Fläktstyrning av elkylfläkt

Varför finns det en elkylfläkt i hundkojan? Jo, det finns alltid vissa förluster att ta hand om. Elkylfläkten sitter bakom kylaren som är kopplad för att leda kylvatten(eller glykolvatten) genom kylmanteln runt elmotorn och genom aluminiumkylblocket i kraftelektroniken. Kraftelektroniken innefattar elmotorinvertern, HV-batteriladdare och en DC/DC- omvandlare.

Systemet är designat för att kunna ge två nivåer av kylning. Dvs. styrsystemet kan kan begära elkylfläkten att snurra på låg- eller högfart via två separata reläer. Högfart innebär att elkylfläkten körs på 12V och och vid lågfart kopplas en resistor in i serie med elkylfläkten. 

Denna resistor är ett effektmotstånd som sitter bakom elkylfläkten för att kylas.

I en elbil anser jag att man bör hushålla med energin från batteriet, så varför bränna bort energin i ett effektmotstånd när fläkten går på lågfart?

En ganska enkel lösning skulle vara att ta bort effektmotståndet och ersätta lågfartsreläet med ett relä som levererar önskad spänning utan förluster. 

Jag har säker på att någon annan tänkt damma tanke. Tyvärr har jag inte hittat någon lösning för detta på nätet så jag får försöks lösa det själv. 

Min tanke är att modifiera befintligt lågfartsrelä genom att ta bort den elektromekaniska switchen och ersätta denna med en PWM-styrd halvledare. 

En NE555 timerkrets som styr en FET borde fungera fint. 

Charge plug detect

Ja, så här fick det bli. Relät har en 230VAC spole som sluter en 230VAC LED samt sluter kretsen som förhindrar elmotordrift under laddning.

EVSE - Electric Vehicle Supply Equipment

EVSE eller med andra ord laddkabel eller laddstation för laddningsbara batterifordon. Dess syfte är att ge en säker anslutning mellan elnätet och laddfordonet.

Nu finns det tyvärr EVSE på marknaden som fungerar på olika sätt, men de borde i alla fall ha:

• kontaktstift som leder nätspänning frånkopplade tills dess att handskakningen mellan EVSE och fordon utförts.
• inbygd jordfelsbrytare.
• mjukstart- och stopp av laddning, dvs upp-  och nedrampning av strömmen.
• kontroll av jordanslutningen.
• detektering och verifiering av (handskakningssignalen) Pilot-signalen.
• reläkontroll som detekterar ett relä ifall det har fastnat i öppet eller slutet läge.
• kontaktdon mot fordonet som tål många många i- och urkopplingar. 

I standarden för EVSE beskrivs de fyra olika laddningsmodellerna som finns för el- och plug-in hybrider:

"Mode 1" - AC-långsamladdning från ett vanligt vägguttag (typ Schuko).

"Mode 2" - som Mode 1 fast dessutom med en skydds- och övervakningsutrustning på sladden.

"Mode 3" - AC-långsam- eller snabbladdning från en laddstolpe med inbyggd skydd- och övervakningsutrustning. Laddstolpen har någon typ av EV-kontakt.

"Mode 4" - DC-snabbladdning med laddaren och dess skydd- och övervakningsutrustning inbygd i laddstolpen. Laddstolpen har någon typ av EV-kontakt.

Bilden från min kompis Gordons rapport Infrastruktur för snabbladdning av elfordon åt Länsstyrelsen åskådliggör det hela ännu lite bättre:

Standarden innefattar också definitionen av två extra signalanslutningar:

• "Pilot"-signalen som är en PWM (pulsviddsmodulerad) signal för att styra laddningen och max tillgänglig laddström från nätet. 
• "Proximity"-signalen som gör att EVSE:n kan be laddaren i fordonet dra ner laddströmmen till noll.

Hundkojan har  dagslägen en mix av Mode 1 och 2, dvs. en EVSE i bilen, istället för på sladden.
En kort beskrivning följer:
Jag ansluter mig till vägguttaget med en Kalix-motorvärmarkabel, dvs. Schuko stickpropp med Kalix-hona i andra änden. Elkojan har en chassi-monterad Kalix hane i karossen som dels går till en EVSE men också till spolen på relä. Relät är kopplat till elmotorinvertern för att förhindra drift av elmotorn under laddning.

Kanske inte den snyggaste lösningen eftersom skulle kunna glömma laddkabeln om säkringen till vägguttaget gått sönder under laddning.

Planen är väl att byta ut motorvärmaruttaget på hundkojan mot en Typ2-kontakt, för att kunna Mode 2 och Mode 3 ladda. Jag kommer att göra ett inlägg om laddkontakter vid tillfälle.

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.