e-motion

Pavyko dar keletui valandų prisėsti prie įkroviklio gamybos. Rezultatas žemiau:
 Eilinį kartą sėdėjau ofise iki vėlumos (tik dabar (22:10) namo parsiradau). Daug laiko atėmė transformatorių vyniojimas (impulsinių transformatorių vyniojimas – turbūt pati šlykščiausia elektronikos pusė..). Įtampos reguliavimui daug laiko neskyriau, dabar grįžtamame ryšyje tėra paprastas potenciometras įlituotas. Teoriškai, saugiai įtampą kelti galima būtų iki kokių 90V. Didesne srove apkrauti dar nebandžiau, pajungiau tik kas po ranka pakliuvo – trys galingos infrared lempos, skirtos krosnims. Kiekviena prie 80V ima po 5A, taigi sumoje turiu grubiai 14.5A (1150W). Ištvermės testui taip pat jau nebeturėjau laiko, plius dar ir baisoka šiek tiek, nepadarius jokių matavimų. O ir ventiliatoriai numesti belekaip ant stalo – oro srautas nėra visiškai optimalus.

Savaitgalį švenčiu, taigi tolimesnius darbus bandysiu atlikti kitą savaitę. Reiks paimti dar vieną lempą ir stebėti kaip ribojama srovė (arba kaip skrenda tranzistorių gabalai)…

Turbūt dauguma hobistų, užsiimančių elektriniu transportu, yra susidūrę su įkroviklių stoka. Tiksliau, normalūs rinkoje praktiškai neegzistuoja, o jei ir egzistuoja, kaina, matyt, tokia didelė, kad niekas apie tai nesivargina rašyti. Jei skaitote ir galvojate, kad rašau būtent apie jus, paguosiu – ši problema kamuoja ir mane. Taigi, eilinį kartą tenka užsiimti burtais visokiais…

Jau gerą pusmetį mano ofise, keli metrai  už nugaros stovi neliečiamas naujasis mano projektas. Apie patį aparatą papasakosiu kitą kartą (tarp kitko, pedalai ten tik laikinai), na o kol kas pastebėjimus dėl rėmo konstrukcijos galite išsakyti Linui Kraniauskui (forume “Linas”). Šiam kartui pavadinkim jį “ebike v3″. Nieko labai išskirtinio, tačiau jis turės 1,43 kWh A123 akumuliatorių ir, kaip kol kas planuojama, integruotą 2.4 kW įkroviklį su laidu. T.y. nebereikės vežiotis įkroviklio kuprinėje; galima bus tiesiog atsirakinus šios keistos transporto priemonės dureles išsitraukti laidą ir kišti rozetėn. Beje, jei esate pastabus, matyt pastebėjote, kad įkroviklio galios ir akumuliatoriaus talpos santykis yra apie 1.7. Na o tai reiškia, kad akumuliatorių 0->100% galima bus įkrauti per 36 minutes (na gerai, realybėje per kokias 40 minučių).

Kadangi šį kartą kalba eina apie akumuliatorių krovimą, šiek tiek teorijos. Beveik visi akumuliatoriai (išskyrus nikelio ir dar kelias egzotikas) yra kraunami CCCV režimi: Constant Current – Constant Voltage. Taigi, įkroviklis yra paprasčiausias stabilizuotas maitinimo šaltinis, tačiau turintis srovės ribojimą, kitaip tariant, jei srovė padidėja iki maksimalios leistinos, įkroviklio išėjimo įtampa mažėja, neleisdama srovei toliau kilti. Deja, beveik visi paprasti maitinimo šaltiniai elgiasi kiek kitaip: suveikia perkrovos apsauga ir jis išsijungia, arba tiesiog sprogsta kas nors ir irgi išsijungia. Va tuo ir iš minios išsiskiria įkrovikliai su srovės ribojimu – jiems išėjime galima kabinti praktiškai bet ką, galima juo (dažniausiai) netgi virinti nebijant kad kas nors negero nutiks.

Na o dabar apie tai, kaip gi aš planuoju tai realizuoti. Yra štai vat tokie serveriniai maitblokiai. Darbinė įtampa 48V, galia 1200W. Jie turi tris išskirtinius bruožus:

1. Turi srovės ribojimą.
2. Yra labai maži ir lengvi (280x87x41mm)
3. Pigūs. eBay, ilgiau paieškojus/palaukus, galima rasti naudotų po kokį 150 dolerių su siuntimu, ypač jei didesniais kiekiais. Modelis Cherokee CAR1248FP, pasiieškokit.

Dar yra modelis su integruotu mikroprocesoriumi ir I2C sąsaja, kas man būtų buvę idealu (galima skaitmeniškai valdyti įtampą, gauti tikslius parametrus, tokius kaip srovė (kad tiksliau skaičiuoti akumuliatoriaus įkrovą)). Jei tokio norit, modelis CAR1248FPBC-1A. Dokumentaciją rasite ČIA.

Mano aparate bus sumontuotos 22 nuoseklios A123 celės, kas reiškia, kad krovimo pabaigoje bus reikalinga 80.3V. Deja originalus maitblokis duoda tik 48V. Išvada – reikės šiek tiek modifikuoti. O čia ir prasideda elektronikos linksmybės. Išrinkau kiek įmanoma, parymojau vakarėlį vartydamas rankose ir paišydamasis schemą… O jo schema gan įdomi, kai kurie sprendimai man nematyti. Viduriai atrodo taip:
Beje, šis maitblokis yra nuostabus ne tik savo dydžiu, bet ir tuo, kad turi ir aktyvų PFC, kas dažniausiai beveik dvigubai padidina tūrį (šiuo atveju beveik visa dešinio radiatoriaus uždengta dalis yra PFC).

Labai nesivelsiu į smulkmenas ką ir kaip reikia modifikuoti, kad iš jo išspausčiau reikiamą įtampą, todėl apibendrinu: reikia keisti išėjimo kondensatorius, apsauginius diodus, tranzistorius ir pervynioti du transformatorius, ir, smulkiausia, bet labai svarbu – pakeisti grįžtamo ryšio koeficientą nustatančio rezistoriaus nominalą. :) Kaip man sekasi – skaitykite kitoje serijoje…

Šiandien teko atlikti autopsiją. Miręs pacientas – Thundersky celė. LiFePO4, 3.2V, 90Ah. Celė išimta iš Mindaugo Hondos 3E. Mirties priežastis labai elementari: akumuliatorius naudotas be BMS. Kol dar nesuskubote kritikuoti komentaruose, pasiaiškinsiu. :) 3E yra Mindaugo asmeninis projektas ir jame dirbanti sistema yra (buvo) jo vieno kūrinys, įskaitant akumuliatoriaus priežiūros sistemą (BMS). Sistema veikė puikiai, tačiau prireikė į Hondą bandymams sumontuoti mūsų įmonės sistemą Emus BMS. Viskas buvo gražu, pakeitėme visus 45 celių modulius. Tačiau… Kad pilnai veiktų, reikėjo sujungti dar kelis laidus, kuriems tuo metu jau nebebuvo laiko. Taip ir važinėjo Mindaugas kelis mėnesius su naujai sumontuotu, bet nefunkcionuojančiu BMS. Ką BMS darė:

• Matavo bendrą akumuliatoriaus įtampą
• Matavo energijos kiekį
• Valdė krovimą
• Valdė apsaugas
• Šuntavo celes, joms pasiekus 3.65V

Ko BMS nedarė:

• Nestebėjo kiekvienos celės įtampos atskirai

Kitaip tariant, krovimas ir iškrovimas vyko atsižvelgiant tik į bendrą akumuliatoriaus įtampą, o ne į pavienes celes: pavyzdžiui, vienos celės įtampai nukritus nuo 3V iki 1V, bendra akumuliatoriaus įtampa pasikeičia iš 145V į 143V, kas yra praktiškai nieko visam akumuliatoriui, tačiau visiška mirtis pavienei celei. T.y. valdymas vyko beveik aklai.

Prieš pasakojant toliau norėčiau atkreipti dėmesį, kad ankstesnė, originali, 3E sistema veikė puikiai ir visos celės buvo subalansuotos, taipogi jos registruoti duomenys rodė, kad visos celės yra praktiškai identiškos būklės.

Dabar kodėl aš jums apie tai rašau. Pilnas internetas visokiausių nuomonių apie BMS, forumuose knibžda veikėjai, kuriems “viskas veikia be jokio BMS” ir BMS poreikį jie vadina absurdišku. Pasak jų, jei celės nepažeistos, akumuliatorius savaime susibalansuoja ir joks BMS jam nereikalingas. Taigi, pasak kai kurių asmenų, toks akumuliatorius visiškai nebalansuojamas turėtų ilgą laiką veikti be jokių problemų. Mūsų atveju celės buvo balansuojamos, nebuvo tik pavienių celių apsaugos – palankesnis atvejis nei visiškai jokios kontrolės.

Bet ką gi mes turime? Po kelių tokio naudojimo mėnesių viena celė mirė – rodo 0V. Ji tiesiog užsitrumpino viduje. Tai pastebėjome tik sutvarkę visą sistemą.

Kadangi celė jau mirus ir tėra tinkama tik utilizavimui, buvo įdomu kas gi jos viduje. Atsargiai prapjovus plastmasinį korpusą atsivėrė visas (ne)gražumas – foto dešinėje. Nieko labai išskirtinio nepamačiau – labai primena plėvelinį kondensatorių su dielektriko plėvele ir laidininko folijos lapeliais tarpuose. Tik čia, kaip ir kitose LiFePO4 celėse, vienas polius (neigiamas) yra varinis, o kitas – aliuminis (teigiamas). Nustebino plastmasinių sienų storumas – juk ta plastmasė užima labai daug vietos, daug sveria ir dar kainuoja nemažai. Taipogi šiek tiek šokiravo vidinė konstrukcija: sluoksniai tiesiog šriubais susukti tarpusavyje ir prie masyvių metalo luitų, kurie, manyčiau, irgi yra nepigūs, gan daug sveria ir užima daug vietos. Nustebino ir labai dideli nepanaudotos erdvės plotai…

Nuotraukoje kairėje matote konstrukciją kitu kampu ir trumpo jungimo epicentrą – susilydžiusį dielektriką ir užsitrumpinusias priešingų polių folijas.

Tai yra seno modelio (2-3 metų senumo) Thundersky celė. Turime sandėly ir porą apynaujų (metų senumo) šio gamintojo celių pavyzdžių: talpa ta pati (90 Ah), tačiau celės storis mažesnis. Matyt gamintojas sugalvojo kaip geriau išnaudoti tuščią erdvę ir, gal būt, tikiuosi, suplonino sieneles. Kad ir kaip ten bebūtų, progresas ženklus. O ir kaina bemaž dvigubai mažesnė, nei buvo prieš 2-3 metus.

Apibendrinimas

Čia mano pastebėjimai būtų tokie:

1. Be BMS ličio celių naudoti negalima. Ir ne, celės savaime nesusibalansuoja, tai turi daryti BMS.
2. Apturėjome brangią pamoką (~300 Lt), kad geriau viską sutvarkyti iki galo.
3. Celių gamintojams dar yra kur pasispausti.
4. Su veikiančia sistema buvo atvažinėta beveik du metai kasdien ir visos celės po to laiko atitiko gamintojo specifikacijas (buvo kaip naujos), net pravažinėjus per -20°C siekiančius šalčius – elektromobilius galima ramiai eksploatuoti ir žiemą!

Spalio 18-20 dienomis Miunchene vyko elektromobilių paroda, kurią aplankiau ir aš su kolegom. Į parodą suvažiavo gamintojai iš viso pasaulio, taigi buvo gera proga “atsimerkt” ir vienoje vietoje pamatyti kas gi vyksta pasaulyje, užmegzt ryšius su galimais tiekėjais, klientais ir partneriais, susipažinti su konkurentais… O prie viso to, galima buvo nemokamai pasivažinėti elektromobiliais, kurių aikštelėje buvo keli tuzinai modelių:

Šioje nuotraukoje aš ir Tesla Roadster. :) Fone matomas aparatas – taip pat elektrinis (hibridas berods), tik, deja, nei pralėkt, nei pašaudyt nedavė..

Pačioje parodoje prisižiūrėjom daugybę transporto priemonių: elektromobilių, elektro-motociklų, elektro-dviračių, elektro-paspirtukų ir dar daug to, kam pavadinimo nesugalvojau. Žinoma, buvo ir visas miškas įkrovimo stotelių modelių. Žinoma, dauguma stotelių – laikini muliažai, gamintojai akivaizdžiai verčiasi per galvą, kad tik spėtų įšokti į traukinį. Kelios akimirkos iš parodos:

Šios nuotraukos – trupinėlis to, ką matėme. Daugiau nuotraukų rasite UAB Elektromotus Facebook puslapyje.

Turbūt daugumai jūsų yra tekę lankytis Litexpo parodose. Šios parodos yra visiškai priešingos: jei peržiūrėjus Litexpo būna pikta, kad visiškai nebuvo į ką žiūrėti ir kad visi dalyviai tėra tik perpardavėjai, tai Miunchene, peržiūrėjus vos pusę parodos darosi liūdna, kad jau sveikata eina į pabaigą. :) O visi dalyviai ten – gamintojai. Pavyzdžiui, teko pabendrauti su tokiais akumuliatorių gamintojais, kaip Headway ar Thundersky, netgi pavyko nemokamų pavyzdžių išsiprašyt. “For testing in our lab”. :)

Žodžiu, nors ir kelionė atsiėjo nepigiai ir truko tris dienas, paroda buvo labai vertinga. Gero nuotraukų žiūrėjimo. :)

Europos Automobilių Gamintojų Asociacija (ACEA) išplatino pranešimą su rekomendacijomis Europos gamintojams, kokias krovimo jungtis reikėtų naudoti. Prieš įsiveliant į diskusijas pateikiu keturis krovimo lygmenis:

1. Lėtas, paprasčiausias įkrovimas iš buitinės, standartinės galios (iki 16A) kintamosios įtampos vienfazės arba trifazės jungties (rozetės)
2. Lėtas įkrovimas iš buitinės, padidintos galios (iki 32A) kintamosios įtampos vienfazės arba trifazės jungties, su papildoma apsauga laide
3. Greitas įkrovimas iš specialios jungties, kintamosios srovės. Dažniausiai srovė trifazė, iki 43 kW. Būtina įkrovimo stotelės komunikacija su transporto priemone.
4. Greitas įkrovimas nuolatine srove. Būtina speciali jungtis, krauna praktiškai tiesiogiai iš stotelės į akumuliatorių, be tarpinių keitiklių. Įkroviklis jau nebe transporto priemonėje, o įkrovimo stotelėje.

1-3 lygmenims reikalingas atskiras įkroviklis, įmontuotas transporto priemonėje arba, kai integruoti galimybės nėra (dviračio ar motociklo atveju), pastatomas šalia. Dauguma mūsų vis dar naudojasi 1 lygmens sistema (elektromobilio įkrovimas užtrunka apie 8 valandas). 3 lygmens pavyzdys yra mūsų pagaminta ir prie Energetikos Muziejaus pastatyta įkrovimo stotelė – tą patį elektromobilį, teoriškai (jei jame būtų integruotas galingas įkroviklis), galima būtų įkrauti per 40 minučių. 4 lygmens atveju, sunkaus ir didelio įkroviklio vežiotis nebereikia, nes jis yra integruotas įkrovimo stotelėje. Stotelė duoda nuolatinę srovę ir jungiasi praktiškai tiesiai prie akumuliatoriaus – jokie tarpiniai keitikliai nebereikalingi.

Ilgą laiką Europos Sąjungoje buvo (ir, sakyčiau, tebėra) mėtymasis tarp įkrovimo jungčių, nes nėra vieningo standarto. Vokiečiai pirmieji šoko į šį traukinį ir ilgai nesvarstydami priėmė savo nacionalinį standartą – Mennekes gaminamą jungtį. Tai pati ergonomiškiausia ir geriausiai prie rankos “limpanti” jungtis. Mennekes siūlo jungtis trifazėms ir nuolatinės srovės sistemoms. Labiausiai man patinkanti šio gamintojo jungčių savybė – elektroninis užraktas. Jungtis yra užrakinama prasidėjus krovimui ir atrakinama tik vartotojui panorus (valdoma iš įkrovimo stotelės arba transporto priemonės). Tai labai aktualu naudojant viešose vietose, nes tokios jungtys yra gana brangios ir ilgai netruks kaip ilgapirščiai žulikai prasimanys naujų pajamų.

Šiuo metu pasaulyje bene populiariausia jungtis – amerikietiškasis standartas. Ši jungtis leidžia krauti gerokai mažesne srove, taipogi yra gana neergonomiška (nemaloni kieta plastmasė, kai, tuo tarpu, Mennekes jungtis yra pragumuota), bet svarbiausia – nėra jokios apsaugos nuo vagystės. Užraktas apsaugo tik nuo atsitiktinio kištuko ištraukimo – visiškai netinkama mūsų rinkai. Bet, deja, daug gamintojų montuoja būtent tokią jungtį, pavyzdžiui, nauji Toyota Prius Plug-In.

O dabar grįžkim prie reikalo. ACEA kadaise laikėsi pozicijos, kad, vis tik, Mennekes jungtys yra tinkamiausios ir turėtų būti standartu Europos Sąjungoje. Deja, dabar ACEA išplatino pranešimą, kur rekomenduojama naudoti dar kažkokias naujas jungtis (foto dešinėje). Mano visai nekuklia nuomone, ši jungtis yra kažkoks absurdas: matmenys, ergonomija… O dar tas pats mechaninis užraktas. Labai įdomu kuo jiems neįtiko Mennekes. Toks vaizdas, kad vėl stumdomi kažkokie interesai…

Informacijos šaltiniai:

EV charging standards: European OEMs recommendations

Wikipedia: IEC 62196