28 nov. 2014

DIY Convierte tu bici en eléctrica tú mismo - Paso 4/5: Colocando las baterías y configurando el controlador


En un principio había probado a colocar el controlador Kelly KBS48101X,40A,24-48V (cuyo funcionamiento explicaré en otra entrada) por sus múltiples opciones de configuración, sobre todo la posibilidad de frenada regenerativa regulable con potenciómetro o voltaje. Hay decenas de controladores económicos en aliexpress pero no de la calidad de los Kelly, que viene con cable de conexión al ordenador (puerto COM) incluído, instrucciones y software descargable gratis, con múltiples parámetros y configuraciones, y buen soporte técnico, pero dado que todavía no he conseguido aplicar el frenado regenerativo variable, y no funciona en el caso de fallo de los sensores hall, y sobre todo porque de principio no me funcionó correctamente (cableado de sensores hall mal indicado), nótese el ruído que mete en la primera prueba el motor, con los sensores hall invertidos, perdiendo el 50% de su potencia:


El motor vibraba, se recalentaba, al igual que el controlador. Tras consultar con el servicio técnico de Kelly (muy rápidos y amables, me indicaron el problema rápidamente), no quise perder el tiempo con él, al examinar el que venía con el kit, me percaté de sus ventajas; después de todo GoldenMotor lo tendrá más que probado con este motor y funcionará a las mil maravillas.
Comparándolos, las únicas diferencias que hacen del BAC-028X más ventajoso para mi bici eléctrica eran las siguientes:
  • Funciona tanto en modo sensor como sin ellos (muy útil si con el tiempo falla algún hall).
  • Control de velocidad de crucero de lo que adolece el Kelly (además los botones de las manetas aprovechan todas sus funciones); muy útil en largas distancias.
  • Fácil de configurar, conexión USB (el kelly requiere una conexión a puerto COM que los ordenadores modernos no traen, por lo que hay que buscar un adaptador o viejo ordenador).
  • Posibilidad de PAS (sensor de pedaleo; sin pedalear no se activa el motor), obligatorio legalmente.
Fué conexionarlo, y todo funcionó de maravilla; motor a plena potencia, silencioso, apenas se calentaba, etc.

Características del controlador BAC-281 (y 028X)

  • Funciona con baterías de 24V, 36V y 48V con el mismo controlador, con cambiarle un parámetro de la configuración.
  • Control de velocidad de crucero pulsando un botón a la vez que aceleras, el controlador se encargará de mantener la misma velocidad.
  • Programable con cable USB (RS-232) que se vende aparte por unos 35€.

Características especiales:
  • Control de velocidad de crucero y modo dual automático con o sin sensores de posición (Hall) en motor.
  • Configurable de 200 a 1000W de potencia.
  • Límite de velocidad máxima, amperios, aceleración, etc configurables.
  • Mayoría de parámetros configurables a gusto del usuario.
  • Cambio automático a control sin sensores en caso de fallo de los Hall.
  • Alarma anti robo y bloqueo de rueda por detección de vibración
  • Frenada regenerativa configurable en potencia (se activa sólo cuando se activan los frenos)
  • Continúa funcionando a pesar de fallos del acelerador o de batería gastada (siguiendo unos pasos).
  • Funciona con 24V, 36V o 48V.
  • Comunicación de errores mediante diferentes pitidos del altavoz.
  • Auto-detección de la fase del motor y auto calibración.
  • Soporta control de avance y retroceso del motor.
  • Protección de corriente excesiva
  • Protección de la batería por bajo voltaje
  • Alta confiabilidad

Configuración del controlador

Interfaz de configuración con el programa oficial
Como veis en la imagen, yo lo tengo configurado a un 70% de regeneración por dos motivos; por un lado, al no admitir mi batería más de 20A de carga, cuando alcanza ese valor con cuestas muy pronunciadas, el controlador corta el frenado regenerativo, produciendo frenadas fuertes intermitentes bastante incómodas; por otro lado, el 70% no es demasiado fuerte ni demasiado suave, por lo que no te sorprende la frenada cuando quieres reducir suavemente la velocidad.

Procuro cuidar de mis valiosas baterías, respetando 1C de carga/descarga, configurando 20Ah de forma continuada, y puntualmente picos de 35A a 36V. Creo que también sería seguro poner que puede dar brevemente descargas de 40A, pero es mejor ser cauteloso; lo que se marca en la configuración no suele coincidir al 100% con lo que luego exige el controlador a la batería.

Por otro lado, tengo reducida la velocidad máxima al 82% para que no suba de 32 kms/hora en llano, y mantenerlo de unos límites razonables y casi legales.

Todavía no he podido poner el PAS, y en el apartado REV, que es la reversa, lo tengo anulado porque no se usa en la bici, aprovechando el interruptor para cambiar el modo de la luz de cruce.

Este controlador, desarmado, tiene el siguiente aspecto (fotos de foro de Goldenmotor):



Con dos MOSFET de 75V y 120A para cada canal, perfectamente aguantarán los 50A pico 30A contínuos que se indican; de hecho no se indican más porque las pistas, resto de conectores y disipador no están pensados para más.

Instalando las manetas y colocando el cableado

En el manual original de Goldemotor está todo muy bien explicado para la instalación del kit, aunque hay más info adicional en forma de vídeos en Youtube.



Instalar las manetas nuevas tiene tema; si tienes los controles de los cambios en las manetas, puede que te pegue en ellos; y por otro lado son más largas de lo habitual, y no se pueden meter totalmente al pegar en el embellecedor de plástico gris. En caso contrario es coser y cantar.
Para ayudarnos a meterlas en caso de quedar muy justas, conviene mojar un poco con agua para que se deslicen mejor; una vez que se seque quedarán perfectamente fijas:



Nos podemos ayudar con un martillo de plástico para terminar de ajustarlas:



Los problemas me han aparecido al ver que no "casan" muy bien con mis cambios de puño; el elemento del controlador y botones es tan gordo que no se llega muy bien; he tenido que poner las manetas en una posición de compromiso de manejabilidad de ambas cosas:



La reducción de marcha pega con la maneta, y he tenido que recortar con el dremel para poder usarla:


Nótese el aspecto de la garra de reducción de marcha tras recortarla
Colocando baterías y controlador

BAC028 conexionado
Tras darle muchas vueltas, y probar diferentes posiciones de las baterías como se ve en la siguiente imagen:


Finalmente opté por colocarlas apoyadas transversalmente como ya comenté en la entrada anterior, de forma que la mayor parte del peso va hacia delante, quedan bien apoyadas, a salvo de golpes laterales, y con apoyos en la parte trasera con la forma adecuada hechos de poliestireno extruído, resistente y ligero:

Es muy importante colocar separadores aislantes para prevenir cortocircuitos
Hay que tener en cuenta que las vibraciones de la carretera pueden afectar a los packs, por lo que siempre debemos aislar bien todo de posibles cortocircuitos que puedan aparecer por el desgaste de la protección, y sobre todo colocar gomas y soportes que fijen las baterías ante cualquier bache, yo he colocado una tira de esponja-caucho adhesiva en todas las zonas críticas de apoyo, y tiras de caucho marrón en la tapa para que presionen y las sujeten:

Todo lo que contribuya a evitar cortos es bienvenido
En el hueco donde irá el controlador eliminamos el aislante para mejorar la transferencia del calor a la chapa trasera de 3 mm; he realizado los agujeros para luego remachar con remaches de 4x20 mm:



Una vez baterías presentadas en su sitio y controlador amarrado, vamos conexionando todo.



Los cables, antes que fijarlos por presión he preferido soldarlos primero; da más seguridad y durabilidad; en mi caso como venía demasiado cable (para colocar la batería donde quisiéramos) opté por acortarlos, (si usamos el control que viene con el kit, y los enrollamos en algún hueco, el conexionado no nos lleva más de 10 minutos):


El Kelly viene con este tipo de conectores; soldados quedan a prueba de bombas



Metemos los conectores en su posición, y con ayuda de un alicate de puntas redondas tiramos de los conectores hasta que hace "click":

Conector de sensores HALL (Kelly)
Para evitar los chispazos, es conveniente como ya se comentó, colocar una resistencia 2K2 en el interruptor principal (que corta en el positivo la conexión de la batería al controlador), como se ve en la siguiente imagen, o bien colocar un interruptor de alto amperaje para evitar que el chispazo de las constantes conexiones lo degraden significatívamente:

Conexionado del interruptor principal
Pero tanto o más más importante que colocar la resistencia puenteando el interruptor, (con la que alargamos la vida útil del interruptor), es colocar un diodo para descargar la energía producida por la frenada regenerativa por el movimiento del motor en la batería aunque el controlador no esté alimentado, tal y como se indica en la página 30 del manual.



Así quedarían las tres fases del motor, cada uno con su color correspondiente:



Instalaremos un fusible de seguridad lento de 30A, para el caso de que haya un corto no deseado, yo lo he colocado en el lado negativo, pero también es muy conveniente entre los dos packs de en medio, (o incluso en cada conector si queremos el máximo de seguridad). Posteriormente lo sustituí por un fusible lento redondo de 25A 250V porque se recalentaba; es de aluminio y pasa peor la electricidad que el cobre:

Fusible con conectores rápidos. A la izda. se puede ver un diodo que terminaría quitando por innecesario
Aproveché un fusible térmico que venía con una de las baterías de 10A a 250V, y en caso de que suba por encima de 90ºC, es que hay algún tipo de problema; y corta el paso de la corriente:

El fusible térmico es muy útil para añadir seguridad: Recomendado uno que salte a 60ºC


El fusible debe ir en contacto con las baterías; yo lo he pegado con cinta americana a una de ellas:



Instalando cableado para carga balanceada
Como ya comentamos en la primera entrada de este proyecto, si no incorporamos un control de carga en la propia batería, necesitaremos uno externo (para su balanceado cada x cargas); tendremos que sacar un cable de cada unión llevándolo al exterior para conectar al balanceador de carga (que medirá la carga en esos puntos, utilizándolos a su vez para igualarlas). Además aprovecharemos estos conectores para conectar al visor de nivel de carga (Cell-log). No encontré otra forma de sacar los cables de balanceo más que soldando directamente en las uniones:

Los cables finos sacaremos por un lateral para conectar al cargador cuando sea necesario
Los colocamos todos juntos tratando de protegerlos y que queden bien identificados:



Detalle del conector rápido; soldé en la parte interior los cables de carga
Como tengo el visor en el manillar, llevé hacia allí los 10 cables que hacen falta:


Para la carga de una batería de 10 celdas con el 1010B+ necesitaba dos conectores de 5 cables; en Hobbyking, junto con el cargador icharger i1010B+ compré conectores de balanceo para 6 celdas (eliminando con el dremel luego el polo negativo que sobraba) y pegando con silicona el protector exterior para facilitar su uso y prevenir roturas y entrada de agua.



El icharger trae un pequeño PCB para conectar baterías de entre 3 y 10 celdas (para el de 10 hay que usar 2 de 5 cables):



Una vez preparados, vamos soldando los cables y aislándolos con tubo de PVC retráctil o cinta aislante buena:


Si nos hemos equivocado en la posición de alguno de los cables no hay problema, el icharger nos avisará y sólo tendremos que ir comprobando con el tester si los voltajes van sumándose (conectando del primero al tercer conector tiene que haber alrededor de 8V, luego 10,8V, luego sumamos los 4V y alrededor de 15V, así hasta los 41V en caso de estar todos los packs cargados al 90%):

He dejado cable suficiente para que lleguenal manillar con holgura
Detalle del cableado para balanceo:


El hecho de tener el sistema de balanceo externo me da más flexibilidad, menos pérdida y descarga, y más velocidad de carga; los controles de carga compactos suelen fallar bastante, además de ser caros y estar bastante limitados. Con el icharger de hasta 300W de potencia, las cargas son muy rápidas; en unas 8 horas la tengo completamente cargada (siempre que los packs no estén muy desigualados).
Si os fijáis en la siguiente imagen, he marcado en negro el puerto de uno de los conectores para evitar colocarlos al revés:

Falta por mejorar el tema del conexionado al polo negativo y positivo para hacerlo más sencillo

Se puede ver bajo el sillín el conector principal para la carga de la batería
Instalando un visor de voltaje en el manillar de la bici

He utilizado este práctico Monitor del voltaje de hasta 8 celdas, con alarma configurable, que colocaré sujeto al manillar para mostrar el voltaje de las celdas de uno de los conectores, que me servirá para vigilar la carga de la batería, y cuando bajen por debajo de 3,5V, cargarla:


Como la bici va a estar expuesta a la lluvia, es imprescindible hacerlo impermeable, para ello lo mejor es desarmarlo y aplicar una capa de pegamento epoxi a toda la electrónica, y alrededor de la pantalla, con mucho cuidado de no tapar los botones, tanto por la parte de delante como por la de detrás:

Con este truquillo haremos impermeable la electrónica del visor
Después he amarrado un plástico con la forma del visor con bridas de electricista, fijándolo con termoencoladora:


Y aquí lo podemos ver funcionando, mostrando la carga de los primeros 5 packs de 9 pilas 18650; como podéis ver no tienen más de 9mV de diferencia entre celdas:

Si no le aplicamos epoxi, tendríamos que meterlo en una caja transparente y estanca
Al conector que quede suelto le ponemos un poco de cinta aislante para que no le entre nada de agua.

Sustituyendo el controlador Kelly por el Goldenmotor

Finalmente la instalación me quedó así, bastante ajustada de espacio.



Como comenté al principio de la entrada, al mes cambié el controlador para probar el de GoldenMotor, y la verdad es que va bastante bien (eso sí, es mucho menos configurable):

He cambiado la posición para ayudar a la fijación de las baterías
Al igual que el otro, lo he pegado a la chapa base de aluminio con epoxy o pegamento térmico, para ayudar a refrigerarlo, además de atornillarlo.

Conectando una linterna frontal a la batería

Ya era hora de jubilar mi vieja linterna led y aprovechar la batería como fuente de alimentación, se me ocurrió adaptar una linterna led estropeada (interruptor mal) cortando la parte frontal.
Para alimentarla, antes de nada colocamos un fusible de 1A:


Para reducir el voltaje de 36V a 3,3V DC, nada mejor que un convertidor DC/DC económico de DX.com, tapado con silicona para hacerlo resistente al agua, y pegado al aluminio del controlador para reducir su temperatura; (hay que tener cuidado de no usarlo sin carga en la salida, o el regulador se quemará, como he podido comprobar :( ):

Conversor DC/DC tapado con silicona: No lo dejéis sin carga o se freirá (es chino)
Y ésta es la linterna, que monta un led Cree T6 capaz de dar 800 lúmenes sin despeinarse (yo lo tengo reducido a 500 por temperatura y longevidad):

La linterna sujeta al manillar con remaches
Es importante hacer un corte sano dejando la parte de la carcasa que hace de transmisor térmico para que el circuito interno no se mueva; apretamos bien la carcasa y cortamos.
Luego soldamos los cables al interior y sellamos con silicona o cinta aislante:


La luz que emite es impresionante sin apenas consumo... ya no hay motivos para no hacer rutas nocturnas por el bosque y empaparte de naturaleza! :) (Aunque con cuidado de no coger rutas muy bacheadas por precaución).
Más tarde coloqué también un porta equipajes trasero con luz de freno... pero eso ya para otra entrada ;)

Aumentando el rendimiento con un condensador

Para mejorar la respuesta del controlador y reducir los picos de demanda a la batería, he colocado soldado a los conectores de la batería un condensador de 50V y 3300uF:



También he arreglado el pack que me daba problemas; dos de las pilas 18650 no daban la talla al probar a descargarlas a 2A enseguida bajaban de los 3,9V:

Batería reformada con un pack de portátil
Más información:
Manual funcionamiento BAC-281
Manual instalación kit 901 pro de GoldenMotor
Instalando kit GoldenMotor parte 1:
Instalando kit parte 2: Colocando manetas y PAS
Montaje del PAS
Variable regen with Kelly controller
http://www.goldenmotor.com/
KBS BLDC Motor Speed Controller KBS48101X,40A,24-48V
Conexionado y esquema del BAC-281

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