e-motion

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

Įmonėje organizuojame 20Ah A123 celių užsipirkimą, taigi yra siūlymas prisidėti prie užsakymo ir taip pasidalinti siuntimo ir išmuitinimo mokesčius. Apytikslė kaina su visais mokesčiais (siuntimas, išmuitinimas, muitas, taršos mokestis, PVM) – 115Lt/cell ±5 Lt. Tiksli kaina bus žinoma kai turėsim tikslų kiekį.

Iš šio tiekėjo esame anksčiau užsisakę 4 vnt. pavyzdžių – kokybė gera.

Tai tos pačios celės kaip aš naudojau savo motoroleryje, tik kokybiškesnės. Ar bus norinčių prisijungti? Apsispręsti reikėtų per keletą dienų. Apsisprendusieji rašykite man elektroniniu paštu: sarunas [prie] e-motion [taškas] lt. Reikės avanso.

EDIT: pasirodo tiekėjas nebeturi šių B grade celių. Šiuo metu yra galimybė įsigyti A grade tiesiai iš A123 atstovo. Deja kaina gaunasi ~240 Lt/vnt… :(

EDIT#2: Atkapstėm naują tiekėją. B grade celės su siuntimu ir visais mokesčiais kainuotų apie 180 Lt/vnt. Taip pat, atsiradus pakankamai norinčių, gal būt galėčiau pasiūlyti ir BMS, tokį kaip mano motoroleryje. BMS kaina būtų apie 700 Lt (labai grubiai). Taigi, 48V 20Ah akumuliatorius su BMS kainuotų apie 3600 Lt. Čia kaina tik už celes ir BMS atskirai, susirinkti reikėtų patiems. Arba gal būt būtų galimybė įsigyti jau surinktus, bet tai pakeltų kainą. Daugiau informacijos apie celes (citata iš vieno mano emeilų):

Gamintojo puslapis: http://a123systems.com/products-cells-prismatic-pouch-cell.htm
Tik deja ten paprastiems žmogeliams charakteristikos nėra pateikiamos. O jos yra tokios (gautos iš neoficialių šaltinių ir patikrintos mūsų):
Chemija: LiFePO4 su nanodalelėm
Talpa: 20Ah
Darbinė įtampa: 3,3V
Maksimali krovimo įtampa: 3,65V
Minimali iškrovimo įtampa: 2V
Vidinė varža: 1mΩ
Laikoma apkrova:
- ilgalaikė 300A be papildomo aušinimo
- ilgalaikė 600A su aušinimu
- trumpalaikė (15s) 1000A (pvz. bėgėjantis transporto priemonei)
Rekomenduojamas greitas krovimas: 80A (15 min)
Įmanomas greitas įkrovimas: 200A (6 min)
Iškrovimo temperatūra: -30..+65°C
Įkrovimo temperatūra: 0..+50°C.
Numatomas kalendorinis tarnavimo laikas: 10-20 metų
Numatomas įkrovimo/iškrovimo ciklų skaičius dirbant su vidutine 1C (20A) apkrova: >15’000.
Svoris: 480g
Matmenys: 165*230*6,8mm (be kontaktų)

Bendromis jėgomis (labiausiai kolegos Juozo S.) sukūrėme preliminarią elektromobilio parametrų skaičiuoklę. Šis įrankis skirtas pagaliau visiems laikams atsakyti į pagrindinius žmonių klausimus: kiek kainuoja, kiek tarnauja, kodėl. Skaičiuoklėje nurodomas transporto priemonės tipas (su vairuotoju), naudojamo akumuliatoriaus tipas, pageidaujamas realus įveikiamas atstumas (mieste), maksimali motoro galia, ir minimalus pilno įkrovimo greitis. Skaičiuoklė parašo preliminarias kainas, svorius ir komponentų resursus.

Turėkite mintyje kad skaičiai yra labai preliminarūs: kainos priklauso nuo kiekio, tiekėjo, kokybės, mokėjimo derėtis… Resursas priklauso nuo to kiek kokybiškai sistema yra pagaminta ir sumontuota bei ar naudojama leistinų apkrovų ribose. Skaičiavimai atliekami su vidutiniu 50-60km/h greičiu, t.y. miesto eismo sąlygomis. Skaičiuoklė yra orientacinio pobūdžio ir negarantuoja tikslių rezultatų bei produktų kainų. Naudokite ją savo nuožiūra ir rizika.

P.S. Nurodytos kainos yra industrijos vidurkis. Tai yra komponentų savikaina, įskaičiuojant importo mokesčius. Komponentų tiekimu nei aš nei UAB Elektromotus neužsiima.