Схема детского электромобиля 12 вольт с двумя моторами

ДЕТСКИЙ ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ

В последнее время в продаже появилась очень интересная игрушка — детский электромобиль. Раньше о таком можно было мечтать, но вот теперь такие девайсы стали вполне доступны, и как следствие — популярны. Вот и я упил внуку такой электромобиль, в процессе эксплуатации которого сразу возникло желание его модернизировать. Ниже приводится его краткое описание:

Ходовая часть имеет два двигателя на напряжение 12В, соответственно такое и и бортовое питание — электромобиль работает от двух аккумуляторов по 6В 8ампер. Имеется пульт дистанционного управления, многофункциональный руль с музыкальными сигналами и возможностью подключения МР3 плеера, открывающиеся двери, ручное переключение направления движения взад-вперед, звуковой сигнал, зеркала заднего вида, передние фары.

Характеристики детского электромобиля:
· Подходит для детей до 7 лет
· Ремни безопасности
· Пульт радиоуправления
· Приводится в движение с помощью педали газа: давление – ход, отпускание — остановка
· Привод задний
· Аккумулятор 2х6V
· Две скорости движения
· Максимальный вес пассажира 45 кг.

Сам электромобиль довольно неплохой, но выскажу свои наблюдения и некоторые минусы конструкции:

1. При подключении МП3 звук очень некачественный.
2. Фары включаются автоматически при движении только вперед.
3. При начале движения машина резко дергается с отрывом передних колес от земли. Это происходит в следствии того, что аккумуляторы расположены под сиденьем и их вес выходит за пределы задней оси.

После разборки и осмотра было принято решение произвести ряд доработок.

1. Перенести аккумуляторы на свое место под капот — как у всех нормальных машин.
2. Добавить еще один аккумулятор на 6 в для дополнительной подсветки.
3. Сделать ближний и дальний свет фар на светодиодах.
4. Поставить подсветку в задние подфарники.
5. Поставить подсветку в верхние подфарники.
6. Сделать нормальный усилитель с колонками для подключения МП3 плеера.
7. Сделать устройство плавного пуска двигателей электромобиля.

После того, как план составлен, приступаем к модернизации.

Снимаем передние фары и видим в них обычную лампочку накаливания! Причём стоит одна лампочка, хотя там место конструктивно предназначено для двух. Да и лампочка очень слабая.

У меня были готовы уже рассеиватели на ближний свет с углом рассеивания 65 градусов на дальний 45 и светодиоды на радиаторах.

Итак, сделал по два отверстия в фарах по 22 мм там место было как раз для них. Установил светодиоды с рассеивателями, подключил попарно, собрал все назад и откорректировал дальний и ближний свет. Закрепил все силиконовым пистолетом.

Аналогичным образом сделал и задние подфарники — там вообще не было подсветки, хотя тоже есть место под два светодиода. Поставил по два 10 мм светодиода.

Все это дело объединил под одним трехдиапазонным выключателем (вывел его на торпедку) и отдельным аккумулятором.

Переставил аккумуляторы под капот, вперед, и добавил для подсветки еще один аккумулятор. Теперь свет можно включать в любое время — задние подфарники включаются и при дальнем и при ближнем свете.

На этом закончим с основными светодиодами, доделаем габаритные подфарники.

Сначала для красоты решил вставить туда тоже светодиоды, но так как она снимается и дома не используется (чтобы легче проезжать под столами) то она будет автономна. Для этого я ее разобрал, там на отражатель была приклеена тонкая фольга. Решил сделать более качественный отражатель, из тонкой жести (консервной банки). Тоже поставил по два 5мм светодиода, вставил туда источник питания и вывел выключатель. На второй подфарник сделал отвод питания.

Ещё сделал в электромобиль мигалку, но после первой же вечерней прогулки решили от нее избавится, так как она раздражает.

Теперь сделаем небольшой аудиоусилитель с колонками, для подключения МП3 плеера. А основой для нашей новой автомузыки будет вот такой девайс

Брал его когда-то для ноутбука — там был звук тихий, лэптопа уже нет давно, а вот это дело осталось. Это как раз колонки и усилитель — все в одном флаконе. И кстати звук довольно приличный, как для такой маленькой акустики. Питание у него 4 пальчиковых батарейки, итого как раз 6 вольт, которые есть специально для подсветки.

А вот теперь самое главное, ради чего все это затевалось — плавный пуск двигателей. Много лазил по форумам и оказалось что практически все схемы работают на шим-регуляторе. То тесть от переменного сопротивления, переделывается педаль газа. Однако данный детский автомобиль имеет дистанционный пульт управления и вся электронная схема сидит на нем. Педаль газа просто микрик — жмем, едет, отпускаем — стоит. Кроме того внуку еще только годик, поэтому управлять электромобилем ближайшие полгода будем мы. При изучении схемы автомобиля было выяснено, что на первой скорости (скорости переключаются в ручную на торпедки авто) двигатели включаются последовательно друг другу и на каждый идет по 6 вольт. Скорость движения около 4 км/час. На второй скорости двигатели переключаются параллельно, и на каждый идет по 12 вольт, скорость движения при этом около 8 км/час. В общую схему заходит 12 вольт, а там уже через реле она дает выход на двигатели, включается первое реле идет (+12) машина едет вперед, включается второе реле идет (-12) соответственно машина едет назад. Так же стоят еще два реле на включения поворота руля влево и в право.

Поэтому решил отделить питание двигателей на движения вперед и назад, и запустить через шим. Кроме этого схема плавного пуска должна быть постоянно выключена и включатся только когда включается реле вперед или назад. Для этого было задействовано еще одно реле для шим регулятора, она включается и от первого реле и от второго реле которое дают импульс движения вперед и назад, чтобы не было двойных срабатываний, питание на реле идет через отдельные диоды. В процессе экспериментов собрал и опробовал несколько разных схем, и остановился на вот этой (спасибо Максиму lackys)

Очень плавная — до полной мощности она набирает за 5 секунд, мне этого даже много, поэтому уменьшил ёмкость С1 до 47 мкф и соответственно уменьшилось время полного старта до 2 секунд. Также заменил управляющий транзистор на IRF1405. Он по даташиту 169А, что вполне хватит.

Естественно поставил транзистор на радиатор. Шим-регулятор плавного старта в сборе:

1. белые провода питание для шим через реле, под кембриками диоды.
2. черный (-)
3. красный (+)
4. оранжевый ( выход плавного пуска)
5. Попался разъем от компа но 4 пиновый не стал мудрить добавил дополнительный пин отдельно и все.

Вид с задний стороны платы с изображением группы контактов реле, и питания реле.

Место разреза дорожки в плате чтобы отделить питание для двигателей и запустить его через шим. Разрезается одна дорожка минусовая и подается туда выход с шима. Дополнительной перемычкой минусовое питание подается на плату чтобы вся остальная часть платы была запитана. На фото точки пайки шима к плате.

Вот и все, в результате тестирования и полевых испытаний все остались довольны.

Источник

Переделка детского электромобиля на литий

Доброго времени суток, читатели Муськи!
Сегодня я расскажу вам про переделку детского электромобиля на литий.

Детский электромобиль был куплен в 2011 году примерно за $190. Выбирал из большого количества вариантов. Данный лучший по исполнению электрики. Трэша китайского насмотрелся при выборе много…
Первоначально только доработал крепление мотора т.к. он ходил ходуном…
А также установил выключатель. В электромобиле есть радио управление и оно постоянно кушает батарею:

Автомобиль служил верой и правдой старшему сыну пока свинцовая батарея не вышла из строя. Батарея 6В 10Ач в принципе ещё живая, но мотор с ней уже стартовать не может. Заряжал я батарею только хоббийной зарядкой видимо поэтому столько выдержала (изготовлена в 2010 использовалась до 2018)

Младший сын уже был готов водить электромобиль и я решил перевести электромобиль на литий. Также я решил увеличить ёмкость батареи в 2 раза и поставить что то типа панели (вольтметр, амперметр, ваттметр)
Для этого были куплены (за свои):

Банки оригинал Panasonic NCR18650B. Брал по флэшсайлу

$11 за 4 шт в пластиковой коробочке. Для батареи 2S6P нужно 12 банок (3 упаковки по 4 шт)
https://www.gearbest.com/batteries/pp_189823.html
(Сейчас возможно взял бы EAIEP с Али ибо дёшево и сердито для такого проекта. Оригинальные Панасоники дороговаты хотя хороши.)

Сборка:
Беру прибор контактной сварки:

А также держатели, банки и никелевую ленту. Собираю батарею 2s6p

Подключаю BMS, xt60 выход на мотор и вход xt60 для зарядки, также припаиваю балансировочный разъём. Заряжаю с помощью хоббийных зарядок.

Устанавливаю батарею на место:

На панель электромобиля был установлен вольтметр/амперметр/ваттметр с oled дисплеем от RD

Детям на забаву типа панель автомобиля, мне смотреть сколько съели за поездку батареи… На солнце видно хорошо. Я писал уже, что надо было ставить на 10А, но у меня была в наличии 3А версия, а заказывать и ждать не хотел.

Испытания

Электромобиль после перевода на литий работает год, проблем нет.
Всем спасибо за внимание!

Источник

Электроника электромобиля

Мой хороший знакомый задумал сделать электромобиль. Что из этого получилось — можно ознакомиться хотя бы по ссылке Sreampunk Trike Игоря Яровенко. Так уж получилось, что ему попался электродвигатель последовательного возбуждения мощностью ориентировочно 5 кВатт при напряжении 80 Вольт. Откуда этот двигатель — история умалчивает.

Особо следует отметить, что электромобиль — это сильнотоковая электроника, которая не прощает ошибок в монтаже и расположении проводов. За кажущейся простотой принципиальной схемы скрывается важность соблюдения монтажа всех элементов схемы. И если при питании от 12-24 Вольт последствия неправильного монтажа и компоновки не столь значительны, то при использовании напряжения 70-80 Вольт результаты неправильной компоновки могут быть весьма плачевны. Собственно практически найденные косяки и недостатки послужили поводом для написания данной статьи.

Неправильно расположенные провода или элементы, как минимум, могут привести к сильному нагреванию, а чаще всего в проводах происходят паразитные наводки, способные вывести устройство из строя. Неоправданно длинные провода, собранные в один жгут сигнальные и силовые цепи, отсутствие развязок по питанию — это наиболее явные ошибки. Особенно этим грешат конструкции, выполненные навесным монтажом, который чаще всего используют неспециалисты в области силовой электроники. Именно по этой причине и сгорел (именно сгорел с дымом и пламенем) первый комплект электрооборудования (отмечу, что его изготавливал не я). Первый вывод — использовать навесной монтаж нежелательно. Второй (а может даже и первый) — всегда необходимо в силовой части использовать плавкий (именно плавкий, а не электронный) предохранитель. Третье — все коммутации по питанию должны производиться контактными группами.

Перейдем непосредственно к описанию схемы. Питание электромобиля осуществляется от 6 стартерных автомобильных аккумуляторов. Таким образом получаем напряжение питания порядка 80 Вольт. Для управления двигателем применен простейший ШИМ-регулятор на основе микроконтроллера PIC12F675. Почему именно микроконтроллер? Да просто планировалось дальнейшее расширение функционала (правда уже и не помню в какую сторону). Микроконтроллер управляет через драйвер IR4227 четырьмя мощными полевыми транзисторами IRFP260, в цепь стока которых подключен электродвигатель. Таким образом можно разделить управляющую часть схемы (микроконтроллер, драйвер) и силовую часть (транзисторы, электродвигатель). Питание управляющей части реализовано посредством блока питания на микросхеме KA3842, включенной по типовой схеме. Первоначально для этих целей использовался готовый блок питания на данной микросхеме с выходом на 15-18 Вольт. Было проверено штук 5 подобных блоков питания и все они отлично запускались при напряжении вплоть до 60 Вольт. Правда при этом не проверялся максимально выдаваемый ток. Далее через стабилизатор 7805 питается микроконтроллер.

Рассмотрим работу блока электроники.

При замыкании кнопки BUT1 (в электромобиле она соответствует как-бы ключу зажигания) подается питание на реле RL1. В целях снижения нагрева обмотки реле и для защиты от срабатывания реле при разряде аккумуляторов применена схема из конденсатора и резистора C1-R1. Разберем работу этой схемы. При замыкании кнопки BUT1 (поворота ключа зажигания) обмотка реле RL1 подключается к аккумуляторам через конденсатор C1 и резистор R1, соединенные параллельно. В первые моменты ток протекает через конденсатор C1, обеспечивая его заряд. Емкость конденсатора C1 подобрана таким образом, чтобы реле RL1 надежно срабатывало от протекающего зарядного тока. Поскольку первоначально конденсатор C1 разряжен, то протекающий ток имеет достаточную величину для надежного срабатывания реле RL1. По мере заряда конденсатора C1 ток через обмотку реле RL1 уменьшается и при полностью заряженном конденсаторе C1 через обмотку реле протекает только ток, величина которого задается резистором R1. Резистор R1 подбирается таким образом, чтобы обеспечить ток удержания реле RL1, который, как правило, меньше тока срабатывания в 3-5 раз.Через замкнутые контакты реле RL1 питание от аккумуляторов подается на блок питания, питающий управляющую часть, и на схему подключения силовой части. Если по каким-либо причинам аккумуляторы будут разряжены, то и ток через обмотку реле RL1, определяемый резистором R1, будет меньше тока удержания, что приведет к отпусканию контактов реле RL1 и отключению управляющей и силовой частей. В практическом исполнении применялись реле на 24 Вольта. Подбором элементов добивался стабильного срабатывания реле при напряжении порядка 72 Вольта и размыкания контактов реле при напряжении 65 Вольт. Схема подключения силовой части выполнена по аналогичной схеме на элементах, только здесь роль реле играет пускатель с обмоткой на 110 Вольт переменного тока. Кнопка механически через тросик связана с ручкой сцепления.

При подаче питания на управляющую часть начинает работать ШИМ-генератор на базе микроконтроллера PIC12F675 (U1) и драйвера TC4427 (U2). Отношение импульс/пауза задается напряжением на входе АЦП микроконтроллера, которое в свою очередь определяется положением ползунка резистора RV2 механически связанного тросиком с ручкой скорости. Всего реализовано как-бы 8 ступеней скорости, но это легко меняется в программе для микроконтроллера. Желательно использование именно специализированного драйвера для управления полевыми транзисторами, поскольку любой завал фронтов импульсов при переключении может привести к перегреву и выходу силовых транзисторов из строя. Осциллограммы импульсов, вырабатываемых генератором, показаны ниже:

В процессе наладки выяснилось, что даже когда электромобиль стоит, то на двигатель желательно подавать небольшое напряжение (левая осциллограмма). Тогда электромобиль трогается с места плавно, без рывков. В электромобиле силовая часть подключается отдельным пускателем, связанным с ручкой «сцепление». Как правило в режиме остановки электромобиля ручка «сцепление» отпущена и силовая часть не подключена к аккумуляторам, соответственно и потребление энергии не происходит. Переключение скоростей в дальнейшем диапазоне происходит довольно плавно. Между микроконтроллером U1 и резистором RV2 включен эммитерный повторитель на базе транзистора Q2. Он предназначен для согласования достаточно высокого сопротивления резистора RV2 с аналоговым входом микроконтроллера U1, для которого требуется источник аналогового сигнала с внутренним сопротивлением не более 2,5 кОм. В процессе отладки выяснилось, что в случае если электромобиль стоит и в это время выкрутить ручку скорости почти на максимум, а потом уже выжать сцепление, тем самым подав питание на силовую часть, через силовые транзисторы Q1 происходит большой скачок тока, приводящий к их пробою. Чтобы этого избежать резистор задания скорости RV2 запитан от силовой части, что гарантирует подачу напряжения на регулятор скорости только при выжатом сцеплении. Конденсатор C3 обеспечивает плавное изменение напряжения на резисторе, что исключает броски тока через транзисторы силовой части.

Силовая часть — это мощные IGBT транзисторы (на схеме показан только один Q1), дроссель DR1, защитный диод D3, RC-цепочка C4-R8 и электродвигатель. Теоретически для управления электродвигателем достаточно установить только транзистор Q1. Но теория и практика — разные вещи. Для примера приведу некоторые осциллограммы.

Осциллограммы сняты «сток-питание», т.е. на нагрузке «дроссель+мотор». Дроссель — 9 витков шины 4*1 мм на сердечнике ТВК-90, т.е. фактически дроссель влияния не оказывает, хотя греется прилично. С 22 витками сложенными 2-мя медными проводами диам. примерно 1 мм каждый, дроссель буквально сгорел. Сразу отмечу, что дроссель для эффективной работы должен быть раз в пять больше, но, тем не менее, даже в таком исполнении дроссель не дает возникнуть паразитным колебаниям в момент переключения. Диод D3 также препятствует возникновению паразитных колебаний. При включении без диода D3 в цепи стока двигатель не вращается на малых оборотах. По-моему это связано с импульсами обратного хода (синусоида), которые сопоставимы по величине с прямым ходом (ступенька). Это хорошо видно на 2-х левых осциллограмах. Двигатель начинает вращаться только на 6-8 скоростях, причем 8-я скорость — это постоянно открытые транзисторы. Без защитного диода очень сильно (1-3 секунды) греются резисторы в RC-цепочках параллельно обмоткам двигателя (одна цепочка включена параллельно обмотке возбуждения, вторая — ротора. Обмотки разделены, поскольку реверс двигателя происходит именно переключением обмоток. Но это особенность данного двигателя, поэтому в статье я об этом больше нигде не упоминаю и на схеме показана одна цепочка R8-C4). При установке диода КД213А в цепь «сток-питание» синусоида обратного хода срезается. Двигатель управляется как и положено от 1 до 8 скорости. Т.е. в режиме «стоим» есть небольшое усилие двигателя. Резисторы в RC-цепочках на двигателе чуть теплые. Но диод даже на радиаторе примерно 25 кв.см. разогревается свыше 100 град. Цельсия. Параллельно диоду КД213 включен конденсатор 0,1 мкФ * 100 Вольт. Диод стал греться меньше. Импортные диоды установки конденсатора не требуют, но все-же их необходимо также устанавливать на радиатор.

И дополнительная информация по компоновке деталей. Рассмотрим фото собранного и установленного блока.

Отмечу, что было собрано два таких блока, один из них установлен в электромобиль, второй находится в резерве. Фотографию резервного блока также привожу, поскольку на ней лучше видна компоновка элементов.

Думаю, что комментарии излишни, тем более, что файл печатной платы прилагается. Особо хочется отметить, что дополнительно к конденсатором, установленным на плате, емкостью по 3300мкФ*100 Вольт непосредственно возле аккумуляторов было установлено два конденсатора по 10000 мкФ*100 Вольт (на фото их нет). Все печатные проводники, относящиеся к силовой части, дополнительно усилены медными проводами.

Дополнительно, по результатам 2-х сезонов эксплуатации первого варианта блока выявились следующее. Максимальные токи потребления, естественно, при старте электромобиля. Средний ток потребления составляет не более 20 Ампер. Это проверялось установкой предохранителя. Предохранитель на 15 Ампер периодически сгорал, 20-ти Амперный предохранитель выдерживает даже старт электромобиля. Электролитические конденсаторы по силовой цепи все-таки вздулись. Причем сильнее всего вздулись конденсаторы, установленные непосредственно возле аккумуляторных батарей. Исследований, с чем это связано, не проводилось. Просто вместо конденсаторов на плате были установлены новые, а возле аккумуляторов установлен один конденсатор 68000 мкФ*100 Вольт. По возможности также добавлены пленочные конденсаторы 0,1 мкФ*100 Вольт в параллель электролитам. Аккумуляторы использовались автомобильные фирмы VARTA на 45 Ампер*часов и пока они еще живые, хотя емкость уже не та. Зарядное устройство для аккумуляторов построено по стандартной схеме: трансформатор — диодный мост — ограничительный резистор — контроль напряжения. Схема рекуперации (возврат электроэнергии при торможении) не использовалась.

Программа для микроконтроллера написана в среде Oshon Pic Simulator IDE на диалекте BASIC. Программа содержит комментарии и ее рассматривать не будем. Тем более, что основная цель статьи — описание силовой части. А управляющая часть легко реализуема и без микроконтроллера.

Список используемых элементов не привожу, поскольку целью статьи является практическая реализация правильной компоновки силовой и управляющих частей, порядок подключения управляющей и силовой части, развязки по питанию, гашения паразитных колебаний в силовой части. Двухлетняя эксплуатация в реальных условиях показала, насколько правильно это все удалось реализовать. А насколько это удалось раскрыть в статье — судить читателям.

Источник