Bästa Ombyggda Fordon Tjolöholm Classic Motor 2015

Elkojan var utställd på årets event av Tjolöholm Classic Motor.
Det var många besökare som ville lära sig mer om elbilar och elbilskonvertering.

Oväntat, men oerhört kul var att vi tog hem titeln: Bästa Ombyggda Fordon Tjolöholm Classic Motor 2015.

Elkojan är nu formellt en Elbil!

Redan i oktober 2013 kontrollbesiktigade vi Elkojan med eldrift efter fått tips om att man inte behövde registreringsbesiktiga den då den var äldre än 30år. Efter någon vecka kontaktade besikta oss och förklarade att de gjort fel och ändrade resultet till att bilen behövde registreringsbesiktigas.
Att få bilen registrerad som elbil har ändå varit tanken, så vi började jobbet med bullerprov, SFRO besiktning etc.
För några veckor sedan så gjordes registreringsbesiktningen och i Söndags gjordes kontrollbesiktningen. Så nu är Elkojan formellt en Elbil och godkänd för att köras på gatan.

Elkoja - bloggen får liv igen

Efter ett rejält uppehåll är det nu dags att börja skruva med hundkojan igen.

Det har varit husköp och nystartat företag på tapeten sen sist. Detta har tagit all fokus från elkojaprojektet.

Nu när vårsolen tittar fram så känns det angeläget att få elbilen besikningsklar. 

Dagens lilla uppgift var att montera ett huvemblem.

Lyckliga LEAF ägare

I väntan på att jag skall få några timmar fritid för att kunna åka iväg med hundkojan och registreringsbesiktiga Hundkojan så skaffade jag en NISSAN LEAF.

På så sätt kan jag få uppleva livet som elbilsförare på allmän väg och bli av med en fosilbil i hemmet.

Men vad är en svart fabriksbil mot en brun kompakt egenkonverterad elraket?

Gordon BLIXTGORDON Strömfelt (till vänster) och Patrik ELKOJA Svedberg (till höger).

Egenutvecklad instrumentering till elbilen

I väntan på att interfacet för LCD-skärmen skall dyka upp från Kina så har jag kodat vidare på applikationen för instrumentet. Programmet är installerat och testat på fitPC:n och har till uppgift att tolka CAN-data från elbilens batteri- och motorstyrning. Programmet är utvecklat i Microsoft Visual Studio C# 2010 med några plug-ins för visarinstrumenten och CAN-hantering. Det var en hel del pysslande för att få detta lira på x86 (32-bitars) fitPC:n. Det visade sig bl.a. att Microsoft inte stöder 32-bitars applikationer i VisualStudio 2012 vilket jag länge satt och utvecklade i. Ej heller finns support för Windows XP som är operativet på fitPC:n, denna försvann tydligen i april i år.
Hur som helst så har jag har hittills hunnit implementera mätare, signaler och varningslampor för displayen som tar hand om det viktigaste. Det finns även en vy av "hidden diagnostics" för felsökning. I dagsläget går det att läsa ut batteriets 44 felflaggor och på sikt skall jag även koda in en funktion för motorstyrningens diagnos med ISO15765 för att kunna läsa realtidssignaler och felkoder.

LCD som instrumentering

Ett steg vidare i utvecklingen av den nya instrumenteringen med LCD är taget. Jag har slaktat ett antal gamla 15"-laptops för att få några skärmar. Displayerna från dessa har bildformatet 4:3 med XGA (1024 x 768) upplösning. Tror detta blir fint för att återge några visarinstrument och text om så behövs.

För att kunna koppla ihop en av dessa med datorns (fitPC2:ns) HDMI behövs lite elektronik. Dessa interface eller LCD-controllers finns att hitta i mängder på ebay. De drivs med 12V och har ingångar för VGA, DVI och HDMI.

Delay-box till BMS och kontaktorer

Jag har haft lite sporadiska fel i batteriet. BMS:et har indikerat två typer av fel: kritiskt fel och POST-fel. En tänkbar förklaring kan vara frånkopplingen av den extra kontaktor som jag monterat i varje batterilåda. Dessa kontaktorer tillsammans med de två ursprungliga har till syfte att koppla bort HV+ och HV- i respektive låda när tändningen slås av eller om ett allvarligt fel skulle inträffa. I dagsläget aktiveras (sluter) de två extra kontaktorerna vid tändningsnycklelns radioläge. Nästa läge (tändning:TILL) väcker BMS:et, så att när BMS:et vaknar ser det de två batterierna hopkopplade. Problem uppstår antagligen när man slår av tändningen och radioläget för snabbt. Eftersom BMS:et har en eftergång på ca.10s. så detekteras ett fel, den totala packspänningen som BMS:et mäter blir noll eftersom batterierna frånskiljs av de två extra kontaktorerna som är kopplade på radioläget.

En lösning på detta problem skulle vara att styra BMS:et och de extra kontaktorerna med viss fördröjning och det är just detta som Delay-boxen får fixa.

Planen är att ta bort all styrning från tändningens radioläge och med och utan en fördröjning med tänding (Kl.15) som enda input till delay-boxen.

Logiken blir följande:
Vid tändningspåslag (Kl.15 OFF==>ON) aktiveras de extra kontaktorerna direkt och spänningen för aktivering av BMS:et får en fördröjning på ca. 2s.
När tändningen slås av (Kl.15 ON==>OFF) inaktiveras BMS:et först för att vänta ut eftergången och sen 12s. senare öppnas de extra kontaktorerna.

Förberedelser inför registreringsbesiktning

Nu när SFRO's slutbesiktning är avklarad så var det dags att se över alla småsaker som kontrolleras under en registrerings- och kontrollbesiktning.

Jag har byggt några vadderade filtbeklädda paneler över kablar och islagsytor under instrumentbrädan.

Även undertill fick elbilen en liten uppdatering. Subframen har försetts med svarta plastskivor för att minska luftmotståndet ytterligare men också för att minska chansen att vatten och smuts kommer in i motorrummet den vägen. Skivorna är av termoplast och detta var väldigt bra eftersom lägsta punkten på bilen är växellådan och med en varmluftspistol kunde plasten formas. Resultatet ser rätt lovande ut.

SFRO's slutbesikning

Ja idag var det finbesök i garaget. Lars Hoffman från SFRO var där för att slutbesiktiga Hundkojan.

Förutom ifyllandet av bildata i Trasportstyrelens besiktningsunderlag så gjordes en granskning av alla elinstallationer i bilen. Lasse dokumenterade med bilder på elkraftkomponenter och dess installation.
Besiktningen avslutades med en provkörning på almän för att testa bilens dynamik inklusive bromssystem. Under de upprepade accelerationer vi gjorde noterades effektuttaget ur litiumbatteripaketet.

Lasse var imponerad av elbilsbygget och godkände bilen.

Nu återstår bara en liten översyn av bilen och hjulinställning inför registrering- och kontrollbesiknting. Dessa kommer att göras hos en vanlig bilbesiktningsstation så fort jag hittar en ledig tid.

SFRO's bullerprov

Nu har hundkojan bullertestats av SFRO.

Gränsvärdet var 85dB och resultatet landande på 65dB. Godkänt med 20dB marginal, inte helt oväntat. Tyvärr är Transportstyrelsen lite stelbenta och fortsätter kräva att elkonverterade fordon skall göra denna mätning innan registreringsbesiktning.



Mätutrustningen var en Bruell & Kjaer Typ 2240, en liten och nätt ljudnivåmätare. Den håller precisionsklass 1 och kan integrera det vill säga mäta ekvivalentnivå över tid. Dessutom kan den indikera nivåer ner till ~20 dBA samt även mäta med C-filter.

Instrumentet mäter LA (momentan nivå) LAeq (A-vägd ekvivalentnivå), LAMax (högsta A-vägda nivån) och LCPeak (Högsta C-vägda toppvärde).



Här är Elkojan i full kareta påväg förbi mätutrustningen.






Platsen för provet var bakom SAAB's fabrik nära Malöga flygplats i Trollhättan.




Det var nästan plats för två kojor på biltransporten, ändå valde jag det minsta släpet som gick att hitta.


Det velades lite fram och tillbaka för att hitta en dag utan nederbörd eftersom det krävs uppehåll och torr vägbana för att utföra provet.
Summerat så blev det en väldigt lyckad dag, godkänt bullerprov och vackert väder.

Cellbalansering av lithiumbatteri

Batteriet i hundkojan består av 2700 st cylindriska litiumceller. Batteriet kan delas upp i 108 st grupper. Dessa grupper är seriekopplade och varje grupp innehåller 25 st parallellkopplade celler. 

Eftersom varje cell har en kapacitet av 2300mAh så är en cellgrupp ekvivalent med en cell med 57,5Ah (25*2,3Ah). Så förenklat kan man se batteriet som 108 st seriekopplade 57,5Ah celler där samtliga 108 spänningar övervakas an batteriets BMS, Battery Management System.

För att få ut så mycket energi som möjligt ur ett litiumbatteri måste cellerna balanseras. Detta beror på att cellerna ändrar sin elektriska karaktär olika och detta beror av små skillnader i cellens utformning och kemi. Det som påverkar karaktären är främst temperatur och över tid blir skillnaden i cellernas karaktär större. Hundkojans batteri cellbalanseras med en "passiv" metod. Detta betyder att energi bränns upp i motstånd som sitter parallellt med varje cell. 

Cellbalansering kan ske kontinuerligt, d.v.s. både under urladdning och laddning av batteriet. Då sker detta när deltaCellspänningen är större än ett givet gränsvärde typ 200mV och detta pågår till dess att alla celler har samma spänning.

En annan strategi är att enbart cellbalansera under laddning, och även här finns flera strategier. Hundkojans batteri cellbalanseras enbart under laddning och detta sker med de celler som överskrider cellspänningen 3,50V. På detta sätt avstannar laddningen av de celler som uppnår denna spänning. När sista cellen nått upp till 3,50V avbryts laddningen och batteriet är cellbalanserat och fulladdat. Den observante har insett att cellbalanseringskretsen måste dimensioneras att hantera minst samma ström som passerar genom batteriet under cellbalanseringsfasen. Hundkojans 108 st cellbalanceringskretsar består av en transistor i serie med ett 11,4 ohms motstånd. 

Så 250-300mA är vad som kan "shuntas" förbi cellen. 

Sista fasen i laddningen sker med just denna ström.

Hur lång tid tar det då att cellbalansera? Med matchade celler, samma SoC och samma kapacitet sker ingen balansering men just nu har jag ett annat läge med mina celler. Nedan graf visar cellspänningen mot SoC för mina A123 ANR26650M1A celler. 103 st av mina cellgrupper är fulladdade (3,62V) men 5 st har lägre spänning. Den lägsta cellgruppen har 3,36V (något lägre OCV, Open Circuit Voltage).

 LiFePO4 är en kemi med väldigt platt OCV-kurva och därför är det omöjligt att med enbart cellspänning säga hur mycket laddning dessa cellgrupper har.

Eftersom spänningen mellan t.ex 80 och 90% SoC nästan är densamma innebär detta att 10% SoC skulle ta 1 dygn att ladda upp. 0,10 * 57,5 = 5,8Ah. 5,8Ah / 0,25A =  23h.

Reportage i tidningen M3 - "Så byggs en bensinare om till elbil".

I början av december blev jag kontaktad av Deborah Malec som jobbar för tidningen M3. Tidningen ville göra ett reportage om Hundkojan. Deborah har intervjuat mig och dessutom plöjt igenom hela Hundkojabloggen, så det skall bli väldigt intressant att få läsa hennes reportage.


Så missa inte nästa nummer av tidningen M3 när den kommer ut den 20:e februari.

PTC-element för värme i elbilen

Det hade varit skönt att få lite värme i Hundkojan nu under vintern, även om den riktiga kalla vintern ännu inte kommit.

Det finns väl egentligen två lösningar som jag ser det.

Enklast vore nog ett klassiskt vattenbaserat värmesystem med en radiator med fläkt i kupén, en cirkulationspump och en elektrisk vattendoppvärmare. Det känns tyvärr som ett system med onödigt många komponenter och dessutom en onödigt lång tidsfördröjning innan värmen kan utvinnas.

Lite mer utmaning är det att gå på en lösning med PTC-värmere. Denna skall i så fall anslutas på HV-spänning för hög effektivitet och för att inte belasta Elkojans DCDC-omvandlare.

Lite fakta:
PTC-element, även kallade PTC-värmare är en dopad polycrystallinkeram, baserad på bariumtitanat (BaTiO3). Genom en speciell dopingsprocedur går det att erhålla hög konduktivitet vid relativt låga temperaturer. I dessa låga temperaturer, beter sig PTC-elementet som en klassisk halvledare med en negativ temperaturkoefficient (NTC). Men när den definierade Min-temperaturen överskrids, ökar motståndet snabbt med en faktor 10 (logaritmiskt), se bild.

Det finurliga är att denna PTC-keram inte kan nå brandfarligt höga temperaturer eftersom resistansen ökar med ökande temperatur, på detta sätt är den självbegränsande. Kylning av PTC-keramen från t.ex. en fläkt minskar resistansen och mer energi kan tas ut.
Dessa egenskaper är alltså idealiska för uppvärmningsapplikationer. PTC-element kallas därför för "självreglerande" eller "dynamiska" värmare .

Jag gissar att det krävs en hel del laborerande för att optimalt kunna utvinna värme med PTC-teknik.
Om jag skulle använda ett PTC-element med 4000W så drar detta 10-12A med min HV-systemspänning på 360V. Dessa värmare har som nämnts en inrusningsström som är 10 ggr högre än den vid arbetstemperaturen.  Detta innebär att PTC-elementet skulle dra 40kW under ett par sekunder tills dess att arbetstemperaturen uppnås. Det kanske kan vara möjligt att PWM-styra effekten, men det kan också göra att arbetstemperaturen adlig uppnås och strömmen inte minskar, vad vet jag.

En annan lösning är att ha flera parallella element och aktivera dem sekventiellt, eller en kombination av båda styrningarna.

Jag gjorde ett första tappert försök genom att skaffa en kupévärmare med PTC-element, en sådan som man kan köpa som biltillbehör. Jag tänkte att två seriekopplade 230V element skulle fungera fint i elbilen. Tyvärr visade det sig att kylflänsarna runt själva PTC:n INTE var isolerade från matningsspänningen. Detta skulle bli en livsfarlig kombination med fukt och vatten.

Avslutningsvis i detta inlägg så blir mitt nästa steg att hitta ett PTC-element med flera parallella 400VDC värmare och som dessutom är elektriskt isolerade.