リチウム電池を動力源とする船外機。スキーム、説明

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リチウムバッテリー駆動の船外機。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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貯水池では、漁師がボートで船外機を使用している姿を見かけることが増えています。ガソリンエンジンと比較すると、設計が非常にシンプルで、オンとオフの切り替えが瞬時に行われ、騒音や副生成物の水中への放出がほとんどないなど、多くの利点があります。電気モーターの最大の欠点は、電源である充電式バッテリーが必要であることです。その質量 (通常は鉛酸) はモーター自体の質量よりも数倍大きくなります。これは、どこかに重いバッテリーを設置する必要があるゴムボートで釣りをする場合に特に不便です。ワイヤーを接続しても利便性は生まれません。

同時に、同等のエネルギー容量を持ちながら、鉛蓄電池よりも質量が大幅に小さいバッテリーもあります。これらには、さまざまな種類のリチウム電池が含まれます。以下に、それ自体に直接配置されたリチウム源によって電力を供給される小型船外機について説明します。電子機器の動作に必要な電動モーターと電源の図を示します。船外機全体の各種パラメータも測定しました。

この目的のために、12 ボルト 18 速 Sevylor SBM2,5 船外機が使用され、その重量 (バッテリーなし) は約 18 kg です (同じモーターは Aqua Marina T 14,7 ブランドでも入手可能です)。高速ではバッテリーからの電力が電気モーターに直接供給され、低速では追加の抵抗を介して電力が供給されます。後者の場合、測定結果が示しているように、バッテリーから消費されるエネルギーの 7 分の 8,1 が抵抗器の加熱に費やされ、つまり無駄になります。モーターパスポートによると、高速での消費電流は3,6 A、低速では11 Aに達します。さらに、前者の場合、モーターは係留に2,5 kgf、XNUMX番目の場合はXNUMX kgfの力を発生させる必要があります。 kgf。測定によれば、供給電圧が XNUMX V の場合、モーターは低速で約 XNUMX kgf の力を発生しましたが、これは宣言値に近い値です。

オリジナルバージョンでは、電源は直列接続された 26650 つのバッテリーで構成されたバッテリーで、各バッテリーは容量 5200 mAh の XNUMX つの IMR XNUMX (KeepPower) リチウムイオンバッテリーを並列接続して構成されていました。

ご存知のとおり、リチウム電池は非常に「デリケート」な電源です。種類ごとに、充電できる最大電圧と、放電時の最小電圧があります。リチウムイオン電池の場合、セルあたりのこれらの値はそれぞれ 4,1 および 2,9 ～ 3,2 V です。さらに、電池温度が 50 ～ 60 ℃を超えないようにする必要があります。 ^оC.

バッテリーはすべてカセットに収納されており、この電源をハウジングに内蔵した船外機の重量は3,9kgでした。テスト中、電気モーターは水で満たされた槽に設置され、元のプロペラで低速で動作しました。電圧が最低許容レベルまで低下したときにバッテリーを自動的にオフにするために、次の図に従って組み立てられた電子デバイスが使用されました。停止するまで、エンジンは 7,5 時間半連続して作動しました。同時に、消費電流は 5,3 A から XNUMX A に減少しました。

テストの結果、次の問題が判明しました。測定の結果、充電された電源全体の内部抵抗は 210 mOhm であることがわかりました。 7,5 A の電流で、バッテリ内で消費される電力は約 12 W です。密閉ケース内にあるため非常に発熱し、約 50 時間の連続使用後に温度は XNUMX ℃に達します。 ^оCであり、上昇を続けています。冷却するには、XNUMX つの小型 XNUMX ワットファンを使用することで、この問題は解決されました。同時に、バッテリーや電子機器を水の浸入から保護しながら、同時に空気の流れを確保するために、ケースの設計を多少複雑にする必要がありました。

最終バージョンではリチウムポリマー電池が使用されます。内部抵抗が桁違いに低いため、密閉ケース内での長期連続使用でも強制冷却が不要です。さらに、低速で動作するときに元のモーターで発生するエネルギー損失を排除するために、パルス電源モードが使用されました。これにより、船外機の出力をスムーズに調整でき、それに応じてボートの速度も調整できます。

電源は Turnigy Multistar 14,8V バッテリーでした。容量は16Ah、重量は1,3kgです。リチウムポリマー電池の場合、充電時の最大電圧はセルあたり 4,2 V、放電時の最小電圧は 3 ～ 3,3 V です。電池は 16,8 つの電池で構成され、充電状態の合計電圧は 8 V です。内部抵抗は 10 mOhm であるため、XNUMX A の電流でも、バッテリー内で消費される電力は XNUMX ワット未満であることがわかりました。

船外機の制御回路を図に示します。 1. バッテリの電圧が最小許容レベルに低下したときのバッテリの自動シャットダウンは、トランジスタ VT1 および VT2 に組み込まれたシュミットトリガによって実行されます。このレベル (この例では 13 V) はトリミング抵抗 R2 で設定されます。正確に取り付けるには、いわゆるマルチターントリマー抵抗器 (ウォームギア付き) を使用することをお勧めします。

米。 1. 船外機制御図（クリックで拡大）

SB2 ボタンを短く押すと、トランジスタ VT1 が開き、VT2 が閉じます。これにより、トランジスタ VT3 が開きます。その結果、このトランジスタのコレクタ回路に含まれるリレーK1が作動します。その接点は閉回路で動作し、最大 16 V の電圧で最大 24 A の電力の直流電流のスイッチングが可能です。

DD1 マイクロ回路の要素上に組み立てられた方形パルス発生器は、比較的大きなコンデンサ C2 と抵抗 R14 の存在により、わずかに遅れて電源電圧を受け取ります。遅延により、低電力ボタンを使用して電気モーターを始動できるようになります。要素DD1.3の出力からの電圧パルスは、電気モータM74が接続されているドレイン回路内のトランジスタV1を周期的に開く。その逆はスイッチ SA1 によって実行されます。供給電圧が低い設定レベルまで低下すると (バッテリの放電により)、トランジスタ W1 が閉じ、デバイス全体が逆方向に動作します。つまり、リレー接点が開き、電源が切断されます。より高い電圧で動作しているエンジンを停止するには、SB1 ボタンを使用します。

図に示されている部品の定格では、パルス繰り返し率は約 50 Hz です。電気モーターに供給される電圧パルスの持続時間は、可変抵抗器 R6 によって制御されます。抵抗器 R8 と R9 の値は、バッテリーが完全に充電された状態で、電気モーターを流れる平均電流が約 5 ～ 9 A まで滑らかに変化できるように選択されます。

デバイス部品は、138x47 mm のグラスファイバー基板に取り付けられています。トランジスタV74は小型ヒートシンクに搭載されています。それによって消費される電力は XNUMX ワットを超えません。

図では、図 2 は、電気モーターの最大出力での連続動作時間に対するバッテリー電圧とその温度の依存性を示しています。時間に対する消費電流のグラフも表示されます。元のプロペラを備えたモーター自体は水の中に固定されました。この図は、バッテリ電圧が放電されると、約 14,3 V の値まで非常に滑らかに低下し、その後急激に低下することを示しています。リチウムポリマー電池では、許容レベルの下限に近づくと電圧が急激に低下するのが一般的です。 45 時間の連続動作後の密閉ケース内の電源の最高温度は 46 ～ XNUMX ℃を超えませんでした。 ^о同時に、研究が示しているように、バッテリーの隣にあるトランジスタ VT4 とリレー K1 のヒートシンクが加熱に大きく寄与しています。

リチウム電池式船外機
米。 2. 電池電圧と温度の連続使用時間依存性

バッテリーはエンジン制御基板とともに船外機の密閉されたジュラルミンボックス内に配置されています。箱の蓋が開くようになっており、電池が簡単に取り出せます。モーターの全体図を図に示します。 3（そこから大きさを判断することもできます）。モーターとバッテリーを合わせた重量は約4,4kgです。

リチウム電池式船外機
米。 3.モーターの概観

ボートのモーターのテストは波のない湖上で実施されました。二人乗りゴムボートJAM220Tの総積載量は約100kgでした。バッテリーがフル充電され、エンジンの最大出力が上昇した場合の速度は 4,5 km/h でした。エンジンは停止するまで 2 時間 20 分間連続して作動しました。最小出力では、これらの数値はそれぞれ 3,6 km/h と 3 時間 45 分でした。

したがって、提示されたデータから、リチウムポリマー電池を使用して、電源がモーター上に直接配置された、使いやすく軽量な船外電動ボートモーターを作成できることは明らかです。

著者：A。ガブリロフ

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