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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE
Moteur hors-bord alimenté par une batterie au lithium. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / moteurs électriques Sur les réservoirs, on voit de plus en plus de pêcheurs utiliser des moteurs électriques hors-bord sur leurs bateaux. Par rapport aux moteurs à essence, ils présentent de nombreux avantages : leur conception est très simple, la mise en marche et l'arrêt s'effectuent instantanément et il n'y a quasiment aucun bruit ni rejet de sous-produits dans l'eau. Le plus gros inconvénient des moteurs électriques est la nécessité de disposer d'une source d'alimentation - une batterie rechargeable dont la masse (généralement au plomb) est plusieurs fois supérieure à la masse du moteur lui-même. Ceci est particulièrement gênant lorsque vous pêchez à partir d'un canot pneumatique, dans lequel vous devez placer une batterie lourde quelque part. Les fils de connexion ne créent pas non plus de commodité. Dans le même temps, il existe des batteries qui, à capacité énergétique comparable, ont une masse nettement inférieure à celle des batteries au plomb. Il s'agit notamment de différents types de batteries au lithium. Ce qui suit décrit un moteur électrique hors-bord de petite taille alimenté par une source de lithium située directement sur lui-même. Un schéma du moteur électrique et de l'alimentation électrique de l'appareil électronique nécessaire au fonctionnement est présenté. Divers paramètres du moteur hors-bord dans son ensemble ont également été mesurés. A cet effet, un moteur hors-bord Sevylor SBM12 à deux vitesses de 18 volts a été utilisé, dont le poids (sans batterie) est d'environ 2,5 kg (le même moteur est également disponible sous la marque Aqua Marina T 18). À des vitesses plus élevées, l'énergie de la batterie est fournie directement au moteur électrique, et à des vitesses plus faibles, via une résistance supplémentaire. Dans ce dernier cas, comme l'ont montré les mesures, un tiers de l'énergie consommée par la batterie sert à chauffer la résistance, c'est-à-dire est gaspillée. Selon le passeport automobile, la consommation de courant à des vitesses plus élevées atteint 14,7 A et à des vitesses plus faibles - 7 A. De plus, dans le premier cas, le moteur doit développer une force sur les amarres de 8,1 kgf, et dans le second - 3,6 kgf. Selon les mesures, avec une tension d'alimentation de 11 V, le moteur a développé une force d'environ 2,5 kgf à une vitesse inférieure, ce qui est proche de la valeur déclarée. Dans la version originale, la source d'alimentation était une batterie composée de trois batteries connectées en série, chacune étant constituée de deux batteries lithium-ion IMR 26650 (KeepPower) connectées en parallèle d'une capacité de 5200 XNUMX mAh. Comme vous le savez, les batteries au lithium sont des sources d'énergie très « délicates » : pour chaque type, il existe une tension maximale à laquelle la batterie peut être chargée, et une tension minimale lorsqu'elle est déchargée. Pour les batteries lithium-ion, ces valeurs par cellule sont respectivement de 4,1 et 2,9...3,2 V. De plus, vous devez vous assurer que la température de la batterie ne dépasse pas 50...60 оC. Toutes les batteries étaient placées dans une cassette ; le poids du moteur hors-bord avec une telle source d'alimentation installée dans son boîtier était de 3,9 kg. Lors des tests, le moteur électrique a été installé dans un bain rempli d'eau et a fonctionné avec l'hélice d'origine à une vitesse inférieure. Pour éteindre automatiquement la batterie lorsque la tension chute au niveau le plus bas autorisé, un dispositif électronique assemblé selon le schéma suivant a été utilisé. Avant de s'arrêter, le moteur a fonctionné en continu pendant une heure et demie. Dans le même temps, la consommation actuelle est passée de 7,5 à 5,3 A. Les tests ont révélé le problème suivant. Les mesures ont montré que la résistance interne de l'ensemble de l'alimentation chargée est de 210 mOhm. Pour un courant de 7,5 A, la puissance dissipée dans la batterie est d'environ 12 W. Étant dans un boîtier fermé, il chauffe assez fortement : après environ une heure de fonctionnement continu, sa température atteint 50 оC et continue d’augmenter. Pour le refroidir, deux ventilateurs miniatures d'un watt ont été utilisés, ce qui a éliminé ce problème. Dans le même temps, il était nécessaire de compliquer quelque peu la conception du boîtier afin que la batterie et l'appareil électronique soient protégés de la pénétration de l'eau, tout en garantissant la circulation de l'air. La version finale utilise une batterie au lithium polymère. Il a une résistance interne d'un ordre de grandeur inférieure, de sorte que même pendant un fonctionnement continu à long terme dans un boîtier scellé, un refroidissement forcé n'est pas nécessaire. De plus, pour éliminer les pertes d'énergie qui se produisent dans le moteur d'origine lors du fonctionnement à des vitesses inférieures, un mode d'alimentation pulsée a été utilisé. Entre autres choses, cela permet de réguler en douceur la puissance du moteur hors-bord et, par conséquent, la vitesse du bateau. La source d'alimentation était une batterie Turnigy Multistar 14,8 V. Sa capacité est de 16 Ah, son poids est de 1,3 kg. Pour une batterie au lithium polymère, la tension maximale lors de la charge est de 4,2 V par cellule et la tension minimale lors de la décharge est de 3 à 3,3 V. La batterie est composée de quatre batteries et la tension totale à l'état chargé est de 16,8 V. a montré que la résistance interne est de 8 mOhm, donc même à un courant de 10 A, la puissance dissipée dans les batteries sera inférieure à un watt. Le circuit de commande du moteur hors-bord est illustré à la Fig. 1. L'arrêt automatique de la batterie lorsque sa tension chute au niveau minimum admissible est effectué par un déclencheur Schmitt monté sur les transistors VT1 et VT2. Ce niveau (dans notre cas il est de 13 V) est réglé avec la résistance d'ajustement R2. A noter que pour une installation précise il est conseillé d'utiliser une résistance trimmer dite multitours (avec une vis sans fin).
Lorsque vous appuyez brièvement sur le bouton SB2, le transistor VT1 s'ouvre et VT2 se ferme. Cela conduit à l'ouverture du transistor VT3. En conséquence, le relais K1, inclus dans le circuit collecteur de ce transistor, est activé. Ses contacts fonctionnent en circuit fermé et permettent la commutation de courant continu d'une puissance allant jusqu'à 16 A sous une tension allant jusqu'à 24 V. Le générateur d'impulsions rectangulaires, assemblé sur les éléments du microcircuit DD1, reçoit la tension d'alimentation avec un léger retard dû à la présence d'un condensateur C2 et d'une résistance R14 relativement importants. Le délai vous permet d'utiliser un bouton de faible puissance pour démarrer le moteur électrique. Les impulsions de tension provenant de la sortie de l'élément DD1.3 ouvrent périodiquement le transistor V74, dans le circuit de drain duquel le moteur électrique M1 est connecté. Son inverse est effectué par l'interrupteur SA1. Lorsque la tension d'alimentation chute au niveau inférieur réglé (lorsque la batterie se décharge), le transistor W1 se ferme et l'ensemble du dispositif fonctionne dans le sens opposé : les contacts du relais s'ouvrent et la source d'alimentation est déconnectée. Pour arrêter un moteur fonctionnant à une tension plus élevée, utilisez le bouton SB1. Avec les valeurs nominales des pièces indiquées sur le schéma, le taux de répétition des impulsions est d'environ 50 Hz. La durée des impulsions de tension fournies au moteur électrique est contrôlée par la résistance variable R6. Les valeurs des résistances R8 et R9 sont choisies de manière à ce que, avec une batterie complètement chargée, le courant moyen circulant dans le moteur électrique puisse varier en douceur d'environ 5 à 9 A. Les pièces de l'appareil sont montées sur une plaque en fibre de verre mesurant 138x47 mm. Le transistor V74 est installé sur un petit dissipateur thermique. La puissance dissipée par celui-ci ne dépasse pas un watt. En figue. La figure 2 montre la dépendance de la tension de la batterie et de sa température sur le temps de fonctionnement continu à la puissance maximale du moteur électrique. Un graphique du courant consommé en fonction du temps est également affiché. Le moteur lui-même avec l'hélice d'origine a été fixé dans un bain d'eau. La figure montre que la tension de la batterie, au fur et à mesure de sa décharge, chute assez doucement jusqu'à une valeur d'environ 14,3 V, après quoi elle diminue fortement. Une chute rapide de tension à l’approche du niveau inférieur autorisé est typique des batteries lithium-polymère. La température maximale de l'alimentation dans un boîtier fermé après deux heures de fonctionnement continu ne dépassait pas 45...46 оC. Dans le même temps, comme l'ont montré des études, une contribution significative au chauffage est apportée par le dissipateur thermique du transistor VT4 et le relais K1 situés à côté de la batterie.
La batterie ainsi que le tableau de commande du moteur sont situés dans un boîtier scellé en duralumin sur le moteur hors-bord. Le couvercle de la box est fait pour s’ouvrir et la batterie peut être facilement retirée. Une vue générale du moteur est présentée sur la Fig. 3 (on peut aussi en juger sa taille). Le poids du moteur avec la batterie est d'environ 4,4 kg.
Des tests du moteur du bateau ont été effectués sur le lac en l'absence de vagues. La charge totale du canot pneumatique biplace JAM 220 T était d'environ 100 kg. Sa vitesse avec une batterie complètement chargée et une puissance moteur maximale était de 4,5 km/h. Le moteur a fonctionné en continu pendant 2 heures 20 minutes avant de s'arrêter. A puissance minimale, ces chiffres étaient respectivement de 3,6 km/h et 3 heures 45 minutes. Ainsi, d'après les données présentées, il est clair qu'une batterie lithium-polymère peut être utilisée avec succès pour créer des moteurs de bateaux électriques hors-bord faciles à utiliser et légers avec une source d'alimentation située directement sur le moteur. Auteur : A. Gavrilov
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