Меню

Стабилизатор напряжения для зарядки тесла

DIY зарядка для Tesla. Как устроен J1772? Делаем свой wallconnector с куртизанками

Зарядное устройство переменного тока для электромобилей с протоколом J1772 по сути своей не зарядное устройство. Чтобы понять принцип работы я решил сделать свой Wallconnector с бюджетом до 10.000 руб. и разобраться как все работает. Опыты с электричеством опасны! Не повторяйте это дома, или повторяйте. решать Вам.

Чтобы успокоить Вас после кликбейтной картинки, сам коннектор по сути не зарядное устройство, а лишь реле, для подачи питания на разъем после того как разъем подсоединен к машине и машина готова заряжаться.

Чарджер (зарядное устройство) находится в машине, именно чарджер выключает контактор внутри машины по окончанию процесса зарядки, BMS (Battery management system) система, которая контролирует ячейки батареи так же находится внутри машины.

Существует целый зоопарк разъемов и типов зарядок для электромобилей. Основное отличие в постоянном и переменном токе. В случае AC зарядок Вы ограничены максимальной пропускной мощностью Вашего чарджера.

В случае DC, постоянный ток нужного напряжения направляется прямо в BMS, поэтому максимальная мощность может быть на порядок выше. Например CCS2 Combo и Supercharger V3 могут обеспечивать пропускаемую мощность при зарядке до 250кВт.

Я не устаю повторять, что я технарь, я программист, физмат в мою бухту. Возможно, моя юность прошла в растянутом шерстяном свитере, но сейчас я гордо смеюсь в лицо любому приколу об айтишниках. И ты айтишник, на тебя с обожанием смотрят женщины и с завистью мужчины. Хорошо, что ты уже за компьютером, будем в две клавиатуры хакать зарядку от Тесла.

Так, вот с батареями все не так просто. Литий штука капризная и непостоянная, особенно LiPo. По всем канонам может выдержать до 3C зарядку. Т.е. при емкости батареи в 75 кВт/ч максимальная мощность при зарядке 225 кВт. При 400В это 562,5А.

Если Вас такие цифры уже испугали, добро пожаловать в наш отряд! Да, батарея при такой зарядке бешено охлаждается, с КПД все не так просто, на деградацию никто не смотрит, важны маркетинговые цифры. Новая геометрия ячеек от Макса и новый катод должны творить чудеса. Но мне страшно сидеть в машине, которая заряжается четвертью мегавата.

Это не связано с текущим постом, но при передаче батареи для электромобиля на парковке в Москве я стал виновником взрыва 200 ячеек 18650, я знаю как горит литий на чужих крышах и капотах машин, а у меня в глазах счетчик потерь за сегодня.

В общем, зарядку для переменного тока(ее принято так называть) все-таки я сделал, хотя перед этим смотрел открытые проекты вроде OpenEVSE.

Изучил устройство Wall connector, mobile connector, мобильных зарядок сторонних производителей.

SAE J1772

Сам стандарт был принят в 2001 году, он же потом переродился в виде Combined Charging System (CCS). Ниже принципиальная схема.

Proximity pin это по сути кнопка в пистолете, который Вы вставляете в машину, Вы нажимаете кнопку, машина понимает и показывает зарядному устройству по pilot pin, что пора тоже отключить контактор, отключает контактор в зарядном устройстве к чарджеру.

Цель этого блока обеспечивать гарантированное отключение питания в случае непредвиденных обстоятельств. Зарядный пистолет должен быть обесточен, когда не находится в зарядном порту автомобиля и автомобиль не требует зарядки.

Вся магия в процессе общения Tesla с wall connector или mobile connector кроется в понимании работы pilot pin, и это очень просто.

В начальном состоянии ваше з.у. подключает к pilot pin 12V с ШИМ сигналом, по которому машина понимает какой ток максимальный для данной зарядной сети.

Так как я работаю в https://teesla.ru/, то и з.у. разрабатывал под Тесла. Например Tesla model 3, Y, X, S за редким исключением авто с двумя чарджерами могут принимать при зарядке переменных током до 48А с одной фазы для американских авто и до 16А по каждой их трех фаз для европейских авто.

В моем случае это Tesla model Y чистокровный американец, ток до 48А, поэтому все компоненты я брал на честные китайские 63А, а ШИМ сигнал необходимо обеспечить в размере 80% с частотой в 1кГц.

Далее мы вставляем разъем с питанием в авто. Сопротивления на схеме j1772 выше условны, для понимания принципа работы. R3 в автомобиле на 2.7 кОм работает как делитель напряжения и у нас на pilot pin остается 9V, все дружно понимают, что машина подключилась к зарядке. Детектор в з.у. и в авто видят работу в штатном режиме.

Машина включает контактор к чарджеру и дополнительной сопротивление 1.3кОм для подтяжки pilot pin к земле. Забыл сказать, что земля для AC и GND для pilot и proximity объединены, еще и поэтому важно иметь хорошую землю на з.у., если Вы гордились тем, что Ваше китайское з.у. терпимо к плохой земле, передайте китайцам большой рахмед.

После включения в авто второго сопротивления, общее сопротивление между pilot pin и GND падает и напряжение на pilot становится 6V, можете посчитать. Детектор в чарджере от всего этого начинает понмиать, что пора и включает свой контактор.

Вот и вся суть зарядки. Обеспечить питание для pilot pin, детектор и контактор. Я взял за основу проект Jacob Dykstra.

Набросал схему в онлайн редакторе, по возможности проверил и заказал производство.

Микроконтроллер Wemos D1 на основе esp8266 c wifi и bluetoth для блюкджека и куртизанок.

Опторазвязка 4N35 играет роль драйвера, именно через нее мы питаем pilot pin 12V и обеспечиваем ШИМ сигнал.

Компаратор напряжения LM393 играет роль детектора. Настроив переменными резисторами переходные напряжения для сравнения мы получаем подтянутые ноги D8, D7 в переходных значениях 12V, 9V, 6V. Таким образом микроконтроллер понимает подключена ли машина и готова ли машина к зарядке.

Микроконтроллер включает реле, которое включает контактор в силовой части, через реле на плате проходят милиамперы.

Читайте также:  Стабилизатор тяги дымохода 150

2 недели и из солнечного Шеньженя посылка уже у меня. Никак не могу поверить, что это стоит 2$.

Силовая часть собрана в щитке на рейке. Все компоненты чистокровные китайские. Слева направо.

В качестве защиты я выбрал УЗО на 63А с проверкой целостности земли.

Решил включить в состав счетчик, чтобы проверять данные, которые указывает машина о заряде и реальное потребление, так узнаю КПД заряда.

Контактор для отключения фазы и нуля сразу с максимальным током в 63А.

Код Jacob’a

О плюшках и куртизанках

В проект заложена возможность применения адресной LED для индикации состояния. Использование RFID для применения ключей и личных кабинетов. Так же личный кабинет может быть через аутентификацию на сервере. Измерение силы тока позволит считать электроэнергию для распределения по лицевым счетам. Но это уже другая история.

Вывод

Я добился цели разобраться как работает J1772. Зарядное устройство работает. Есть планы как развивать этот проект. В самом начале я планировал уместиться в 10.000 руб., этого не получилось, потому что сам кабель стоит дороже.

Источник

FAQ 2: как заряжать Tesla S

Все о зарядке Tesla Model S, или Менее $3 за 100 километров

«Как заряжать?» — это, наверное, первейший вопрос, который возникает у человека, интересующегося электромобилями. А в условиях Беларуси — вопрос интересный вдвойне. Мы подойдем к нему на примере европейской Tesla Model S как первого достойного электромобиля, который сейчас представлен на рынке. Продолжаем обещанный цикл публикаций.

Вспомним физику: вольты, амперы и киловатты

Для начала немного базовой информации об электрическом токе. Если вы хорошо учились в школе и знаете, чем вольты отличаются от амперов и киловаттов, можете смело пропустить эту информацию.
Емкость батареи автомобиля измеряется в киловатт-часах, в нашем случае батарея имеет емкость 85 кВт·ч. Это значит, что теоретически она может выдать мощность в 85 кВт в течение одного часа или, соответственно, 85 часов выдавать 1 кВт. Чтобы пополнить батарею, нужно сделать обратное — подать на нее 85 кВт в течение часа или 85 часов подавать на нее 1 кВт. Разумеется, в реальности существуют потери, и зарядка не всегда идет с одинаковой скоростью, но общая идея такая.

Ватт как единица мощности — это вольт (напряжение), умноженный на ампер (сила тока). Чтобы понять разницу между силой тока и напряжением, лучше всего подходит аналогия с водой. Напряжение — это, образно выражаясь, напор воды, а сила тока — диаметр трубы. Чтобы перекачать один и тот же объем воды (киловатт-часы), можно, к примеру, качать воду по узкой трубе с большим напором или по широкой трубе с малым напором.
Если труба широкая и с большим напором, то процесс наполнения идет быстро. В обратном случае — медленно. Для высокого напряжения нужна хорошая изоляция проводника (толстая стенка трубы), для большой силы тока — достаточное сечение кабеля (толщина трубы).
Теперь поговорим о розетках. Обычная бытовая евророзетка имеет номинальное напряжение 220 В и максимальную силу тока, как правило, в 16 А или менее. Если умножить напряжение на силу тока или 220 В × 16 А, мы получим максимальную мощность потребителя в 3520 Вт, или около 3,5 кВт.
Другой распространенный тип розетки — трехфазная, с межфазным напряжением 380 В (напряжение каждой фазы — те же 220 В). Она реже встречается в быту (электроплиты), но повсеместно представлена на производстве, где используется мощное оборудование. Чаще всего трехфазная розетка имеет те же максимальные 16 А тока, что с учетом трех фаз дает нам 220 В × 16 А × 3 = 10,5 кВт. Эта розетка в евроисполнении имеет красный цвет и пять контактов, расположенных по кругу. Для удобства будем называть ее красной розеткой.

Бывают также однофазные розетки на 32 А (синего цвета), но у нас они встречаются крайне редко.

Поскольку в электросети используется переменный ток, а батарея заряжается постоянным, его необходимо «выпрямить» c помощью зарядного устройства. То же самое происходит и тогда, когда вы заряжаете ноутбук или мобильный телефон. Только в случае с Tesla зарядное устройство установлено внутри автомобиля. В базовой комплектации Model S идет с одним зарядным устройством мощностью 11 кВт, опционально можно поставить второе и получить суммарную мощность зарядки в 22 кВт.
Также в комплекте с машиной поставляется так называемый Mobile Connector, который по форме похож на зарядное устройство, хотя по факту это просто умный соединительный кабель. Для рынка Германии в комплекте идут два адаптера: один для обычной евророзетки, другой для трехфазной красной розетки. И это как раз то, что нам нужно! В случае с американской Model S вы получите набор из однофазных американских розеток различной мощности и отсутствие возможности заряжаться от трехфазной розетки в принципе! Это является главным и весьма существенным ограничением «американок».


Mobile Connector

В самом автомобиле, предназначенном для Европы, располагается разъем зарядки Mennekes Type 2. Представленный в 2009 году, он был принят как единый европейский стандарт для электромобилей. На сегодняшний день его используют в Renault Zoe и BMW i3. Главное преимущество Type 2 — это возможность работать как с постоянным, так и переменным током, с одно- или трехфазной сетью. Кроме того, он намного безопаснее обычных разъемных соединений, так как передача энергии начинается только после того, как разъем полностью соединится и автомобиль с кабелем «договорятся» между собой о типе электрического тока и мощности зарядки. В случае с американской Model S в машине будет находиться разъем собственной уникальной конструкции, более компактный, но не поддерживающий трехфазный ток.

Первая зарядка — на автомойке!

Теперь, когда мы разобрались с кабелями и розетками, можно приступать к зарядке. В первый раз на территории Беларуси наш автомобиль зарядился на автомойке автоцентра Peugeot. Сотрудники с пониманием отнеслись к электромобилю и разрешили воспользоваться их трехфазной красной розеткой. Как выяснилось, мощные профессиональные мойки высокого давления используют как раз этот тип.

Читайте также:  Что такое стабилизатор напряжения для телевизора

Открываем багажник, достаем Mobile Connector, вставляем в розетку. Индикатор загорается зеленым — все готово к зарядке. С противоположной стороны кабеля находится ручка с кнопкой и разъемом Type 2. Нажимаем кнопку в ручке, и в задней фаре с водительской стороны открывается дверца. Вставляем разъем, три светодиода в фаре начинают моргать зеленым — зарядка пошла!
На экране в салоне Tesla видно напряжение сети 230 В (в нашем случае фазное) и сила тока. Автомобиль постепенно начинает увеличивать ток и при этом следит за напряжением. Если вдруг будет зафиксировано падение напряжения при увеличении мощности или его флуктуация, сила тока будет ограничена. Таким образом работает защита от перегрузки сети.

В нашем случае проводка была достаточно новая, поэтому автомобиль быстро дошел до максимальных для данного типа розетки 16 А и начал заряжаться на мощности 11 кВт. Около четверти батареи нужно было зарядить до «полного бака», а расчетное время зарядки — 2 часа. Не быстро, мягко говоря. Тем не менее пока машину приводили в порядок, удалось зарядиться практически полностью. Для начала неплохо. Полная зарядка от красной розетки будет длиться около 8 часов.

Если во время зарядки закрыть автомобиль, то Mobile Connector блокируется в разъеме и вся иллюминация отключается, чтобы не привлекать лишнего внимания.

После поездки по городу настало время проверить скорость зарядки в гараже от обычной розетки. И вот тут наступил облом: Mobile Connector моргнул четыре раза красным, что является индикацией отсутствия заземления. Нет «земли» — нет зарядки. Очень часто электрики относятся к заземлению несерьезно, поэтому повсеместно можно встретить незаземленные или «зануленные» розетки. Так что наличие евророзетки в стене совсем не гарантирует вам возможности от нее зарядиться. Даже если вам повезло и заземление есть, скорость зарядки будет в четыре раза медленнее, чем у красной розетки, так как максимальная мощность в данном случае всего 3 кВт. Полная зарядка займет более 33 часов!
Если есть желание заряжаться в домашних условиях быстрее, чем это позволяет красная розетка, необходимо дополнительное оборудование. Одно зарядное устройство, установленное в автомобиле, по умолчанию позволяет заряжаться на мощности 11 кВт. Опциональное второе можно установить сразу на заводе или добавить позже, в этом случае максимальная мощность зарядки будет 22 кВт. Кроме того, необходимо будет установить High Power Wall Connector (HPWC), который является практически полным аналогом Mobile Connector, только установлен стационарно и имеет более толстый кабель.

Если для Америки HPWC является единственной альтернативой, то в Европе можно приобрести похожее устройство с разъемом Type 2 и соответствующий кабель. Но в случае с кабелем от сторонних производителей у вас не будет возможности открыть лючок зарядки нажатием на кнопку в кабеле. Придется открывать его с центрального экрана или с мобильного телефона через приложение, что не очень удобно. Мощность в 22 кВт позволит вам зарядиться полностью за 4 часа.

Но, пожалуй, самая большая проблема в случае с зарядкой на 22 кВт — это выделение соответствующей мощности. Если у вас нет возможности получить в месте стоянки автомобиля 22 кВт, второе зарядное устройство в машине и HPWC заказывать не имеет смысла. Для удобства в гараж лучше всего приобрести второй Mobile Connector и использовать его как стационарный, постоянно подключенный к розетке. А оригинальный возить с собой в багажнике на всякий случай, если потребуется зарядиться в дороге. Скорее всего, в пути вы будете заряжаться от обычной (если повезет с заземлением) или красной розетки. Даже если вдруг найдете разъем Type 2 мощностью 22 кВт на белорусской электрозаправке будущего, то 4 часа — все равно слишком большое время для подзарядки днем. В случае с зарядкой ночью разница в 4 или 8 часов не имеет никакого значения.

Почему в городах не нужны электрозаправки

Теперь поговорим об электрозаправках. Это самый задаваемый вопрос обладателю электромобиля. Как ни странно, но в городе электрозаправки для владельца Tesla не нужны в принципе. Реальный запас хода составляет 300—350 км, в самом худшем случае (когда минус 20 по Цельсию и заторы) он падает до 200 км. Вечером вы ставите автомобиль на зарядку (точно так же, как мобильный телефон), а утром у вас всегда «полный бак» (если красная розетка или HPWC). В случае с обычной розеткой «полного бака» может и не получиться, особенно зимой. Поэтому лучшая электрозаправка — это красная розетка у вас дома.
Можно ли нормально эксплуатировать Tesla, если у вас нет гаража или места на парковке? Поскольку установка домашней красной розетки затянулась, а евророзетка в гараже не имела заземления, первую тысячу километров мы проехали в режиме «парковки у дома». Благодаря добрым людям на мойке автоцентра Peugeot, в автосервисах «Атлант-М Британия» и DAF Trucks, мы пользовались их красными розетками раз в несколько дней. Во всех случаях не возникало никаких проблем, за исключением двух моментов — надо долго ждать завершения зарядки и вытирать кабель от пыли и грязи, перед тем как положить обратно в багажник. Ночная зарядка в разы приятнее: вы спите — машина заряжается. Днем же это очень неудобно.
Model S можно заряжать в любой момент, не дожидаясь разрядки до нуля. Батарея не имеет эффекта памяти, не перезарядится, если вы оставите ее подключенной на долгое время. Производитель вообще рекомендует оставлять ее подключенной все время, пока вы не ездите. Особенно важно это зимой при сильном морозе. Вы можете удаленно включить климат-контроль и прогреть как салон, так и батарею автомобиля от сети. Другим удобным моментом является автоматическая отметка на карте всех мест, где вы когда-либо заряжались. Таким образом через некоторое время формируется собственная карта «электрозаправок».

Читайте также:  Subaru impreza gd задний стабилизатор

Можно ли «сбросить удлинитель» из квартиры? Теоретически — да, практически — нет. Во-первых, в дождь или снег это будет небезопасно, во-вторых, зарядка от обычной розетки идет катастрофически долго. Поэтому чтобы нормально пользоваться электромобилем, установка трехфазной красной розетки рядом с постоянным местом парковки на работе или дома — это первоочередная задача, которой стоит озаботиться заранее.

Чтобы установить трехфазную розетку дома, вам, по-хорошему, необходимо будет сделать проект, пройти этапы согласований, смонтировать розетки, проложить кабели и, не исключено, установить дополнительный счетчик электроэнергии. Все это может взять на себя специализированная организация, которая занимается электрикой. В каждом отдельном случае будут варьироваться сроки, стоимость, доступность электрической мощности. Поэтому прежде чем думать о покупке электромобиля, вам обязательно нужно понять для себя, как вы будете решать вопрос с зарядкой.

Если в городе Tesla — это практически идеальный вариант для повседневной езды, то дальние путешествия на электромобиле в условиях Восточной Европы на сегодняшний день представляют большую проблему. В Вильнюс съездить еще можно, договорившись там с владельцем красной розетки на ночь, а вот в Москву — уже нет. Для этого необходима сеть быстрых зарядок, которые находились бы на трассах.
Главное отличие быстрой зарядки от медленной в том, что она сразу подает постоянный ток большой мощности напрямую в батарею, минуя встроенное в машину зарядное устройство. В США и Европе Tesla развивает собственную сеть электрозаправок, которые называются Supercharger. В зависимости от версии они заряжают постоянным током с напряжением 400 В и мощностью от 90 до 135 кВт. Более того, с лета будут запускаться станции мощностью 150 кВт. Для владельцев Tesla Model S пользование этими зарядками не ограничено и бесплатно. Такая зарядка позволяет за 20 минут пополнить половину батареи.

Чтобы зарядить батарею до упора, понадобится больше времени, так как при зарядке после 80% от полной емкости батарея начинает нагреваться сильнее и мощность необходимо снижать. Компания имеет весьма амбициозные планы по развитию сети Supercharger в Западной Eвропе и США. Что касается Восточной Европы, то пока никакой конкретной информации озвучено не было.


Существующая сеть заправок Supercharger в Северной Америке


Планы по развитию сети в Северной Америке к 2015 году


Существующая сеть заправок Supercharger в Европе

Планы по развитию сети к 2015 году в Европе Второй, универсальный, вариант быстрой зарядки — это сеть Chademo. Идея та же, но не бесплатно и при максимальной мощности в 50 кВт. Для Model S существует специальный переходник, который позволяет заряжаться от этих станций. Разъем Chademo имеет достаточно большой размер и далеко не так удобен, как Type 2.

Лучшим вариантом для Европы было бы развитие универсальных станций, которые могли бы заряжать электромобили постоянным током через стандартный коннектор Type 2, по аналогии с Supercharger. Но, насколько мне известно, пока таких решений для Model S от сторонних компаний на рынке нет. Потому что для зарядки постоянным током Tesla использует собственный протокол, по которому «договариваются» автомобиль и Supercharger. Впрочем, поддержку подобной зарядки можно реализовать обновлением программного обеспечения машины, если у Tesla Motors и европейцев будет общее видение этого вопроса.

Какой расход? 25 кВт·ч на сотню!

Расход энергии в Tesla измеряется в ватт-часах на километр. Первая тысяча километров показала средний реальный расход около 250 Вт·ч на 1 км. Умножаем эту цифру на 100 и получаем около 25 кВт·ч затраченной энергии на 100 км. Но здесь нужно помнить о том, что зарядное устройство не имеет 100% КПД, а батарею в нормальном режиме Теsla заряжает до 90% (чтобы продлить срок службы и иметь возможность пользоваться рекуперативным торможением). При полной зарядке автомобиль в разы ограничивает мощность, которая возвращается в батарею, когда вы замедляетесь.

Таким образом, полная зарядка Tesla с батареей на 85 кВт·ч потребует около 100 кВт·ч, при зарядке на 90% — около 90 кВт·ч. Если взять реальный, пессимистический запас хода в 300 км, то на каждые 100 км пробега Model S уходит около 30 кВт·ч.

Если мы возьмем за основу обычный тариф для физических лиц (но при этом расход за месяц превысит 150 кВт·ч), а именно 917 рублей, то каждые 100 км будут обходиться в 27 510 рублей. И это при том, что машина имеет 412 л. с., 600 Н·м крутящего момента и разгоняется до сотни за 4,4 с.

Одним из приятных моментов, связанных с зарядкой, является наличие мобильного приложения для iOS и Android. Оно позволяет удаленно отслеживать статус автомобиля, его местоположение, управлять центральным замком, системой климат-контроля и, самое главное, следить за ходом зарядки. Можно в любом месте видеть, на какой мощности в данный момент заряжается машина и сколько времени осталось до завершения процесса.

Резюмируя, отметим вещи, о которых нужно помнить:

  • зарядка от обычной евророзетки требует настоящего заземления и длится более суток;
  • для нормальной эксплуатации нужна красная трехфазная розетка в гараже или на стоянке, которая позволяет зарядиться полностью за ночь (8 часов);
  • второе зарядное устройство в автомобиле и HPWC особого смысла не имеют, разумнее купить второй Mobile Connector и использовать его как стационарный;
  • автомобиль рассчитан на регулярную зарядку ночью, так же, как ваш мобильный телефон;
  • без постоянного места с электророзеткой пользоваться Tesla очень неудобно;
  • без быстрых электрозаправок мощностью от 50 кВт и выше на трассах дальние поездки крайне затруднительны;
  • вы не сможете заряжать американскую Model S от трехфазной розетки;
  • стоимость электроэнергии на 100 км пробега составляет менее $3.

Стоит ли того вся эта пляска с зарядкой? О да! Если даже не брать в расчет многократную экономию на топливе, Model S дает совершенно новые ощущения от езды. Реакция человека на ускорение этого автомобиля даже получила специальное название tesla grin, что можно перевести как «широкая улыбка Tesla».

Источник