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Probando, probando,.. en carretera.

60_testingLa conversión de un vehículo de gasolina o diésel a eléctrico es la manera más sostenible y económica de conducir un coche eléctrico. La idea principal es reutilizar todas las partes del vehículo que no tengan relación con el motor de combustión y sustituir este por un motor eléctrico. Motor, radiador, depósito de gasolin
a, tubo de escape, alternador, etc se eliminan, reduciendo así el peso del vehículo. Al disponer ya de un chasis con todo lo necesario para la conducción, como interior, frenos, neumáticos, amortiguación, etc todo el esfuerzo se reduce a la instalación y diseño de un sistema de motor eléctrico con sus correspondientes baterías.

61_testingEs muy importante elegir un buen diseño del sistema eléctrico, tanto el motor como el bloque de baterías y el controlador del mismo, para que tanto en potencia como en velocidad, el coche tenga similares prestaciones a las que tenía con el motor de gasolina. Excesiva potencia podría dañar los componentes de tracción o no responder a la frenada como fue diseñado originalmente, y demasiada poca haría que los cambios de marchas no adquiriesen la velocidad adecuada.

Elektrun es un proyecto que nació hace dos años para probar el concepto de conversión de un vehículo pequeño, eléctrico, utilitario y de corto recorrido ideal para trayectos en ciudad. Se escogió un Renault Twingo para construir un prototipo, un  automóvil de poco peso y tamaño reducido, que después de dos años de diseño, pruebas, y experimentación, hemos conseguido ponerlo en funcionamiento.

62_testingEl principal escollo en una conversión de este tipo es la autonomía que dan las baterías. Hoy en día ya existen vehículos con un nivel de autonomía de hasta 700 kms, cierto es que para esta autonomía se necesita un pack de entre 70 u 80 Kw. Nuestro prototipo lleva un pack de 7,4Kw.

 

 

63_testingEste prototipo dispone de un motor de corriente alterna de 15Kw y un par de 80Nm, un bloque de baterías de 72V y 100Ah, con un controlador de hasta 350 amperios y 80V. Esto nos puede dar una velocidad punta de hasta 90km/h en quinta marcha.

 

Los primeros ensayos demostraron que el peso total de la conversión no afectaba en las curvas pronunciadas, la amortiguación respondía tal y como se esperaba, y al eliminar el ruido, la conducción es más agradable.

 

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Una bomba de vacío se instaló adicionalmente para ayudar al sistema de frenos. Las frenadas también son similares a un Twingo, el coche responde a la frenada con fuerza y la mantiene todo el tiempo necesario en rampa.

 

 

 

65_testingUna pequeña pantalla se instaló en el interior para monitorizar en todo momento la batería, la corriente, temperatura del motor, el estado de la carga, etc.

La luces y los accesorios interiores como elevalunas electricos, radio, ventilación, limpia parabrisas, se mantuvieron igualmente.

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Este vehículo tarda unas 8 horas en cargar el pack, aunque existen cargadores más potentes que podrían reducir  este tiempo de 6 a 4 horas.

 

 

 

 

Podéis ver el resultado final en este vídeo:

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Acoplamiento, a la tercera va la vencida.

Esta es una de las manipulaciones mecánicas más importantes que tendrás que hacer al convertir tu vehículo a eléctrico, si no la más. Acoplar el motor eléctrico a la transmisión existente es un debate que siempre está activo, ya que puedes conectar los ambos ejes con algún tipo de acoplamiento o hacerlo con el embrague.

 

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Normalmente, ambos ejes tienen diámetros diferentes, distinto estriado o son cilíndricos planos con una mueca, por tanto necesitaras dos acoplamientos diferentes, uno para cada palier (motor y caja de cambios).

Foto 51

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Ahora bien, estos dos acoplamientos pueden conectarse directamente o usando el embrague original (ya hay un gran debate acerca de este tema). En nuestro caso, seguimos el diseño con el embrague. La principal razón es por eficiencia, ya que tener la posibilidad de cambiar marchas nos dará más eficiencia en todos los casos como salida, marchas cortas, medias y largas. Aunque esta manera de abordar el acoplamiento es un poco mas complicada a la hora de implementarlo, ya que el disco de inercia se tiene que adaptar al palier del motor eléctrico, la conducción del coche será similar al mismo con el motor de gasolina.

Lo primero en esta transformación es tener ya lista la placa adaptadora y montada en el motor, de tal manera que el volante de inercia mantenga la misma posición en relación a la caja de cambios.

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Después, necesitamos encajar el volante de inercia al motor con un adaptador. Se puede usar un acoplamiento de acero de la marca Lovejoy o Rotex, torneado exactamente para el palier del motor eléctrico. Es muy importante medir todos los componentes que van dentro de la caja de cambios, incluido el embrague, para que todo ajuste a la perfección.

Una vez tengas el volante de inercia modificado y montado en el motor, es hora de ensamblar el embrague al volante de inercia. A partir de este punto, la operación es la instalación básica de un embrague.

 

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En el 1er intento de instalación del embrague, todo fue bien, con la salvedad de que había un pequeño ruido periódico dentro de la caja de cambios. Así que tuvimos que desmontarlo de nuevo para ver qué había pasado. Nuestra sorpresa fue que el volante de inercia estaba rozando dentro de la caja de cambios. Este fue el primer problema resuelto fácilmente comiéndole un poco dentro de la caja de cambios en las zonas donde tocaba el volante.

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El Segundo problema fue el volante de inercia en si, incluso siendo correctamente insertado en el palier estriado del motor eléctrico, no estaba fijo, con lo que la fuerza centrífuga podía causar que el disco se moviera hacia delante tocando el palier de la caja de cambios. Por tanto, aparte de soldar un acoplamiento en el centro del volante, pedimos que nos hicieran un agujero para poder fijar con un tornillo el volante al palier.

Pero esta modificación provoco que el bloque volante de inercia-embrague se moviera 6 mm hacia delante, con lo que tuvimos que cortar 7 mm el palier de la caja de cambios.

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También descubrimos que el volante de inercia no giraba perfectamente plano respecto al eje, asi que lo mandamos al tornero a rectificar esta pequeña diferencia y ya de camino reducir el diámetro del volante de inercia; con esto solucionamos 2 temas. Quitando masa disminuimos la inercia del volante y evitamos que roce en el interior de la caja de cambios.

 

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El resultado final. A la tercera va la vencida. El volante de inercia gira plano con el disco de embrague, ajustado al palier del motor eléctrico, el diámetro del volante bastante menor, de tal manera que no tocase absolutamente nada y tuviese menos masa, y por tanto menos inercia y mejor rendimiento. Necesitábamos también balancearlo (para que no vibrase a altas revoluciones), pero al estar ya balanceado de fábrica confiamos en que siguiera así después de la rectificación. El palier de la caja de cambios se acorto en 7 mm para recibir el bloque motor y todo ajusto una vez modificado como un guante.
Foto 57

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El resultado final fue bastante bien. Se testeo a altas revoluciones sin notar vibración alguna.

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La placa adaptadora

Uno de los aspectos más importantes en la conversión es como conectar la caja de cambios al nuevo motor eléctrico. Esto se hace normalmente con una placa adaptadora que ajusta en ambas caras de la caja de cambios y el nuevo motor.

Esta placa se tiene que diseñar y fabricar con una muy alta precisión, ya que la geometría de la transmisión puede peligrar si hubiera errores. Hay fabricantes que venden ya placas terminadas y probadas. La otra opción costaría más tiempo, pero puede ser más barata, y es diseñarla uno mismo. Este ha sido mi caso, ya que hasta ahora nadie ha hecho la conversión, o lo ha hecho público, de un Reanult Twingo.

Así que decidí diseñarla yo mismo, y dar al tornero un diseño de la placa en si.

La placa tiene que estar fabricada de un material que sea duro, ligero y barato. El aluminio es el equilibrio perfecto en estas 3 variables, por eso el 99% de las placas adaptadoras se hacen en aluminio.

El grosor de la placa depende del par y la potencia del motor eléctrico. Para un motor de 14 Kw me recomendaron una placa de 17mm, pero el tornero solo disponía de100 mm y 20 mm (Una paradoja trabajando al lado de Alcoa), así que opte por la de 20mm, esto no añadiría mucho más peso y si que mejoraría la fuerza que tendría la conexión.

Empecé por desmontar la caja de cambios y haciendo una plantilla basada en una foto de frente.

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Después de tener una plantilla adecuada, la edite con un programa de manipulación de fotografía (The Gimp) para tener la silueta.

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Una vez obtenida la silueta, empecé a coger medidas desde el centro a los huecos para los tornillos, entre ellos también, y así, para tener las medidas reales.

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Este es un procedimiento que necesita tener cero margen de error, así que recomiendo usar un buen calibre para ello. Una vez todas las medidas hechas (chequéalas dos y tres veces), dibuje la plantilla en un programa de 2D CAD (LibreCAD), y trace bastantes líneas de referencia al centro y entre ellas.

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Después, cuando termine de dibujar todos los círculos para los tornillos, medí dentro del paquete CAD 2D todas las líneas y las compare con las medidas reales. Y… sorpresa, obtuve varios errores.

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Seguidamente, cheque de Nuevo las medidas reales y sus posiciones en la plantilla 2D, imprimí un acopia a tamaño real en papel  para comprobar que todos los huecos coincidían perfectamente, asi que le di casi luz verde al diseño.

Le lleve el diseño final al tornero y le pedí que me hiciera un aplantilla de 1mm de espesor de chapa solo para probar los tornillos. Tienen una enorme cortadora tipo plotter capaz de cortar aluminio de 2cm como si fuera mantequilla.

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Así que probé la plantilla de chapa de 1mm y ajustaba como un guante. Solo uno de los huecos de 8mm tenia un desvió (unos 0.5 mm), el resto ajustaban perfectos. Así que le di luz verde 100% y le pedí al tronero hacer la misma en chapa de 20 mm de aluminio. Aunque tardo un poco porque estaban sin material, finalmente me la fabricaron y conecta la caja de cambios con el motor eléctrico a las mil maravillas.

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