Laddning av Litiumbatterier

Så äntligen var det dags för laddning av Hundkojans batteripaket.

I med Kvaser-interfacet och ladda.

Det blev ingen fulladdning denna gång för syftet var bara att se att gick att ladda.

Från 75,8% upp till 78,5%,dvs ca 3% under 1200 sekunder.

Strömmen in i batteriet var 4,5A och batterispänningen 359VDC, vilket ger en laddeffekt på ca, 1600W. Omräknat i tillförd energi under de 20 minuterna blir detta: 1200*4,5*359/3600 = 539Wh.

Detta verkar stämma ganska bra med 3% SOC-ökning för ett batteripack med 18kWh:

0,03*18000 = 540Wh.

Systemet (eller laddaren) möjliggör även mätning av nätspänning och ström. Det man kan se här är att det inte är optimalt att ladda med en lång förlängningskabel till bilen. Spänningen vid laddaren var bara 200VAC.

9A vid 200VAC är 1800W och 1600W gick in i batteriet. Det skulle motsvara en verkningsgrad för laddaren (inkl. förluster i HV-kablage) på ca. 90%.

Blinkersrelä för LED-lampor

Detta kanske inte är det mest vetenskapliga inlägg, men kanske en hjälp för er som vill byta till blinkerslampor med LED eller bara öka förståelsen för dessa.

De främsta anledningarna till att byta till LED-ljus som jag ser det är:

• mindre strömförbrukning jämfört med konvetionella glödtrådslampor
• oändlig livslängd
• snyggare och mer distinkt indikation, utan efterglödning

Men det finns vissa saker man bör tänka på. Om man som i mitt fall har reläer som har två anslutningar så är dessa konstruerade med ett värmelemet som får en bimetall-switch att sluta och öppna blinkerskretsen.

Bilden nedan visar konstruktionen, bilden och mer info finns att hitta på howstuffworks.com

Problemet som uppkommer när man byter till LED är att strömmen blir för låg genom värmeelementet så reläet aldrig sluter. En LED-lampa drar runt 30mA mot en 21W glödtrådslampa som drar nästan 2A. Dettta går att lösa med ett parallellkopplat effektmotstånd, men då försvinner hela idéen med att ha lågenergilampor. Det finns elektroniska reläer med två anslutningar som direkt kan ersätta originalreläerna om man vill använda LED-ljus.

En nackdel med dessa är att de inte alltid är konstruerade med ett relä, utan med en transistor som styr LED-lamporna. Detta gör att man förlorar det tickande ljudet.

I hundkojan finns ett blinkersrelä för blinkersfunktionen men också ett för varningsblinkers. Jag har valt elektroniska reläer med tre anslutningar. Den 3:e anslutningen är en jord för att driva elektroniken och det lilla inbyggda reläet, som alltså ger ett tickande ljud.

Här elschema och mått:

Och här en bild på innanmätet:

En sida som har en hel del LED-ljus är SuperBrightLEDs

Avslutningsvis en lite filmsnutt som visar resultatet.

TESLA Model S

Inte konstigt att bli sugen på att fundera på nästa elbilsprojekt. Idag fick jag chansen att rasta en TESLA Model S.

VILKEN UNDERBAR BIL! 

310kW och 600Nm från en asynkronmotor, det är prestanda det! Modellen jag körde var naturligtvis den vassaste 85kWh PERFORMANCE. 0-100km/h på strax över 4 sekunder...mysigt.

Bilen har över 7000 cylindriska NCA-battericeller från Panasonic. Kul att konceptet med cylindriska celler i batteripack lever kvar.
NCA celler har Litium Nickel Kobolt Aluminium Oxid som katodmaterial.

21" fälgar, typ dubbelt så stora som på MINI:n, hehe.

Bilen har all teknik man bara kan önska av en elektrisk bil och allt andas riktigt hög kvalitet. LCD i bilens mitt "is-da-stuff", jag kanske borde ha touchskärm i Elkojan.

Slutligen, en nöjd kille efter provkörningen av en helt perfekt konstruerad bil, TESLA Model S PERFORMANCE.

Mätning från stadsköring

En kort provtur på 50-väg med Kvaser-interfacet inkopplat och ATI's CANLab loggandes. 

Utvärderingen visade sen att batteriet levererade 50A vid steady-state körning.

Som man kan se så ökar DOD med 2,2%, dvs. batteriets laddas ur 2,2% under resan.

Jag exporterade CAN-datan till .mat format för att kunna beräkna effekt och energi i MATLAB.

0,4kWh på 20kWh batterikapacitet ger 2%, så det verkar stämma.

En liten inzoomning på konstantfartkörningen i 50 km/h visar runt 7kW.

Batteriet låg konstant på 19'C under resan.

Provkörning

Efter att ha fyllt kylsystemet, kontrollerat alla bultar och muttrar en extra gång, monterat på flipfronten och monterat i inredningen igen så var det äntligen dags.
Här kommer två filmer på allra första provkörningen

Provkörningen gick över förväntan och inga större problem upptäcktes mer än att bromsswitchen inte är rätt inkopplad så att man får moment även när man bromsar.

Elmotorn snurrar

Efter att Litiumbatteriet fixats var det nu läge att testa elmotorinvertern och elmotorn. Ett kort tryck på knappen för att driftsätta elmotorinverten och lampan för eldrift tändes... fint.

När jag sen testade att lägga växelväljaren i D-läge (Drive) började elmotorn att leva jävel.

Underligt kan tyckas, när jag var så noga med att koppla de tre lindningarna rätt mellan elmotorinverter och elmotor.

Det som hände var att styrelektroniken i elmotorinvertern registrerade en motorrörelse åt fel håll i förhållande till förväntat.

Lite info:

Elmotorn har ett kullager med en inbyggd 2-kanals pulsgivare som kan läsa rotationshastighet och riktning. Detta är ett kapslat kullager designat för industrimaskiner med fördelen att vara underhållsfritt och okänsligt mot yttre magnetiskt flöde.

.

Givaren ger 64 pulser/varv. När motorn roterar för att driva bilen framåt ger givaren ett pulståg med kanal A 90 grader före kanal B, och tvärtom när bilen går bakåt (kanal A 90 grader fördröjd mot kanal B).

Med detta i bakhuvudet kopplade jag om encoders två signaler (skiftade kanal A och B) för att kontrollera att motors beteende berodde på att jag av misstag kastat om två av elmotorn lidningar.

Så var fallet, problemet nu var att motorn roterar för att driva bilen bakåt när växelväljaren är i D-läge. Ok, bara att koppla tillbaks encodersignalerna och riva ner elmotorinvertern för att komma åt elmotorns kopplingsplint för att ändra plats på två elmotorlindingar.

En timma (och en liter svett) senare funkade allt som det skulle.

Avslutningsvis denna garagekväll monterade jag fast allt kablage i kardantunneln. HV-PLUS(orange), HV-MINUS(orange), batterisignaler(svart), 12V-PLUS(röd) och 230VAC till laddaren(grå) kabel.

Nu är det dags att klippa till en bit aluminiumplåt för att täcka kardantunnel och en bit mellan bakre golv och bakre batteribotten.

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.