Akkujen aktiivinen balansointi

Transkriptio

1 Väliraportti 1(5) Akkujen aktiivinen balansointi Ohjaaja: Jorma Selkäinaho Työryhmä: Kalle Fagerman Johan Holmberg Otso Jousimaa Aleksi Salonen

2 Väliraportti 2(5) Johdanto Projektimme jatkaa syksyllä aloitettua aktiivista akkujen balansointiprojektia. Projektin tavoitteena on tehostaa akkujen latausta ja käyttöä. Akkukennot kytketään sarjaan resistiivisten häviöiden minimoimiseksi. Kun akkuja ladataan ja puretaan, saman suuruinen virta kulkee jokaisen yksittäisen kennon lävitse. Tällöin akkujen varianssi johtaa koko kennoston heikkenemiseen ketju on yhtä vahva kuin sen heikoin lenkki. Balansointi purkaa ladatessa heikompia kennoja, jotta ne eivät ylikuormitu. Kun kennoston heikoin kenno on tyhjentynyt akustoa ei voi enää käyttää ennen latausta jottei heikko kenno vioitu. Perinteisesti balansointi on toteutettu purkamalla ylimääräinen teho lämmöksi vastuksiin. Sähköautoissa perinteinen balansointi on merkittävä hyötysuhdetta alentava tekijä. Aktiivinen balansointi ottaa tämän tehon hyötykäyttöön. Aktiivisessa balansoinnissa jokaiselle kennolle rakennetaan DC DC muuntaja, joka palauttaa tehon takaisin kennostolle. Suurissa kennostoissa ei ole käytännöllistä palauttaa tehoa koko kennostolle, joten kennosto jaetaan pakkoihin. Nämä DC DC pakat lomitetaan siten että tehoa voidaan siirtää pakkojen välillä. Rakenne Aiheeseen tutustuminen Tarkoitus oli tutustua aiheeseen ja työssä käytettäviin komponentteihin (LTC3300 x ja LTC6803 x), sekä päättää muut käytettävät komponentit, kuten mikrokontrolleri ohjausta varten. Tarkoitus oli myös tutustua edellissyksynä toteutetun kortin toimintaan ja siitä tehtyyn loppudokumenttiin. Vanha kortti havaittiin kuitenkin epäkuntoiseksi. Monitorikortti on nyt suunniteltu ja on parhaillaan Kiinassa valmistettavana. Mikrokontollerina käytetään ainakin aluksi jotain Arduino kehitysalustaa. Komponenttivalinnat Sekä LTC3300 ja LTC6803 ovat osa tuoteperhettä, joilla on erilaisia ominaisuuksia. LTC ja LTC ja LTC ovat suunniteltu toimimaan osana laajempaa kokonaisuutta ilman tasonsiirtimiä tai erottimia.

3 Väliraportti 3(5) LTC6803 3:ssa on mahdollisuus ottaa käyttösähköt akun ulkopuolelta. Näin mittaustarkkuus paranee eikä akun varaus kulu mittausten tekemiseen. Lisäksi se antaa mahdollisuuden käyttää ulkoista laboratoriovirtalähdettä testausvaiheessa. Mikrokontrollerina aiomme käyttää Atmelin piiriä, koska nämä ovat Arduinojen kautta tuttuja. LTC3300 tarjoaa 4.8 V käyttöjännitettä, mutta sen virranantokyky ei riitä ulkoisen mikrokontrollerin ja isolaattorin ajamiseen. Piirit kuitenkin toimivat ulkoisella 5 V jännitteellä, joten valitsimme isolaattoriksi ADUM5401:n joka tuottaa galvaanisesti erotetun 5V lähteen. Esimerkiksi ATMEGA328 voisi soveltua lopulliseksi mikrokontrolleriksi. ATMEGA328 PU on DIP koteloitu, eli sen voi laittaa istukkaan ja vaihtaa virheen sattuessa. Alustavasti aiomme siis käyttää mikropiireinä ADUM5401:tä, LTC3300 1:tä, LTC6803 3:ta ja ATMEGA328 PU:ta. Näin kehitystyö helpottuu ja virheistä voi ehkä vielä kierähtää jaloilleen. Logiikan ja akuston sähköinen erotus myös estää käytetyn tietokoneen tuhoutumista virhetilanteessa. KICAD-ohjelmaan tutustuminen ja kortin suunnittelu Monitorikortti toteutettiin KICAD suunnitteluohjelmistolla kuten suunniteltiin, mutta aikaa kului paljon arvioitua enemmän. Aikaa oli varattu ~30 tuntia, mutta todellisuudessa suunnittelutyössä meni 50 tuntia. Itse ohjelma oli suhteellisen nopea oppia ja käyttää. Kortin tilaaminen Kortti saatiin tilattua 24.2, eli juuri aikataulussa. Mikrokontrollerin ohjelmointi Mikrokontrollerin ohjelmointi toteutetaan C kielellä. Kehitysympäristönä aiomme käyttää Arduinoa. On selvitettävä myös, millä komennoilla ohjainkorttia voi ohjata ja miten liikennöinti sen kanssa ohjelmoidaan. Testaus Edellisen ryhmän tekemät kortit eivät toimineet tekemiemme testien mukaan. Uusien korttien tekeminen on vielä avoin kysymys. Kokoamme monitorikortin funktionaalisissa osissa, jolloin voimme testata osien toimivuuden erillään. Tilatulla monitorilevyllä on testipisteet mittalaitteille.

4 Väliraportti 4(5) Loppuraportti ja viimeistely Loppuraportissa käsitellään toteutunut projekti, ja verrataan sitä projektisuunnitelmaan. Lisäksi arvioidaan toteutettu projekti lopputulosten pohjalta. Pohditaan, mikä työssä oli hyvää, mistä jäi kehittämisvaraa ja mikä epäonnistui tai jäi toteuttamatta. Lisäksi pidetään presentaatio, ja saadun palautteen perusteella viimeistellään raportti palautusta varten. Aikataulu ja työnjako Projektityö jaettiin ektroniikka ja ohjelmointiosiin. Elektroniikkaryhmään kuuluvat Otso Jousimaa ja Aleksi Salonen. Ohjelmointiryhmään kuuluvat Kalle Fagerman ja Johan Holmberg. Taulukko 1. Aikataulu.

5 Väliraportti 5(5) Taulukossa 1 näkyy päivitetty projektiaikataulu. Harmaa alue taulukon yläosassa on se osa projektista joka on jo tehty. Punaisella on merkitty muutokset alkuperäisestä suunnitelmasta. Uuden tasauskortin teko on tällä hetkellä epäselvää ja siksi merkitty aikatauluun kysymysmerkein. Riskien Hallinta Suurin riski realisoitui, eli viime vuonna tehty balansointikortti on kuollut. Piiri oli useasta kohtaa oikosulussa, eikä sitä saatu korjattua laitoksen välineillä. Suunnitellun kortin kokoonpano viivästyy parilla viikolla, mutta tämä on huomioitu aikataulussa. Viitteet LTC LTC DC2064A datasheet: datasheet: datasheet: