Sv: Død Kewet -5

[Hans Håvard Kvisle]

Det er veldig bra - og veldig viktig - at PerBear og Baltor har lagd denne rapporten!

I over et halvt år har problemstillingen med elbilbrann og bytte av batterikjemi stått på agendaen til Norstart. Etter å ha registrert en del branntilløp i elbiler, sjekket vi noen forsikringsstatistikker og fant en betydelig overforekomst av elbilbrann sammenlignet med branner i vanlige biler. Nærmere undersøkelser viste at det i flere tilfeller har sammenheng med bytte av batterikjemi.

Dette har vi tatt opp med Vegdirektoratet for å få dem til å forstå at de må agere konstruktivt for å bistå til at moderne batteriteknologi blir tatt i bruk på en forsvarlig måte. Manglende samarbeidsvilje bidrar bare til at denne virksomheten går under jorda og er ukontrollert. Noe som garantert alle elbilentusiaster vil tape på.

Batteriapplikasjoner som monteres uten tilstrekkelig sikkerhetssystemer eller har andre feil, kan ende med at elbilen brenner. Dette gjelder særlig ved lading av elbilen hvis overlading av en eller flere celler oppstår, og det ikke er et tilstrekkelig kontrollsystem slik at ladingen blir avbrudt. Jeg tror alle forstår alvoret i dette hvis ulykken oppstår f.eks. dypt nede i Saga p-hus, på danskebåten eller i kjelleren på et boligkompleks. Men det er ille nok om det oppstår på en offentlig ladestasjon. Risikoen for et alvorlig tilbakeslag for elbiltanken er da åpenbar.

Norstart forsøker derfor å få Vegdirektoratet på banen - på en konstruktiv måte for å tilrettelegge for og bistå ved kontroll ved bytte av batterikjemi. Det forutsetter selvfølgelig at de har tilstrekkelig kompetanse. Vi bruker flere kanaler for å nå fram. I tillegg samarbeider vi med Direktoratet for sikkerhet og beredskap som har all grunn til å være oppmerksom på problemstillingen.

Norstart oppfordrer også alle til å være maksimalt ansvarlige hvis de foretar slike bytter. Vi er redd for at mange undervurderer kompleksiteten og risikoen ved en slik jobb. Da kan det være bedre å la være. Norstart synes derfor det er bra at noen seriøst tar tak i dette, slik som forfatterne av rapporten om "StavangerThinken" gjør.

Ingen av oss er feilfrie, derfor må vi ta dette alvorlig. For å unngå skader på mennesker, bygninger og elbilens renommé.

[El rayo]

Gode poenger, PerBear.

Er litt uenig i at man må beholde Th!nk sin vannkjøling av batteriet når man bytter til LiFePO4 batteri. Jeg tror heller ikke kjølesystemet ville vært tilstrekkelig til å lede bort den enorme varmeutviklingen i dette tilfelle.

BMS er en forkortelse for Battery Managemant System. Boksen som kalles BMS i Th!nk classic er mer enn dét, den gir også impulser til instrumentene. Derfor må den beholdes ved bytte av batteritype. Det er ikke dermed sagt at original BMS må beholdes i andre bilmodeller.

Det lille releet i inntaksboksen (kalles interfaceboks i dokumentasjonen) bryter ikke 230V AC, det bare sender et signal til BMS om at 230V AC er tilkoblet.

[El rayo]

Etter å ha registrert en del branntilløp i elbiler, sjekket vi noen forsikringsstatistikker og fant en betydelig overforekomst av elbilbrann sammenlignet med branner i vanlige biler. Nærmere undersøkelser viste at det i flere tilfeller har sammenheng med bytte av batterikjemi.

Kan det også ha sammenheng med at mange biler med NiCd batteri har fått batterihavari dekket av brannforsikringen (uten at kjemi er byttet)?

[PerBear]

Gode poenger, PerBear.

Er litt uenig i at man må beholde Th!nk sin vannkjøling av batteriet når man bytter til LiFePO4 batteri. Jeg tror heller ikke kjølesystemet ville vært tilstrekkelig til å lede bort den enorme varmeutviklingen i dette tilfelle.

BMS er en forkortelse for Battery Managemant System. Boksen som kalles BMS i Th!nk classic er mer enn dét, den gir også impulser til instrumentene. Derfor må den beholdes ved bytte av batteritype. Det er ikke dermed sagt at original BMS må beholdes i andre bilmodeller.

Det lille releet i inntaksboksen (kalles interfaceboks i dokumentasjonen) bryter ikke 230V AC, det bare sender et signal til BMS om at 230V AC er tilkoblet.

Ref dine kommentarer:

Jeg sa ikke at man må beholde vannkjølingen men at et kjølesystem med tilstrekkelig kapasitet må være på plass.

Kingpan laderen leverer maks 12A. Dersom vi antar at lader var stilt inn på 160 V dvs. 4V/celle som er 10% høyere enn tillatt (3,65V ihht produsent) blir tilført effekt som må fjernes P = 12A * 160 V = 1920W. Det tilsvarer en vanlig vifteovn. Et velfungerende kjølesystem burde klare å takle denne effektmengde og holde batteripakken på 50-60 grader uten problemer. I den overopphetede Think var kjølesystemet frakoblet og det var montert ekstra isolering i form av gummimatte over cellene. Det var derved stor termisk motstand i batteripakken. Det gjorde det vanskelig å bli kvitt ekstra varme på en effektiv måte.

Ville ikke HV boks frakoble ladestrøm (sekundærside) fra batteripakken på original lader hvis den fortsatte å lade på tross av CANbus styringen og en temperatursensor ble trigget?

[elektrolux]

Meget bra rapport!

Dersom en benytter original lader, og "riktig" antall celler vil en beholde bilens sikkerhetssystemer i tillegg til den funksjonen Litium BMS'en gir.

ThunderThink ombyggingene fungere etter dette prinsippet. BMS'en overstyrer bilens egen lader etter Litiumcellenes behov. I tillegg vil bilens egne sikkerhetssystemer og begrensninger forhindre overspenning på litiumcellene skulle litium BMS'en svikte.

Kjøling er koblet vekk, men der er temperaturovervåkning på cellenivå. 

[Erland]

Jeg har lest denne rapporten og her er det mye å lære for en lekmann som meg.
I rapporten stod det at det var brukt kobberpasta under terminalene for seriekopling, noe som dere så på som uheldig og ikke standard prosedyre. Hvor god ledningsevne har denne pastaen? Kan bruk av den føre til at ledningsevnen ved hvert kontaktpunkt varierer?
I såfall kan dette i seg selv kanskje føre til thermal runaway. Dette er et fenomen som jeg kjenner godt fra den tiden jeg fløy helikopter med Nicd batteri. I en periode hadde vi flere tilfeller av batterihavari ala den dere beskriver i rapporten.
En av teoriene til havariene var ujevn tiltrekking av koplingsbroene. På flere av cellene var mutterne (eller var det bolter?) så løse at de kunne skrus av med fingrene. Etter at momemtnøkkel ble tatt i bruk ble det slutt på batterihavariene. Teorien var at ujevn tiltrekking kunne gi små variasjoner på ledningsevnen mellom cellene slik at det ubalanse både ved utladning og ladning.
Resultat- varmgang og i flere tilfeller smeltede batterier og stor røykutvikling. Helikopterne ble etter dette ustyrt  med varsellampe for høy temperatur i batteriet. Noe som er påbudt på alle sivile fly (eller batteriladerkrets som er temperaturstyrt).
Uansett dere har laget en flott rapport som i oppsett er ganske lik en flyhavarirapport.

Tazzari

[PerBear]

I rapporten stod det at det var brukt kobberpasta under terminalene for seriekopling, noe som dere så på som uheldig og ikke standard prosedyre. Hvor god ledningsevne har denne pastaen?

Ang. kobberfett:
Metallpartikler mellom to kobberflater øker normalt kontaktmotstanden, dels for at partiklene har høy kontaktmotstand pga oksydering, og dels for at de skaper punktforbindelser og derved små kontaktbroer med dobbel overgangsmotstand. I tillegg inneholder det mye fett som  kan hindre fullgod metallisk kontakt mellom lederne. Typisk kobberfett til bremsedeler etc. inneholder ca 5-10% kobber. Resten er stort sett petroleumsdestillater, dvs. elektrisk isolator.

Sjekk f.eks. HMS datablad på Molycote 1000 pasta: http://logichem.netpower.no/datasheet.aspx?iId=12309&iDepId=3

Det som skal brukes i sterkstrømsforbindelser med høy strømtetthet er helt spesielle oksydhindrende stoffer laget for dette bruk. Det er ikke tilfelle med den type kobberfett som brukes på mekanisk verksted/bilverksted. Selv om det oppgis til å være ledende er det beregnet til mekanisk bruk/utfordringer. 

De som bygger sterkstrømsutstyr bruker Noalox o.l. som er spesiallaget for kobber og aluminiumskinner som leder høye strømmer. Det finnes også metallholdige varianter for spesielt utsatte applikasjoner (utvendige høyspentforbindelser,  jord og antenneforbindelser nær/på hav). De metallholdige stoffene er som regel svindyre pga innhold av edelmetaller som ikke oksyderer (eller får ledende belegg som  sulfid på sølv).

Ref. din kjennskap til helikopterbatterier:
Små partikler av kobber kan deformeres plastisk og over tid gi redusert forspenning på batteritilkoblingene. Som du nevner kan det være mulig årsak til batterifeil. En mer sannsynlig årsak er at boltene løsner pga vibrasjon og termisk sykling slik at lim/locktite løsner. På batteripoler anbefales derfor bruk av bolter med god ledeevne, ikke A2 eller A4, for minst mulig varmeutvikling. I tillegg bør en bruke gode låseskiver av typen "Nordlock", som referert bl.a. her:
http://jackrickard.blogspot.com/2010/08/quiet-drive.html

[BauDemo]

This was a very interesting read. Thanks Baltor and PerBear!

In this context I want to share with your this very long but very good video - watch the full length, especially the Q&A at the end.
http://www.ri.cmu.edu/video_view.html?video_id=60&menu_id=387

About the Noalox and the Nordlock... my respects to Jack, but there are problems with these too. I have not seen toyota using noalox or nordlock on their batterypacks, does Think use noalox or nordlock on their 2008 car?

[PerBear]

Gode kobberledere brukt i kjøretøy er fortinnet, forniklet eller forsølvet for å beskytte mot korrosjon. Derimot er terminalene på HETER cellene av massiv kobber uten beskyttende metallisering. Det er også vanlig på kobberskinner brukt på vekselstrøm sterkstrømsanlegg. Der brukes normalt Noalox eller tilsvarende for å hindre oksydering og at kontaktmotstand derved øker. Det er også et krav at belegg på kobberflatene som skal lede strøm er fjernet og at forbindelsen er skikkelig rengjort før montering.

Strømkabler brukt i tørt miljø ved vanlig romtemperatur som i vanlige hus er også uten beskyttende metallisering. Jeg antar at hovedgrunnen til at det er akseptert praksis er at de er mindre utsatt for korrosjon og normalt har høyere kontaktpress enn det som oppnås på større tverrsnitt. Og de blir jo litt billigere, og det er viktig  

IMHO - det tryggeste er å bruke Noalox e.l. på blank kobber.

Dersom en oppnår såkalt "gasstett" forbindelse mellom lederne er det ikke risiko for korrosjon i selve forbindelsen. På Think brukes batterikabel med blanke kobberkordeler og forniklet kabelsko men for jevn topp kvalitet krever det dyrt verktøy som er nøye tilpasset kabel og termingsdel. Der var termineringen i tillegg innstøpt for isolasjon og sikkert for å unngå økt kontaktmotstand over tid.

Dagens biler har mye bedre kontakter enn det som var standard på bilene for 30-40 år siden men det krever gode (og dyre) kontaktpresser/tenger Jeg antar at på nye bilers kontakter er kabelforbindelsene gasstette. Det var neppe tilfelle på de fleste biler for 40 år siden, f.eks. hadde min Jaguar E-Type verdens dårligste el-anlegg - dvs. 100% upålitelig  

[bosonic]

Tips:

Etter pressing og eller fastskruing av terminaler /kontakter, smøres syrefri vaseline eller lignende rundt delene for å forsegle. Dette funkere meget bra i de flest e tilfeller.

[Baltor]

Vi har nå kommet et lite museskritt videre i prosjektet vårt. Først satte vi opp en oversikt over alle fasene en bør ha et bevisst forhold til i denne type prosjekt:

1) Definering av mål  
2) Definering av prioritering  
3) Grov spesifikasjon  
4) Produktsøk  
5) Endelig spesifikasjon  
6) Produktvalg  
7) Engineering  
Innkjøp  
9) Montering/dokumentasjon prototyp  
10) Test prototyp  
11) Godkjenning?  
12) Revisjon av spesifikasjon og dokumentasjon  
13) Implementering  
14) Sluttpublisering
Tanken vår er å drive med en kontinuerlig publisering her på forumet i alle fasene. Vi håper også på innspill.

Fase 1, Definering av mål:
1) Lage en LiFePO4 batteripakkeløsning som passer i Think (1999-2002)
2) Beholde alle eksisterende sikkerhetsfunksjoner
3) Lav kostnad
4) Lang levetid
5) Forberedt for hurtiglading
6) Unngå permanente endringer av kjøretøy (dvs. være mulig å bygge tilbake til original stand/batteri)

Fase 2, Definering av Prioritering:
1) Sikker mot brann/eksplosjon og elektrisk støt.
2) Trafikksikker
3) Brukervennlig ("idiotsikker")
4) Sikker mot skade på pakke/celler
5) Lang levetid
6) Høy driftsikkerhet
7) Lav pris

Fase 3, Grov Spesifikasjon:
1) Legge til nødvendige ekstrafunksjoner i form av LiFePO4 BMS for overvåking på cellenivå
2) Lettere enn original batteripakke
3) Lengre rekkevidde enn original batteripakke
4) Klargjort for hurtigladning (minimum 1/2 C)
5) Trefaselader som opsjon

I fase 2 er det vel verdt å stoppe opp for å tenke seg om. Vi har hatt en modningsfase her, vi lærte mye da vi demonterte Thinken med smeltede celler tidligere i høst.
Vi vil hevde at dette er den riktige prioriteringsrekkefølgen, men en må også være oppmerksom på at at mange av punktene i fase 2 henger sammen, de kan påvirke hverandre.  
Hvis bilen ikke blir brukervennlig nok, eller hvis den ikke oppfører seg forståelig, kan en risikere at brukeren aktivt jukser (overstyrer) eller gir blaffen i signaler. Dette kan for eksempel gjelde ladefasen.
Hvis bilen plutselig varsler at spenningen er for lav og at bilen nå må stoppes, kan dette bli trafikkfarlig hvis brukeren tar det bokstavelig, eller påføre cellene skade hvis en ikke tar det bokstavelig.

En oppgradert bil må kunne kjøres og driftes av alle med lovlig førerkort, vi skal altså kunne selge eller låne vekk bilene våre til de fleste mellom 18 til 80.

Det kan se ut til at noen ombygde elbiler fram til i dag har blitt laget som prosjektbiler, de krever at brukeren er godt kurset, kjenner bilen ut og inn (og helst har en eller annen eksamen ).

I fase 3, Grov spesifikasjon, vil for eksempel vekt og rekkevidde stå i et motsetningsforhold. Vi kommer nok ikke til å lage biler for distanserekord, ingen av oss har behov for særlig lang rekkevidde i det daglige. En pålitelig rekkevidde noe over original NiCad pakke er godt nok for oss. Større celler krever også endringer i selve kassa. Da vil vi heller legge penger og innsats i hurtiglading...

Vi har nå kommet igang med fase 4, Produktsøk.
Og vi håper på gode innspill, her i tråden eller som PM

PerBear & Baltor

[hens]

Angående kjøling av batterier.
Jeg har nå skiftet batterier i Thinken min, og satt inn luftkjølte blokker fra 1995.
Batterikjøleslangene er shuntet ved vannpumpen, og jeg har boret et hull i forkant på høyre side slik at det blir symmetrisk mot originalhullet på venstre side. Luften kommer inn gjennom radiatoren foran, og motorrommet er såpass tett at det vil bli et svakt overtrykk i rommet under fotbrettet. I bakkant av batterikassen er det boret et 100mm hull for utluft. Her vil det mot våren bli satt på en sugevifte med thermostat.
Rommet under fotplaten vil benyttes til et stort luftfilter for å redusere støv på batteriene.

[elektrolux]

Batterikjøleslangene er shuntet ved vannpumpen,

Hvordan nøyaktig gjorde du dette? Tenker på tilsvarende ved litiumkonvertering. Har foreløpig satt en U på slangene inn til batterikassen, men kanskje du har funnet en enda bedre løsning?

[Baltor]

I bakkant av batterikassen er det boret et 100mm hull for utluft. Her vil det mot våren bli satt på en sugevifte med thermostat.

Dette er en løsning vi også har sett på. Hvis en tenker at luftkjølingen skjer i hovedsak over cellene og over øvre kanten av kassa kan en bruke de store runde hullene i veggen mot bakrommet til vifte(r).
Har du da laget et avtrekk ut fra bakrommet? Dette er jo temmelig tett, og lekkasjene er opp mot bagasjerommet.

Reva med Li har slike vifter i batterikassa, (7 stk,  Reva med bly har bare 2.

[hens]

Det er i ytterveggen som ligger i 45 grader jeg har laget hull, innerveggen mot batteriet har huller originalt.