Когда гольф-карт с трудом преодолевает подъем, двигатель редко бывает первым компонентом, в котором я виню. В этом руководстве показано, как с помощью реальных измерений различить падение напряжения на аккумуляторе, неисправности контроллера, срабатывание защиты системы управления аккумуляторной батареей (BMS), неисправности двигателя и сопротивление трансмиссии.
Холм обнажает слабость.
Электрическая гольф-карета может вести себя совершенно нормально на ровном асфальте, но при подъеме по склону терять половину скорости, поскольку подъем требует большего крутящего момента на колесах, большего тока двигателя и более длительной мощности, чем это когда-либо требуется при обычной езде по ровной поверхности.
Так что же на самом деле выходит из строя?
В большинстве случаев гольф-карт теряет мощность при подъеме в гору из-за того, что аккумуляторная батарея не способна удерживать напряжение под нагрузкой, кабель или клемма создают дополнительное сопротивление либо контроллер ограничивает ток. Двигатель следует рассматривать в конце списка возможных причин.
Порядок действий имеет значение. Я считаю, что любая мастерская, которая рекомендует установить новый двигатель, не измерив напряжение и ток заряженного аккумулятора, просто рискует деньгами клиента.
Мое непреложное правило очень простое: Проведите испытание аккумулятора под нагрузкой, проверьте цепь высокого тока, снимите показания контроллера и только после этого признайте двигатель неисправным.
Подъем превращает тележку в испытание на нагрузку при движении. Это требует одновременно и энергии, и крутящего момента.
Рассмотрим тележку с пассажирами и грузом общим весом 1 200 фунтов, или примерно 544 кг. При скорости 10 миль в час на уклоне 10% системе требуется около 2,4 кВт механической мощности для преодоления подъема, не учитывая потери в шинах, трение в трансмиссии, электрические потери и ускорение.
При общем КПД 80% аккумулятору может потребоваться непрерывно выдавать мощность, близкую к 3 кВт. Это соответствует току примерно 62 А при напряжении питания 48 В, причем ток может значительно возрастать при трогании на подъеме, резком ускорении или при эксплуатации с шинами увеличенного размера.
Именно поэтому тележка, которая на ровной поверхности движется с током 20–40 А, может на первом же серьёзном подъёме внезапно выявить неисправный элемент аккумулятора, перегретый кабель, недостаточно мощную систему управления аккумуляторной батареей (BMS) или слишком консервативные настройки контроллера.
Приведенные цифры — это не просто теоретические данные. Недавнее Технические характеристики контроллера двигателя Curtis серии M В таблице приведены значения двухминутных предельных токов в диапазоне от 275 А до 550 А для серий 1204M, 1205M и 1221M. В нём также описаны пятисекундный режим повышенного напряжения на выходе, программируемое отключение при пониженном напряжении и тепловая защита — именно те функции, которые проявляются, когда тележка поднимается по рампе или холму.
Чем сильнее ток, тем больше выделяется тепла. Мощность электронагревателя определяется по формуле:
Тепловые потери = Сила тока² × Сопротивление
Если увеличить силу тока вдвое, резистивное нагревание усилится в четыре раза. Этот неприглядный кабель аккумулятора может оставаться холодным на ровной местности, но при длительном подъеме на гору нагреваться до болезненной температуры.
Даже самое незначительное сопротивление имеет значение.
Соединение, добавляющее всего 0,01 Ом, при токе 100 А приводит к потерям мощности в 100 Вт. При токе 200 А такое же некачественное соединение приводит к потерям мощности в 400 Вт и падению напряжения на 2 В ещё до того, как энергия достигнет контроллера.
Используйте поведение тележки для сужения круга поиска, но не рассматривайте симптомы как доказательство. Решающим фактором являются результаты измерений.
| Для чего нужна тележка | Наиболее вероятный подозреваемый | Тест, подтверждающий это | Что пока не стоит заменять |
|---|---|---|---|
| На ровной поверхности бежит нормально, но на подъеме резко сбавляет скорость | Разряженный аккумулятор, несбалансированные элементы, сопротивление кабеля | Записывайте общее напряжение аккумуляторной батареи и напряжение отдельных аккумуляторов или групп элементов во время набора высоты | Двигатель |
| Разворачивается, теряет мощность, а затем восстанавливает её после отпускания педали | Система управления батареей (BMS) литиевой батареи: защита от перегрузки по току или разряда элементов | Считать историю событий системы управления батареей (BMS), минимальное напряжение элементов, ток батареи и температуру | Контроллер |
| В холодную погоду тянет сильно, но после нескольких подъемов интенсивность снижается | Термическая защита контроллера или двигателя | Запишите показатели контроллера и температуру двигателя до и после сбоя | Аккумуляторная батарея |
| Напряжение в батарее остается стабильным, но ток двигателя перестает расти | Ограничение тока контроллера, сигнал дроссельной заслонки, датчик скорости или настройки | Сравните сигнал управления дроссельной заслонкой, ток аккумулятора, ток якоря и настройки предельных значений контроллера | Аккумулятор |
| Ток резко возрастает, но тележка едва набирает скорость | Тормозное трение, сопротивление подшипников, шины слишком большого размера, неправильная передача или неисправность двигателя | Осторожно поднимите и раскрутите колеса; проверьте тормоза, подшипники, ось и двигатель | Контроллер |
| На самом крутом участке тележка полностью останавливается | Отключение системы управления батареей (BMS), отключение контактора, ослабленный зажим, отключение при пониженном напряжении | Одновременно проверьте коды неисправностей и напряжение на аккумуляторе и контроллере | Двигатель |
| Запах гари, образование электрической дуги, неровная работа или необычный шум двигателя | Щетки, коммутатор, подшипники, обмотки или поврежденные кабели | Проведите осмотр двигателя и выполните измерения сопротивления, проверку изоляции и измерение силы тока | Увеличение емкости аккумулятора |
Вот неприятная правда: мощный двигатель может только ухудшить ситуацию с тележкой, у которой и так недостаточная мощность.
Торсионный двигатель в сочетании со старым свинцово-кислотным аккумуляторным блоком может потребовать большего тока, вызвать более значительное падение напряжения в аккумуляторах гольф-кара под нагрузкой и привести к более раннему срабатыванию защитных механизмов контроллера. Владелец тратит больше, а характеристики при движении в гору практически не улучшаются.
Показание напряжения в состоянии покоя не является проверкой аккумулятора.
Это отправная точка.
Разряженный аккумулятор может показывать приемлемое напряжение после зарядки, поскольку цифровой измеритель практически не создает нагрузки на него. Неисправность проявляется, когда двигатель потребляет ток, а внутреннее сопротивление аккумулятора приводит к падению напряжения на клеммах.
Официальный представитель Руководство пользователя E-Z-GO TXT 48 В в книге прямо указывается: ёмкость аккумулятора необходимо определять с помощью нагрузочного испытания на разрядном стенде. Там же отмечается, что новому аккумулятору может потребоваться до 100 циклов заряда-разряда для достижения максимальной ёмкости, а также рекомендуется проводить проверку с помощью гидрометра для выявления неисправных свинцово-кислотных аккумуляторов с жидким электролитом.
Используйте измерительный прибор с функцией фиксации минимальных и максимальных значений, защищенный регистратор данных или устройство мониторинга заряда батареи с поддержкой Bluetooth. Не просите пассажира держать оголенные провода измерительного прибора во время движения тележки.
Запись:
Испытание проводилось на том же холме, с той же пассажирской нагрузкой и при аналогичном уровне заряда аккумулятора. Случайные испытания приводят к случайным выводам.
В случае аккумуляторной батареи с жидким электролитом сравнивайте все аккумуляторы при одинаковой нагрузке. В тележке с напряжением 48 В могут использоваться шесть аккумуляторов по 8 В, восемь аккумуляторов по 6 В или четыре аккумулятора по 12 В. Самый слабый аккумулятор обычно отстает в показателях больше остальных, но восстанавливается быстрее, чем остальные, при отпускании педали.
Не стоит зацикливаться на одном универсальном значении падения напряжения. Модель аккумулятора, температура, срок эксплуатации, степень заряда, сила тока и продолжительность испытания — все эти факторы влияют на результат.
Сравнивайте сопоставимое с сопоставимым.
Если пять аккумуляторов на 8 В остаются в плотной группе, а один из них резко отстает по напряжению, то этот «выпадающий из ряда» аккумулятор заслуживает внимания. Если же напряжение всего блока аккумуляторов равномерно падает, это может означать, что он разряжен, изношен, имеет недостаточную емкость или перегружен из-за чрезмерного потребления тока.
Проверьте все соединения между аккумулятором и двигателем:
Обратите внимание на изменения цвета, расплавленную изоляцию, зелёную коррозию, ослабленные крепежные детали, деформированные шайбы, треснувшие наконечники и кабели, которые на ощупь горячее, чем соседние.
Тепловизионная камера, конечно, поможет, но ваш вольтметр может выполнить ту же «детективную» работу. Измерьте напряжение на каждом соединении, когда тележка находится под нагрузкой. На исправном замкнутом соединении напряжение должно быть практически нулевым. Заметное повышение напряжения указывает на наличие сопротивления.
Не отсоединяйте и не затягивайте высокотоковые компоненты при включенной аккумуляторной батарее. Соблюдайте инструкции производителя автомобиля по буксировке, техническому обслуживанию и отключению аккумулятора.
Если электрическая гольф-каретка теряет мощность при подъеме в гору после переоборудования на литиевую батарею, это не обязательно означает, что аккумуляторная батарея разряжена. Возможно, система управления батареей (BMS) обеспечивает её защиту.
Отображение на экране Bluetooth надписи “70% state of charge” не означает разрядку аккумулятора. Даже если среднее напряжение аккумуляторной батареи по-прежнему кажется приемлемым, одна группа слабых элементов может достичь порога низкого напряжения.
Читайте:
Аккумуляторная батарея LiFePO₄ напряжением 51,2 В и ёмкостью 105 А·ч имеет номинальную энергию 5,376 кВт·ч:
51,2 В × 105 А·ч = 5 376 Вт·ч
При токе 200 А номинальная электрическая мощность составляет:
51,2 В × 200 А = 10,24 кВт
Однако надпись “200A BMS” является неполной. Имеется ли в виду 200 А в режиме непрерывной работы, пиковый ток в течение 10 секунд или просто рекламная цифра, не подкрепленная результатами термических испытаний?
Именно поэтому я провожу различие между энергией и мощностью. Аккумулятор может иметь запас энергии, достаточный для прохождения всего маршрута, и при этом выйти из строя, поскольку его система управления (BMS) не способна выдержать ток, необходимый для трогания на подъеме.
Для планирования системы сравните Варианты аккумуляторов для гольф-каров 48 В с Системы аккумуляторных батарей для гольф-каров на 51,2 В, а затем рассчитать фактическое энергопотребление, а не полагаться на номинальные данные на этикетке. CoreSpark’s Руководство по подбору аккумуляторов для гольф-каров по мощности в ватт-часах объясняет, почему напряжение, полезную мощность в Вт·ч, ток системы управления батареей (BMS), совместимость с зарядным устройством и запас прочности необходимо оценивать в совокупности.
Если тележка полностью останавливается, а не просто замедляется, воспользуйтесь данными о событии и выполните следующие действия Проблемы с отключением системы управления батареей (BMS) в гольф-каре прежде чем заказывать контроллер или двигатель.
Контроллер не просто передает энергию от аккумулятора на двигатель. Он регулирует выходную мощность, ограничивает ток, контролирует напряжение, обрабатывает сигнал дроссельной заслонки, реагирует на температуру и может снижать производительность при обнаружении условий, выходящих за пределы заданных параметров.
Такое снижение мощности может восприниматься точно так же, как разряженный аккумулятор.
Сайт Руководство по эксплуатации контроллера Curtis 1268 указывается, что основной параметр ограничения тока регулирует максимальный ток, подаваемый во время работы привода, и может напрямую снижать максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем. В данной модели ограничение тока привода можно настроить в диапазоне от 100 А до полного номинального тока контроллера.
Эта одна деталь развенчивает распространенный миф: работа на полном газу не гарантирует полного крутящего момента двигателя.
Педаль может подавать команду на 100%, тогда как контроллер подает только тот ток, который допускается в соответствии с его настройками, температурой, напряжением аккумулятора или алгоритмом действий при неисправностях.
Следует заподозрить неисправность контроллера, если:
В документации компании Curtis также поясняется, что ограничение тока снижает мощность выхода с импульсно-широтно-модулированным сигналом до тех пор, пока ток двигателя не опустится ниже заданного предельного значения. Эта защита снижает нагрузку на контроллер, аккумулятор, двигатель и трансмиссию, но при этом означает, что намеренно ограниченный контроллер может создать ощущение, будто исправный двигатель теряет мощность при движении в гору.
Если тележка с холодным аккумулятором с трудом преодолевает первый подъем и ползет вверх по четвертому, то, вероятно, проблема заключается не просто в уровне заряда аккумулятора.
Записывайте показания термометров.
Стратегии защиты контроллера могут различаться, но, как правило, они приводят к снижению тока по мере повышения температуры. Снижение мощности может ощущаться плавно, а не резко. После нескольких минут охлаждения мощность восстанавливается до полного уровня.
Проверьте:
Низкая скорость и высокий крутящий момент создают серьезные проблемы, поскольку при этом воздушный поток слабый, а ток остается высоким.
Не пытайтесь “исправить” термическое снижение мощности, просто увеличив предельное значение тока. Это может привести к тому, что защитная реакция превратится в выход контроллера из строя, повреждение двигателя, замыкание контакторов или перегрев кабеля.
Да, неисправный двигатель может привести к потере мощности гольф-кара при подъеме в гору.
Однако это заболевание часто диагностируется излишне часто.
Неисправность двигателя становится более вероятной, если напряжение в аккумуляторе остается стабильным, кабели проходят испытания на падение напряжения, контроллер подает сигнал на подачу ожидаемого тока, а приводной механизм вращается свободно.
В системах постоянного тока старых моделей Club Car, E-Z-GO и Yamaha необходимо проверить:
Изношенная щетка может по-прежнему проводить достаточно тока для езды по ровной местности при небольшой нагрузке. При подъеме в гору образование электрической дуги и плохой контакт становятся гораздо более заметными.
В системах постоянного и переменного тока с раздельным возбуждением также могут возникать следующие проблемы:
Не следует рассматривать “высокий ток” как признак исправности двигателя. Заглохший двигатель, затянутый тормоз, поврежденный подшипник или неправильная передача могут приводить к высокому потреблению тока при низкой скорости движения автомобиля.
Этот шаг постоянно игнорируется.
Переведите тележку в режим буксировки или технического обслуживания, предусмотренный производителем, отключите электропитание, поднимите её с помощью оборудования, рассчитанного на соответствующую нагрузку, и с соблюдением мер безопасности проверьте вращение колёс.
Проверьте:
Тележка, оснащённая 23-дюймовыми шинами вместо 18-дюймовых, фактически увеличивает передаточное число примерно на 28%.
23 ÷ 18 = 1,278
Двигатель должен развивать больший крутящий момент на том же уклоне, при этом ускорение снижается, а потребляемый ток возрастает. Владельцы часто называют это “поломкой двигателя”, хотя на самом деле проблема заключается в трансмиссии, которую они заменили самостоятельно.
Суровая правда: косметические доработки не обходятся без затрат на электрооборудование.
Устраняйте выявленную неисправность, а не самую «интересную» деталь.
Для свинцово-кислотных систем:
Для литиевых систем:
Министерство энергетики США отмечает, что литий-ионные аккумуляторы отличаются высоким соотношением мощности к весу, высокой энергоэффективностью, низким уровнем саморазряда и хорошими эксплуатационными характеристиками при высоких температурах. Это действительно преимущества, но они не устраняют необходимости согласовывать напряжение, ток системы управления аккумуляторной батареей (BMS), профиль зарядного устройства, схему подключения и тепловые ограничения.
Владельцам, планирующим полную модернизацию, следует руководствоваться подходом на системном уровне Процесс переоборудования свинцово-кислотных аккумуляторов на литиевые (48 В) а не рассматривать LiFePO₄ как простой вариант для замены.
Более крупный контроллер не всегда лучше. Он может выявить недостаточную мощность системы управления батареей (BMS), слабый кабель, изношенную батарею или двигатель, который не способен отводить дополнительное тепло.
Что касается подъемов, я отдаю предпочтение конструкции системы, ориентированной на крутящий момент, а не на заявленную максимальную скорость. Лучший двигатель для гольф-кара при движении по подъемам — это тот, который учитывает мощность аккумулятора, характеристику тока контроллера, передаточное число моста, диаметр шин и фактическую массу кара с грузом.
Не самый мощный двигатель.
Соответствующий двигатель.
Всегда следуйте этой последовательности действий:
Запишите класс, нагрузку, размер шин, степень заряда, температуру окружающей среды, скорость и время до потери мощности.
Зафиксируйте напряжение в состоянии покоя, минимальное напряжение под нагрузкой, пиковый ток и напряжение восстановления.
Сравните каждую свинцово-кислотную батарею или каждую группу литиевых элементов в ходе одного и того же испытания.
Измерьте падение напряжения на кабелях, наконечниках, предохранителе, контакторе и клеммах контроллера под нагрузкой.
Проверьте данные системы управления батареей (BMS), контроллера, зарядного устройства и двигателя, если они доступны.
Стабильное напряжение аккумулятора в сочетании с неожиданно низким током двигателя указывает на проблемы с настройками контроллера, сигналом дроссельной заслонки, данными датчиков или схемой защиты.
Проверьте тормоза, подшипники, шины, развал-схождение, передаточные числа и грузоподъёмность.
Проверьте щетки, коммутатор, обмотки, подшипники, датчики, изоляцию и температуру двигателя.
Этот алгоритм работает медленнее, чем просто угадывать в течение десяти минут.
Это намного быстрее, чем замена трёх исправных деталей.
Гольф-карт теряет мощность при движении в гору, когда приводная система не может поддерживать напряжение и ток, необходимые для обеспечения более высокого крутящего момента. Обычно это происходит из-за падения напряжения в аккумуляторной батарее под нагрузкой, сопротивления кабеля, ограничения тока системой управления аккумуляторной батареей (BMS) или контроллером, перегрева двигателя либо из-за чрезмерного механического сопротивления в трансмиссии.
Начните с проверки напряжения и тока на подъеме. Показания аккумулятора в состоянии покоя не могут отразить его работу под тяговой нагрузкой.
Проблема с аккумуляторной батареей проявляется в виде резкого падения напряжения в батарее, слабого состояния одного аккумулятора или группы элементов, перегрева или коррозии контактов, либо в виде сигнала о низком напряжении от системы управления батареей (BMS), тогда как проблема с контроллером обычно приводит к тому, что напряжение аккумулятора остается относительно стабильным, но при этом ограничивается ток двигателя, регистрируется код неисправности или снижается выходная мощность после нагрева.
Запишите напряжение аккумулятора, ток контроллера, сигнал управления дроссельной заслонкой, коды неисправностей и температуру во время одного и того же набора высоты. Не сравнивайте показания, полученные на разных маршрутах или при разных уровнях заряда аккумулятора.
Неисправность двигателя гольф-кара может привести к потере мощности при движении в гору, если изношенные щетки, поврежденная обмотка, ненадлежащая коммутация, перегрев изоляции, неисправный датчик скорости или неправильные настройки тока возбуждения не позволяют двигателю развивать крутящий момент; однако вину следует возлагать на двигатель только после того, как будут должным образом проверены напряжение аккумулятора, потери в кабелях, выходной сигнал контроллера, тормоза, подшипники и редуктор.
Вероятность возникновения неисправностей двигателя возрастает, если подача тока обеспечивается, напряжение остается стабильным, механическое сопротивление исключено, а двигатель выделяет аномальное тепло, издает шум, образует электрическую дугу или демонстрирует нестабильный крутящий момент.
Правильным способом устранения проблемы потери мощности гольф-кара при подъеме в гору является ремонт, восстанавливающий напряжение под нагрузкой и заданный ток двигателя: замена разряженного аккумулятора или поврежденного кабеля, корректировка параметров системы управления аккумуляторной батареей (BMS), перепрограммирование или замена контроллера, ограничивающего ток, устранение механического сопротивления или установка двигателя с приоритетом крутящего момента, рассчитанного с учетом напряжения системы и передаточного числа.
Не начинайте с покупки комплекта для модернизации. Для начала запишите напряжение аккумуляторной батареи, минимальное напряжение элемента, пиковый ток, температуру контроллера, диаметр шин, нагрузку на автомобиль и коды неисправностей.
Лучший двигатель для гольф-кара, предназначенного для езды по холмам, — это двигатель с высоким крутящим моментом, который соответствует напряжению кара, току контроллера, передаточному числу моста, диаметру шин, массе транспортного средства, ограничениям по охлаждению и рабочему циклу; выбор двигателя с максимальной заявленной мощностью без учета этих параметров может снизить эффективность, привести к срабатыванию тепловой защиты, повредить контроллер или ухудшить управляемость на низких скоростях.
В случае использования тележек с увеличенной грузоподъемностью или при повторяющихся подъемах по крутым склонам переход на более низкую передачу может обеспечить более значительное улучшение в реальных условиях, чем замена только на двигатель.
Полностью зарядите тележку. Установите регистратор напряжения или измерительный прибор. Запишите напряжение аккумуляторной батареи, напряжение отдельных аккумуляторов или минимальное напряжение элементов, пиковый ток, температуру контроллера и коды неисправностей именно на том участке подъема, где происходит потеря мощности.
А теперь рассмотрим факты:
Для проверки технических характеристик аккумулятора отправьте информацию о модели тележки, напряжении системы, модели контроллера, пиковом токе, диаметре шин, нагрузке пассажиров, уклоне подъема, требуемом запасе хода, размерах платформы и параметрах зарядного устройства через Страница запроса на изготовление аккумуляторов LiFePO₄ по индивидуальному заказу от CoreSpark.
Не просите “более мощный аккумулятор”.”
Попросите аккумуляторную батарею, которая сможет гарантированно выдерживать напряжение и обеспечивать необходимый ток на вашем подъеме.
