Beste @Timoh,
Om op een helling van 10% stabiel 10km/h te rijden, heb je voor een 140kg object (skelter +accu, motor etc) zo'n nominaal vermogen nodig van 600W. Hierbovenop komt natuurlijk nog een stukje verlies vanwege transmissie, bandenspanning, oneven terrein etc, dus zou ik voor een motor gaan met een nominaal vermogen van 800-1000W.
Voor versnellen en overkomen van obstakels wil je dat het piekvermogen wat hoger ligt dan het nominaal vermogen, zo rond de 1500-2000W.
Hierin in borstelloze DC motor vaak het makkelijkst aan te sturen (Brushless DC motor of BLDC motor).
Als je systeem runt op ~48V (wat veelvoorkomend is voor dit soort toepassingen), dan moet de accu dus zo;n 30-40A kunnen leveren.
BLDC motoren draaien gewoonlijk liever snel dan sterk.
Je kunt de doelsnelheid van de wielen bepalen in rotaties per minuut (rpm) door middel van de diameter van de wielen te gebruiken.
De omtrek van het wiel bereken je via pi * diameter, vervolgens krijg je de RPM door de doelsnelheid te delen door de omtrek en te vermenigvuldigen met 60 - om van rotaties per seconde tot RPM te gaan).
Voor een wiel van 40cm en een doelsnelheid van 10kmh (2.8 m/s), is de RPM 132 rotaties per minuut.
De tandwielcombinatie (of gear ratio) zal het toerental van de motor zijn tegenover de RPM van het wiel.
Voor een BLDC motor met een toerental RPM van 3000, is de overbrenging dus 3000:132 oftewel 22.7:1
Dit is een erg grote stap om op zo'n vermogen in een keer te overbruggen, dus ik zou zoeken naar een systeem die het in minstens twee stappen doet, in plaats van via een enkele tandwieloverbugging.
Voor de zekerheid zou ik ook nog de koppel (torque) checken. Deze bereken je op basis van de hoeksnelheid. Dit is een maat van hoe snel de wielen ronddraaien.
Elke omwenteling draait de motor 2 pi radialen (360 graden). Bij een RPM van 3000 (dus 50 per seconde) draait de motor 100 pi radialen per seconde, oftewel een hoeksnelheid van ongeveer 314 radialen per seconde.
De koppel (torque) is het vermogen gedeeld door de hoeksnelheid -> tau = P/omega. In dit geval is dat nominaal 1000W/314rad/s = 3.2Nm torque.
Aan de wielkant wordt de torque groter door de overbrugging, namelijk met de zelfde factor als de overbugging. De torque aan de wielkant is dus 3.2 * ~22.5 = 72Nm. Hiervan verlies je een stukje op het wiel, dus kan je uitgaan van een koppel van 60Nm. Dit is meer dan genoeg kracht om de skelter door zand of over wortels heen te krijgen.
Kortom, stel je zou een motor hebben met een nominaal vermogen van 1000W, een piekvermogen tussen 1500-2000W en een overbrugging van 22,5:1, dan zou je een snelheid van 10km/h halen met een toerental van 3000RPM aan de motorzijde.
Dan nu over de accu:
Als je 200W wil voorzien aan de meetaparatuur voor 48U, heb je dus 48*200 = 9.6kWh nodig alleen voor het meetaparatuur. Ik zou dit een stukje omhoog afronden naar 12kWh om wat marge te hebben voor efficientieverlies in de spanningsomvormer die de accuspanning naar de aparatuurspanning omzet.
Voor de motoren wil je dat nominale vermogen van 1000W kunnen leveren voor 2 uur lang. Dat komt neer op 1000W * 2hr = 2kWh. Ook hier zou ik een ruime marge nemen voor verliezen in het systeem en voor wanneer je piekvermogen moet leveren ipv nominaal vermogen. Dus ik zou 3kWh rekenen. Samen heb je dus 15kWh accu nodig. Lion accu's hebben een energiedichtheid van ongeveer 200Wh/kg, dus je zou op een accu van ongeveer 75kg uitkomen.
Vaak wordt accucapaciteit weergegeven in ampere-uur. In het geval van een 48V systeem, zou een 15kWh accu 15kW/48V = 312.5Ah moeten leveren.
Ik zou aanraden om een gecombineerde accu voor het hele systeem te gebruiken, waarbij je een DC-DC omvormer gebruikt om van 48V naar 24V te schakelen voor het meetsyteem. Dan kan je eenvoudiger opladen en heb je maar een enkel batterijmanagement systeem nodig.
Hier nog even alle formules bij elkaar:
Omtrek van wiel: diameter * 2 * pi
Rotaties per minuut wiel: 60 * doelsnelheid (in m/s) / wielomtrek
Gear ratio: RPM motor/RPM wiel
Hoeksnelheid = 2 * pi * RPM/60
Torque/koppel = Motorvermogen / hoeksnelheid
Accucapaciteit = Vermogen * tijd
Ampere-uur rating = Capcaiteit / spanning
Naast de accu en motoren zal je dus een battermijmanagement systeem (BMS) nodig hebben voor het opladen en ontladen. Ook zal je een electronic speed controller (ESC) nodig hebben voor het aansturen van de motor.
Laat me graag weten als delen hiervan onduidelijk zijn en als je verder nog vragen hebt!
Groeten
Tadjiro Velzel
