Nu fungerar Litiumbatteriet

Anledningen till att inte den sista kontaktorn (den Negativa kontaktorn i det främre batteripacket) slöt var att en kabel till Ecconomizern var av.

Ur med kontaktorn och omlödning.

Sen kickade batteriepacket igång.

Nästa steg blir att få igång elmotorinvertern. Som tur är det några garagetimmar kvar innan midnatt.

Temperatursensor på cellövervakningskort orsak till fel

Cellövervakningskortet på batterimodul 2 är bortmonterad.

Kortet har två temperatursensorer med TO-92 kapsling: Microchip MCP9700 Low-Power Linear Active Thermistor. Kan hända att någon lödning med tiden blivit sämre, så är det ju med höga hålmonterade komponenter.

Som synes gjorde det gott att löda om de två temperatursensorerna.

Efter montering och ett nytt försök så sluter bakre batteripaketets kontaktor och BMS:et gör Pre-charge, men sen upptäcks ytterligare något galet. Hmm, mer felsökning nästa gång.

CANLab ett utomordentligt CAN-verktyg

För en djupare avlys av batteriets status och en chans till felsökning behövde kablaget mellan bakre-och främre batteripaket kompletteras med en extra anslutning. Denna är en 9-polig D-sub-kontakt, standard för CAN. Pin 2: CAN_LOW och Pin 7: CAN_HIGH. Det är via detta nätverk som BMS:et kommunicerar med batterimodulerna.

Förutom anslutningen behövs ett CAN interface och ett bra program för att kunna se CAN-signalerna.
AccurateTechnologies tillhandahåller ett program för just detta som heter CANLab.

CANLab är ett bra och prisvänligare alternativ till de andra program som finns på marknaden.
Till programmet kommer också en databas-editor.
Härom kvällen knackade jag ihop en CAN-databas för batteri-CAN.

Nu till felsökningen. Den nybakade CAN-databasen för batteri-CAN visade sig ge utdelning. Modul nr. 2 visade 195°C mot övriga 19 temperaturer som visade runt 22°C.

Så kvarstår är att reparera den ena av de två temperatursensorerna på batterimodul 2 PCB:n.

26 röda lysdioder

Nu lyser det och blinkar i BMS:et och samtliga 12 batterimoduler. Trevligt, men inte lika skoj som om allt hade fungerat. Det verkar vara något fel med temperatursensorn i någon modul. Hmm, det blir till att dra fram ett kablage för batteri (intern) CAN och försöka analysera signalerna mer i detalj.

Felsökningsarbetet i full gång...här slet jag och Benny ett par timmar. Förhoppningsvis bättre lycka nästa garagekväll.

2700 cylindriska litiumceller sammankopplade i elbil

Ja, det är nästan för bra för att vara sant. En lång mek-eftermiddag med Lars möjliggjorde följande:
Det sista kritiska momentet med att ansluta HV-kablarna i främre- och bakre batteripack är gjort. Kritisk är det för att dessa kablar gör att batterierna nu har 90V respektive 270V spänning. Detta arbete skall inte utföras ensamt om olyckan skulle vara framme.

Lexan (polykarbonat) kåporna monterades, efter lite bråkande med passande håltagning för HV800-kontakten, kraftkontakten i det bakre batteriet.

Det glykol/vatten-baserade kylsystememet trycktestades för att hitta eventuella läckor.

En sista översyn av samtliga signalanslutningar i det främre batteriet utfördes.

Signalkablage mellan främre- och bakre batteri monterades. Några extra kablar drogs ut från detta kablage som skall in i kupén. 12V till elkylfläktarna i det bakre packet, de extra kontaktorernas styrning. Tyvärr glömde jag batteri-CAN som skall användas till CAN-displayen, men men det går att fixa senare.

En tätande knacklist i gummi monterades runt öppningen i bagagegolvet. Sen fram med pallyfteren och in med det bakre batteriet under bilen. Lite trix fram och tillbaka samt opp och ner med billyften och Yo, batteriet på plats. Ett gäng M8 bultar håller nu det bakre batteriet mot bakramen.

Slutligen testades styrningen av de extra kontaktorerna och att både elmotorinverter och BMS-Battery Management System, batteriets styrsystem kommunicerade på CAN. Värden visade 360V och 83% SOC. Men det var förhållande lite skillnad mellan cellernas spänning, trots att batterimodulerna stått uttråkade i mitt garage under en tid.

Lite kuriosa, BMS:et mäter och beräknar packspänning på tre sätt: summan av alla 108 cellspänningar, summan av alla 12 modulspänningar samt packspänning.

Några felflaggor aktiva i de båda systemen, bl.a. för att MSD:n var urkopplad. Men felsökning och driftsättning får bli ett senare inlägg.

Slutmontering av bakre Batteripack

Det bakre batteripacket består av totalt 9 moduler (5 i undredelen och 4 i övre delen). När man monterar ihop batteripacket gäller att ta det försiktigt då spänningen är ca 300V, så man bör vara minst 2st av säkerhetsskäl. Man får ta det lugnt och systematiskt vilket gjorde att trots att vi jobbade
till sent på natten så hann vi inte montera in batteriet i bilen. Ena sidan på batterietpacket är i lexan så att man kan se modulerna när man öppnar bakluckan. Förutom monteringen av batteripacket så kopplades alla slangar till kylsystemet. Motorn och invertern är vattenkylda dessa är kopplade till en vattenpump, kylare och en expansionstank så det blir ganska många slangar att koppla.

Styrbox för Lithium-batteriet

Elektroniken för styrning av de extra kontaktorerna som jag skrev i tidigare inlägg har nu stoppats in en plastlåda och testkörts.

De två lysdioderna indikerar fördröjningen.

Under nästa garagekväll kommer jag nog att kunna testa att driftsätta batterierna. För detta ändamålet har jag byggt en liten testbox, mest för att kunna laborera lite med de olika styrsignalerna. Inget avancerat, bara några omkopplare med lysdiodsindikering.

LED-ljus

En liten provkörning av elbilens signalkablage resulterade i denna bild.

Även de bakre batteripaketet kommer få en bit ljuslist.

Eftersom ljuslisten har RGB-lysdioder skulle man kunna visa Lithiumbatteriets laddningsmängd (SOC) med olika färger.

Funderar på om jag på sikt även skall komplettera ladduttaget med en RGB-ljusindikering för detta ändamål, eftersom bagageluckan och motorhuven normalt är stängda under laddning.

Kablar och elfordon

Det är svårt att bygga en elbil utan kablar. Men jävlar vad många tåtar det blir.

Kraftfördelningsboxen är monterad och kraftkablarna är anslutna. Nu återstår bara 100st signalkablar😁.

Innuti batteriet

Nu tror jag att kabeldragningen av signalkablaget i det bakre batteriet är klart.
Jag insåg (sent) att det blir rätt mycket besvär att dra alla signalkablar från den undre delen av batteriet till den övre utan att ha en kontakt som kan separera kablaget. Så nu kan den undre delen av batteriet förslutas och den övre delen av batteriet monteras och allt sammankopplas med denna lilla 16-poliga kontakt:

Hur kan det bli så många kablar som 16?

Jo, till- och från batterimodulernas internkommunikation (med CAN och kontrollsignaler), styrning- och övervakning av den extra kontaktorn samt elkylfläktarnas matning.

Kablage mellan batterierna

Nu är både signal- och kraftkableget mellan de båda batterierna klart.

HV-kablaget från det bakre batteriet går genom denna kabelgenomföring och sen vidare ner under bilen.

Jag var tvungen att tillverka denna lilla plåt eftersom HV-kablagets kontakter är för stora för att få igenom karossplåten.

HV-kablaget ligger i ett extra plastskydd för att förhindra skador från nötning.

Kablaget (signal och HV-kablaget) ligger i placerat i kardantunneln under bilen.

Jag hittade en ny trevlig butik som bl.a. har ett enormt sortiment av fästelement och verktyg. Regale

Det var inte så lätt att hitta 25mm stora kabelklämmor i standardbutikerna, men Regale har över 30 storlekar (3-110mm). Så allt kablage som går under bilen i kardantunnel kommer också att fästas med dessa gummiklämmor.

Vid alla genomföringar där kablage dras genom plåt har kablarna försetts med någon typ av gummigenomföring

Signalkablaget mellan be bägge batteripaketen är i det närmaste kart också, trevligt.

Pre-charge

Tillslag av kontaktorer är värt några extra ord. Eftersom vissa HV-komponenterna innehåller kapacitanser, (särskilt elmotorinvertern som skall switcha den största effekten) så behöver HV-systemet "förladdas". Denna förladdning eller pre-charge sker t.ex. genom att stänga den negativa kontaktorn och koppla in en pre-charge krets parallellt med den än så länge öppna positiva kontaktorn. Pre-charge-kretsen begränsar inrusningsströmmen tills dess att nästan hela batteripaketets spänning uppnåtts på HV-bussen. Efter detta sluts den positiva kontaktorn och pre-charge-kretsen kopplas bort.

Utan pre-charge riskerar man annars att den kraftiga inrusningsströmmen till kapacitanserna skadar kraftelektroniken i HV-komponenterna. Nedan exempel visar tusentals Ampere under några mikrosekunder utan pre-charge av ett 400VDC system med 500uF last och 10mohm kablageresistans.

Pre-charge-kretsar kan bestå av en liten kontaktor i serie med ett effektmotstånd eller som i mitt BMS, en PWM-kontrollerad FET kopplad parallellt över den ena huvudkontaktorn i batteriet.

Jag har gjort en liten simulering i det utsökta onlineverktyget circuitlab, som visar hur inrusningsströmmen markant kan reduceras med en pre-chargekrets.

Kontaktorstyrning

Lithiumbatteriet består av ett bakre och ett främre batteripaket. Varje batteripaket har en kontaktor ansluten till plus- och en till minuspolen.

Alltså totalt fyra feta kontaktorer i bilen, två i varje pack. De två kontaktorerna som kopplar ihop främre och bakre batteripaket måste slutas först, och detta sker när tändningen slås på. En liten kontaktorstyrningsbox har tillverkats för att fördröja nästa steg, tillslaget av de två huvudkontaktorerna. Fördröjningen är ca. 1 sekund, från att främre och bakre batteripaket kopplats ihop.

Huvudkontaktorernas till- och frånslag styrs och matas från BMS:et. Tillslaget är värt några extra ord. Eftersom HV-komponenterna innehåller kapacitanser, (särskilt elmotorinvertern som skall switcha den största effekten) så behöver HV-systemet "förladdas". Denna pre-charge sker genom att stänga den negativa kontaktorn och koppla in en pre-charge krets parallellt med den än så länge öppna positiva kontaktorn. Pre-charge-kretsen begränsar inrusningsströmmen tills dess att nästan hela batteripaketets spänning uppnåtts på HV-bussen. Efter detta sluts den positiva kontaktorn och pre-charge-kretsen kopplas bort.

Utan pre-charge riskerar man annars att den kraftiga inrusningsströmmen till kapacitanserna skadar kraftelektroniken i HV-komponenterna.

Pre-charge-kretsar kan bestå av en liten kontaktor i serie med ett effektmotstånd eller en PWM-kontrollerad FET som i mitt BMS.

När tändningen slås av sker det omvända med samma kontaktorstyrningsbox, dvs. huvudkontaktorerna öppnas och ca. 1 sekund senare kopplas främre och bakre batteripaket isär.

Här är kretsschemat för kontaktorstyrningsboxen:

Värt att nämna är onlineprogrammet som jag använt för att rita elschemat. Efter att ha tröttnat på MS Paint för att illustrera elektriska ritningar så har jag äntligen hittat det...

Circuitlab, ett helt underbart verktyg. Superenkelt och har även stöd för simulering.

Avslutningsvis, vill jag även nämna att med en mer sofistikerad kontaktorstyrningssekvens kan även svetsade kontaktorer detekteras:

Bilden kommer från liionbms.com

Bilden kommer (delvis) från Prius_PHEV_TechInfo och visar Toyota Prius HV-batteri