Voltswagen

Fra Elbil_Wiki
Hopp til: navigasjon, søk
Utgangspunktet
Motorrom.jpg
"Voltswagen"
Voltswagen-bak.jpg

Mellom 17. September 2010 og slutten av Januar 2011 bygde sju studenter fra maskinlinja (Industriell Design og Teknologiledelse) på Høgskolen i Gjøvik om en 1974 Volkswagen Type 1, populært kalt "Boble", om til eldrift. Den ble endelig godkjent av bilsakkyndig på Gjøvik Trafikkstasjon, Hunndalen i midten av Oktober 2011 og fikk skilter den 26. Oktober 2011. Registreringsnummer EL15049. Alt arbeid ble gjort utenfor studietiden i lokaler leid av Mustad Næringspark i Hunndalen. Alle bilder av koblingsskjemaer eller lignende her er copyrighted og får ikke distribueres uten samtykke fra Daniel Ålien eller Jonas Langeland.

Bakgrunn/Prosjektstart

Dagene fram mot den 17. September var vi i dialog med vår såkalte kullkoordinator Magnar Eikerol om et nytt prosjekt han hadde lyst å få i gang. Han hadde kjøpt ei gammel folkevogn i biter som var uten motor, og hvis karosseri var i dårlig stand og sandblåst. Planen var å bygge elektrisk bil av bobla, og Magnar hadde tenkt å ha prosjektet som en del av faget Elektriske Maskiner i Prosesser for sin førsteårs IDT-klasse høsten 2010. Det viste seg imidlertid at denne klassen besto av studenter som for det meste bodde i ukantstrøk og dermed ikke ville ha anledning til å jobbe med prosjektet utenfor skoletida. Derfor kontaktet han oss.

Den 17. September dro vi til Toyota Truck Service på Rudshøgda. Her hadde vi fått vite av Magnar at de hadde en gammel elektrisk truck av modellen Clark CTM 16 S. Denne skulle vi få som donorkjøretøy for elektriske deler. En ny elektrisk motor ville koste svært mye penger, og ved å pusse opp og bruke en gammel elektrisk motor ville vi samtidig styrke miljøvennligheten i prosjektet, og vise at gjenbruk ikke bare fungerer, men er billigere. Etter mye demontering, fant vi truckens to drivmotorer og hydraulikkmotor og tok disse ut. Vi tok også med truckens elektronikksystem, controller, DCDC-konverter og ledninger, før vi dro ned til Hunndalen og de gamle lokalene til Mustads trådtrekkeri på Aamodt. Her sto det et slitent skall av ei boble, med rust, sand i kriker og kroker, og uten bevegelige deler annet enn den skjeve rattstammen som sto i. Girkassa og forstillinga sto på en pall i én krok, og vinterdekk med felger sto i en annen. Interiøret lå i søppelsekker, og rutene i pappesker.


Planlegging og gjennomføring av prosjektet

Planlegging

I starten av prosjektperioden visste vi ikke hvordan vi skulle gjennomføre prosjektet. Vi begynte rett på praktisk jobbing av bobla. Vi fant fort ut at dette var en ikke-effektiv måte å gjennomføre prosjektet siden vi aldri visste hva som ville komme av arbeidsoppgaver. For å få en oversikt over hvor lang tid og hvor mye vi faktisk måtte å gjøre for å fullføre, satte vi oss ned og begynte å planlegge. Vi lagde en liste over hva som måtte gjøres og i hvilken rekkefølge. Dette ga oss mye bedre oversikt over hvordan vi skulle gå frem, også med tanke på eventuelle innkjøp som vi måtte utføre. Vi lagde oss en estimert tidsplan, et såkalt “Gannt-skjema” som ga en estimert oversikt over hvilke gjøremål som tok lengst tid og hvilke som kunne gjøres på kort tid. For å få oversikt over dette måtte vi kontrollere følgende faktorer: tilgjengelige deler i lager, tilgjengelig utstyr i verkstedet, vanskelighetsgrad på hver enkelt jobb og aktuell kunnskap blant prosjektmedlemmer. Vi måtte også tenke på hvilke arbeidsoppgaver som det var strategisk riktig å begynne med. F.eks å pusse ferdig karosseriet før lakkeringprosessen, montere batterier før oppkobling av ledninger osv. Hele denne prosessen tok tid, men i ettertid viste det seg å være verdt det. Ved å utføre dette reduserte vi antall uventede hendelser og problemer.

Interne rutiner og arbeidseffektivitet

Siden vi hadde fått en gitt tidsfrist på dette prosjektet måtte vi sørge for maksimal arbeidseffektivitet. Vi jobbet med dette prosjektet ved siden av studiene og dette resulterte i begrenset arbeidstid i prosjektet. På grunnlag av dette måtte vi planlegge hvordan vi skulle få gjennomført prosjektet i løpet av tidsfristen. Vi avtalte derfor gitte tider vi skulle jobbe i verkstedet og disse oppmøtene var obligatoriske. Dersom disse tidspunktene ikke passet for den enkelte måtte dette meldes fra om. Disse reglene måtte alle medlemmene føye seg etter. Dette fungerte greit for det meste, men noen unntak oppsto og da ble dette tatt opp med hver enkelt i fellesskap. Det å sette regler og opprette interne rutiner er svært viktig, og det å følge dem er enda viktigere. Helt fra starten i prosjektet innså vi at dette var et krevende prosjekt. I den mest kritiske perioden i prosjektet var det svært viktig at alle stilte opp og jobbet så mye de overhodet kunne. I denne perioden førte vi arbeidslogg for å opprettholde gitte tidsfrister, arbeidsoppgaver og personlig oppmøte. På denne måten fikk vi dokumentert hvilke arbeidsoppgaver som var gjort og hvem som utførte disse oppgavene. Vi hadde et minimumskrav på 6 effektive arbeidstimer per uke. Desto flere arbeidstimer, desto bedre. Vi hadde ingen øvre grense på dette. Det ble registert om hver enkelt oppfylte minimumskravene. Dette fungerte bra i praksis og medlemmene oppfylte som regel minstekravet. Noen unntak oppsto, men det var generelt bra oppmøte.

Lederskap har rullert mellom gruppemedlemmene avhengig av hvilken fase av prosjektet vi befant oss i. Generelt har vi basert oss på at ingen skulle være overordnet sjef for prosjektet. Eikerol var initiativtaker og prosjekteier, men gav gruppa stort sett frie tøyler og lot oss erfare utfordringene med prosjektarbeid på egenhånd, noe vi lærte mye av. Vi hadde begrenset med verktøy og utstyr, noe som gjorde at visse arbeidsoppgaver tok lengre tid enn planlagt. Dette førte til improvisasjon og som de fleste vet så tar dette ofte mye tid. Vi brukte også mye av vårt egeneide verktøy for å få jobben gjort. Deleleveranser tok også mer tid enn planlagt og siden vi til tider var avhengig av teknisk veiledning fra eksterne kilder måtte vi ofte vente på denne veiledningen før vi kunne fortsette arbeidet. Hele desember måned gikk bort til eksamensforberedelser, noe som gjorde at prosjektet lå dødt i denne perioden. Dette resulterte i at vi ikke rakk å fullføre prosjektet innen den første tidsfristen som var satt til den 23.desember 2010. Vi fikk forlenget fristen til slutten av januar 2011.

Mekanikk

Bremser og hjuloppheng

Bremser

Vi har brukt de originale bremsene som kom på Volkswagen 1300S Jeans, med trommelbremser foran og bak. Disse har vi pusset opp. Vi har kjøpt inn og montert nye bremsesko, pusset ned det lille av overflaterust som fantes inne i tromlene, og smurt opp mekanismen. Selv om vi har økt tørrvekten på bilen, holder vi oss godt innenfor totalvekten tillatt på kjøretøyet. Med en teoretisk toppfart på rundt 65km/t har vi også totalt sett mindre kapasitet for momentum og dermed lavere bevegelsesmengde. Håndbremsen er den samme som på original Boble, med muligheten til å justere bremseeffekten den gir.

Hjuloppheng

Bilen har torsjonsfjæring foran og bak. Når vi fikk bilen hadde den en såkalt ”Puma” justerbar forstilling fra den Søramerikanske VW Puma. Dette er en forstilling som er typegodkjent montert på bobler. Den er stivere enn originalforstillingen og brukes ofte av entusiaster da den har justerbar senkning. Denne forstillingen gjør at bilen ikke lider/krenger av den ekstra tyngden som batteriene foran har påført den. Forstillingen var Tectyl-behandlet før prosjektets start. Bak har vi brukt det originale hjulopphenget, men med helt nye støtdempere. Dette vil holde da motoren som vanligvis sitter helt bak ikke er der lenger. Vekten som vi har påført ved å sette inn 4 batterier under ”hattehyllen” vil ha en effekt, men siden den er foran bakakslingen vil den være jevnere fordelt enn originalt. Som nevnt har vi holdt oss innenfor totalvekten som er godkjent på Bobla, så vi vet at det originale (som også er i god stand) vil holde. Den registrerte totalvekta er på 1200 kg, og bobla veier pr. i dag rett opp under 1000 kg mot originalt 810 kg. Vi får da en nyttelast på 226 kg, det vil si 2 passasjerer + fører. Med en eventuell endring på kjøretøyet som ved montering av takgrind med solceller kan det da muligens bli nyttelast til kun 1 + fører. I følge regelverket skal faktiske sitteplasser gjenspeile det registrerte antall sitteplasser, så vi måtte fjerne baksetet.

Motor og drivverk

Motoren som originalt satt på vår Volkswagen Type 1 ble produsert fra 1972 og utover, og var en luftavkjølt firesylindret boxer-motor med forgassere, hvor sylindrene lå horisontalt, mot hverandre. Totalt motorvolum var på 1192 cm3 og den ytet 34 hestekrefter ved 3600 omdreininger i minutter. Motoren var koblet til en 4-trinns manuell girkasse som gav bilen en toppfart på rundt 115 km/t. I Statens Vegvesens register påstås det at den originale motoren hadde slagvolum på 1600 cm3, mens informasjon funnet på nettet *2, 3+ indikerer at vår ”Jeans Edition” boble fra 1974 mest sannsynlig ble produsert med 1200 cm3 slagvolum. Da vi ikke har hatt tilgang til den originale motoren er dette mest spekulasjoner. Ved prosjektets start var motor og girkasse tatt ut. Girkassen var tømt for olje, samt overflatebehandlet med Tectyl. Indre drivknutemansjett på høyre side var defekt, og clutch var ikke til stede.

Elektrisk motor

Nye elektriske motorer av størrelsen vi var ute etter er svært dyre, og av brukte motorer er de fleste brukt i anleggsmaskiner og ulike verktøy hvor de har operert som hydraulikkmotorer eller hatt lignende ”monotont” arbeid hvor deres effektivitetsområde ligger innenfor et relativt snevert turtallsregister. I tillegg er de sjelden laget for montering kun i den enden hvor akslingen de skal drive befinner seg. Etter forskning på lignende prosjekter i USA, viste det seg at drivmotorene i elektriske gaffeltrucker er laget for kontinuerlig bruk, og varierende turtall. Vi fikk snart kontakt med Toyota Truck Service på Rudshøgda i Hedmark. De hadde en gammel Clark CTM 16 S gaffeltruck som en gang gikk på strøm, men som nå sto ubrukt. De gav oss lov til å ta alt vi trodde vi ville trenge fra trucken, og den 17. September 2010 reiste gruppa opp og begynte prosjektet med å ta trucken fra hverandre. Denne trucken hadde to drivmotorer og én hydraulikkmotor. Vi bestemte oss for å bruke én av drivmotorene i trucken og ha den andre i reserve. Motoren er en såkalt ”serieswound DC motor”- eller ”serievunden likestrømsmotor” produsert av den tyske elmotor-produsenten Schabmüller kan kjøres opp til 2270 omdreininger i minutter. Mer om denne motoren i Elektrisk System.

Sammenkobling med bilen/girkasse

Motorene slik de satt i trucken, var festet med to 14mm bolter direkte til truckens differensial og kraften ble derfra, med en viss utveksling i differensialen, sendt direkte til framhjulene på trucken. Begge drivmotorene ble styrt individuelt av truckens kontroller, og i svinger ville motoren ytterst i svingen kjøre raskere enn den innerste. Ved vår ombygging ville vi beholde bilens originale girsystem, både av praktiske årsaker med hensyn til godkjenning, akslinger og lignende, men også på grunn av ytelse. Det å kunne gi motoren et lettere arbeid ved nedgiring i tunge motbakker minsker strømtrekket og varmeutviklingen og øker samtidig rekkevidden.

Clutchløs giring

Etter forskning på kraftoverføringen i biler med synkronisert manuell girkasse, samt grunnleggende prinsipper innenfor elektriske motorers virkemåte fant vi ut at bilen ville kunne gires uten bruk av clutch. I prinsippet fungerer dette slik: Ved giring i en bensindrevet bil med manuell og clutchet girkasse, vil såkalte ”synkroringer” i girkassen gradvis og ved hjelp av friksjon, øke eller senke farten på akslingen som kommer fra clutchen og motoren. Denne roterer fritt så lenge clutchen er inntråkket. Idet du for eksempel bringer girspaken fra 2. gir mot 3. gir i 40 km/t, vil farten på denne ”motorakslingen” synkroniseres med farten 3.-girs-akslingen har når bilens hjul beveger seg i 40 km/t. Idet giret ligger i 3. har de to akslingene samme rotasjonsfart, og akslingen som går mot clutchen og motoren har det turtallet motoren skal få etter at clutchen slippes. Clutchens jobb er så å gradvis bringe den tungrodde bensinmotoren til samme fart som hjulene i 3. gir. Om dette hadde skjedd uten clutch, ville all kraften som skal til for å bremse bensinmotorens hastighet gått over til synkroringene som etter kort tid ville gått i stykker. Om man forsøker å gire en bensinbil uten clutch, vil man høre en raspende lyd fra girkassen idet kraften fra motoren og kraften fra de rullende hjulene møtes direkte i synkroringene i girkassa. I en elektrisk motor er den indre friksjonen ufattelig mye mindre enn i en bensinmotor. Det er ingen stempler, taljer, veivakslinger, bensin eller luft, som må flyttes på eller endre hastighet raskt. Den elektriske likestrømsmotoren består av en roterende armatur med spoler på, inne i et ”hus” dekket innvendig med andre spoler. Ved riktig tilførsel av strøm (gjort av en kontroller) til armaturen og de fastmonterte innvendige spolene, skapes et magnetfelt som tvinger armaturen til å rotere til en viss posisjon i dette feltet. Men, idet armaturen når denne posisjonen, har kontrolleren skiftet strømretningen og dermed også feltretningen inne i motoren. Dette tvinger armaturen til å rotere videre til ”riktig” posisjon atter en gang, og kontrolleren sørger for at dette gjentas kontinuerlig i rask rekkefølge for å oppnå høyere og høyere rotasjonshastighet, avhengig av spennings- og strømstyrke. Kontrolleren styrer hastigheten på motoren avhengig av hvor stor motstand potentiometeret (eller ”pot-meteret”) yter. Pot-meteret er en variabel motstand styrt av en mekanisk arm som igjen er styrt av gassvaieren og gasspedalen. Når gasspedalen er nedtråkket gir pot-meteret beskjed til kontrolleren om stor motstand. Kontrolleren tolker dette og tilfører motoren mer strøm fra batteripakkene. Med foten av gasspedalen vil kontrolleren ikke tilføre noe strøm til motoren, og akslingen med armaturen vil rotere fritt, tilnærmet uten friksjon, avhengig av kulelagre o.l.

Derfor trenger ikke synkroringene en clutch til å gradvis verne seg mot kraften av en motor som må endre hastighet, så lenge gassen er inaktiv. Å spinne opp en strømløs elektrisk motor krever svært lite kraft, og synkroringene gjør dette uten vanskeligheter. Vi har derfor valgt en direkte mekanisk kobling mellom girkassa og den elektriske motoren, og dette fungerer utmerket i praksis.

Toppfart

For å kalkulere toppfarten på bilen fant vi en formel på nettsidene til en VW-entusiast som ved hjelp av faktorer som rotasjonshastighet på motoren, hjuldiameter, girforhold, differensialforhold kan kalkulere farten på en bil. Denne formelen har vist seg å være nøyaktig når den ble testet mot virkeligheten:

Girkasse.png
Girkasse2.png

hvor

  • rotasjonshastighet er motorens omdreininger i minuttet
  • girutveksling er gitt i x:1. Alle VW Type 1 hadde disse utvekslingene fra 1971 og utover [5]:
    • 1. gir: 3,78:1
    • 2. gir: 2,06:1
    • 3. gir: 1,26:1
    • 4. gir: 0,93:1
  • hjuldiameter er total diameter med dekk, gitt i tommer
  • differensialutveksling er utvekslingen i tennene i differensialen (som i vårt tilfelle alltid er 4,375)
  • konstanten (210) er beregnet ut i fra alle de roterende komponentene fra motor til hjul og inneholder også omjustering til kilometer i timen.

Vi kan dermed regne ut toppfarten i for eksempel 3. gir, vist til høyre. Som sagt, har denne formelen vist seg å være svært tro mot virkeligheten. Etter samme formel kan vi regne ut at toppfarten i 4. og høyeste gir vil være rett i overkant av 65 km/t. Ved større spenning over motoren (gitt tilstrekkelig kjøling) vil motorens og dermed også bilens topphastighet kunne forbedres, men dette ser vi ikke på som nødvendig med dagens ytelse.

Fysisk sammenkobling

For å montere den elektriske motoren til drivakslingen til en Volkswagen girkasse, måtte vi ha en spesiallaget adapterkobling. Undersøkelsene våre viste at et firma kalt NHS Transmisjoner i Kolbotn

var distributør for patenterte LoveJoy™-koblinger.
Lovejoy.png

De kunne maskinere ut tenner i disse koblingene som matchet de på girkasseakslingen og de på den elektriske motoren. Koblingen består av to biter hardt stål med en demper av hardplast i mellom. Den ene biten har tenner som passer over girkasseakslingen, mens den andre biten har tenner som passer over elmotorakslingen. Biten strammes til den respektive akslingen sin med normalgående umbracoskruer. I møtepunktet mellom de to bitene, er 8 store tenner som biter i hverandre gjennom en demper som i vårt tilfelle er laget av hardplast (vist i blått på bildet til høyre på en litt annen modell). Dette for å minske mekanisk slitasje på akslingene ved hurtig hastighetsendring. NHS Transmisjoner har forsikret oss om at koplingen er overdimensjonert i forhold til kreftene involvert i overføringen vår.

Adapterplate.jpg

Denne koblingen legger til en viss lengde i den totale avstanden mellom den elektriske motoren og clutchhuset hvor den festes til girkassa. På grunn av dette og på grunn av forskjellige boltmønstre, fikk vi konstruert ei adapterplate i aluminium som i girkasse-enden matcher de fire 12mm-hullene i girkassa til VW-motoren, og som i motor-enden matcher de to 14mm-hullene til montering av elmotoren. Denne plata ble først konstruert virtuelt i CAD-programmet SolidWorks etter de fysiske målene på delene involvert, og senere tegnet opp og sendt for å bli maskinert av en bekjent som jobber på industriparken på Raufoss.

Oppland Metall, som holder til i Hunndalen og er ledende i området på videreforedling og gjenvinning av metall, var svært behjelpelige med å skaffe emner til disse delene i aluminium. Adapterplata består av to deler (grunnet materialknapphet i dimensjonen vi opprinnelig ønsket) som på forhånd er skrudd sammen. Motoren skrus fast i adapterplata med 14mm bolter og disse boltes igjen fast på girkassa på bilen med de fire 12mm boltene som holdt bensinmotoren på plass. Idet motoren og adapterplata føres inn på girkassa møtes også de to delene i LoveJoy™-koblingen der den ene også inneholder demperen av hardplast.

Batterisikkerhet

Batteripakker

I bilen har vi to batteripakker à fire batterier hver. Fire av batteriene er plassert bak baksetet, mens de fire andre er plassert i lasterommet foran i bilen (senere flyttet vi et av de fremre batteriene bak forsetet for å få lovlig vektfordeling). For å sikre batteriene har vi brukt aluminiumsprofiler, Ø10 mm gjengestag, skiver og låsemuttere. Mer teknisk informasjon om batteriene finnes i "Elektrisk System"

Batterikasse 1 (fremre)

B1.jpg

Dette er de fire batteriene (etterhvert tre, grunnet flytting av det fremste batteriet for å få lovlig vektfordeling) som sitter foran i bilen. Vi har her kuttet av toppen av den originale bensintanken og brukt bunnen til å ha tre av batteriene i, mens vi for det fjerde batteriet har laget et feste i gropa hvor reservehjulet var. Det er skrudd fast aluminiumsprofiler i kantene nede i bensintanken som batteriene står på. Vi har også grundig sveiset fast firkantrør på hver side slik at verken batteriene i tanken eller i reservehjulsbrønnen ikke skal kunne bevege seg på tvers, horisontalt.

Styrkeberegning av batterikasse 1 (fremre)

Batteriet som er plassert hvor reservehjulet var (helt fremst i bilen), ville blitt knust ved en eventuell kollisjon i stor hastighet. Derfor har vi ikke regnet ut kollisjonskrefter på dette batteriet. Det samme gjelder de tre batteriene plassert i den modifiserte bensintanken. Dette vil da si at batteriene som er plassert i front av bilen mest sannsynlig kommer til å bli deformert ved en kollisjon. Allikevel er syra i geléform og eventuelle utslipp vil være kontrollerbare og lett la seg rydde opp. Om det samme skulle skje med vanlige syrebatterier/startbatterier ville syra flytt utover og vanskelig la seg oppsamle. Kortslutning av de fremre batteriene vil også kunne oppstå ved en kollisjon. I så tilfelle vil all strømmen i batteriene lades ut svært hurtig i bilens deformerte karosseri. Dette vil utvikle varme, men det er få om noen brennbare materialer ved den fremre batteripakken og bilens passasjerer vil ikke bli bindeledd mellom strømpolene i batteripakkene, noe som sikrer dem mot elektrifisering. I tillegg har vi montert ei 7 millimeter tykk pleksiglass-plate over batteriene. Denne vil isolere batteriene ved evt. deformasjon av panseret og vil heller bøyes enn knekkes/knuses. Det vil også monteres gummibelagte batterikoblinger på alle batteripoler for å ytterligere øke beskyttelsen mot kortslutning i en kollisjon. Vi monterte en sikring i batterikursen fremme som blir knust av en trestake skulle fronten bli deformert i en kollisjon og som dermed vil bryte strømkretsen før batteriene blir knust.

Batterikasse 2 (bakre)

Vwbatteriestebak2.jpg
Vwbatterikassebak.jpg
Vwbatterikassebakbak3D.jpg
B2.jpg
B2u.jpg

Denne batterikassen sitter bak baksetet og er i fartsretning sikret med en aluminiumsprofil i motorrommet som er festet sammen med aluminiumsprofiler på baksiden og forsiden av batteriene inne i bilen ved hjelp av 3 stk. Ø10 gjengestag, skiver og muttere. Det går også to ekstra gjengestag vertikalt ned i karosseriet som er festet med skiver og muttere på undersiden. Det er skrudd fast aluminiumsprofiler i karosseriet som batteriene står oppi for å forhindre glidning i bunnen. Over batteriene er det montert en fiberglassplate for å hindre fysisk kontakt med dem. Foran selve pakken er det i profilene montert en solid vegg i aluminium festet i en til, nedre profil.

Styrkeberegning av batterikasse 2 (bakre)

Vekten av fire batterier er 128 kg og vi regner på en kollisjon ved 60 km/t (16,67 m/s). Tidsintervallet fra sammenstøt til full stopp er satt 50 millisekunder, som er rimelig med tanke på bilens relativt enkle konstruksjon og at dagens biler som regel bruker 70 ms på et krasj ved 50 km/t. Ett millisekund er én tusendel av et sekund. Stagene vil ryke før aluminiumsprofilen i front ryker (pga mindre tverrsnittsareal) og vi regner derfor på stagene (gjør dette via bilde da Wiki-installasjonen ikke støtter matterformler for øyeblikket): Stagene er laget av ståltypen S235 som har en flytegrense på 235 N/mm2 og en bruddfasthet på 360 N/mm2. Ved en kollisjon ved 60 km/t vil derfor stagene holde og batteriene forbli fastspente.

Siste versjon av batterisikring bak. Montert vegg i aluminium, dekket av gummi på batterisiden og filt på kupésiden.
Vwstyrkeberegning.png


















.

Elektrisk System

Clark CTM 16 S
Skjema over elektriske komponenter. I ettertid er det fremre batteriet i batteripakke 1 flyttet til like bak førersetet for å bedre vektfordeling. Bryteren er også byttet til én enklere av/på bryter for begge pakkene

48V DC System

Generelt

I bobla har vi installert et 48V DC system. Dette systemet forsyner fremdriftsfunksjonene i bobla med strøm. I dette kapittelet skal vi se nærmere på hva dette systemet består av, hvordan det er bygd opp, teknisk systeminformasjon og hvordan systemet fungerer. Det elektriske systemet består av:

  • 8 stk serie-parallellkoblede 12V/110Ah gelbatterier fra Haze, levert av BatteriCentralen på Gjøvik
  • 48 V styrekontrollermodul fra Curtis. Modell 1205 200-serien.
  • 48 V, 5,2 kW DC-motor fra en Clark CTM 16 S, produsert av Schabmüller
  • DC-DC konverter, 48V 12V fra MILtronik (fra en Clark CTM 16 S)
  • 230V AC – 48V/30A DC lader fra Nuova Elettra, levert av BatteriCentralen.
  • 3 trinns 500A (max) hovedstrømbryter fra BatteriCentralen (i ettertid byttet ut med en totrinnsbryter for begge batteripakkene under ett)
  • Gassmodul med innebygget justerbar motstand (pot.meter)
  • 1 stk 500A hovedsikring/sikkerhetssikring
  • 1 stk 16A sikring
  • 3,0 kvadrat kobberledning
  • 3,5 kvadrat kobberledning

For å få et rent 48V system måtte vi serie-parallellkoble 8 stk 12V batterier. Vi koblet 4 stk batterier i serie for å oppnå 48V (12V x 4 = 48V). For å oppnå lengre kjøretid paralellkoblet vi inn en ekstra seriekoblet pakke (110Ah x 2 = 220Ah). Det sitter én batteripakke foran, under panseret og én bak baksetet. Pakkene har 48V/110Ah hver, men 48V/220Ah til sammen. Da skal bilen i teorien kunne kjøre i 2,2 timer på flatmark i konstant hastighet. Disse beregningene er basert på teori og det viser seg stadig vekk at teori ikke alltid stemmer med praksis. I praksis vil systemet ha varmetap og friksjonsenergitap så kjøretiden vil nok bli redusert til ca 1,5 timer. Systemet vil også bli utsatt for både varierende temperatur og luftfuktighet som kan påvirke det i forskjellig grad. I ettertid er det fremste batteriet i bilen flyttet for å forbedre vektfordelingen, samt at hovedbryteren er byttet ut i en større bryter som taklet høyere strømstyrker bedre. Etter endel prøveturer o.l. finner vi at høyere arbeidsspenning (da med en sterkere motor) nok hadde vært å foretrekke grunnet varmetap og lavt maksimalt motorturtall.

Batterier

Haze Batteries 1
Haze Batteries 2

Vi benyttet gelbatterier fremfor vanlig syrebatterier siden gelbatteriene har bedre egenskaper enn vanlige blybatterier:

  • Bra syklusegenskaper
  • Ingen avgasser
  • Ingen syrelekkasjer
  • Bra miljøvennlighet
  • Teknisk informasjon:
  • Starteffekt ved 0ºC: 766
  • Kap. Ah/20t: 104 (gått ut ifra ca 110Ah i beregninger som teoretisk batteriytelse)
  • Kap. Ah/100t: 116
  • Lengde: 329 mm
  • Bredde: 173 mm
  • Høyde: 239 mm
  • Vekt: 32,2 kg
  • Polstilling: + til venstre
  • Poltype: Standard startpol og skrupol (han) for vingemutter
  • Ladespenning: 13,6-14,4V

Bilen bruker 8 stk slike 12V 110Ah gelbatterier fra Haze som ble levert av BatteriCentralen på Gjøvik. Vi trengte batterier som har gode ladesyklusegenskaper siden batteriene skal lades ut og opp igjen en god del ganger. Siden gelbatteriene ikke inneholder flytende svovelsyre vil det ikke oppstå lekasjer som kan skade både mennesker, dyr og natur. Dette synes vi var viktig siden miljø er en viktig faktor, ikke bare i prosjektet, men også i samfunnet rundt oss. Under ladning utvikles det heller ingen gasser slik det gjør med vanlige syrebatterier. Disse egenskapene er viktige for vårt bruk og derfor falt valget på gelbatterier. Vi vurderte å bruke Lithium-batterier, men disse batteriene ligger mye høyere i pris. På grunnlag av dette og det faktum at Lithium-batterier kan være ustabile under bruk og lading så ble det bestemt å ikke satse på denne type batterier.

Kontrollermodul

Curtis Kontroller
Curtis Kontroller koblingsskjema

Kontrolleren mottar signaler fra gassmodulen om hvor mye strøm motoren skal få, avhengig av hvor hardt sjåføren trør på gasspedalen. Vi fikk opprinnelig en kontrollermodul som vi demonterte fra Clark trucken. Denne kontrolleren var tilpasset “dobbelmotor-systemet” i trucken og siden vi skulle ha et “en-motor-system” måtte vi prøve å overstyre denne kontrolleren til vårt bruk, altså at den skulle håndtere en motor. Vi var i kontakt med sjefsingeniøren hos Clark i Tyskland og han mente at det var vanskelig å overstyre/ombygge kontrolleren. Selv om dette så ut til å være vanskelig ville vi gjøre et forsøk allikevel. Vi studerte elektriske skjemaer over kontrollermodulen, kabling og tilhørende komponenter og prøvde å finne løsninger på hvordan vi skulle koble kontrolleren opp mot vårt system. Dette var innviklet og vanskelig og dette resulterte i mange dager med frustrasjon. Vi prøvde forskjellige koblingsløsninger og testet dem ut, men da det er høye strømmengder i systemet var vi veldig forsiktige under testing på grunn av faren for eventuell kortslutning som kunne føre til brann. Vi måtte etterhvert innse at vi ikke mestret denne oppgaven, med tanke på vanskelighetsgrad og at vi faktisk hadde begrenset med tid. Vi bestemte oss derfor å investere i en høykvalitetskontrollermodul fra Curtis. Denne kontrolleren er veldig allsidig og passer til de fleste 48V system. Kontrolleren er en Curtis 1205-2__. Denne er ulik den som satt i trucken originalt, og kan gi opptil 350 Ampere i 2 minutter, 250 Ampere i 3 minutter og 150 Ampere kontinuerlig (også kalt ”60 min rating”)

Motor

I starten av prosjektperioden fikk vi tilbud om en brukt el-motor fra en skrotet Clark-truck. Denne trucken befant seg på Toyota Material Handling på Rudshøgda. Vi tok turen dit og skrudde ut motor og andre komponenter som vi kunne bruke i bobla. Motoren er produsert av Schabmüller for Clark Material Handling. Siden motoren var smussete ble den renset og klargjort med trykkluft og elektronikkrens før montering. Motoren har en oppgitt kontinuerlig ytelse/”60 min rating” på 5,2 kw fra produsenten, og vil da etter formelen for elektrisk effekt hvor I er strømtrekk, P er effekt og U er spenning, trekke rundt 110 Ampere: P = U ∘ I P = 48V ◦ 108A P = 5,2 kw

Allikevel kan den som med andre elektriske motorer ha en effekt høyere enn oppgitt effekt ved høy belastning og lave turtall. Jo høyere belastning/større arbeid motoren har å jobbe med, jo mer strøm trenger den for å utføre arbeidet. Vår kontroller, som kontrollerer tilførsel av strøm fra batteripakkene og til motoren, er en Curtis 1205-2xx. Denne er ulik den som satt i trucken originalt, og kan gi opptil 350 Ampere i 2 minutter, 250 Ampere i 3 minutter og 150 Ampere kontinuerlig (også kalt ”60 min”) [3]. Med andre ord kan motoren ha en effekt på opptil

P = U ∘ I

P = 48 ∘ 350

P = 16,8 kw (22,5 hk) i 2 minutter.

Selv med en virkningsgrad på rundt 80% grunnet varmetap og friksjon, vil motoren allikevel periodevis og på riktig turtall kunne yte i underkant av 13,44 kw (18 hk). Ved samme formel får vi da opptil 12 kw (16 hk) i 3 minutter og 7,2 kw (9,5 hk) kontinuerlig, avhengig av arbeidet og varmeutvikling. Det er montert 2 vifter i pleksiglasset over motoren som trekker kald luft fra luftinntaket bak ned i motorrommet, samt at motoren har en roterende vifte på enden som er med på å trekke varmluft ut. Dette for å hindre overoppheting og påfølgende effekttap. Det bør også nevnes at motoren har full effekt og fullt moment fra 0 omdreininger i minuttet, hvor bensinmotorer ofte ikke har sin påskrevne effekt før 4000-6000 omdreininger. Maks turtall på vår motor er 2270 omdreininger i minuttet. Dette er lavt og egentlig svært uønsket, men da en ny motor ville kostet en del, gikk vi for denne. Da får man heller gire litt oftere.

Motorrom
Motortegning fra produsent

-artikkel uferdig-