Čas je za spremembo razmišljanja. Med predelavo sem razmišljal o izgradnji motornega dela in kako bom avto spravil skozi homologacijo. Zato je bil polnilec v drugem planu. Pač nabavil sem en lahek in poceni 1,5kW polnilec s Kitajske. Po preračunih naj bi napolnil baterije v 12h urah. Očitno so Kitajci lagali. Polnilec sicer dobro deluje, ampak težava je, da ne da od sebe nazivno moč ampak manj – cca 1300W, kar je premalo. Avto se napolni v cca 18h – 20h urah. Zaradi tega ne morem vsak dan z njim v službo in si tudi ne morem privoščiti vožnjo kamorkoli.
Počasi mi je dovolj. Odločil sem se za izdelavo resnično močnega polnilca. Zaenkrat smo v EU omejeni na 230VAC 1 fazno polnjenje do 16A vstopnega toka. To je cca 3,5kW. Seveda pa bi lahko priklopil 3 faze za resnično veliko moč. Je pa težava, ker je izhod iz 3faznega usmernika 600VDC! Za tako napetost pa so komponente drage in redke.
Po nekaj razmišljanja sem se odločil za IGBT polnilec 10kW prirejen za 3fazni priklop. Seveda ne klasično ampak na 3 faze v zvezdo s skupnim ničtim vodnikom. Na ta način polnilec vidi napetost med ničlo in fazo 230VAC in pri izhodu to pretvori v 320VDC! Za to napetost je precej lažje najt komponente. Slabost pa je, da skupni seštevek faznih zamikov po ničtem vodniku ni enak nič ampak je vedno povprečje trikotnika – torej če jemljemo 10A po fazi je rezultat povprečje vseh treh faz po N vodniku tudi cca 10A. Zato moramo pazit na dimenzijo vodnika, da se N vodnik ne bi pregrel.
Spletnastran: http://www.emotorwerks.com/tech/electronics
Tehnična debata: http://www.diyelectriccar.com/forums/showthread.php/10kw-60a-diy-charger-open-source-59210.html
Konstruktor Valery je zelo dosegljiv za vprašanja in tudi predloge.
Tako nisem naročil celotnega kita, ker je ta prirejen za delovanje z 115VAC(10A) in 240VAC (32A), ki deluje malo drugače, kot pri nas. V primeru gradnje on ponudi tudi spletno stran z dokumentacijo in navodili za sestavljanje. Komponente, ki sem jih naročil so prišle v cca 14dnevih.
PCB ploščice, ki so resnično dobre kvalitete in z debelim nanosom bakra
Elektrolitski kondenzatorji 1800uF 200V, ker se tako dimenzijo težko dobi
Specialni kondenzatorji za glajenje robov na IGBT
Induktor za 60A, ki ga izdelujejo točno za ta polnilec
IGBT tranzistor
Driver komponente za tranzistor
1,8″ Zaslon, ki že ima integriran kontroler
Ostalo sem dobil na ebayu in pri ICelektroniku v Ljubljani. Kar niso imeli sem naročil preko Farnela.
Grece za 600V 50A, male kondenzatorje in upore in ostale komponente…
Začel sem sestavljeti kontrolni PCB z možgani in izhodi in nadaljeval z IGBT driver PCB. Vse komponente so izdelane za gradnjo večih tipov polnilca. Potrebno je slediti navodilom, ker je polno praznih mest, kjer pridejo komponente za sestavo drugega modela polnilca.
Nato sem z močnim spajkalnikom zavaril kondenzatorje na ploščice in pripravil greze za vgradnjo na hladilno telo.
Zaradi toplotne moči, ki je pri 92% izkoristka 8kW polnilca cca 700W sem se odločil za izdelavo vodnega hlajenja. Polnilec imam namero vgraditi zadaj v škatlo skupaj z baterijami. Zaradi pregrevanja pa bom moral izdelati hlajenje, ki bo tako energijo odvajalo. Zračni sistem ne pride v poštev, ker preveč izpostavi baterije in polnilec vlagi. Torej bom izdelal hladilno ploščo, ki bo toploto prenašal na zunanjo stan vozila, kjer bo majhen hladilnik štirikolesnika ali podobno preko katerega bo toplota izhajala v atmosfero. Glede na to, da bo zadeva delala, ko bo avto v mirovanju najbrž ne bom vgradil ventilatorja. Ima pa kontrolni modul tudi priključke za priklop releja za vklop ventilatorja in termistorja za toplotno zaščito vezja.
Padla je odločitev, da bo polnilec zračno hlajen. Glede na pogovore z ljudmi, ki imajo izkušnje s tega področja, sem se odločil in zasnoval alu bazo, ki bo absorbirala toploto in jo prevedla na pločevino avtomobila. Pod škatlo bo še hladilno rebro, za dodaten odvod toplote. zadaj pa ventilator, ki bo VLEKEL zrak ven.
Do zdaj sem sestavil večino polnilca, čakam še na ohišje. Ventilator je kar 230VAC. Prožil ga bom preko 12V releja s komandne plošče.
Za kontakte IGBT sem naredil posebne nastavke iz mesinga, ki prestavijo prikljuške višje, za lažjo montažo. Multifunkcijski rele ob strani poskrbi za 7s zamik, da ob vklopu tok ne udari z vso silo v kondenzatorje, ko se logika še ni aktivirala.
Upor v rumenem ohišju zadržuje tok dokler se rele ne vklopi. Termistor v sredi plošče daje referenco temperature vezju. Nad 55°C polnilec zmanjša tok. Trije 50A mostički prenašajo vsak svojo fazo v skupni DC izhod.
70A Induktor je Franc Babnik zalil s posebno smolo prav za montažo navitja. Tako je lažje montirati induktor na ravno ploščo.
Ohišje za polnilec sem dal izdelat iz 2mm aluminija. Pokrov je pritrjen na klavirskem pantu in se odpira na desno. Na pokrov je pritrjena komandna plošča z zaslonom in gumbi. S strani pa se nahaja 5 polni AC konektor in dve uvodnici za DC kabla.
S sprednje strani sem moral izrezat stopnico, da se izognem glavnemu kablu v prtljažniku. Na koncu jo bom uporabil za montažo podatkovnega konektorja – BMS odklop, varnostno stikalo, +12V in še kaj.
Zaslon na sprednji strani je 1,5″ barvni. Nad njim bom montiral gumba za nadzor polnilca, ob desni strani škatle pa še stikalo za programiranje polnilca.
Vse komande bodo znotraj prtljažnika, ker sem ugotovil, da polnilec po 5s zamiku deluje avtomatsko po prejšnjih nastavitvah. Tako ne bo potrebno posegati v nastavitve, razen če ne bo večjih sprememb. Takrat pa itak odprem pokrov prtljažnika.
Oktober 2013
Po izdelavi sem polnilec priklopil LE na 12V napajalnik, ki kalibrira logiko sistema. Najprej pa mi je nagajal upor, ki sem ga izpustil. Zaradi narave delilnika je polnilec kazal previsoko napetost baterije! Na koncu sem šel po shemi in izsledil upor in ga nalotal.
Po dolgotrajnih preizkusih kalibriranja polnilca brez priklopa močnostnega dela sem se opogumil in priklopil 230VAC. Na vhodu na fazo sem priklopil dve vzporedno vezani žarnici, ki sta imeli skupaj 180R in omejita tok v polnilec.
Najprej sem polnil 11 celic z 2A toka. Polnilec je pokazal cikel 10% in zadržal tam cca 10 minut brez problema. Nato sem nastavil 5A in še 10A brez žarnic. V obeh primerih je polnilec opravil svoje delo in polnil baterije pri 35VDC z 10A! Le termistor je očitno prikazoval napačno vrednost. Verjetno sem ga narobe priklopil. Tudi to bom odpravil.
Zaenkrat dobro kaže! Bom moral poskusit še skozi tri faze.
EDIT: Očitno sistem zaznavanja priklopa na tri faze ne deluje. Moj namen je, da polnilec zazna, ko NI priklopljen na 3 faze in pri tem zmanjša moč. Če pa imam priklopljene vse tri faze dela s polno močjo. Originalna shema je spodaj. Težava je v tem, da rele zagrabi, vendar pa polnilec ne vidi več 320VDC ampak samo 12VDC iz pretvornika. Izgleda , da je to premalo. Zato sem si zamislil delilnik, ki bo zmanjšal polno napetost 320VDC na 150VDC pri priklopu na eno fazo.
Zaenkrat polnilec dela dobro z zračnim hlajenjem. Priklop je na 3 faze. Trenutno imam omejen izhod na 30A pri 150V in temperatura je okoli 41°C. Preizkusil sem sistem na 50A ampak tu se temperatura prehitro dvigne na 55°C in se bojim, ker še nimam vodnega hlajenja. Priklop imam urejen takoj za števcem, tako, da imam ločene varovalke za polnjenje. Lahko pa uredim še Wattmeter.
halfbridge
Na eno fazo deluje sistem preko zgoraj omenjenega uporovega delilnika in ima omejeno moč. Ko zazna napetost Uac/2 sistem omeji izhodno moč na cca 12A. Mislim, da bom kasneje povečal moč glede na izkušnje. Izkazalo se pa je, da je polnilec veliko bolj glasen na 1 fazo, kot na tri. Predvidevam, da je to induktor, ki trpi sunke iz enofaznega mosta. Trifazni sistem se pri isti moči tudi manj greje.
Vodno hlajenje pa bom naredil tako: Za začetek bom preizkusil brez pumpe. V bloku aluminija bodo vodni kanali. priključka bosta spodaj. od tam bosta peljali cevki zadaj in malo višje v izmenjevelec tik za ventilatorjem polnilca. Predvidevam, da bo naravni vlek tople vode dovolj, da bo začel sistem krožiti sam. Topla voda na eni strani gor, na drugi hladna dol!
Če to rata bo to najboljše pasivno hlajenje 🙂 za 10kW polnilec.
EDIT: Dec. 2013, odločil sem se za predelavo polnilca na hladilna rebra skupne višine 40mm in z bazo 8mm. Po mojih izračunih naj bi zdržala 6kW moči. Zračnega pretoka je dovolj. 26606_20091108_HR-160
Po vgradnji reber v škatlo se je izkazalo, da je potrebno naredit nov pokrov, ker je prejšnji prenizek za cca 10mm. Potrebno je prestaviti krmilno elektroniko in zaslon.
Razen zamenjave hladilnika sem vgradil še 3fazni grec, ki je enako priklopljen polvalno samo na +. Vodnik N pa je povezan na – pol kondenzatorjev direktno. Uredil sem še kontrolne povezave z BMS. Ena linija gre z releja in povezuje EOC in BMS pina. Druga linija pa služi za znižanje moči polnilca na 10A.
Posebej sem se posvetil precharge vezju. Uporabljam 25A kontaktor, s katerim prekinjam N linijo. Preko kontaktov je zvezan 50W 330R upornik, ki služi omejevanju “inrush” toka pri priklopu praznih kondenzatorjev. 25A kontaktor pa vklaplja majhen 12V rele modul. Uporabil sem kar Arduino rele modul. Ta je priklopljen na določene kontakte kontrolne plošče 12V. Ti kontakti oživijo po 15s, ko se vezje zbudi in je to najbolj primerno za zagotavljanje precharge funkcije. Izhod lahko tudi programiram, da se izklopi, ko polnilec zaključi. Tako ostane priklopljen le 330R upor, ki pa bo zdržal, saj so na koncu kondenzatorji še napolnjeni in na vhodu ni velikih tokov.
Polnilec sem zagnal uspešno. Zdaj polni s 45A konstantno pri temperaturi 50°C. Rad bi še več tam nekje 50A ampak višje mi že vrže ven varovalke na RST! Ko sem pomeril je vrednost toka na R=16A, S=14, T=14. Torej po eni fazi se pretaka nekoliko več toka in pri zvišanju izhodnega toka presežemo 17A po varovalki!
Ugotovil sem tudi, zakaj so bile prisotne motnje v BMS sistemu. Gladilni kondenzatorji so bili pritrjeni z kovinskimi vijaki v hladilno ploščo. Očitno se je preko njih prenašala motnja na ohišje. Ko sem naredil montažne vijake iz teflona so motnje izginile!!! Super.
V splošnem sem zadovoljen z razmerjem moč/masa polnilca. Iz 1 faze hišnega omrežja lahko polni s 3,5kW cca 24A. Če pa imamo na razpolago 3 faze pa zaenkrat nekaj več kot 6,5kW cca 45A. Vse to v paketu 330mm x 170mm x 180mm in teže cca 12kG!