TopGear bygger sin egen elbil

[RoadRunner]

Etter ett års praktis erfaring fra -primært kjøring- av Kevet Buddy og fundering på optimal lading av (bly-)batteri har jeg nå forsøkt å oppsummere min kunnskap om emnet, basert på nyttig kunnskap fra dette forumet. Jeg håper noen av dere kan hjelpe meg videre her.

Dagen situasjon med Zivan lader av 6*2 12V serie er ikke optimal. Temperatur-korrigert lading fra Zivan-laderen er heller ikke helt bra pga. for enkel funksjon i vinter-temperaturer.

Hva er så en / den optimale konfigurasjon av lading av Buddyen? Basert på info fra div. tråder har jeg tegnet vedlagte skisse over en mulig løsning:

A) Basis konfig: Zivan lader + Battery Optimizers
  http://www.powercharge.dk/link.asp?menu=16&submenu=34
+korrigerer feil spenning over de enkelte batteri-elementene under lading, til en viss grad under bruk
+ pris (5 stk balansere til ca. 2000,-)
- Reduserer problemet med over-lading, men fjerner det ikke helt (?)

B) Optimal lading:
Egen lader pr. batteri-element - Optimal lading av de to batteri-elementer i paralell.
Ctek er nevnt: www.ctek.com
+ optimal lading, fjerner problemet med overlading
- pris, plass-behov, strøm-behov(?)

C) Kombinasjon av A og B
Timer benyttes til hurtig(ere) lading m/Zivan-laderen opp til 80%, deretter laderne nevnt i B) eller ladere med mindre kapasitet.
+ fjerner problemet med overlading, behov for mindre ladere enn i bare B) = bedre pris/mindre strøm.
- plassbehov, brukervennlighet


I utgangspunktet ønsker jeg å kunne lade fra 10A kurs, men har 16A i garasjen (som deles med konas bil). Normalt lader jeg hjemme over natta og på jobb gjennom arbeidsdagen - så jeg har primært behov for å lade anslagsvis 50% kapasitet over 6 timer.

Hvis bare alternativ B) skal benyttes, trenger jeg vel ikke Optimizers men heller større ladere enn om jeg går for C)(?)

Har sett på ctek:
XS-3600 max 3.6A til ca kr. 600,-
  http://www.ctek.com/SV/Buy-Charger.aspx?charger=mxs3600
XS-7000 max 7A til ca kr 1200,-
   http://www.ctek.com/SV/MULTI-XS-7000.aspx?p=characteristics
XS-25000 max 25A til ca kr 2200,-
http://www.ctek.com/SV/Buy-Charger.aspx?charger=mxs25000
XS-3600 har noe enklere lade-funksjonalitet enn de andre to.

Er jeg på rett vei her?

[Go-carter]

Jeg har alt. B) og opplever det om en bra løsning. Har dog ikke cTek, men kan finne merket/ta et bilde når jeg kommer hjem. Tror den med et nødskrik klarer seg med 10A kurs, men den spiser en del strøm. Til gjengjeld har jeg til gode å ha ladetid stort over to-tre timer. Plassbehovet er ikke stort, på min er det løst ved å heve bunnen av bagasjerommet med 7-8cm, og plassere seks ladere i dette tomrommet.

Forøvrig lader jeg riktignok to og to 6V batterier med en 12V lader, men satser på at det ikke gjør så stor skade.

[El rayo]

Husk at C-Tek ikke har temperaturkompensering - unntatt en vinterfunksjon som øker ladespenningen fra 14,4V til 14,7V. Denne må aktiveres manuellt på alle laderne.

Dersom du går for alternativ C vil jeg foreslå C-Tek Zafir 45 ladere i stedet for XS-3600. De koster en hundrelapp mindre pr stk og gir samme ladestrøm. Etter det jeg kan se er Zafir 45 etterfølgeren til Zafir 90, som gir 3,3A.

Går ut fra at C-Tek laderne skal være tilkoblet batteri-parene alltid. Problem: C-Tek laderne vil sannsynligvis tro at batteriene er fulladet når timeren kobler over fra Zivan til C-Tek. Da må spenningen ned under 13,9V før Zafir 90 starter toppladingen. Går ut fra at de andre C-Tek laderne har samme parametere.

Jeg tror at man ikke trenger optimizers med alternativ B eller C (forutsatt at Zivan kobles ut tidsnok; før det første batteriparet overlades).

[bosonic]

Jeg vil anbefale alternativ C)

Bruk originallader og monter 6stk batteri ballansere i tillegg til 6 stk mindre ladere.
I stedet for en timer bruker du et overspenningsrele montert på et batterisett. Dette slår av originallader ved ca 14,5V.
Herifra overtar de små laderene.
Du stor valgmulighet i type lader / strømforsyning
Utfordringen blir imidlertid å få disse laderne til å lade akkurat passe.
Tiden disse laderne skal stå innkoblet bør nemlig regnes ut i hvert tilfelle.
Det er denne funksjonen som er så essensiell når man lader AGM batterier.
En styrekrets må virke på følgende måte: Hver gang bilen settes til lading starter en klokke og måler hvor lang tid det tar før batteriene oppnår cut off spenning på eks 14,5V.
Denne tiden (som varierer fra gang til gang) multipliseres med en konstant og gir beskjed til laderene når de skal slå seg av.

Dette kan virke noe komplisert, men det du trenger er en person med kjennskap til "PIC" programmering som kan designe denne funksjonen i en enkel krets.
Det skulle ikke forundre meg om det er noen her på forumet som kan hjelpe?
Hovedgrunnen til at AGM batterier i praksis får varierende levetid skyldes overlading

Lademetoden kan du lese mer om her
   
Go-carter som har "våte" blybatterier stiller i en enklere klasse. Overlades disse batteriene så er det liten sjanse for at batteriene tar skade, det eneste som skjer er at vannforbruket øker noe.

[Go-carter]

Her er et bilde av mitt oppsett:



Disse har altså temperaturmåler.

[RoadRunner]

Her var det mange gode innspill på både lading og plassering .

Ref C) og

Problem: C-Tek laderne vil sannsynligvis tro at batteriene er fulladet når timeren kobler over fra Zivan til C-Tek. Da må spenningen ned under 13,9V før Zafir 90

Dette har jeg også sett for meg er vanskelig - de små laderne er selvfølgelig ikke "oppdatert" med status når de tar over.

Bosonic's løsning med en intelligent styre-enhet vil løse den delen av problemet.
Gitt at man får på plass en slik styre-enhet, vil det da være lurt å ha
- C1) helt enkle små-ladere uten avansert ladeprogram, siden man ønsker å styre absorption time selv ?
eller
- C2) avanserte små-ladere med full logikk ? Dette er vel el-Rayo's problem-beskrivelse.

Jeg ser for meg at C1) gir mest kontroll under lading og vanlig bruk, men at man mister vedlikeholdsladings-funksjonen (ref. storage mode). Hvordan blir dette i ferien / lang-helgene?

Vet noen av en introduksjon/beskrivelse av hvordan temperatur skal styre ladetid (og lade-spenning?)? Jeg antar at absorption time er påvirket av temperaturen? Og da snakker man vel om batteri-temperatur og ikke luft-temp inne i farkosten/utenfor. Hvordan tar man temperaturen på ett batteri? Er det nok å lime fast en føler på utsiden av batteriet?

[Rav4_EV]

For 500 kroner kan du få kjøpt et program av meg til Zivanladeren som gir korrekt lading, i tråd med Concordebatteries anbefalinger.
Dersom du velger å kun bruke separate 12volts ladere bør du unngå noe som leverer lavere ladestrøm enn de 22A som Zivan leverer da dette får negativ innflytelse på batteriet.
I tillegg bør de ha temperaturkompensering for nettopp Concorde AGM.

Når det gjelder balansere er jeg litt i tvil.
Disse danske Battery Optimizers er litt for avanserte. Det er ikke ønskelig med en kontinuelig balansering, kun en "shunting" dersom ett batteri skulle få for høy spenning. Og denne grense for hva for høy spenning er, er variabel etter batterifabrikat og temperatur.

Så har du et par andre utfordringer med Buddy.
Batteriparene foran har et kaldere regime enn de under setet. Når impedansen øker i kulde vil disse få mere juling enn de under setet. Så har også ElbilNorge valgt å la rammen være en strømledende del av bilen når det kommer til drivbatteripakken. (Minus 72 volt er koblet i rammen).
Potensialet for store krypstrømmer er størst foran der par 1-2 har 72 volts forskjell til rammen.
Batteriene foran er også mer utsatt for salt o.l. enn de mer beskyttede battterier under setet.
Dermed vil batteriene foran bli utladet i utakt med de andre.

AM

[El rayo]

Tillater meg å kopiere en artikkel om balanserere og vil gjerne ha kommentarer til om det som står her er riktig. Tror det er skrevet med henblikk på litium-ion batteri.

Excellent description of battery balancers/regs from Lee Hart (expert)

I received this email from Lee, and got his permission to post it on
the net for everybody's (in the EV community) benefit

-Rob

<snipped text follow below>

Subject: Re: Hi Lee, about your Lee Hart Battery Balancer:

From: robert mat
> Hi Lee, this might not be what I'm looking for: A device like
> Powercheq that balances batteries WHILE UNDER DISCHARGE at at
> least 30A rate, not the 2A of a Powercheq.

Rudman shunt regulators, Powercheqs, and my Balancer are all different
devices, and work quite a bit differently. They all work to solve the
same problem (differences between batteries), but by totally different
methods.

Shunt regulators
----------------
Shunt regulators (Rudman, BatPro, my zener-lamp regulators, etc.) do
all their balancing during charging; specifically, during just the last
hour or two of charging. They try to put all batteries at the same state
of charge (100%) at the END OF CHARGING.

They do nothing at all the rest of the time. So, they do not correct
for imbalances that occur during driving, or while parked (from self
discharge). And, they cannot correct for differences in amphour capacity
between batteries (weakest battery limits your range).

Shunt regulators are not temperature compensated; they don't adjust for
differences between battery temperatures. They only regulate voltage,
which is only indirectly related to state of charge. Two batteries can
be at the same voltage, but at different states of charge if they are at
different temperatures, or of different ages, from different production
batches, or if one has been damaged by something (for example, if it's
getting more deeply discharged each cycle, etc.)

Shunt regulators convert the excess charging power into heat. The more
balancing you need, the hotter they get.

So, shunt regulators are best for batteries that are very similar. They
cannot deal with batteries with significant differences, because a)
they only work for an hour or two, b) are limited in the current they can
bypass due to heat, and c) they regulate voltage, not state of charge.

Voltage-equalizing balancers
----------------------------
The Powercheq, BattEQ, and flying-capacitor circuit are examples of
voltage-equalizing balancers. They work by measuring two adjacent battery
voltages, and transferring charge between them to make their voltages
equal.

They work all the time (while parked, driving, and charging). This
allows a small balancing current to have a larger effect, so they can
deal
with larger imbalancers.

Like shunt regulators, they are not temperature compensated. They also
don't correct for differences due to age, capacity, or condition. For
example, 100% SOC is 13.1v for a new AGM, but 12.9v for an old one. A
voltage-equalizing balancer will drive a new AGM to 80% SOC and an old
one to 100% SOC because that's where their voltages are equal.

Forcing the voltages to be the same causes low balancing currents.
That's because a battery's voltage rises during charging, and falls under
load. This means the average balancing current is far lower than the
advertised peak.

There are a couple drawbacks. First, since charge is transferred
"bucket brigade" fashion from one end of the pack to the other, errors
accumulate. If the highest-voltage battery is at one end of the pack,
and the
lowest at the other, charge has to be transferred from 1 to 2, 2 to 3,
3 to 4, etc. with each step having a voltage error and efficiency loss.
A 0.05v difference between batteries is a full 1v difference from the
ends of a 20-battery pack.

Second, because the average charge transfer rate is low, it can't move
many amphours in a short time. For example, if you have 50ah batteries,
and there is a 10% SOC difference between them (normal), you would need
to move 5ah in a 1-hour drive to bring the weakest one up to match the
average. A 2-amp-peak voltage equalizing balancer will typically move
less than 1 amphour in this time.

Voltage-equalizing balancers can deal with larger differences between
batteries, and can slowly balance batteries that have minor differences
between them in age, temperature, and condition. They work well in
systems with low charge and discharge rates, so they have time to work.

SOC-based balancers
-------------------
The Badicheq, Zivan Smoother, and my Battery Balancer work by balancing
state of charge between batteries. They measure battery voltages and
current, and infer the relative states of charge of each battery. They
then use AC power (if plugged in) or DC power (from the pack as a whole)
to charge the lowest battery in proportion to how much below the pack
average it is. The Badicheq has a 2a charger; the Smoother is 5a, and my
Balancer has a 15amp charger (the relays allow up to 30a).

SOC-based balancers work continuously; while parked, driving, or
charging. They typically control the main charger as well, so it is not
necessary to overcharge full batteries to get power to finish charging
those
batteries that aren't yet full.

This type of balancer will generally *not* keep batteries at the same
voltage, but rather at the same state of charge. For example, the
weakest battery's voltage is *higher* while it is being charged --
this is
what allows significant balancing to take place in a short time.

Because they are more complex, balancers of this type usually sense
temperature, and compensate their actions accordingly. They also keep
track of the individual differences between batteries, and use this
information to differentially charge them. For example if battery #5
has 5ah
less amphour capacity, the balancer will charge it at 5a during a 1-hour
drive so it won't go dead first.

This type of balancer is more complex, and so costs more; but can do
more. My balancer was an attempt to make a cheaper version (Baticheq is
$6000, Smoother was $2000). I also wanted it to be programmable, because
I learn more about batteries all the time!

> I understand you built/designed the Tango's BMS.

Yes; that was for Tango #3 (the red one on their web site). That system
had yet another system; one charger per battery. It is even more
complicated and expensive, but was a valuable research tool for
monitoring
exactly what every battery was doing (voltage, current, and temperature),
and could individually charge each one according to its optimal needs.
But, that system cost in excesss of $300 per battery.

Whew! I got long winded. Hope this helps!
--
Lee Hart

[Rav4_EV]

Balansering er relevant for de fleste batterityper.

3 måter å gjøre dette på:

1. Balansering i topp: Du kan enten balansere slik at alle batteriene er fulle, og bruke den svakeste som "mål" når pakka er tom.

2. Balansering i bunn. Du kan  utlade alle, og lade til den første cella er full. Ved utlading vil alle gå tom samtidig.

3. Flytte energi fra celle til celle under drift slik at alle er fulle på likt, og alle går tom på likt. Dette krever langt mer enn de 15 A Lee Hart indikerer. Vi snakker minst om 3-4 ganger strøm om det skal fungere slik at rekkevidden øker.

Om en celle er 80% av de andre må den få tilførsel under hele utladingsperioden, og ved opplading må den tappes fordi den blir først "full".

Alternativ 3 er etter min mening det mest meningsløse system du kan benytte. Bruk heller innsats på å "matche" celler FØR batteriet bygges, enn å løse problemet i ettertid.

AM

[RoadRunner]

Dette er lærerrikt !

Løftet på matta foran og så at det sto "Chairman" batteri der. Nye spørsmål melder seg umiddelbart: Er Chairman vesentlig forskjellig fra Concorde (samme produsent)? Mener å huske at det sto 105 Ah - vil CarControlleren være innstilt på denne batteri-typen?

RoadRunneren er bare 1 år så jeg går ut fra at den har det mest optimale lade-programmet tilgjengelig for Zivan-laderen for disse batteriene .

Hvis jeg forstår dette riktig:
- Hva man enn gjør før installasjon for å søke å installere 12 enkelt elementer som er så like som mulig, vil de uansett etter en tid oppføres seg forskjellig (ref. "ubeskyttet" plassering).
- Det er ikke det beste å bare bruke en (Zivan-) lader på hele serien pga av at de enkelte elementene i serien oppfører seg ikke likt etter en tid
- Balansering under lading bør ikke skje kontinuerlig, ei heller uten temperatur-kompensering.
- Under kjøring er det ikke i praksis mulig å få effekt av dagens balanserere pga strøm-begrensning.

Kan jeg anta at Danske Battery Optimizer balansere ikke gir den beste effekt under lading av mine Chariman e batteri pga. manglende temperatur-korreksjon & at de jobber med en "generell innstilling"?


Så i praksis er det mest fornuftige jeg kan gjøre å fortsatt konsentrere meg om å få en god (intelligent) lading og unngå overlading?

Dersom du velger å kun bruke separate 12volts ladere bør du unngå noe som leverer lavere ladestrøm enn de 22A som Zivan leverer da dette får negativ innflytelse på batteriet.
I tillegg bør de ha temperaturkompensering for nettopp Concorde AGM.

Så er mitt beste valg er å ha 6 enkelt-ladere som:
- lader i området 20A
- har intelligent lade-program for Concorde/Chairman
- har konfigurererbar temperatur-kompensering evt. er tilpasset Concorde/Chairman
??

Finnes disse på markedet ? En rask titt på http://www.concordebattery.com/accessories.php?id=26 gav ikke inntrykk at dette er ladere som har automatikk/intelligent ladng eller tar høyde for å korrigere i henhold til temperatur... rent fysisk var det vel heller ikke alle som egnet seg.

[Rav4_EV]

Concorde er batteriprodusenten, og Chairman er modellen.

RoadRunneren er bare 1 år så jeg går ut fra at den har det mest optimale lade-programmet tilgjengelig for Zivan-laderen for disse batteriene Undecided.

Selv ikke den siste Classic buddyen som ble produsert i høst har noen optimal ladekurve for Concorde Chairman.
Da jeg jobbet på ElbilNorge fikk jeg til slutt gjennomslag for å endre ladeprofilen fra en "meget skadelig" ladeprofil til en "noe skadelig" ladeprofil. Det var de to valgene som forelå den gangen i 2006.
Etter det, utviklet jeg en ladeprofil i samarbeid med en batterispesialist hos Concorde.

Denne versjonen ble aldri brukt i produksjonen av en annen teknisk uenighet som er som følger:

Versjonen som sitter i Buddy kan lades på en 10A kurs dersom den er sikret med gamle 10A patronsikringer. (Ved 10A automatsikring løser den ut etter en tid.)

Den versjonen som leverer optimal lading for Chairman leverer 1 A høyere ladestrøm i starten, og bryter også gamle 10A patronsikringer etter en stund. 

Da laderen har et typeskilt som angir 14A last er det ulovlig å benytte denne på en 10A kurs uansett om sikringen ryker eller ikke. Målinger bekrefter dette.

Det stridende tema var den gang:
Valg mellom optimal ladeprofil, og medele kunder at Buddy krever 16A stikk ved lading.

Beholde "skadelig" ladeprofil, og medele kunder at Buddy krever 10A stikk ved lading.
Senere kom et tillegg ", helst 16A", for å fange opp alle kunder som ringer og klager på at automatsikringen ryker under lading.

Min faglige vurdering er at påstemplet verdi, og målte resultater avgjør om utstyr trygt tilkobles en kurs, ikke overbelastningsvernets evne til å svelge mindre overlaster.

Jeg vil ihvertfall ikke sove i nærheten av en Buddy som lader tilkoblet en 10A kurs.

AM