Dooie Fiets - Vervolg

Door Infant op zondag 7 april 2013 17:12 - Reacties (25)
Categorie: Gemod / Gefix, Views: 36.648

Voor de mensen die, net zoals ik, nog nooit een eclectische fiets gezien hebben, en wel eens benieuwd zijn hoe zo'n ding werkt, is deze ellenlange post wellicht interessant.

Dit is een vervolg op het intro van een paar dagen terug, en het volgende deel staat hier: Banana?

Klik!
Overzicht van de elektronica in een elektrische fiets.


Als je op het plaatje klikt, zie je een fiets die ongeveer gelijk is aan wat ik gescoord heb. (Mijne heeft geen versnellingen... bijvoorbeeld.)

In het eerste plaatje staan drie groene vlakken. Bij mijn fiets bevind de motor zich achterin, de accu zit in het frame weg gewerkt, en op het stuur zit een klein display met twee knopjes en wat tellertjes. Er zijn ook fietsen met bijv. de motor voorin (geel) en de accu op het bagage rek. Er zijn zoveel fietsen, dat elke willekeurige combinatie denkbaar is.

Nou is deze fiets stuk, maar de vrij korte handleiding geeft duidelijk aan wat het zou moeten doen.

De gedachte achter deze fiets is dat als je begint met trappen, de motor mee 'trapt'. En dat maakt fietsen tegen de wind in, of een heuvel op, een stuk makkelijker.

Deze heeft die standen, Eco, Normaal en Power. En die hebben eigenlijk alleen betrekking op hoe hard de motor dus mee trapt. Hoe meer je zelf doet, hoe langer de accu mee gaat.

De fiets heeft ook twee trommel remmen, voor en achter. Met van die knijpertjes aan het stuur. En uiteraard twee lampen. Eigenlijk dus ook zonder elektronica, een prima fiets.
Waarom doet ie ut niet?
Als je wat rond leest, kom je er achter dat exact dezelfde elektronica in andere merken, o.a. Sparta, Koga Miyata, en Hercules, zit.
Als deze fietsen uiteindelijk stuk gaan, is de klachtomschrijving op fora meestal hetzelfde. Hij deed ineens niks meer.

Er zijn een paar mensen die na het kopen van een nieuwe accu, hun oude hebben open gemaakt. Bijna allemaal vertellen ze dat er corrosie op het printje in de accu zat. Meestal was er met de cellen zelf niks mis.

Dus, ik kocht deze fiets met de verwachting dat er een printje in de accu zou zitten die overleden is, en dat de cellen nog wel in orde waren.

Nou, openmaken die handel! Na wat gepeuter (wat vrij eenvoudig gaat), heb je een gigantische banaan-vormige accu in je handen, met wat stekkertjes er aan:

Grote zwarte banaan!
Een stock foto...


De hierop volgende chirurgische-operatie duurde wat langer, want de randjes zaten goed aan elkaar geplakt. Maar uiteindelijk wil het:

Foto van de accu cellen.
Accu na het open maken... en nog wat andere zooi.


En jawel, in deze accu zit exact hetzelfde PCBtje als ik verwachtte. En deze had duidelijk een klein beetje teveel vocht gezien:

Gatsie!


Er zat helaas geen lader bij, maar dat geeft niet. Ik heb namelijk nog een stapeltje 1000VA UPSsen zonder accu's liggen. Normaal gaan daar 2 loodaccu's in, maar hier zijn ze ook zeer content mee:

NiMh accu en een 200W lamp
De UPS vind alles best. Hij snapt toch niet dat het eigenlijk een fiets-accu is.


Helemaal aan het einde van deze post, staan foto's van de voor en achterkant van dit PCBtje, en een lijstje van de IC's die ik na wat moeitje heb kunnen aflezen.

Vanuit dit printje gaan 3 dikke dropveters naar de motor toe. En die zijn aardig logisch kleur gecodeerd, en gelabeld:
  • BOW-PWR - Rood
  • BOW-GND - Zwart
  • DAT - Geel
Zwart hangt uiteraard direct aan de min van de accu. Geel gaat richting de motor, en tevens naar het schermpje op het stuur. Rood kan d.m.v. van een relais geschakeld worden.

Of dit relais aangaat, besluit waarschijnlijk het printje zelf. Er zit ook een stroom-meet weerstand op. Dus dit printje zal kijken of de stroom en spanning die de accu levert, binnen acceptabele niveaus ligt. Als dat niet zo is, krijgt de motor geen prik.

Maar... Als de motor alleen aan of uit gezet kan worden.... hoe kunnen er dan 3 snelheid standen zijn?

Wat gesuggereerd wordt, is dat geel een 1-wire bus is, die naar de motor en naar het display gaat. Zo kan het display eigenlijk alleen als input fungeren om tegen de motor te zeggen hoe hard je wilt, en kan het accu printje tegen het display vertellen hoe vol de accu nog zit.

Dus, er zit duidelijk iets in de motor, wat de snelheid kan regelen.
De motor
Omdat dit geen cursus fietsen maken is, heb ik daar ook niet echt plaatjes van geschoten. Dus, vertrouw me als ik zeg, dat het achterwiel er vrij gemakkelijk af gaat.

De motor heeft aan weerszijde een aantal kruiskop schroeven zitten. Aan de ene kant verdwijnt het eerder beschreven 3-aderige draad langs de as de motor in, en aan de andere kant zit alleen een aluminium deksel met daarin dus een aantal schroeven.

Dat zag er eenvoudig uit om los te maken, dus daar begon ik. Je moet met redelijk wat kracht de deksel los peuteren. Hij klemt namelijk om een lager heen, maar uiteindelijk zie je dan dit:


Oeh... een PCBtje!Oeh, nog een PCBtje!


Nu wordt het een beetje duidelijk wat er in zit. Het PCB aan deze kant is bevolkt met een MC68HC908MR32 microcontroller, en er verdwijnen drie draadjes de motor in gelabeld HALL1 tm 3.
En het tweede google resultaat is een pdfje over een Control Board.

En de introductie daarvan leest:
Motorola’s embedded motion control series MR32 motor control board is
designed to provide control signals for 3-phase ac induction, 3-phase brushless
dc (BLDC), and 3-phase switched reluctance (SR) motors.
Nou, dat lijkt me duidelijk. In het Nederlands is deze motor dus een 3-fase borstelloze DC motor.

Ik zou graag een linkje naar een wiki artikel plaatsen.... maar eigenlijk wordt je daar niet echt veel wijzer van.
Het is dus niet dit.
Deze vier regeltjes heb je ook niet zo veel aan.

Het is er zelfs zo sneu mee gesteld, dat ik moet concluderen dat het Duitse wiki artikel het beste is. (Er staat zelfs een plaatje van een fiets bij.)

Om meer duidelijkheid te creëren, gaan we verder met open slopen.

Omdat er flinke magneten in zitten, moet er aardig wat kracht uitgeoefend worden om het misbaksel ervan te overtuigen dat hij uit elkaar moet. Maar uiteindelijk....


Ploep!
Donut.


Wat je dan over hebt, is het wiel, met een ring van magneten aan de binnenkant.

Wiel met magneten.
Enigszins aangevroten magneten.


Het zit er naar uit dat die begonnen zijn zichzelf op te eten. De coating van de magneten is op sommige gaan los gelaten. Die (metalen)coating is gedurende gebruik tot stof vermaalt, en dat zit nu overal tussen.

De andere kant zit er dus ook uit alsof het net een week op een kurkdroog (metal)festival heeft mee gemaakt:

Bah!
"Dat lijkt wel een desert, Storm."


Ik kan het nu toch niet laten om te zeggen: What the fuck.

Geen 1 van de drie PCB's die ik ben tegen gekomen had enige vorm van water afstotende coating. Hoe moeilijk was dat nou geweest? De motor heeft ook geen enkele vorm van vocht wering. Een o-ringnetje had voor die 2000 ballen toch wel gekund?

En verder is het idee van een borstel loze motor, dat er geen borstels zijn om koolstof-stof door je motor heen te blazen. Maar dat is nu vervangen door (waarschijnlijk) nikkel-coating-stof?

Ik hoop dat bij aanschaf van zo'n fiets, aanbevolen wordt niet in de regen te gaan fietsen.

Anyhow. Op het laatste PCBtje komt de aap uit de mouw, want hier zit het volgende IC'tje op: een Intersil HIP4086AB.

En dat is, volgens de datasheet, een 80V, 500mA, 3-Phase MOSFET Driver. En de typical application ziet er zo uit:

HIP4086 typical application


En dat is dus ook hoe die hier toegepast is. De 6 mosfets zijn IRF3205. Voor de rest zit er aan de onderkant een berg diodes, en nog wat los grut. Een 12V regelaar om VDD te maken. En dat was het.

Al het koperdraad wat je ziet, zit aangesloten in een zogenaamde Y, of ster configuratie.. Door de mosfets op een handige manier aan te zetten, kan de stroom beide kanten kanten op door de drie windingen lopen.

Als je dus wilt dat de motor gaat draaien, duwt één winding de magneet van zich af, terwijl de tweede hem aantrekt. De derde duwt hem weer af. Dit proces wisselt zich steeds af, en de stroom door de spoelen zou er dan met een beetje fantasie ongeveer zo uit moeten gaan zien:


Net als bij een 3-fase AC motor.


Als ik zou naar alle componenten kijk, is er niet echt een reden dat dit ding persé 24V nodig heeft. De driver vind alles tot 80V prima. De mosfets gaan stuk boven de 55V, en de condensator vind alles boven 50V niet leuk meer.

Eigenlijk kun je dus, net als bij laptops, een redelijk uiteenlopende spanning aanbieden. Ik zou hier zeggen dat alles tussen ongeveer 15V en 40V prima gaat werken.

Stel dus dat de accu echt versleten zou zijn. Een goedkope (maar niet passende) oplossing zou dan bijv. 3 stuks 7Ah loodaccutjes (c.a. 50 Euro inc. verzending) kunnen zijn. Je hebt dan ongeveer dezelfde capacitiet, c.a. 250Wh. En dus weer dezelfde actieradius. (De accu die erin zit is 24V, 10Ah. Dus 240Wh).
Wat kan het in theorie?
Nu het duidelijk is wat er in huis gehaald is, kun je gaan fantaseren wat het allemaal kan. De motor is vrij efficiënt, kan kortstondig een stuk meer vermogen dan 250W leveren. (Denk aan 500-1000W).
De motor kan voouit/achteruit, hij kan zeer efficient als dynamo dienen. Je zou dus als je wilt volledig electrisch kunnen remmen, en een vrij groot gedeelte van die energie kan hoppa, terug de accu in. Dat zou betekenen dat je nooit de mechanische remmen hoeft te vervangen.

Je kan hem als hometrainer gebruiken om 200-300W het stopcontact terug in te persen. (daar heb je eigenlijk alleen een extra omvormer voor nodig)

Je zou een snelheid kunnen instellen, bijv. 16.7km/u (of een ander willekeurig getal, you name it.), en dat houd dit ding dan keurig netjes aan. Je kunt hem gebruiken om je notebook mee op te laden als je op fiets vakantie gaat. Heck, als je 3 70Wh notebook accu's hebt, kun je die gewoon om op te rijden.

Dit moet met deze elektronica al te doen zijn.

Ik vind de motor best leuk in elkaar zitten. Er zit een strain-gauge om de as heen. Hiermee kan bepaald worden hoeveel moeite jij aan het doen bent, en dus of er trap ondersteuning moet komen. D.m.v. de 3 hall sensoren kan de snelheid bepaald worden. (En die wordt vervolgens door het gele draadje heen, naar het display gesmeten.)
Deze hall sensoren zijn trouwens nodig om bij stilstand, of heel langzaam rijden, te kunnen zien waar de magneten zich bevinden ten opzichte van de windingen.

Verder zou je bijvoorbeeld een rem hendel kunnen hebben, die bij harder knijpen steeds harder elektrisch remt. Of je kunt in stellen dat je helemaal niet ondersteund wilt worden, maar steeds 10, of 20 of 100W de accu in wilt pompen.

De verlichting kan met een knopje aan/uit, en werkt gewoon van de accu of motor. Dus je hoeft ook nooit met een losse dynamo te kloten.
Waarom doet het dat niet dan?
Twee redenen: Wij hebben in Nederland een wet. Omdat fietsen levens gevaarlijk is, mag je zonder rijbewijs, helm, verzekering en kenteken alleen op een electrische fiets rijden als die:
  • Maximaal 250W kan leveren.
  • Alleen hulp bied. Dus als jij stopt met trappen, moet de fiets stoppen met helpen.
  • Maximaal 25 km/h kan.
Dat laatste kan ik mee leven, dat eerste lijkt me ook prima, maar de tweede regel is een beetje jammer.

De rest die ik zomaar oplepelde, doet het niet omdat ze geen zin hadden om dat te maken.... denk ik.... Het achterlampje moet bijvoorbeeld een los batterijtje in.... WHY!!!!

Accel group, het overkoepelende holding waar Batavus en andere merken onder valt, heeft kennelijk een hele berg triviale patenten liggen. De communicatie in deze fiets, tussen motor, accu en display... is dan ook goed dicht getimmerd. Niemand mag er aan zitten of iets aan veranderen. Dus elk wissewasje moet je voor naar de dealer toe, die het eigenlijk ook allemaal niet zo goed weet.

Er is kennelijk ook besloten om alle productie naar China te outsourcen. Altijd een goede beslissing als het gaat om betrouwbaarheid, milieu-vriendelijkheid, onderhoudsgemak en aanpasbaar-heid.
Conclusie:
Ik ga me niet vervelen deze zomer. Voor nu heb ik hem netjes schoon gemaakt...

Shiny!


... en zonder electronica weer ingepakt. Alle crunshy geluidjes zijn nu weg, en je kunt lichtjes afremmen door 3 draadjes tegen het frame aan te drukken. (Dat is grappig.)

Ik moet zeggen dat hij een stuk lichter, en beter rijd dan mijn vorige fiets.

Ik ga nu verzinnen hoe ik dit kan combineren met het HP accu printje....waar ook nog binnenkort een post over zal verschijnen....
Het archief
Hieronder foto's van de ingewanden van een Batavus Padova Easy. De ronde PCB's komen uit de toprun motor, de hub motor die zich in het achterwiel bevind.


PCB uit de accu Control PCB uit de motor Driver PCB uit de motor
De drie PCBs. Klik voor voor grotere foto's van beide kanten.


De kleine IC's op het accu PCB zijn lastig te lezen, maar er staat op:

Atmega32L
MCP6071 (1 aan elke kant)
LM393N
LM293
En een 5V regelaar.

Dooie Fiets

Door Infant op donderdag 4 april 2013 21:40 - Reacties (15)
Categorie: 4e klas Wiskunde / CBS, Views: 8.753

Weer een enig sinds pakkende, doch niets-zeggende titel.

Het is voorjaar, eind maart. Daarom sneeuwt het gruwelijk hard, waait de wind met -10 graden snot-pegels aan je neus vast, en hebben we het met z'n allen koud. Gruwelijk koud.

Dit, gecombineerd met pure luiheid, zorgt er voor dat ik bovengemiddeld vaak voor korte ritjes in de auto stap, in plaats van op de fiets. Of gewoon ergens heen loop.

Afgelopen week was het zo super-zonnig, dat ik dacht... kom... ik pak de fiets er bij.

Murphy straft meteen want een paar kilometer verder, ploft de acherband uit elkaar.

Dit kan toegevoegd worden aan de lijst met fiets-horrors die ik in mijn tijd heb moeten verduren:

Eigenlijk al mijn fietsen breken door midden op plekken dat je denkt: "Waarom daar?!"

Ik heb drie mountainbikes gehad, (3x dezelfde). De eerste is gejat.

Bij de tweede brak de achteras doormidden... en werd daarna gejat.

Toen kocht ik een stadsfiets. Daar brak de voor-as van doormidden.

Toen kocht ik maar weer dezelfde mountainbike. Daarvan ging het voorwiel steeds meer wiebelen, totdat daar ook de vooras van brak. Hij was niet gejat. Dat dan niet. Ik heb hem gewoon weg gedonderd.

Mijn huidige fiets heb ik uit een struik gehaald.

Ik liep gewoon naar huis (want geen fiets). En werkelijk in the middle of nowhere lag deze fiets in een struik. Dus ik pak hem op. Geen slot, alles werkt.... en fiets blij naar huis verder.

Daarvan is nu de dynamo stuk, de lampen zijn weg, het stuur heeft maar één handvat. Dat komt omdat op een goede dag, ik ineens in mijn linker hand een half stuur met daaraan een bel had. Tijdens een heuvel beklimming liet hij ineens los. Zomaar.

Hij heeft dus nu ook geen bel meer.

En nu is de achterband geëxplodeerd.

Sindsdien hoor ik elke dag bij het Martkplaats afstruinen, een stemmetje in mijn achterhoofd... en die roept: "Fiets, fiets.... fiets......fiets."

Maar mijn hoofd, en dus vingers, zijn ingesteld op het vinden van defecte accu's. Die zoek ik namelijk graag.

Toen, kwam daar voorbij: Fiets met defecte accu. En ineens begonnen er allemaal radartjes en veertjes in mijn hoofd te draaien.

Wat nou als elektrische fiets accu's even brak ontworpen zijn als notebook accu's...? Dat kan toch haast niet?

Spoiler alert: Dat kan wel.

Nou ben ik niet erg bekend met elektrische fietsen, dus ik ben wat gaan lezen. Zo is op CircuitsOnline welgeteld één post, die uitstrekt over 3 jaar. Hierin heeft iemand voor zijn Sparta Ion een accu van 400 Euro gekocht, omdat de oude kapoet was. En tot zijn verbazing waren de cellen in de oude accu nog goed. Helemaal niks mis mee.
Hij trof een printje aan met een Atmega32L er op, en vroeg zich af of dat te vervangen valt.

Nou, dat begint al lekker sappig.

Uiteraard wordt daar verder niet op in gegaan, en gaat het topic een volledige andere kant op. Met 0 resultaat. Jammer.

De fiets die ik op het oog heb is een Batavus Padova. Na wat heftig google werk, blijkt dat Batavus en Sparta Ion eigenlijk dezelfde onderdelen gebruiken.

Na nog wat gegoogle, blijkt dat er over de motor die er in zit, verrassend weinig te vinden is. Probeer maar. Dan vind je een youtube filmpje, met 200 views, het circuits online topic, en kom je erachter dat een of andere Chinees die dingen ooit in elkaar heeft gezet.

Zoeken naar Sparta Ion Batterij levert veel interessanter leesvoer op.

Op het moment dat TROS Radar op de 3e plaats van je zoekresultaten staat, weet je eigenlijk al hoe laat het is. Iedereen heeft problemen met deze fietsen.

Ik heb alle klachten voor u tot één dialoog weten te reduceren:

Gemiddelde klacht omschrijving:
Eigenaar: Hij doet ut niet meer.
Wat heeft u toen gedaan?
Eigenaar: Naar de dealer gebracht.
En toen?
Eigenaar: Die heeft op wat knopjes gedrukt, en rekende 50 Euro.
En toen?
Eigenaar: Ja... een week later deed hij het weer niet.
En toen?
Eigenaar: Ja, toen bleek dat toch de accu stuk was en moest er voor 500 Euro een nieuwe in.

Ik werd hier zo blij van. Niet omdat ik burger-leed zo leuk vind, maar omdat ik een nieuw project aan voel komen.

Nu wil ik wel eens gedetailleerd weten wat er in zo'n fiets zit. Wat voor een motor zit er precies in? Hoe wordt die aangestuurd? Hoe werkt de accu? Waarom is alles stuk? Kan ik het maken?

Het internet heeft geen antwoord op deze vragen. Ik was op zoek naar plaatjes. Grafiekjes. Mensen die zo'n ding helemaal uit elkaar gepeuterd hebben, en elk schroefje op de foto hebben gezet.

Helaas. Niks.

Ik neem het dan nu als nobele taak op mij, om het internet te voorzien van foto's met daarop Sparta Ion/Batavus ingewanden. En bijbehorend cynisch commentaar.