Fahrzeugbasteleien

Akku zu Elektrofahrrad PASB2 0,4 kWh

Etikett: 36 V 11 Ah 400 Wh B94-20 Yamaha TB2710098AD X94-20

Vermutete Zellen: Samsung ICR 18650 26F - 2,6 Ah, 3,7 V (40 Stück, je 4 parallel und 10 in Reihe)

Fehleranzeige: Beim Drücken der Kontrolltaste am Akkupack blinken nur die LEDs „F“ und „E“. Angeblich mitten während der Fahrt passiert.

Diagnose: Zellenspannung bei 2,5 V. Probeweises vorsichtiges Aufladen auf 3 V brachte nichts. Das Ablöten der Steuerplatine mit einem kräftigen Lötkolben bestätigte nur den Zustand (= keine Nebenentladung durch die Platine) und erleichterte den Zugang zu den Akkus zum Nachladen. Aber — ohje — nach dem Wiederanlöten der Platine geht gar nichts mehr! Offenbar braucht der Akku-Controller eine Initialisierungssequenz an seiner seriellen Schnittstelle! Blöd! Eingebaute Obsoleszenz!

Batterieloser Fahrradcomputer für Nabendynamo

Problem: Wer kennt nicht die Macken mit gängigen Fahrradcomputern?

• Schluckt seltsame Batterien, die praktisch immer leer sind,
• Benötigt gesonderten Geber,
• Vergisst Radumfang und Uhrzeit,
• Anzeige besonders für Lesebrillen-Benutzer viel zu klein,
• unwichtige Schnickschnack-Funktionen, etwa Meilen statt Kilometer,
• untauglich für Nachtfahrt.

Im Prinzip Elektronikschrott in Blisterverpackung. Erstaunlicherweise ist noch nicht mal ein einfacher Tacho für das Nabendynamo erfunden!

Folgende Anzeigen sind wirklich wichtig:

• Geschwindigkeit 14.2  km/h (automatisch beim Losfahren),
• Tageskilometer 112.4 km (automatisches Rücksetzen nach 6 h Stillstand; für Messzwecke mit Gleitkomma für kurze Strecken, bspw. 42.20 km, automatisch beim Anhalten),
• Uhrzeit 12.55 (Doppelpunkt wenn verfügbar, Punkt blinkend).

Und das ist nice-to-have und mit dem Luftdrucksensor schwieriger zu realisieren:

• Tages-Durchschnittsgeschwindigkeit 14.2- km/h,
• Barometrische Höhe  350. m,
• Tages-Höhenmeter, hoch ~~~~. 1243. m, runter ____. 1240. m wechselnd,
• Gesamtkilometer, 0539 km, simples Rollover nach 10.000 km,
• Temperatur, 18 C, ganze Grad genügen,
• Zwei übereinander angeordnete Anzeigen,
• USB-Buchse zum Nachladen eines GPS-Navigators.

Für das große(!) und temperaturunempfindliche(!) Display (mindestens 13 mm Ziffernhöhe) kommen nur 2 Lösungen in Betracht:

• Vierstellige LC-Anzeige mit einer Backplane (erfordert viele Ausgangspins) und Hintergrundbeleuchtung.
• LED-Anzeige mit Helligkeitsregelung nach Umgebungslicht. Bei extremen Lichtverhältnissen wird man die Anzeige dennoch mit der Hand geeignet abschatten müssen.

Vergessen kann man vorgefertigte LC-Matrixanzeigen. Es wäre dümmlich, auch noch eine Kontrastspannung einstellen zu müssen.

Für die Uhr wird netterweise doch eine Stützbatterie, ein Superkondensator oder eine (typisch chinesische) I²C-Echtzeituhr benötigt. Ein DCF77-Empfänger erscheint Overkill, zumal eine bei  8.00 startende Uhr nach der Winterpause zu verkraften ist. Für die Erfassung der Zeitspanne zum automatischen Rücksetzen des Tageskilometerzählers nach 6 h wird entweder die Stützbatterie herangezogen oder die Echtzeituhr in Verbindung mit im EEPROM gespeicherter Auszeit benötigt. Ein Kneipenbesuch von 1-2 h sollte den Zähler noch nicht rücksetzen.

Allzuviele Tasten verwirren nur.
Während der Fahrt muss man nur laufende Angaben im Blick haben: Geschwindigkeit, Uhrzeit, Tageskilometer und Höhe. Dafür genügt eine Taste.
Bei Stillstand braucht man etwas mehr: Uhrzeit, Tageskilometer, Höhe; Tagesleistungen: Durchschnittsgeschwindigkeit, Höhe+, Höhe–; Gesamtkilometer, Temperatur. Eine weitere Taste für die Tagesleistungen erscheint sinnvoll.

Mit den 2 Tasten sollte man die Tagesleistungen rücksetzen und die Uhr stellen können. Beides nur bei Stillstand. Sowie (Radumfang ÷ Impulse pro Umdrehung) eingeben. Notfalls den Gesamtkilometerzähler rücksetzen. Das wäre alles.

Ich tendiere zu einer Lösung mit:

• Mikrocontroller mit 32-KHz-Uhrenquarz als Taktquelle (PICs sind IMHO etwas Strom sparender als ATtinys), keine externe Echtzeituhr (ist ja unsportlich), steckbar zum Nachprogrammieren,
• Eine LC-Anzeige mit 4× 74HC164 zum Ansteuern, dazu gebastelte Hintergrundbeleuchtung,
• Superkondensator als Stütze (Auslegung: 1 Monat), Versorgungsspannungs-Detektor (an einem Pin des Mikrocontrollers),
• 3 Tasten, das Ganze in einem 3D-gedruckten Gehäuse, regenwasserdicht durch ein Plexiglas-Dach, Tasten an der Kante.

Noch keine Idee für den Luftdrucksensor. Noch keine Idee für die USB-Buchse.

Neu 230606: Nun steht ein uneingespeichtes Nabendynamo zur Verfügung, welches mit 3D-Druckteilen zum experimentellen Antrieb durch einen „akkulosen Akkuschrauber“ präpariert wurde. Damit ist an einer Laborstromversorgung eine Drehzahlvorgabe möglich. (Der PWM-modulierende Abzug des Akkuschraubers muss dazu mit Draht festgebunden werden.)

Von den 3D-Modellen ist wohl der Stecker am interessantesten zur Nachnutzung, weil er gerne mal verloren geht, wie auch hier. (Im entsprechenden Bild Taste 1 drücken zum Download der STL-Datei.)
Am Antriebstrichter sichert eine lange durchgehende M2,5-Schraube den Antriebs-Sechskant vor Abscheren an den delaminierungs-empfindlichen 3D-Drucklagen.

Folgende Zahlen sind bereits bekannt oder a priori festgelegt:

• „Magnetische Rastungen“ des Dynamos pro Umlauf: 28. Macht 14 Hz bei 1 U/s.
• Induktivität: 22 mH an den Raststellen, 56 mH dazwischen
• Anvisierter Radumfang: 2100 mm (26 Zoll).
• Mindestgeschwindigkeit des Radfahrers zur Stromerzeugung: 10 km/h.
• Das ergibt eine Drehzahl von 1,3 U/s und eine Frequenz von 18 Hz.