Veículos Elétricos - Os Carros Verdes - Emissão "Zero" de Carbono - Tecnologias e Empreendimentos: Motocicleta Zero DS 2010 - Modificada e Emplacada com Certificado de Segurança Veicular (Parte 2/4)

Motor Revolt RV-160 Pro e Controlador Kelly KEB Aplicados à Atualização de uma Motocicleta Zero DS ano 2010

Preparação Preliminar do Motor Revolt RV-160 Pro e do Controlador Kelly KEB:

Quando o Controlador Kelly KEB72121E chegar em mãos, antes de tudo, convirá fazer logo um teste rápido, para verificar se ele está OK, aproveitando para familiarizar, antecipadamente, com o seu Software de Configuração de parâmetros (que pode ser baixado, grátis, direto do suporte no site da empresa Kelly Controllers, em conformidade com o modelo do controlador).

Configurar parâmetros de um controlador para motor BLDC, com aplicação em Veículo Elétrico Ultraleve, tal como uma motocicleta, me pareceu algo bem mais simples do que parametrizar o acionamento de um Motor de Indução Trifásico para um típica aplicação industrial, onde pode ser necessário se lidar com um número muito maior de parâmetros.

Para testar e / ou para se configurar os parâmetros desse controlador, fora da motocicleta (desconectado do pacote de bateria), uma fonte de alimentação CC capaz de fornecer uma tensão de saída de qualquer valor entre 8 e 30 V é requerida. Os polos dessa fonte são ligados apenas entre os pinos 1 (PWR – Controller Power Supply) e 2 (RTB – Power Supply Ground (GND)) do conector J2 do controlador Kelly KEB. Neste caso, o controlador não poderá girar o motor, pois, para isso ele precisa que a alimentação de energia para acionamento esteja conectada aos terminais de potência B+ e B- do controlador Kelly KEB.

Entretanto, a condição ideal para se realizar, concomitantemente, tanto as modificações de circuito do Sistema da Motocicleta, quanto os ensaios de acionamento com o novo conjunto Motor / Controlador (que são necessários serem feitos antes que tais dispositivos sejam instalá-los para integrar a motocicleta Zero DS 2010) é que a caixa toda do Pacote de Baterias seja desmontada do quadro da motocicleta e movida para uma bancada adequada.

Convém que nessa bancada esteja prevista, inclusive, a existência de uma Morsa Torno de Bancada (número 2 ou superior) para prender adequadamente o motor esteja prevista. Assim, tão logo quanto possível nós iremos conectar os cabos de alimentação de energia aos terminais B+ e B- do controlador Kelly KEB, o que tornará possível girar o motor, ainda que em vazio (sem carga mecânica acoplada ao seu eixo, sem desenvolver torque considerável), o que resultará em acionamentos com correntes de magnitudes bem moderadas.

A fim de poder acionar o motor durante os ensaios, convém que o Suporte do Motor original da motocicleta já esteja convenientemente adaptado para ser montado ao novo motor, com o motor preso à morsa pela borda desse suporte, lembrando, ainda, de tomar cuidado, o tempo todo, com o aspecto de segurança, pois, esse é um motor outrunner, nada pequeno, cujo corpo externo girará, com torque e a velocidades consideráveis. Então, esse é um passo do serviço: preparar o suporte do motor para o novo motor.

Prender motores rotativos em suportes, salvo raríssimas exceções, isso sempre remete a um circulo cujo centro corresponde ao mesmo centro do eixo da máquina e cuja linha de circunferência passa pelo centro de cada um dos furos roscados que recebe os parafusos. Neste caso, infelizmente, o diâmetro dessa circunferência não é exatamente igual para o motor Agni 95-R (que é de 62 mm) e para o motor Revolt RV-160 Pro (que é de 56 mm).

Outra coisa é que esses furos roscados costumam ser distribuídos em simetria ao longo dessa circunferência. Também ai, infelizmente, é padrão é diferente para os casos de cada um desses motores: O Agni é preso por apenas 4 parafusos, nas posições relativas 0°, 90°, 180° e 270° da sua circunferência, enquanto o Revolt emprega 6 parafusos para sua fixação, nas posições relativas 0°, 60°, 120°, 180°, 240° e 300° da sua circunferência.

Entretanto, nem tudo está perdido, pois, os furos do suporte do motor são apenas de passagem dos parafusos (furos não roscados), o que não exige grande precisão, de modo que basta proceder o alargamento, de (62 - 56) / 2 = 3 mm em direção ao centro (para ajustar o diâmetro da circunferência de 62 mm para 56 mm), em apenas dois dos furos originais do suporte (nos furos das posições 0° e 180°, dando-lhes uma forma de oblongo), enquanto se provê quatro novos furos nas demais posições restantes (60°, 120°, 240° e 300°), na linha da circunferência de 56 mm.

Quanto aos parafusos originais que prendiam o Agni 95-R, eles são M8x1.25, onde, M8 significa uma rosca de diâmetro de 8 mm, enquanto 1,25 é o passo, ou seja, a distância (também em mm) de um fio de rosca o outro fio de rosca adjacente. Existem diferentes passos de fio de rosca para um mesmo diâmetro de rosca. No caso de M8, o passo de 1,25 corresponde a de “rosca mais grossa” existente (aprenda mais, aqui). Coincidentemente, o motor da Revolt utiliza a mesma rosca e, assim, você pode empregar os mesmos parafusos, completando o conjunto necessário por adquiri mais duas peças extras dele.

Outra coisa que demanda preocupação, desde o início, é quanto a ponta de eixo do novo motor, pois, é diretamente nessa ponta de eixo que se acopla o pinhão do sistema de transmissão da motocicleta. Como não é necessário realizar modificação alguma na relação da transmissão, o pinhão empregado é o mesmo pinhão original, que antes estava acoplado ao eixo do motor Agni 95-R. O 95-R possui um eixo de 19 mm de diâmetro, com uma ponta exposta de 40 mm de comprimento, que possui canaleta para acomodar uma chaveta ISO de 6 mm. No sentido longitudinal a partir da ponta do eixo, existe um furo roscado, também M8x1.25, usado para fixar o pinhão.

Já, o comprimento da ponta exposta do eixo do motor RV-160 Pro também é 40 mm (o desenho mecânico completo pode ser visto na postagem anterior), entretanto, diferente do 95-R, o diâmetro de tal eixo é 20 mm. Tanto essa diferença no diâmetro da ponta do eixo (de 20 mm para 19 mm), quanto qualquer detalhe sobre a canaleta para alojar a chaveta, pode ser acertado na ocasião do pedido do novo motor, diretamente com o pessoal da Revolt Motors (só não pode esquecer disso).

Com efeito, nem mesmo a modificação do suporte do motor precisa ser feita se você souber negociar com a Revolt Motors. Foi o que aconteceu no caso da motocicleta em questão, pois, o seu proprietário conseguiu um Adaptador Especial para compatibilizar o sistema de fixação do motor RV-160 Pro (6 parafusos M8x1.25 a 56 mm do centro) para o suporte do motor original (4 parafusos M8x1.25 a 62 mm do centro). Entretanto, vale lembrar que o emprego de tal adaptador ocupa espaço, tornando mais apertado e menos confortável de se realizar o procedimento de encaixar e fixar o motor com seu suporte no quadro da moto.

A princípio, não convém se fixar o novo controlador do motor Kelly KEB em sua bandeja de suporte (peça de alumínio que fica anexada ao Carregador Embarcado (QUIC)), pois isso dificultaria as eventuais operações de conexão e desconexão, principalmente dos cabos que conduzem a energia vinda da bateria para o controlador, nos terminais potência B+ e B-, e dos cabos que conduzem a energia de acionamento para as fases do motor nos terminais de potência A, B e C.

Contudo, convém que o Carregador Embarcado (QUIC) também esteja presente na bancada de trabalho, para que você tenha o sistema mais completo, e possa monitorar o estado e recarregar o pacote de bateria, se e quando necessário, enquanto que, o Controlador Kelly KEB pode ficar solto sobre o Carregador Embarcado, apenas apoiado sobre a bandeja.

Apenas ao final, depois de feitas todas as modificações de circuito do sistema da motocicleta, e todos os ensaios realizados, é recomendável verificar o local de instalação do Controlador Kelly KEB. Ao final, o controlador de motor Kelly KEB deverá ser montado, preso à mesma bandeja de alumínio original onde, antes, ficava montado o antigo controlador de motor, o Alltrax AXE (tal bandeja de suporte, na motocicleta, fica instalada abaixo do Carregador Embarcado (QUIC)).

A recomendação da Kelly para garantir que a potência nominal total possa ser aproveitada, tal controlador deverá ser fixado a uma superfície metálica plana e limpa, preso com quatro parafusos e, se possível, aplicando uma fina camada de graxa de silicone em toda a sua base para melhorar o desempenho térmico de contato da sua base com a superfície da bandeja de alumínio onde ele será fixado.

Contudo, o quanto antes, novos furos para passagem (furos não roscados) para os parafusos de fixação desse controlador já devem ser feitos, nas bordas laterais do controlador Kelly KEB, e eles devem coincidir com a posição dos furos originais que já existem na bandeja de suporte, que não precisa sofrer nenhuma alteração. Assim, esse é mais um passo do serviço: preparar a mecânica do controlador Kelly KEB para ele ser, posteriormente, instalado.

As posições corretas para esses quatro novos furos podem ser marcadas, simplesmente, por se colocar os dois controladores (o Kelly KEB e o Alltrax AXE) confrontados base a base, pois, como mostra a próxima figura, a caixa de alumínio do controlador Kelly é mais extensa em comprimento, porém, os seus terminais de potência (A, B, C, B+ e B-) são mais curtos do que os terminais de potência do Altrax, de modo que, comparativamente, os comprimentos totais de ambos (Kelly KEB e Alltrax AXE) se equiparam, enquanto que, as dimensões das largura deles são quase que perfeitamente iguais.

O Sistema Eletroeletrônico da Motocicleta Zero DS 2010:

Note que, para a motocicleta Zero DS 2010 funcionar adequadamente com o novo conjunto Motor / Controlador, uma série de adaptações, que consistem em modificações dos circuitos elétricos originais, serão necessárias. A grande maioria delas pode ser feita na bancada, antes mesmo de se realizar qualquer ensaio de acionamento do motor, pois quase todas as modificações de circuito necessárias são feitas no âmbito do Painel Elétrico Principal que se encontra agregado à caixa do Pacote de Baterias.

Nenhuma modificação precisa ser feita em alguma parte interna ao invólucro de qualquer dispositivo eletroeletrônico (original da motocicleta, ou não). Não obstante, contudo, eu precisei abrir a caixa plástica preta que contém o Controlador Dedicado da Motocicleta, a fim de, por meio de engenharia reversa, compreender melhor o sistema da motocicleta, objetivando a elaboração de um diagrama de ligações completo dele, para poder definir as modificações de circuito necessárias de serem feitas ao sistema de modo mais correto e seguro.

O Painel Elétrico Principal contém, além de cabos, terminais e conectores, os seguintes componentes principais (numerados de acordo com os números circundados nas figuras posteriores):

(1) O Controlador Dedicado da Motocicleta: um dispositivo eletrônico que é subsistema de design proprietário que centraliza (quase) todas as funções de controle do sistema da motocicleta. Em fóruns especialistas ele tem sido chamado de MMB (Main Motorcycle Board) ou de Main Motorcycle Control Module (denominação empregada pela própria Zero).

Além do Controlador Dedicado da Motocicleta, o Painel Elétrico Principal contém diversos outros dispositivos com funções de fonte de alimentação, manobra, proteção e sensoriamento, tais como:

(2) A Chave Geral (Main Power Cut-Off): chave de atuação manual, que é capaz de conectar ou de desconectar ambos os polos do pacote de baterias para todo o restante do sistema (o polo positivo é manobrado após ele passar pelo Fusível Geral, de 425 A, que também se encontra no interior desse mesmo painel);

(3) O Contator Principal: comandado e monitorado pelo Controlador Dedicado da Motocicleta, ele permite ou impede a passagem de alimentação de energia que o Controlador do Motor usa para acionar o motor;

(4) O Resistor de Pré-Carga: é um componente novo a ser agregado ao sistema da motocicleta (no caso, foi montado embutido em um tubo termo retrátil preto), por contra de uma das modificações do circuito que se fazem necessárias de serem feitas. Seu emprego é requerido devido ao novo controlador de motor Kelly KEB. Sugerido pela Kelly para ser 1 kΩ x 10 W, sua função é criar um caminho alternativo que interliga os contatos do Contator Principal para finalidade de pré-carga (veremos detalhes disso mais adiante);

(5) Os diversos Fusíveis de Proteção:

Visão do Painel Elétrico Principal que é a Parte Central do Sistema da Motocicleta Zero DS 2010

FUS 1: De 10 A, protege o acionamento da bobina do Contator Principal;
FUS 2: De 20 A, protege a entrada de alimentação para o Conversor CC/CC (SEVICON);
FUS 3: De 20 A, protege a entrada de alimentação para o Carregador Embarcado (QUIC);
FUS 12 V: De 25 A, protege a saída de alimentação a partir da saída do Conversor CC/CC (SEVICON);
Fusível de Proteção Geral: de 425 A, fica antes da Chave Geral;

(6) O Transdutor de Corrente: elemento empregado para fins de proteção, que permite monitorar a corrente do acionamento (a leitura da corrente é continuamente fornecida para o Controlador Dedicado da Motocicleta). Note que, de modo redundante, o Controlador Kelly KEB72121E faz o seu próprio monitoramento da corrente de acionamento do motor (monitorada internamente a ele). Não obstante o fato da troca do Controlador do Motor a partir do Alltrax AXe para o Kelly KEB, esse mesmo componente continuará a ser empregado a fim de manter a função protetiva do Controlador Dedicado da motocicleta, Contudo, haverá uma mudança com respeito a qual cabo de energia passará por dentro dele (como veremos bem mais adiante);

(7) O Conversor CC/CC (o SEVCON): responsável por prover a alimentação de 12V (que é convertida a partir da tensão mais alta fornecida pelo pacote de bateria) que é requerida para suprir de energia uma parte do sistema da motocicleta;

(8) O Conector J11 do Painel Elétrico: conector de 12 pinos machos, que fica alojado na tampa do Painel Elétrico Principal, onde conecta-se o cabo que conduz sinais elétricos entre o painel elétrico e o restante externo do sistema da motocicleta;

(9) O Conector da Alimentação de 12 V: conector de 2 pinos que conduz a energia da alimentação de 12 V proveniente do Conversor CC/CC (SEVCON) para suprir uma parte do sistema da motocicleta que fica externa ao Painel Elétrico Principal.

Já, o BMS (Battery Management System), que é responsável por monitorar as condições do estado e do balanceamento de carga entre os módulos do pacote de bateria, é um outro dispositivo eletrônico existente no sistema, mas que, no entanto, fica alocado do outro lado (lado oposto ao do Painel Elétrico Principal) na caixa do pacote de baterias (e que, a princípio, não precisa ser acessado neste trabalho).

O Controlador Kelly KEB72121E:

Os sinais de controle do Controlador Kelly KEB se encontram presentes em um Conector de 14 pinos que é referenciado pela denominação J2: um conector redondo roscável contendo pinos machos, alojado no painel dele (ver próxima figura).

O conector de 2 x 7 = 14 pinos que é sugerido no documento do diagrama de ligação (KBL KEB Assembly) para ser montado na placa base não acompanha o produto e, de fato, eu nunca descobri, exatamente, do que se trata.

Por sua vez, o conector J2 é um tipo de conector relativamente especial (usualmente empregado em aplicações de aviação) que pode ser complicado de adquirir aqui no Brasil, de modo que convém que se adquira junto com um controlador novo, também o produto que é denominado KBL/KEB J2 CABLE (figura ao lado).

Sobre as Entradas de Controle do Controlador Kelly KEB72121E (quais as modificações de circuito que devem ser feitas no sistema e porquê):

As Entradas de Controle do Controlador de Motor Kelly KEB que serão descritas e discutidas a seguir encontram-se acessíveis por meio do Conector de 14 pinos denominado J2 que se apresenta disposto mo painel frontal desse controlador.

Reverse_SW (Reversing switch input, Pino 9 do conector J2 do controlador Kelly KEB): É uma entrada digital que, se estiver ativa, causar a reversão do sentido de giro do motor. Para ser ativada ela precisa ser conectada para o GND (Nível lógico 0, ou seja, um dos fios ligados a um dos pinos denominados RTN do conector J2). A função reverse não se aplica ao caso da motocicleta Zero DS 2010 (pois em motocicletas não se aplica andar de marcha a ré), portanto, esta entrada deve ser mantida em seu estado inativo, ou seja, simplesmente deixada aberta (pois, desconectada já significa que ela se encontra em nível lógico 1, ou seja, desativada);

Micro_SW (Throttle Switch Input, Pino 8 do conector J2 do controlador Kelly KEB): É uma entrada digital, e é a razão pela qual, a propósito, o cabo elétrico de um Acelerador tipo Potenciômetro apresenta um conector com 5 condutores. Desse modo, além do potenciômetro (que usa 3 dos 5 condutores), também uma micro-chave é construída embutida ao conjunto do acelerador (e ela usa os dois condutores restantes).

Na maioria dos Kits de aceleradores (como o mostrado na figura a seguir), esta micro-chave (que pode ser, também, um sensor de efeito Hall) é classificada, em geral, para 2 A a 24 V e ela é um recurso que pode ter importante emprego quando o sistema é dotado de função de regeneração (exigível para a operação no modo Throttle Release Regen do Controlador de Motor Kelly KEB), mas pode ser, também, usada para qualquer outro tipo de bloqueio de segurança do motor que se possa querer implementar.

Está micro-chave apresenta os seus contatos na condição aberta quando estamos com a manopla do acelerador solta e na sua posição de repouso (posição relativa a zero aceleração), enquanto ela fecha os seus contatos assim que se inicia a torção do acelerador, para acelerar. Ao fechar os contatos, o sinal de entrada Micro_SW do controlador Kelly KEB é conectado para GND (fechando circuito ou para o pino 2 ou para pino 3 do conector J2). Uma vez que a entrada Micro_SW está em seu estado ativo, ela realiza a a função para qual ela se destina: liberar o controlador para ele poder pôr o motor em marcha, e passar a variar a velocidade dele, de acordo com o sinal da informação da aceleração (Throttle, que veremos mais adiante).

Contudo, quando o acelerador é solto (ou liberado), ele retorna (deve retornar) rapidamente (por efeito de mola) para a sua posição de repouso, e os contatos da micro-chave voltam a abrir. É então que acontece no controlador uma nova ação que, de acordo com a configuração que se fazer nos parâmetros do controlador Kelly KEB, pode se dar de duas formas distintas:

Apenas contar a energia que é enviada ao motor;
Cortar a energia que é enviada ao motor e dar início a função de regeneração (Função Regen, ou seja, a frenagem regenerativa da motocicleta).

A operação da função de regeneração no modo Throttle Release Regen pode não ser o que há de mais adequado para ser aplicado a uma motocicleta, pois, com isso ela perde a capacidade de, ao se descer por declives, fazê-lo com o motor livre, ou seja perde-se a possibilidade de conduzir em “banguelas”, onde, poder rodar livre costuma ser algo desejável nas motocicletas. Lembre que a função regeneração, quando atua, tem um considerável efeito de frenagem sobre o eixo do motor.

Entretanto, a presença dessa micro-chave no acelerador pode ser algo conveniente para que se possa executar, de forma mais segura, qualquer um dos outros dois possíveis modos da função regeneração que são previstos para a operação do controlador Kelly KEB. Iniciar tais modos da função regeneração pode ser tornado dependente da condição prévia de que o acelerador já esteja liberado e que ele tenha retornado para a sua posição de repouso, ou seja, posição de "aceleração zero", ainda que tal função atue no sistema de modo redundante.

A habilitação e a configuração dessa entrada Micro_SW é feita a partir de parâmetros do controlador. Se empregada, ela deve ser habilitada como opção Foot Switch (enquanto se deve manter desabilitado a opção Forward Switch, que se aplica, somente, ao caso de veículos que se movem para frente e para trás, ou seja, em que há reversão de sentido de giro do motor).

Há, ainda, mais outros detalhes que precisamos considerar e tratar sobre a entrada Micro_SW, principalmente detalhes relacionados ao fato de que o sistema original da motocicleta Zero DS 2010 não emprega uma manopla de acelerador dotado de uma micro-chave (nem de um sensor Hall), para que ela seja utilizada.

Isso se deu, principalmente, porque no Controlador de Motor Alltrax AXE 4855 (original da Motocicleta Zero DS 2010) não existe um comando externo que seja provido para ele iniciar a Função Regeneração. Porém, no Controlador de Motor Kelly KEB há tal entrada, apresar de seu emprego não ser obrigatório.

Desse modo, no Alltrax AXE uma Micro-Chave de Manopla de Acelerador não tinha sequer onde / como ser diretamente ligada. Alias, fato é que o controlador de motor original dessa motocicleta (como todos os controladores da linha Alltrax Model AXE) tem uma quantidade bem menor recursos por meio de entradas de controle, comparativamente ao Kelly KEB.

Deveras, o Alltrax não possui sequer um conector específico para sinais de controle diversos, tal como o Kelly KEB o tem (o seu conector J2). Por isso, para efeito de controle do motor ele não usa (não requer) ser informado por sinal de sensor algum, exceto para um único sinal, o sinal analógico que é a referência para a intensidade da aceleração (que faz variar a aceleração), que também vem da manopla do acelerador (trataremos desse sinal também a partir da próxima postagem).

É por isso, também, que o Controlador Dedicado da Motocicleta é um dispositivo muito importante (praticamente impossível de ser descartado do Sistema da Motocicleta). Ele é o subsistema central que, na versão original da Motocicleta Zero DS 2010 é responsável por todas as Funções de Controle, enquanto que o controlador do motor é, apenas, um "ator coadjuvante".

Porém, isso já não será mais assim, quando terminarmos esse trabalho de atualização da motocicleta.

Até a próxima postagem. Fiquem com Deus.