Контролер підігріву батареї Leaf 2011 ZE0

 Вітання , пані та панове!

Може комусь станеться в нагоді, планую перепакувати батарейку ячейками від Ioniq 5 і дуже мені не подобається історія, що батарейка буде без підігріву. 

На іоніку класні акуми, але вони на NMC хімії яка більш вибаглива до заряду за низьких температур (дуже не бажано заряджати при температурі нижче ноля). 

Всі перепаковщики як один заводять пісню, що нафіг треба той підігрів , он таксисти катають в морози і все добре. Але, вибачте, то все іздьож, бо чи воно добре, за два роки може бути і не видно і у жодного з них немає досвіду експлуатації на більший термін. І всі авто, що на NMC хімії з заводу -  мають підігрів батареї, не думаю що інженерам нема чого робити і ставлять від нудьги.

 Тому вирішив і собі хоч якийсь підігрів зробити. Думав над варіантом з живленням від ВВБ , але побоююсь, бо логіка BMS досить складна, щоб не почав там мені всілякі помилки з утікачками стуму та поганою ізоляцією ліпити, вирішив робити підігрів чисто від 220В домашньої розетки. Виведу додатковий роз'єм на морду, поставлю контролер і буду включати в морози.

  Другим етапом міркував над потужністю та типом нагрівача . Щодо типу два варіанти - саморегулюючийся нагрівальний кабель або  схожий саморегулюючийся радіаторний нагрівач. Але почав прикидувати потужність, дивитись хто на яку робив і зрозумів, що менше 1кВт тут взагалі нема чого робити (хоча більшість ліплять 500-800Вт, але в тому є сенс тільки живучи на півночі якщо ще утеплити батарею, живучи в Україні прийдеться утеплення на літо знімати а то великий гемор) , тому бажано 1.5-2 квт.

Кому цікаво як порахувати потрібну потужність є емпірична цифра 320 градусів на 1Вт потужності на 1 см2 . Тобто якщо у нас радіатор простої форми з свободним доступом повітря до всієї поверхні без примусового обдуву  площею 1 см2 то підвівши до нього потужність 1 вт він нагріється на 320 градусів. Враховуючи площу батареї приблизно 3 м2 маємо близько 940 вт на кожні 10 градусів нагріву (30000*10/320). Тобто це потужність за якої ваша батка за куй зна який час вийде на температуру +10 градучів до оточуючої температури. А ще треба задатись швидкістю нагріва. Тут маємо таку цифру як 1000Дж  на 1 кг ваги на один градус (це плюс мінус для всіх металів діє) . Нехай вага 250 кг і хочемо нагріти на 10 градусів, маємо 1000*250*10=2 500 000 Дж енегргії, або біля 700 Ват*годин. Тобто якщо батка не буде втрачати тепло назовні нагрівач 700 вт за годину нагріє її на 10 градусів. Не маючи ідеальних умов де б вона не остигала назовні помножуємо це значення на 2. Тобто нагрівач 1кВт буде гріти нашу батку на 10 градусів десь 1,5-2 години. 

Тому вирішив що мені оптимально  мати нагрівач на 1.5-2 кВт. Кабель відсіяв бо його треба багато на таку потужність , прокласти по днищу нормально і досить геморно прогрів буде не рівномірний, а нагрівач з вентиляторами буде більш рівномірно розподіляти тепло. Вирішив брати PTC нагрівач радіаторний, знайшов на АЛІ за 350 грн 1800 ватт , габарити 85*95 мм. Ідеально підходит під вентилятор 90 мм. Те що він саморегуюючийся дає додатковий захист - якщо вентилятор гикає , то він автоматично скидає потужність і обмежує температуру радіатора на 280 градусів, що досить безпечно. Думав який вентилятор краще брати 220В чи 12 В . І вирішив брати на 12В вольт бо тоді можна вентилятори використовувати і для охолодження окремо від нагрівача ?

Яке там охолодження вентиляторами від компуктера може бути, спитаєте ви ) ? А я вам розповім звідки там охолодження 😊. Справа в тому, що батарея ліфа має досить щільну компоновку і малі зазори повітря створюють досить сильний ефект теплоізоляції як в склопакетах. Тому створення примусової конвекції повітря внутрі корпусу має щонайменше вдвічі збільшити тепловіддачу від ячейок на корпус і далі назовні.  А це дуже важливо при використанні швидкої зарядки. У ліфа відома проблема, що достатньо однієї швидкої зарядки влітку з 20% до 80% і у вас температура батареї вже на межі перегріву. Так, елементи від іоніка трохи менше гріються, але не прям кардинально, тому охолодження теж не завадить.  Тому ставимо обігрівач типу дуйчик і додатково два вентилятори  для розгону повітря по корпусу. 

Ще повідаю вам байку про те які вентилятори брати. Не всі компові кулери однакові на смак і колір. Є купа китайського барахла, а є вентилятори SUNON  на підшипниках магнітної левітації (MAGLEV маркування  ) для серверних рішень . Вони капець які дорогі якщо нові, але на барахолках можна взяти вентилятор потужністю 4-6 ватт (звертайте увагу на потужність, нам треба не менше 2 Вт , а бажано 4-6Вт.) за 300грн які дають такий потік повітря що ви здивуєтесь невже це вентилятор від компьютрера.

Короче, прикупили нагрівач ,  прикупили  SUNON 12В 2-6Вт - 3 шт. і погнали далі. Як всім цим хазяйством керувати ? Накупити готових терморегуляторів всіляких реле і якось це зібрати до купи та зробити так? щоб експлуатація не морочила постійно голову? Нажаль, я не зміг придумати як це реалізувати.

Тому вирішив накидати проект під ARDUINO NANO. Благо ШІ зараз на порядок зменшує кількість часу потрібного для розробки таких простих пректів.

Ось посилання  на WOKWI проект (дуже зручний сайт онлайн розробки під ARDUINO STM Ruspberry). Тут мій відкритий проект, можете робити з ним що хочете , підпиляти під себе чи взяти як є . Він в залізі ще не збирався, але загалом більш менш відтестував має працювати адекватно. 

Логіка наступна:

 Регулятор зчитує дані з аналогового NTC датчика температури 10кОм  (бета характеристику можна поставити будь-яку під свій датчик в проекті в пару кліків , на іоніках схоже датчики 10кОм з бетою  3435).
Має чотири керуючих виходи;
- один для керування реле, що буде дозволяти зарядку через переривання логічного контакту 12В на малострумовій зарядці (наявність логічної 1 на цьому виході забороняє зарядку батареї ).
- другий для керування реле 220В для керування нагрівачем.
- третій для керування вентилятором який використовується як при нагріві так і при охолодженні (тут або реле або польовий транзистор).
- четвертий для індикації роботи нагрівача або вентилятора (має з'являтись логічна одиниця при активному виході обігрівача чи вентилятора) підключаємо світлодіод і виводимо в зручне місце.

Чотири входи до який підключаємо DIP перемикач для вибору режиму роботи (опис далі по тексту).

Один вхід для контролю наявності живлення 220В для нагрівача. 

Ще один для контролю наявності 12В на логічному контакті CHADEMO. 

Основна логіка така (всі DIP перемикачі вимкнено), контролер  спить більшість часу , раз на 8 сек прокидається , перевіряє температуру, перевіряє чи підключено 220 чи підключено чадемо і далі за потреби виконує дії. Якщо Підключено 220 і температура менше -2С активує заборону зарядки , через 2 сек підключає нагрівач з вентиляторами і раз на секунду контролить температуру, якщо вона досягла +2градуси - вимикає нагрівач , через 8 сек вимикає вентилятори і дозволяє зарядку. 

Подальше увімкнення нагрівача можливе тільки після перепідключення окремого живлення 220В  нагрівача. Це щоб не перевантажувати мережу одночасною зарядкою та нагрівачем. Якщо за 2 години цільова температура так і не була досягнута, дозволяє зарядку та вимикає підігрів. Другий під DIP перемикача дозволяє перевести контролер в режим коли він постійно тримає температуру на контролі і під час коли  заряджання вже дозволене (підійде для власників потужних мереж ). 

 Перший пін DIP перемикача перемикає діапазон контролю підігріву з -2 С ... +2 С на 0 С ...+5 С .

 Далі маємо ще логіку керування вентиляторами для охолодження. 

Якщо температура сягає більше +32 градуси і при цьому присутня зарядка АКБ 12В (включене "запалювання", напруга більше 13.7В) вмикаються вентилятори поки не охолоне до 30 градусів. 

Третій пін DIP перемикача перемикає діапазон контролю охолодження  при включеному "запалюванні"  з +30 С ... +32 С на +22 С ...+25 С .

Охолодження при підключеному CHADEMO активується якщо присутній сигнал, що CHADEMO активно і якщо температура більше +22С , вимикається при відключенні пістолета або при зниженні температури нижче +20С. 

 Четвертий пін DIP перемикача вимикає функцію охолодження як таку.

Доречі датчик температури можна використати той що йде на проводці ioniq, там їх аж 8 в комплекті до 16 ячейок . Зняв характеристики , показало датчик 10кОм з бета-коефіцієнтом 3435. 

  PS. Прошу поставитись з розумінням  ніяких пояснень щодо коду крім тих що вже там є не даю, розжовувати нічого для чайників не буду,  бо не маю на те часу.

Разом до перемоги!

Реклама

Ремонт та обслуговування системи кондиціювання