Estrela elétrica

Estrela elétrica

Estrela elétrica

Depois de já termos falado um pouco sobre o motor, o controlador e a bateria, vamos agora falar um bocadinho sobre o que nos falta para completar o leque dos 5 principais componentes de um VE – o conversor DC/DC e o carregador. Com os 5 bicos completos e conectados entre si, a nossa estrela elétrica já pode brilhar numa qualquer estrada ainda sem muitas constelações. Sintamo-nos então orgulhosos por fazer parte de um novo universo.

Vou falar-vos de um equipamento fundamental em qualquer VE, o conversor DC/DC. Como o próprio nome sugere, este equipamento tem por missão converter energia DC em… energia DC. Não perceberam? Eu explico. A nossa bateria de tração tem a tensão necessária para operar o nosso motor elétrico, mas esta tensão não é a indicada, por exemplo, para o sistema de luzes do veículo. Enquanto que o sistema elétrico de luzes, buzina, piscas, etc. funciona a mais baixa tensão, normalmente 12V, o sistema de potência ou tração funciona a tensões muito mais elevadas, no caso da Morcega a 76V. Para que seja possível a bateria de tração fornecer, também ela, energia para o nosso sistema de 12V, é necessário um componente que não é mais do que o nosso conversor DC/DC, capaz de transformar ou converter uma tensão noutra. Parece simples e efetivamente é, só temos agora de nos focar nas caraterísticas do conversor, nomeadamente, a tensão da nossa bateria e a potência necessária do nosso equipamento que vai ser alimentado no sistema de 12V. Neste momento, a tensão da nossa bateria já deve ser algo do nosso conhecimento mas determinar a potência do equipamento que pretendemos alimentar já não é tão direto. Para o sabermos, deveremos imaginar o pior cenário, i.e., deveremos contabilizar o somatório da energia necessária de todos os dispositivos que irão ou poderão estar ligados em simultâneo. Aqui, como aliás no resto das matérias como vos tenho vindo a aconselhar, convém especificarmos alguma margem, não só para podermos amanhã ligar mais alguma coisa a este sistema, se necessário, mas também para que o nosso conversor não esteja a funcionar no seu limite.

DC/DC de 72V 400W 30A

DC/DC de 72V 400W 30A

Em termos de conversor DC/DC para a Morcega, eu optei por instalar um Kelly da série KDCC, capaz de converter 72V (operation voltage 67V-84V) em 13,5V, para um máximo de 400W a 30A. Podem consultar aqui http://kellycontroller.com/kdcc-series-dcdc-converter-72v-to-135v-400w-30a-p-1248.html?osCsid=5brheh1q3gu4ilb89ptanfr992 mais alguns detalhes deste conversor.

Se estão atentos, devem ter reparado que a tensão de saída deste conversor é 13,5V e não 12V. Não tinham reparado? Não faz mal, eu ia falar disso na mesma. Embora a Kelly Controllers tenha um DC/DC exatamente igual a este mas com uma tensão de saída de 12V, eu optei por um de 13,5V. Passo a explicar porquê…

Já vimos que temos um sistema elétrico de tração, responsável pelo controlo do motor e que opera a uma tensão elevada, e um sistema distinto de 12V para os restantes dispositivos. Uma vez que é muito mais fácil e seguro trabalharmos com equipamento a 12V, é neste sistema elétrico que devem ser montados os mecanismos de segurança responsáveis pelo acionamento do circuito de tração. Vamos a um exemplo. No caso da Morcega, quando rodamos a chave da ignição, estamos a atuar sobre mecanismos implementados no circuito do sistema de 12V, mecanismos esses que irão contribuir para o “despertar” do controlador no sistema de tração. Dois reparos na frase anterior, “No caso da Morcega(…)” e “(…)irão contribuir(…)”. Vamos lá então à explicação, agora, passo a passo.

No caso da Morcega (…) ” – Para fazer funcionar o DC/DC da Kelly, é necessário primeiro que tudo ativar o conversor com a tensão do pack, só depois disto é que temos os 12V na saída. Ora, eu não queria ter os 76V necessários a esta ligação a passar nos contactos do canhão da chave de ignição. Se o fizesse, de cada vez que acionasse a chave iria originar umas ‘xipas’ nos contactos do canhão, situação que iria gradualmente arruinar esses mesmos contactos, até que estes deixassem de funcionar. Em vez disso, optei por usar um relé, cuja bobina ativada a 12V fornece a tensão necessária ao DC/DC e é esse relé que está no circuito em série com a ignição. “Mau, mas se é o DC/DC que transforma 76V em 12V, onde é que eu vou buscar 12V para o relé ativar o DC/DC?”. Talvez agora seja mais claro, o motivo pelo qual se continuam a utilizar baterias de chumbo nos VE. “Porquê de chumbo?” Calma, já lá vamos… dizer só que com a instalação de uma pequena bateria de chumbo de 12V, consigo alimentar alguns dispositivos (como este relé da ignição, por exemplo), sem recorrer à artilharia pesada, leia-se ‘bateria principal’. Algumas vezes, designa-se este mesmo circuito de Circuito de Controlo, precisamente por ele ser responsável pela ativação do outro circuito, Circuito de Tração. O recurso a uma bateria extra, tem ainda a vantagem de não gerar consumo na bateria principal quando o veículo não está em utilização, como seria o caso de um alarme instalado, por exemplo.

(…) Irão contribuir (…) ” – …irão contribuir porque a ignição, é apenas o primeiro nível de segurança para a ativação final e utilização do controlador/motor. Mais tarde, falar-vos-ei destes níveis de segurança. Por agora, ficam com a ideia de que rodar a chave na ignição, por si só, não garante a ligação do motor.

Voltemos agora às opções do conversor DC/DC, de 13,5V versus 12V. É um facto que eu poderia ter optado por um de 12V e para ser sincero, até cheguei a adquirir um. A inexperiência leva-nos a estas coisas e, mais tarde, quando decidi manter uma bateria auxiliar para o que atrás expliquei, lembrei-me que esta também deveria ser carregada quando necessário. Foi então que me lembrei de implementar um mecanismo de carga desta bateria auxiliar, a partir da bateria principal e de uma forma autónoma, que dispensasse a minha atenção. Se pensarmos que um carregador de bateria Pb, de 12V, funciona a uma tensão de 13,5V-14V, se calhar já estão a ver porque optei pelo DC/DC de 13,5V, certo? Deste modo, não só tenho o DC/DC a converter energia da bateria principal para o circuito de baixa tensão (luzes, piscas, etc.), como também o tenho em utilização na tarefa de carregamento/manutenção da bateria auxiliar de 12V. Lá se vão dois coelhos com uma só cajadada…

Se estiverem realmente atentos, devem estar a questionar a utilização de uma bateria Pb e não de uma Li. Se não questionaram eu questiono por vocês, não se preocupem. Depois da trilogia sobre baterias devem ter alguma pista, digo eu, se não tiverem é porque o autor é mesmo mauzinho. É verdade que seria muito mais ‘clean’ recorrer a outra química como o Li mas, como já o referi, as caraterísticas das baterias de chumbo não fazem destas más baterias, é preciso é utilizá-las para as opções certas e esta é, no meu entender, uma dessas opções. Eu expliquei anteriormente os cuidados que as baterias de Li requerem, nomeadamente o facto de não poderem ser sobrecarregadas. Só este aspeto complicaria e muito a sua utilização para a finalidade de que vos estou a falar, pois esta bateria de Li iria necessitar de ‘outra atenção’. Esta é uma grande vantagem das Pb, i.e., uma vez carregadas não entram em sobrecarga e mantê-las carregadas acaba por ser uma brincadeira de criança.

Acabei de vos revelar agora, a utilização que faço do meu DC/DC e da minha bateria auxiliar Pb de 12V e 4,5A. Assim que rodo a chave na ignição, estou a ligar o conversor. Nesse momento, o meu circuito de 12V é inteiramente alimentado pela bateria principal e início também nesse mesmo momento o processo de manutenção/carga da bateria Pb auxiliar. O que quer que estava a ser alimentado anteriormente pela bateria auxiliar de chumbo, é agora alimentado pela bateira de tração.

Como? Se podia não complicar? Podia, claro que sim. Podia não utilizar esta bateria auxiliar nem sequem o relé que vos falei para a ignição. A justificação que vos dei para o ter feito desta forma, podia ser contornada com outras técnicas e até se calhar com um outro sistema de ignição mas… este é o meu VE e eu faço como souber e quiser. No DIY somos livres nas nossas escolhas e viva essa a liberdade!

Por último, falo-vos de carregadores. Já todos devem ter uma noção do que é e para que serve um carregador de baterias. Sem eles, não conseguiríamos reutilizar o nosso veículo, pois são os responsáveis pela reposição da energia na bateria. Primeiro, é importante escolhermos um carregador adequado à tensão da nossa bateria e à química desta. Só depois é que devemos valorizar outras caraterísticas, tais como a velocidade de carga, dimensão, etc.

Carregador de 72V / 10A

Carregador de 72V / 10A

 Para a Morcega, eu optei por montar um carregador onboard, i.e., um carregador que ficasse instalado permanentemente na mota. Como em tudo, esta opção tem vantagens e desvantagens, a começar pelo peso que transportamos. Este é o preço a pagar para poder carregar a Morcega em qualquer lugar onde houver energia elétrica, ou seja, virtualmente em qualquer lado. Pode não ser fácil conseguir ligar a mota à tomada, mas seguramente compreenderão que, especialmente na malha urbana, é mais fácil carregar um VE do que pôr combustível num CI, pois há energia elétrica ao voltar de qualquer esquina. Literalmente! Ele é no cabeleireiro, no café, na padaria… Sem vos provocar mais, dizia eu que optei por um carregador transportável. Como é fácil de compreender, este tipo de carregadores é uma espécie de compromisso entre dimensão, peso e corrente de carga. Um compromisso que ainda assim me permite numa hora, repor o equivalente a 17km de autonomia na Morcega.

Escolhi um Kelly Controller F7210-72V/10A http://kellycontroller.com/f7210-72v10a-charger-p-487.html, que funciona a 220V e faz 10 amperes de corrente máxima. É um carregador de aproximadamente 3,6kg e de dimensões compactas e compatíveis para uma instalação permanente numa mota.

Atenção às especificações do carregador, na altura da aquisição. Deveremos informar o vendedor acerca da bateria que irá ser utilizada com o carregador, para que este proceda a qualquer ajuste de parâmetros que seja necessário fazer. Lembremo-nos nessa altura, que não devemos carregar a bateria até ao seu limite, pelo que é bom indicarmos ao vendedor o valor máximo pretendido.

Mais uma vez, fui traído pela minha inexperiência quando se tratou de ir às compras.  Quando comprei as células da bateria, tinha em mente usar 24 células mas comprei mais uma para ter de reserva, caso necessário. Acontece que a aquisição da bateria, foi a última coisa que fiz e quando chega o carregador, vejo que tinha dado especificações à Kelly um pouco diferentes. Como já não seria viável submeter o carregador à Kelly para nova reprogramação, a única opção possível seria jogar com o número de células montadas em série, colocando ou retirando células, de forma a obter a tensão mais ajustada ao pretendido. Foi assim que terminei o pack com 23 das 24 idealizadas inicialmente.

É fundamental informarmos também sobre a química da bateria que vai ser usada. Não que a energia para umas químicas seja com ketchup e para outras com maionese (poderia ter apostado convosco, em como conseguiria introduzir as palavras ketchup e maionese num mesmo parágrafo de um post sobre uma conversão que já teria ganho) mas porque obedece a métodos de carregamento distintos.

Grosso modo, o carregamento de uma bateria de Li tem uma fase inicial de corrente constante (CC – Constant Current,  como é vulgarmente designada), em que o carregador vai dar a corrente máxima que conseguir até a bateria atingir certos parâmetros de tensão. Uma vez esses parâmetros atingidos, o carregador entra numa fase mais ‘calma’. Trata-se de uma fase em que vai estabilizar a tensão (CV – Constant Voltage) à custa da redução progressiva da intensidade de corrente. O carregador passa automaticamente de CC para CV, antes de desligar. A carga deverá terminar, quando a tensão estabilizada for conseguida com uma corrente abaixo dos 0,05C. Concluído o carregamento, é natural verificar-se de imediato a tensão da bateria a baixar. Ela irá continuar a baixar até atingir um valor estabilizado de 3,3V por célula, isto no caso das baterias com a química LiFePO4.

A fase CC é a fase em que ocorre a esmagadora percentagem do carregamento, e a fase CV a fase de ‘enchimento final’. Se pensarmos em cargas rápidas, é na fase CC que podemos atuar. As minhas células, segundo o fabricante, podem ser carregadas com corrente máxima de 3C. O meu pack de 60Ah pode assim ser carregado a 180Ah. Surpreendam-se! Sim, teoricamente conseguiria ter o meu pack carregado em cerca de 20 minutos. V-i-n-t-e !!! Percebe-se agora que uma das limitações à mobilidade elétrica está na própria infraestrutura, pois não seria nada fácil fornecer intensidades de corrente desta ordem. A fase final ou fase CV, nunca poderia ser concluída a estas cadências, pois iria gerar um grande aquecimento nas células e já se sabe que o excesso de temperatura é prejudicial à longevidade. Entendemos agora também, porque se diz normalmente que um carregamento rápido carrega 80% da bateria em ‘x’ minutos.

Procurei ao longo destes posts desmistificar o que é um VE, sem nunca perder o foco da minha conversão. Falei dos 5 principais componentes de um VE, explicando para que servem e quais equipam a Morcega. Procurei ser didático com a minha explanação e se acabei por fazer germinar em ti a curiosidade pelos VE’s, então dou por bem empregue todo este meu trabalho.

Os posts que se seguem são da responsabilidade do seu autor e não devem ser imitados na garagem, sob pena de ficares VE-addicted.

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2 Responses to Estrela elétrica

  1. Nuno says:

    A mim parece-me é que está no inicio, de outra fase. O nosso Amigo ganhou balanço e como tem uma escrita fluída percebeu como é difícil não continuar a descascar a cebola e mostrar-nos a beleza dos detalhes de cada camada, como estas coisas são uma revelação constante e nos fazem querer mostrar sempre mais (diz-me que estou certo, diz-me que estou certo, diz-me que … 😀 ). Um blog não é um livro, portanto podemos sempre voltar a assuntos do passado.

    Carregadores é uma área que ainda acho que tem uma relação funcionalidade/preço muito fraca face ao que podia ter, nomeadamente em relação à programabilidade. Quando a diferença entre um carregador para 23 ou 24 células é o valor de 2 ou 3 bytes ou a posição exacta de um potenciómetro, acho que os carregadores “mais simples” disponíveis no mercado são muito caros.

    Quero ir pá garagem!!

  2. Helder says:

    Like!

    Sim, converter ou desenhar um VE implica … escolhas! Porque como em tudo na vida, há sempre “n” maneiras de “esfolar o gato” (coitado…).

    Tu escolheste dentro do que achaste melhor e mais adequado a tua situação. Perfeito!
    Espero continuar a ver mais post, dado que o ultimo paragrafo da a entender que terminaste a tua intenção? 🙂

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