Hyvähyötysuhteinen DC/DC muunnin 12, 24 V -> 400 V - Sähköautot - Nyt!
Juhpal:in motiivi ilmeisesti hakea kustaannussäästöä. Ei toimi! Häviöt lisääntyvät. BMS voidaan tehdä edullisesti käytettäessä passiivista zener clamp kytkentää. Kennojännitteen ylärajan rajoituksen on oltava 4.25V lataustilanteessa. Purkutilanteessa kontaktorin tulee katkaista päävirtaohjaus, jos yhdenkin yksittäisen kennon jännite laskee esim. 2.6V tai muun asetetun arvon alapuolelle. Ideana tässä on, että on toinen vastaava samajännitteinen pienempi vara-akusto, joka voidaan ottaa käyttöön pääakuston tyhjennyttyä. Tietoisuus akuston energiatasoista ei tuo yhtään todellisia kilometrejä; siis ainoastaan akkujen reaalinen energiakapasitetti määrittää matkan pituuden ja suorituskyvyn. Mitä laadukkaampi akusto, sitä vähemmän BMS:llä on merkitystä.
Jukka taas oli sitä mieltä, että nuo yksinkertaiset BMS:t ei vaan yksinkertaisesti toimi. Hyvälaatuisilla akuilla toimisi, kuten sanoit, mutta Thunder-Sky:n epätasalaatuinen prosessi on ainoa, jolla saadaan tehtyä ISOJA kennoja. Fevt:n systeemi on tällöin ainoa, joka toimii kunnolla, Jukka voinee vahvistaa. Isoista kennoista, miltä kuulostaisi esim. busseissa:
TS-LFP9000AHB, 9000AH, 350kg, 1700×360×360(mm) "battery for submarine" :) Voi kuormittaa ainakin 9 kA virralla jatkuvasti. Luulisi ainakin akkujen koteloinnin painavan jotakin, jos on monta pientä kennoa vs. muutama iso.
Sitten, jos jokaisessa akussa on oma piirilevynsä, niin lähtisin siitä, että kustannustehokkaampaa on nostaa jännite yhdellä keskitetyllä ratkaisulla, johon voidaan yhdistää laturikin. Näin on eräs nimeltä mainitsematon firmakin tehnyt TS:n akkujen kanssa. Samaan mokkulaan voisi yhdistää myös BMS:n. Tällöin päästään mielestäni parhaaseen, halvimpaan, yksinkertaisimpaan ratkaisuun.
Häviöteho ei ole välttämättä ongelma. Joka tapauksessa auton ohjaamoa täytyy lämmittää Suomen oloissa. Jukka sanoi, että laturin häviötehon ansiosta hänen sähköautonsa on aina lämmin aamulla, kun hän lähtee liikenteeseen.
LiFePO4-akkutekniikka on vasta lapsenkengissä. Olen melko varma, että tuotekehitystä eteenpäin viemällä voidaan saavuttaa tyyliin 800 km ajomatka. Tällöin kohtuullinen häviöteho ei ole iso ongelma.
Edelleenkin LLC-kytkennässä kytkentähäviöt jäävät lähes täysin pois. Katkaisuvirrat saadaan pieniksi. Push-pull-tyyppinen LLC-kytkentä voisi ehkä olla se paras ratkaisu. Tällaista en tosin vielä ole nähnyt, pitää siis kehittää. Ja turha patentoida sellaista, kun patentti kierretään kumminkin.
Ensiössä=pienjännitepuolella mietin lähinnä IGCT:a (esim. ABB: 5SHY 55L4500) komponenttina, keskimääräinen maksimivirta 1,86 kA. IGCT on johtamishäviöiden suhteen optimoitu komponentti, mikä on LLC-kytkennässä olennaista. Toisioon ainakin piikarbidia, esim. Creen CSD20060D. Yksi hyvä muovikonkka tarvitaan ainakin lisäksi.
Muuntajaksi vain paras, eli Israelilaisen Paytonin planaarimuuntaja:
http://www.paytongroup.com/Catalogue/32_33.pdf
20 kHz:n taajuudella tästä muuntajasta saa 14 kW läpi kokosillalla. IGCT pystyy ainakin hetkittäin jopa 40 kHz:iin. Ainoa, mikä rajoittaa kytkentätaajuutta, on lämmön johtuminen pois komponentista.
En ole vielä varma, millaisiin hyötysuhteisiin päästään, mutta olen aika optimistinen. Pitää vain löytää optimimitoitus, ensiöjännitteen, toisiojännitteen ja virtojen sekä komponenttien suhteen. LLC-kytkentä on HALPA. Mahdollisimman vähän komponentteja ja kaikki muuntajan hajaindukstanssit on käytetty hyödyksi=ei tarvitse snubberoida mitään.
Viimeksi muokattu 13 Dec 2008 02:36 luonut juhpal Näytä lisääPaytonin planaarien hyvä puoli on se, että niissä on niin tiukat toleranssit, että ensiöitä ja toisioita pystyy kytkemään lähes miten haluaa, jos on usea muuntaja. Silti kuormitukset jakaantuvat tasaisesti. Muuntajat ovat myös ehdottoman symmetrisiä, mikä on tullut käytännössä todettua.
Viimeksi muokattu 13 Dec 2008 02:41 luonut juhpal Näytä lisääMOSFET 300V:n saakka paras .YLI 400V IGBT!..Tyristoriperhe -HIDAS, kommutointi , ohjausongelmat,soveltuu ainoastaan KILOVOLTTI ! jännitteille. Muuntajan konstruktio ei ole itseisarvo. Kaikkein edullisinta on käyttää korkeaa akkujännitettä.
Oikeassa olet, kilovolttien jännitteelle nuo IGCT:t kyllä lähinnä soveltuvatkin. Nyt vain pohdin tuota virrankestoa. IGCT:ssä se on ilmeisesti kaikista paras. Jos on joku parempi, niin kerro. IGCT pystyy ABB:n sivujen mukaan 40 kHz:iin ja ainoa, joka rajoittaa kytkentätaajuutta on lämmön johtuminen pois komponentista. Myötäsuuntainen jännite saattaa olla liikaa (aiheuttaa liikaa johtohäviöitä), kun kyseessä on kilovolttien jännitteille tarkoitettu komponentti. Yleensä myötäsuuntainen jännite on sitä suurempi, mitä suurempi estosuuntaisen jännitteen kesto.
Feteissä ei taida virrankesto riittää. IGBT olisi myös jees, mutta epäilen, ettei senkään virrankesto riitä. Tässähän nyt ei tarvita jännitekestoa (ensiössä) kuin about 60 V maksimissaan. Löytyykö fettejä tai IGBT:ta, jotka kestävät virtaa yli kiloampeerin? Pistä linkki, jos löytyy!
Jos autossa voisi olla yksi hakkuri, joka olisi akkulaturi, BMS ja jännitteen nostaja moottorikäyttöä varten, saattaisi se ehkä olla kokonaisuudessaan edullisin ratikaisu? Yksi mikrokontrolleri kaikelle. Samalla tämän hakkurin jäähdytysrivat lämmittäisivät autoa. Olisi ainakin vaihtoehto kalliille BMS-systeemille :) Vähän kilpailua peliin, niin eiköhän niitä BMS:akin ala saada FEVT:ltä halvalla…
Viimeksi muokattu 14 Dec 2008 10:59 luonut juhpal Näytä lisääTietysti olisi kiva, jos ne piikarbidifetit tai piikarbidi-IGBT:t tulisivat jo markkinoille… Silloin olisi helpompi päästä hyviin hyötysuhteisiin :) LLC on kuitenkin topologialtaan käytännössä paras. Jos kunnollisen LLC:n saa tehtyä, sitä ei voi parantaa kuin komponentteja vaihtamalla. 12 voltin akkujännitteen kohdalta tätä kannattaa varmaan alkaa miettimään, kun autoissa on 12 V sähköt.
Viimeksi muokattu 14 Dec 2008 11:09 luonut juhpal Näytä lisääOheisena uudemman sukupolven mosfet javascript:;http://ixdev.ixys.com/DataSheet/99022.pdf . Edellisessä kirjoituksessa mainittu AMK:n oppimateriaalilinkki on väärässä virta-alueesta fettien osalta. Fetit ovat ylivoimaisia matalilla jännitteillä-ei kynnysjännitettä, ainoastaan läpimenovastus, joka on milliohmeissa. Läpimenovastuksen kehityssuunta on pienenevä. (SiC) piikarbidin edut: lämmönkesto, nopeus, jännitekesto. Haitat:piitä korkeampi kynnysjännite ja hinta 100x… IGBT kustannustehokkain korkeammilla jännitteillä. Ohessa inverttereistä javascript:;http://www.greenmotorsport.com/green_motorsport/products_and_services/3,1,388,17,15118.html
Hienoa, EV-Fun! Tuo IXYS:n fetti alkaa olla aika jees. Mitäköhän tällainen tulee maksamaan (preliminary):
http://ixdev.ixys.com/DataSheet/DS100032(IXTA-TP300N04T2).pdf
2,5 mohm, 300 A, 40 V. Nyt aletaan puhua asiaa. Noita rinnan, niin kytkennän kokonaiskanavavastus alkaa olla jo aika alhaalla. Eikä tarvitse edes ihan hirmuista määrää. Infineonilta näyttäisi myös löytyvän aika hullu fetti:
IPB009N03L: 30 V, 0,95 mohm, 180 A
Ei onneksi maksa ihan tähtitieteellisiä:
http://fi.mouser.com/Search/Refine.aspx?N=4932268+4294875093&Keyword=IPB009N03L
Tästä voi sitten lukea, mitä piikarbidilla voidaan saada, ainakin estosuuntaista jännitettä, kuten sanoit:
http://www.aist.go.jp/aist_e/latest_research/2007/20070627/20070627.html
Piikabididiodeissa on myös mukavan pienet takavirrat->pienet kytkentähäviöt, eivätkä ne enää ihan maltaita maksa.
Yritän vääntää jossain vaiheessa simulaatiomallin Micro-Cap:lla tai LTspice/SwitcherCAD III:lla ja postata tänne, sitten ollaan viisaampia.
Nyt jos mennään kytkentätaajuudessa lähelle tuon planaarimuuntajan optimia, 80-100 kHz, niin voi selvitä ihan 1-3:lla muuntajalla. Planaarissa hajainduktanssit meinaavat olla vain liian pienet LLC-kytkennälle tuolla kytkentätaajuudella.
Pahuksen LLC kuitenkin kierrättää ensiössä melko suuria virtoja :( Magnetointi-induktanssi pitää siis maksimoida, kuitenkin niin, että kytkentä toimii. (lähestyy normaalia sarjaresonanssikytkentää) Täällä lisää teoriapuolta:
http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-09152003-180228/unrestricted/Ch4.pdf
Ja täällä sivulla 51 kenties maailman paras toteutus LLC-kytkennästä:
1MHz 1kW 400V->48V ja PIENI.
Viimeksi muokattu 14 Dec 2008 19:06 luonut juhpal Näytä lisääOhessa ehkä paras fet 75v hinta 3.85$ 1000 kpl erissä .40kpl riittää 10kW javascript:;http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/irfp4368pbf.pdf Fet ojaimena käyttäisin Ixys IXDD430 .Muuntajana esim. EC ,ETD,toroidi,planar (on paras)ferrittinä N26 ei gappia ensiö Cu foliosta tai litzlangasta toision virta 25A litz ,jos 20muuntajaa. kallistuisin yksinkertaisuuden vuoksi PWM . n käyttöön UC3825 hyvä .UC2856 ok,vanhoissa ongelmia TL494.UC2524.Parempi UC2525. Toki DSP ,Ja O-taso kytkentä on Best suurillatehotasoilla. Ongelma on kytkennän kriittisyys, snubberointi, kytkennän monimutkaisuus . Tasasuuntaus nopeilla diodeilla. Juhpal käyttäisi Sic Schottkyä (Paras)
PWM olisi ehkä helpoin toteuttaa, olet siinä oikeassa. Ei tuo LLC-kytkentä ole kuitenkaan kovin vaikeaa saada toimimaan. Sitä käytetään mm. LCD-telkkareissa. Itse olen käyttänyt siinä ohjainpiirinä L6599:a ST:ltä:
http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/12337/l6599.htm
L6599:ssä oli kuitenkin muutama ärsyttävä "ominaisuus". Nykyään on onneksi muitakin hyviä vaihtoehtoja. Esim. Onsemin NCP1396:
http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=NCP1396
Tuosta melkein lähtisin liikkeelle. ST:llä kuitenkin parhaat application notet. LLC-kytkentä toimii kyllä, kun se vain mitoitetaan kohdilleen. Hyötysuhde on yksinkertaisesti ylivoimainen (tai sitten sarjaresonanssikytkentä):
-Kaikki muuntajan induktanssit käytetään hyödyksi, niiden energiaa ei tarvitse hävittää lämpönä = snubberoida. -Ensiön feteillä ZVS, toision diodeilla ZCS -> kytkentähäviöt minimaaliset
-Oikeastaan ainoa huolenaihe on ensiössä kiertävä virta. Ensiö pitää olla järkyttävän hyvin suunniteltu.
Hyötysuhdettahan tässä haetaan. LLC-kytkennässä ei juuri tarvitse snubberoida. Itse asiassa mukavaa käyttää kytkentää tähän suuntaan, kun ei tarvita esim. synkronista tasasuuntausta :)
Viimeksi muokattu 15 Dec 2008 06:53 luonut juhpal Näytä lisääLLC-kytkennässä on potentiaalia,mutta matalilla jännittellä ongelmia toteuttamisessa . Muuntajan Resonansspiirin komponenttit,Q -arvo. Homma toimii hyvin 200-400 jännitetasoilla.LLC-kytkentä on parhaimmillaan virtalähteissä PFC.n jälkeen. Hyvä sovellutus latauslaite . Kannattaa tutkia!
Kiitokset kannustuksesta :) Uskon, että kytkennän ongelmat eivät ole ylivoimaisia voittaa. Osaavan ohjelmoijan saattaisin vähintääkin tarvita kaveriksi. LLC:n täysimääräinen hyödyntäminen tarvinnee DSP:n. Osaan jonkin verran koodata, mutta nopeammin kävisi joltain alan ihmiseltä.
Viimeksi muokattu 15 Dec 2008 09:11 luonut juhpal Näytä lisää