Přestavba na 12V systém

Originální 6V světelný systém je problematický a nespolehlivý, světla jsou slabá a připojit jakoukoliv další elektroniku je buď složité nebo nemožné. Všechny tyto problémy řeší přestavba na 12V systém a ještě k tomu přináší i výhod jako jsou: zvýšení výkonu originálního statoru, možnost použití lepších led světel a blinkrů, schopnost napojit spoustu přídavné elektroniky (tachometr/nabíječku telefonu, atd.), možnost připojení baterie a mnoho dalšího. Přitom úpravu zvládne úplně každý, není složitá ani drahá a všechny komponenty je možné si koupit bez nutnosti vlastní výroby. Navíc pro většinu uživatelů bude značně zvýšený výkon statoru více než dostačující, a tak už nemusíte ani uvažovat nad koupí celého nového alternátoru VAPE, který stojí 6 000-10 000Kč, jen abyste měli 12V systém. Tato úprava nezasahuje do systému zapalování, ten zůstává beze změny.

Níže jsou ke každému komponentu 12V systému blíže rozepsány informace tak, aby návod byl univerzální a pro úplně každého. Jedná se o verzi článku 2.1.

V dolní části jsou poskytnuty odkazy na koupi jednotlivých komponentů. Odkazy mají pouze napomoct při hledání komponentů a bez garance nejnižší ceny na trhu.

Stator a cívky

Verzí statorů na babettě je několik podle použitých cívek – 30W/ 20W/ 20W+10W, ale všechny se dají použít pro 12V systém. Jediný rozdíl mezi verzemi statorů je jejich výkon. Aby se využili všechny cívky na statoru 20W+10W, napojte modrý drát z brzdové/klaksonové cívky na zelený drát ze světelné cívky viz. schéma níže. Zapojení cívek na statorech 30W a 20W není nutné upravovat.

Jak bylo již řečeno v úvodu, přestavbou na 12V se dá z cívek získat větší výkon nežli jen 20W nebo 30W a to už jsme ověřili i měřením v praxi (https://youtu.be/zhKdFT6XFIs). Prozatím sice neproběhlo velmi přesné měření všemožných kombinací cívek na testovacím statoru, ale i tak tu dávám graf výkonu ze staršího celkem přesného měření. Svislá ose je výkon cívek na statoru 20W a 30 W, při 14,4V a vodorovná osa jsou otáčky motoru (data statoru 20+10W nemám).

Hlavní poznatek z grafu je, že stator vyrábí maximální výkon v přímé závislosti na otáčkách motoru, tzn. že s vzrůstajícími otáčkami roste i výkon.

Často na internetu koluje informace, že je nutné přemotávat cívky na jiný počet závitů pro získání 12V, to ale vůbec není pravda! Ze standartních cívek je možné získat napětí v rozmezí 0V-120V podle velikosti zatížení proudem. Přemotáním cívek se dá pouze upravit průběh maximálního výkonu v závislosti na otáčkách motoru. Více o tomto tématu se dozvíte v článku – magneto.

Další dezinformací je zapojení hvězda nebo trojúhelník. Ve skutečnosti se jedná o zapojení paralelní a sériově-paralelní. Babetta má jenom jednu fázi, a tak na ní nejde vytvořit trojfázové zapojení hvězda a trojúhelník. Změnou zapojení cívek jde jen upravit průběh maximálního výkonu v závislosti na otáčkách motoru.

Regulátor napětí

Regulátor napětí mění nepoužitelné střídavé napětí ze statoru na stejnosměrné napětí 14,5V-14,8V pro napájení 12V systému. Regulátor tedy plní dvě hlavní funkce – usměrňuje a reguluje napětí.

Modelů regulátorů napětí se prodává spousta, ale výběr vhodného pro Babettu je jednoduchý. Všechny regulátory fungují stejně a Babetta má velmi slabý alternátor oproti všem ostatním vozidlům, takže na ní bude fungovat vše. Jedinou výjimkou jsou dva levné regulátory napravo v obrázku, co fungují naprosto jinak.

Regulátor se při provozu zahřívá a tak musí být umístěn na takovém místě, aby měl dostatečné chlazení. Ideální místo je hliníkový kryt sání do rámu. Další dobré místo je na plechu nad osou šlapátek. Míst na umístění regulátoru je mnoho, k uchlazení v praxi stačí proudění malého množství vzduchu za jízdy přes chladič nebo odvádění tepla přes větší plochu kovu.

U třífázových regulátorů (poznáte podle tří vývodů na stator), stačí zapojit pouze dva vývody na stator a třetí vývod můžete nechat odpojený a zaizolovaný nebo můžete zkusit využít třetí vývod změnou zapojení cívek.

Nahrazovat prodávané regulátory vlastním řešením nedoporučuji, je to zbytečně náročné a nic víc tím nezískáte, spíše ztratíte na spolehlivosti, voděodolnosti a jednoduchosti. Někteří si místo regulátoru dávají DC-DC měnič, ale to není vůbec lepší řešení, protože většina měničů není k tomuto použití určena.

Kondenzátor a baterie

Pro správné fungování 12V systému je zapotřebí mít na výstupu regulátoru připojený kondenzátor nebo baterii. Kondenzátor i baterie totiž slouží k vyhlazení střídavého napětí z alternátoru, což je potřeba pro správnou funkci většiny elektrických zařízení.

Protože babetta nemá od výroby žádnou baterii, tak není podmínkou ji mít zapojenou a místo ní stačí použít jenom kondenzátor. To má ale svá omezení. Pokud máte odběr ze statoru větší než 10W při volnoběhu, očekávejte od kolísaní jasu až po blikání světel a zároveň ostatní elektronika nemusí fungovat tak jak má (např. nabíječka telefonu nebo slabý zvuk klaksonu). Větší kondenzátor do jisté míry pomůže s vyhlazením jasu světel, ale problém příliš malého výkonu nevyřeší. Takže bych doporučil s kondenzátorem provozovat spíše jen světla a blinkry. Na druhou stranu nemít baterii je pro některé i výhoda. Kondenzátor je bezúdržbový, vydrží i desítky let, oproti několika kilové baterce váží jen pár desítek gramů, není potřeba vymýšlet kam umístit baterku, když se kondenzátor vleze i pod boční plasty. Pokud zatím nevíte, jestli chcete baterku nebo ne a nebo ji třeba nemáte zatím kam umístit, může použít jen kondenzátory a až později připojit baterku.

Kondenzátory použijte na napětí 25V, na vyšší napětí je zbytečné a na napětí 16V nebudou chráněny transilem. Kapacita by měla z mé zkušenosti být minimálně 4,4mF pro světla bez blikání, ale to závisí podle jednotlivých modelů světel a další elektroniky. Osobně mám dva kondenzátory 2×6,8mF/25V o průměru 18mm umístěny v krabičce pod bočním plastem nad JTZ/GYTem, zapojené paralelně k sobě.

Pokud chcete provozovat další elektroniku jako třeba nabíječku na telefon, digitální tachometr, silný klakson a cokoliv dalšího, tak je nejlepší zvolit baterii. Baterie dokáže nedostatečný výkon statoru na volnoběh naprosto nahradit a tím bude zaručen stabilní chod veškeré elektroniky a to i při vypnutém motoru. Ideální je si namontovat indikátor stavu nabití baterie nebo voltmetr, ať můžete sledovat, jaký je stav baterky. Aby se velmi nezkracovala očekávaná životnost baterii, je potřeba zapojit i kondenzátor. Kondenzátor bude zmenšovat takzvané mikrocyklování baterie, které u babetty zkracuje životnost baterie. Mikrocyklování baterie je u babetty velký problém, jelikož nemá stator s 3 fázemi, které se překrývají a tím mají menší zvlnění napětí, ale jen jednu fázi, která má velmi pulzní charakter napětí.

Standartní regulátor je stavěn pro nabíjení 12V olověných baterii (obyč, AGM, gelových) nebo jejich moderní náhradu baterie LiFePo4.V žádném případě nepoužívejte baterie li-ion, li-pol, Ni-Mh, Ni-Cd, které jsou nekompatibilní se standartním regulátorem, protože mají jiná nabíjecí napětí, což může poškodit až zničit baterii a to včetně rizika požáru a chemických popálenin!

Výběr olověné baterie je trochu složitější a rozhodně nečekejte, že seženete vhodnou baterii jen za 200-300Kč, ale spíše bude cena začínat na 400-500Kč. Úplně nejdůležitější podmínkou pro výběr baterie je minimální nabíjecí proud 2A pro 20W stator a 3A pro 30W stator, jinak hrozí přehřívání baterie, což může poškodit až zničit baterii a to včetně rizika požáru a chemických popálenin! Také se musí jednat o uzavřenou baterie, aby nebyl problém s únikem kyseliny při naklánění a vibracích za jízdy. Tyto nároky splňuje pouze AGM baterie určená pro použití v kategorii moto od kapacity 3-4Ah. Někteří výrobci neuvádí u baterie maximální nabíjecí proud, ale pokud se budete držet minimální kapacity 3-4Ah a výrobce udávané startovací proud nad 50A, tak by měla být baterii vhodná. Kapacitu baterie si můžete zvolit vyšší než 3-4Ah, a to podle vašeho uvážení. Jedno ze skvělých míst na umístění baterky je do voděodolné krabičky pod sedlo nebo třeba do košíku/kufru.

Již zmiňovaná moderní náhrada olověných baterií s názvem LiFePo4 (LFP) je sice dražší, ale má výhody, kterými si vyšší cenu umí obhájit. Při porovnání LiFePo4 a olověné baterie se stejnou kapacitou 10Ah má LFP baterie o 75% menší váhu a zároveň i o 40% menším objemem (velikostí). I přes obsah lithia jsou LiFePo4 baterie velmi bezpečné. Ceny LiFePo4 jsou výrazně lepší v zahraničních eshopech a nemusíte se příliš bát o padělky, jelikož se jedná o relativně málo používanou a atypickou technologii baterií.

Ochrana

Základní ochrana baterie je pojistka, která se při zkratu přetaví a ochrání baterii a kabeláž. Pojistka na 5-10A se zapojuje v sérii s baterií, tzn. mezi baterkou a WAGO svorkou.

Většina LiFePo4 aku packů má v sobě zabudovaný komplexní ochranný obvod BMS (battery management system), který chrání baterii před zkratem, nadproudem, přebitím, podvybitím, přehřátím a tím odpadá nutnost přidat pojistku do obvodu.

Další důležitá ochrana je před přepětím, které vznikne pokud regulátor přestane omezovat napětí statoru. K ochraně stačí instalovat jeden transil, který pří přepětí 17-22V, zkratuje celý obvod a tak ho ochrání před zkratem. Používám transil 1,5KE18CA připojený paralelně k obvodu (jeden konec transilu na plus a druhý na mínus). S největší pravděpodobností se při přepětí transil zničí (permanentně zkratuje), zároveň s ním se přepálí i pojistka k baterii a 12V systém nebude dále napájen z cívek nebo baterie. Pro opravu je nutné vyměnit regulátor, pojistku a transil. S dočasnou opravou – odpojit regulátor a transil, vyměnit pojistku, poté můžete využit zbylou energii v baterii, na dojezd domů.

Kabeláž

Při tahání nových vodičů k novým komponentům rovnou vyměňte staré vodiče za nové. Nemá cenu používat desítky let staré, zoxidované, přelámané vodiče se špatnou izolací, jen aby dříve či později nastal problém ve staré kabeláži. Ledaže jste v poslední době měnili starou kabeláž za novou, v tom případě můžete některé vodiče ponechat.

Použitelné vodiče jsou od průřezu 0,75 mm2 a výše s jakýmkoliv materiálem izolace. Pro zvýšení odolnosti a přehlednosti kabeláže mám vodiče zatažené v ochranné bužírce o průměru 5mm.

Spojení vodičů provádím přes čtyři WAGO svorky s 5 pozicemi a páčkovým mechanizmem. Výhodou je rychlé opakovatelné připojení a odpojení kabelu bez použití nářadí a pájky, vysoká odolnost proti vibracím díky napruženému kontaktu a do jedné pozice (zdířky) se dá umístit více vodičů (2, max. 3). Nevýhodou je nulová odolnost proti vodě. Další alternativa je v podobě výroby vlastní desky se svorkami nebo konektory.

Světla

Kvůli změně napětí na 12V je nutné osadit nové žárovky. Dozadu 5W (více W ne, stane se že se roztaví kryt světla), do tachometru 2W a dopředu 15/20/25W. Bude to svítit o něco lépe oproti originálu, ale mnohem lákavější je přechod na LED světla. O LED světlech přibude v budoucnu článek, protože je to složité a zdlouhavé téma, které zde nechci znovu rozebírat. Hlavní je, aby jste nikdy svým upraveným světlem neoslnili ostatní vozidla. Ten, kdo oslňuje, je prostě kokot.

Přídavná elektronika

Univerzální napětí 12V odemyká možnost namontovat si na Babettu všemožné věci. U některé elektroniky je problém se spotřebou při klidovém stavu (např. nabíječka na telefon nenabíjí telefon, ale stále odebírá energii, nebo světlo nesvítí, ale driver odebírá energii, atd…) Takovéto věci je lepší zapojit na svorku spolu se světly za hlavní spínač. Po rozepnutí spínače nebudou odebírat žádnou energii, což se hodí obzvláště pokud bude Babetta dlouho stát, jinak se může poškodit nebo úplně zničit baterka podvybitím.

Popis a schéma zapojení

Prvním krokem je odpojení konce vinutí cívky od jádra cívky, přes kterou je cívka spojena s rámem (ukostřena). To je provedeno jen u světelné cívky vpravo na statoru, tzn. ta nejblíže válci a na brzdové/klaksonové cívce. Cín stačí podebrat nožem a páčením odloupnout. Cín na železu nedrží nejlépe, tak to jde snadno. Přebytek cínu odstraňte, připájejte nový vodič, který dobře zaizolujte. Pokud máte multimetr, změřte odpor mezi cívkami a rámem, odpor by měl být nekonečný. Pokud se dostane střídavé napětí z cívek do kontaktu se stejnosměrným napětím na rámu, znamená to pouze poloviční výkon z cívek do regulátoru (dojde ke zkratu cívek přes diodu v regulátoru v jedné polovině střídavého napětí).

Pokud ponecháváte originální tachometr a chcete mít funkční podsvícení, budete muset spojit rám s -12V. Žárovka v tachometru má jeden kontakt spojený přes držák s rámem. Spojení -12V s rámem jde provést přes kabelové očko, vyobrazené na fotce níže.

Dále se už stačí držet základního schématu zapojení, který je poměrně jednoduchý. Přídavnou elektroniku už jen zapojujete do WAGO svorek nebo konektorů.

*1. WAGO svorky, 2. pojistka, 3. transil, 4. spínač/spínací skříňka, 5. žárovky (vpravo žárovka tachometru), 6. spojení -12V s rámem pomocí očka na drátu, 7. cívky

*Regulátory napětí nemají jednotné značení vývodů, vždy je nejlepší se držet označení vývodů od výrobce nebo odvodit vývody ze schéma zapojení stroje, na který je regulátor určen. Většinou je značení následovné: žlutý/růžový= vývod na stator; zelený, černý= -12V(zem, kostra, rám), červený= +12V.

Odkazy na komponenty

Regulátor napětí:

Kondenzátor:

Baterie:

Transil:

  1. https://www.tme.eu/cz/details/1.5ke18ca/diody-obousmerne-tvs-tht/stmicroelectronics/
  2. https://www.gme.cz/v/1493572/15ke18ca-bipolarni-transil

Pojiska a držák pojistky:

Kabeláž:

WAGO svorka:

USB nabíječka