener en cuenta el costo energetico que supone el trasladar el peso en subida , cuestion encontrar un buen equilibrio es algo muy complicado , luego nos viene el tema de que las baterias el que aporten energia es mas facil que la recarga de las mismas .
Mi idea es en conclucion la siguiente hacer un recorrido donde tanto las bajadas como las subidas podriamos considerar que equilibradas , mi pedaleo en todo el recorrido es el mismo con el mismo regimen y el mismo aporte de energia en desplazamiento , en las cuestas abajo yo seguiria pedaleando igual que si fuera llano , de esta forma considero que podria conseguir un equilibrio en tre lo que gasto y lo que genero , ( siempre teneiendo en cuenta los gastos por perdidas )

[Borsalino]

¡Buenos Dias! Me pregunto yo, no podrías almacenar la energía recuperada  en condensadores , en un circuito independiente (es fácil independizar, ya que utilizas  dispositivo mecánico para activar el freno ),  dirás,  ¿cuando lo vuelco?, pues en el arranque (que también es independizable),creo que de esa manera, le darás menos caña a las baterías, ya que en el arranque la potencia a entregar es mucho mayor,
La idea, es independizar el modulo de regeneracion, como una implementacion o mejora.
Una aplicación de reserva de energía típica ampliamente utilizada, fue el almacenar en condensadores electroliticos, y los hay de muchos faradios, son duros y economicos, respecto al tantalo, ya se, ya se, su tolerancia es mayor,

[Jod]

hola de nuevo.
son tantas las inquietudies y tan diferentes que creo que mejor se podria desglosar el tema en varios apartados .

podriamos poner un ejemplo con material real para experimentar.

motor: (por ejemplo el mio o el tuyo ) bafang 8fun 250w 36v/43v aceptando picos de hasta 500w.
aqui añadiria las rpm y otras caracteristicas del motor.(si las conociese)

pack de baterias : 4p10s 40 celdas panasonic ncr 18650pf 2900mah 3,6v
carga recomendada cc-cv 4horas a 1365ma 4,2v
bms: el controlador de carga y descarga de la bateria
por ejemplo el mio seria un bms programable  que te permite cambiar los parametros mas o menos al gusto.

generador: o el mismo motor o bien otro en la otra rueda y sus datos.

y asi con todos los componentes que podamos añadir , con el fin de hacer una especie de tabla y probar.

por otro lado , no se si conoceis el sistema del mitsubisi outlander phev ,

lleva unas levas en el volante que son para aumentar la resistencia de rodadura cuando no hay aceleracion o hay frenada para aumentar en 5 modos la regeneracion de las baterias.

habia que ver como implementar eso.... por ejemplo.

[Borsalino]

¡Buenos Dias!Entiendo que poner otro motor  , no es mas que añadir peso al invento, de forma y manera, que la regeneración no compensa, no lo veo,hay que tener, en cuenta, que ya tienes un motor/generador, siempre es mas ligero aumentar de potencia, que duplicar motor,
Otra cosa, los cálculos, son siempre importantisimos, y este es un foro técnico, no nos son agenos,al contrario.

[Jod]

Bueno yo solo quisiera sin monopolizar el hilo .
Por supuesto que pusieramos a modo de lista , las soluciones que se nos ocurran.si un solo motor /generador , me parece bien , pero por ejemplo el controlador del mio tiene un par de cables para regeneracion , pero debe ser testimonial mas que efectivo esa regeneracion.