Loppuraportti. Sähköauton akkujenhallinta järjestelmän toimintakuntoon saattaminen Joel Saastamoinen Roope Savolainen

Transkriptio

1 Loppuraportti Sähköauton akkujenhallinta järjestelmän toimintakuntoon saattaminen Valvoja: Tekijät: Jorma Selkäinaho Kai Bredenberg Joel Saastamoinen Roope Savolainen

2 Sisältö Sisällysluettelo 1. JOHDANTO TAUSTA PROJEKTITYÖN TARKOITUS JA TAVOITTEET PROJEKTIN RISKIT PROJEKTIN KULKU TOTEUTUS TURVALLISUUS, TYÖSKENTELYTILAT JA VÄLINEET SÄHKÖAUTON LATURI KUVAUS LATURIPROJEKTIN ETENEMISESTÄ PROTOTYYPPI VANHAN LATURIN SIMULOINTI UUSI OHJAUSPIIRI AKUT AKKUJEN RASITUSTESTI BMS BMS-TESTI AUTON TESTAUS LIITE 1: KAAVOJA JA TEORIAA LÄHTEET... 19

3 1. Johdanto 1.1 Tausta Aalto yliopiston autolaboratorio osti muutama vuosi sitten kaksi Fiat Doblosta konvergoitua sähköautoa. Autot on konvergoitu Italiassa, mistä ne olivat päätyneet Fortumille. Aalto-yliopiston ostaessa autot, niitä oli käytetty vähän, mutta ne eivät olleet enää ajokunnossa. Autoissa on 30kW sähkömoottori, jolla päästään ainakin 100 km/h nopeuteen. Mittarissa on noin 2000 km. Autoissa on käytetty 3,2 V LiFePO4 akkuja, joiden latausjännite on 4,0 V. Akun jännite ei saisi koskaan laskea alle 2,5 voltin eikä ylittää 4,2 volttia, muutoin akut vioittuvat. Osan mukana tulleiden akkujen jännite oli kuitenkin päässyt laskemaan huolestuttavan alas. Joidenkin akkujen sisäinen rakenne oli hajonnut, joka näkyi akkujen pullistumisena. Osa alhaisen jännitteen omaavista akuista oli kuitenkin saatu elvytettyä toimintakuntoon. Autoa kohti akkuja on sarjassa noin kpl. Ne kytketään akkujen hallintajärjestelmään, joka tarkkailee akuston tilaa ja rajoittaa tarvittaessa sen käyttöä. Järjestelmän kanssa voi keskustella käyttäen sarjaportilla varustettua tietokonetta. Autojen mukana tulleet akkulaturit olivat myös rikki, eikä niiden toiminnasta ollut saatavilla mitään dokumentaatiota. Autojen kunnostamisesta on tehty diplomityö vuonna 2012 eli dokumentointi on hyvässä tilassa. 1.2 Projektityön tarkoitus ja tavoitteet Projektityön tarkoituksena oli alunperin kytkeä uudet akut auton akkujen hallinta järjestelmään (BMS) ja tutustua akkujen hallintajärjestelmän käyttöön. Totesimme kuitenkin autojen tarvitsevan käyttökelpoisen laturin, sillä ilman sitä autojen testaaminen ja niiden käyttäminen olisi hankalaa. Tällä hetkellä akkuja ladattiin pienissä erissä konelaboratorion virtalähteellä, mikä tarkoitti akkujen kantamista edestakaisin auton ja laboratorion välillä. Projektin tavoitteet: Akkulaturin toiminnan selvittäminen Uuden akkulaturin suunnittelu ja toteutus Laturin testaus Akkujen kunnostus Akkujen asennus BMS:n tutustuminen BMS:n säätäminen kuntoon Auton testaus Dokumentaatio

4 1.3 Projektin riskit Tässä kappaleessa listataan projektiin liittyviä riskejä ja niiden hallitsemiseen liittyvät toimenpiteet. Projektin edetessä riski 3. toteutui ja projektin vaarantumiselta vältyttiin hylkäämällä laturin toimintakuntoon saattaminen. Riski 1: Joku projektiin osallistuvista keskeyttää kurssin. Välttäminen: Tehdään tarkka-aikataulutus projektille ja sovitaan viikoittaiset projektin teko ajat. Tällöin projektiin kuluva aika on helpommin ennustettavissa. Toimenpiteet realisoituessa: Vähennetään projektin työmäärää karsimalla tavoitteita. Riski 2. Akut vioittuvat. Välttäminen: Tarkkaillaan akkujen jännitteitä säännöllisesti käytettäessä ja varmistetaan etteivät ne ylilataudu ladattaessa Toimenpiteet realisoituessa: A) Etsitään korvaavia akkuja. Mikäli uusia akkuja ei löydy ja 200 volttiin ei päästä, varmistaan järjestelmän toimivuus ilman akkuja. B) Keskitytään enemmän laturin korjaamiseen. Riski 3. Laturin korjaaminen/uudelleen rakentaminen vie liikaa aikaa. Välttäminen: Aloitetaan laturin toimintaa perehtyminen hyvissä ajoin ja lähestytään sen toimintakuntoon saattamista pienin harppauksin. Aluksi luodaan laturista yksinkertaistettu piirikaavio, purkamalla laturi ja tunnistamalla pääkomponentit. Toimenpiteet realisoituessa: Hylätään laturien korjaaminen tai tähdätään suurempaan opintopistemäärään Riski 4. Laturin purkamisen yhteydessä häviää kriittisiä osia. Välttäminen: Säilytetään laturia osineen laatikossa. Siirretään pienimmätkin osat laturia purettaessa suoraan laatikkoon. Toimenpiteet realisoituessa: Hankitaan uusia osia tilalle tai käytetään osia toisesta rikkinäisestä laturista. Riski 5. Akkujen hallintajärjestelmä ei toimi ja vaatiikin paljon aikaa. Välttäminen: Tutustutaan järjestelmään hyvissä ajoin ja perehdytään sen toimintaa kirjallisuuden kautta. Toimenpiteet realisoituessa: Asetetaan BMS:än toimintakuntoon saattaminen etusijalle ja käytetään vähemmän aikaa laturien parissa.

5 2. Projektin kulku Projekti aloitettiin tutustumalla sähköautoon diplomityön kautta, sekä tutustumalla aiheeseen liittyvään aineistoon internetissä. Tämän jälkeen jaoimme projektin osaprojekteihin joita olivat akkulaturin korjaus, akkujen asennus ja akkujen hallintajärjestelmän toimintakuntoon saattaminen. Akkulaturin korjaus oli teknisesti selkeästi haastavin ja siinä onnistuminen epävarminta. Tästä syystä akkulaturiin paneuduttiin ensimmäisenä. Haastetta tuli muun muassa siitä että laturista ei ollut saatavilla mitään dokumentaatiota. Uuden laturin rakentamisprojektin edetessä tehtävä osoittautui kuitenkin luultua haastavammaksi, kun laturin toimintaperiaate olikin odotettua monimutkaisempi. Tämä johti lopulta uuden laturin rakentamisprojektin hylkäämiseen. Yleisesti ottaen projektin tekeminen lähti hyvin käyntiin ja päätehtävät suoritettiin aikataulujen puitteissa. Sovimme että työskentelemme projektin parissa joka perjantai ja jos tarpeellista sopisimme sitten erikseen yhteistä työaikaa muillekin päiville. Tämä toimi hyvin. Projektin toteutunut ajankäyttö löytyy erilisestä ajankäyttö dokumentista. 3. Toteutus 3.1 Turvallisuus, työskentelytilat ja välineet Työssä perehdyttiin sähkötöihin liittyviin riskeihin sekä määräyksiin [Sähköturvallisuus]. Kytkennöissä olimme erityisen huolellisia, koska akkupatteristosta oleva jännite voi olla jopa hengenvaarallinen. Sähkötöiden vaarallisuuteen vaikutti auton johtava runko, ympäristön likaisuus ja kosteus sekä johdotuspaikkojen ahtaus ja sekavuus. Tämän takia asianmukaisten työkalujen ja varusteiden käyttö töissä on hyvin suositeltavaa. Kytkennöissä tulisi ottaa huomioon eristykset ja erotukset, jotta auton käyttäjä ei missään vaiheessa pystyisi edes vahingossa pääsemään kosketukseen vaarallisen jännitteen kanssa. Lisäksi suojauksessa tulisi ottaa huomioon lämpötila vaihtelut, tärinä ja jyskytys sekä kosteuden vaikutus. Eristys voidaan hoitaa esimerkiksi asianmukaisilla muovieristeillä ja isoloinnit elektroniikkapiirien optoilla. Ajoakun virtapiiri on oltava eristetty rungosta, jonka takia ajovirtapiirin vikoja ei voida valvoa perinteisellä vikavirtasuojauksen avulla. Lisäksi ajoneuvon kaikkien metallikoteloiden tulisi olla maadoitettuja auton runkoon. Sähköturvallisuus määräyksien mukaan autossa tulisi olla: Pääkytkin Hätäkatkaisin Asiallinen sulakemitoitus suhteessa osiin, kaapeleihin ja liittimiin Sopiva materiaali lämpenevien kohtien lähellä (erityisesti suurivirtaiset liitokset) Ketjuun kytkettyjen akkujen sarjassa on oltava sulakkeita monessa paikassa, jotta pitkää akkukennojen muodostamaa ketjua ei saa oikosuljettua ilman välissä olevaa sulakesuojaa Liitoksissa tulisi lisäksi huomioida että: Autossa kestää vain purkistusliitokset Johdotusten sitomiseen ja liitosten kiristämiseen on kiinnitettävä erityistä huomiota, jotta liitokset eivät aukeaisi tärinässä. Ruuviliitoksissa on oltava lukitus. Alumiinia ja kuparia ei saa suoraan liittää vaan on käytettävä siirtoliittimiä ja/tai asennusrasvaa.

6 Kuva 1, Oheisessa taulukossa on eritelty vielä tarkemmin eri kohteiden turvallisuusvaatimuksia [Sähköturvallisuus]. Työvälineet Työssä käytettiin eristettyä mutterinkiristäjää sekä hanskoja. Lisäksi käytössä oli yleismittari ja oskilloskooppi. Työskentely tilat: Suurin osa töistä tehtiin Start-up Saunan tiloissa sekä automaatio laitoksen konelaboratoriossa. Erityisesti Start-up Saunan tiloissa liikkuu paljon ihmisiä, joten asetimme auton läheisyyteen tarvittavat ilmoitukset vaarallisesta jännitteestä ja sähkötöistä. Töissä oli tärkeätä huomioida että liitosten vieressä ei ollut palovaarallista materiaalia

7 4. Sähköauton laturi 4.1 Kuvaus laturiprojektin etenemisestä Kuva 2, Alkuperäinen laturi Tarve uudelle laturille tuli, kun emme mitenkään pystyneet lataamaan auton akkuja. Aloimme tutkia vanhan laturin rakennetta ja toimintalogiikkaa ja selvitimme siitä seuraavan piirikaavion: Kuva 3, laturin piirikaavio 4.2 Prototyyppi Piirin rakenteen selvittämisen jälkeen aloimme suunnitella yksinkertaista samalla periaatteella toimivaa laturia. Tässä vaiheessa projekti näytti selvältä. H-siltatyyppinen taajuusmuuttaja, jolla ajetaan muuntajaa jollain tietyllä taajuudella ja duty-cyclella. Aloitimme siis rakentamalla H-silta taajuusmuuttajan ja kokeilimme ajaa sillä muuntajaa. Muuntajan toisiokäämiin indusoituva vaihtovirta tasasuunnattiin erillisellä piirillä, jonka läpi akkua voitiin ladata.

8 Kuva 4, 1.proton taajuusmuuttaja piirilevy Kuva 5, 1. proton tasasuuntauspiirin piirilevy Testailimme piirien toimintaa muuntajalla ja H-sillan ohjaukseen käytettiin Teensy 2.0 mikrokontrollerialustaa. 12V akkuun saatiin kulkemaan virtaa, mutta piirin ohjaus toimi huonosti. Oletus oli, että latausvirtaa säädellään vaihtovirran taajuutta muuttamalla. Osoittautui kuitenkin, että taajuuden sijasta tuleekin muuttaa työsyklin pituutta. Tällä tavoin virran ohjaus toimi hyvin. 4.3 Vanhan laturin simulointi Oletetusti Laturin toimintaperiaate oli selvillä, mutta sen spekseistä ei ollut tietoa. Laturista tehtiin LTSpice piirisimulointiohjelmalla malli, jolla alettiin selvittää keskeisiä parametreja. Kuva 6, LTSpice malli LTSpicella pystyy simuloimaan laturipiirin toimintaa ja tarkastelemaan siinä kulkevia virtoja ja jännitteitä. Ohjelman käyttö on varsin kankeata ja varsinkin ohjaussignaaleiden määrittely on aikaa vievää, puhumattakaan simuloinneista. Ohjelmalla kuitenkin saatiin varsin järkeviä tuloksia ja saatiin myös jonkinlainen vahvistus sille, että akun latausvirta kasvaa duty-cyclen kasvattamisen mukana.

9 Kuva 7, Simulointi 30% dutycyclellä. Latausvirta noin 30A. Edellä olevasta simulointikuvasta (Kuva 7) oli nähtävissä jo tulevat ongelmat, mutta näihin ei silloin osattu kiinnittää huomiota. Myönteisten tulosten jälkeen suunnittelimme uuden ohjauspiirin laturille ja aloimme purkaa vanhaa laturia osiin sen tutkimisen helpottamiseksi. Poistimme vanhasta laturista myös kaikki ylimääräiset, sen ohjaukseen liittyvät komponentit. 4.4 Uusi ohjauspiiri Uusi ohjauspiiri käyttää IGBT drivereita ajamaan laturin Fet:ejä. Tarkoituksena oli ohjata niitä ATMEGA328 mikrokontrollerilla ja samalla mitata akun latausvirtaa ja jännitettä. Kuva 8, Ohjauspiirin piirikaavio

10 Kuva 9, Ohjauspiirin piirilevy Oheisen kuvan (Kuva 9) mukainen piirilevy valmistettiin ja lopulta liitettiin vanhaan laturiin. Tätä kokonaisuutta päästiin testailemaan varsin huonolla menestyksellä. Testailu aloitettiin pienellä jännitteellä ja kaikki signaalit tarkistettiin oskilloskoopilla. Kaikki näytti hyvältä, kunnes piirillä kokeiltiin ajaa laturia ja ladata 12V akkua. Muuntajasta kuului selkeä ääni ja virrat olivat varsin isoja, mutta itse akkuun ei mennyt juurikaan virtaa. Kävi myös ilmi, että tietyn duty-cyclen jälkeen mikrokontrolleri alkaa resetoida itseään ja jonkun johdon irrottua yksi IGBT-driveri paloi. Tilattiin uusia osia ja palattiin simulointien pariin. Jossain kohti huomattiin, että muuntaja alkaa värähdellä itsekseen noin 70kHz taajuudella. Tämän näki myös simuloinneista. Toinen, vielä paljon suurempi värähtely tapahtui noin 700 Hz taajuudella (näkyy simulointikuvassa) ja tajusimme jossain kohti laturissa olevan bipolaarikondensaattorin muodostavan muuntajan kanssa sarjaresonanssipiirin. Tämä piiri pyrkii resonoimaan 700Hz taajuudella ja sitä tulisi ajaa mukaillen tuota värähtelyä. Sarjaresonanssipiirin ajaminen onkin sitten paljon monimutkaisempaa kuin muuntajan ajaminen kovakytkemällä taajuusmuuttajalla. Tarkempi simulointi osoitti, että piiriin tulee vääränlaisella ohjauksella satojen ampeerien jännitepiikkejä, jotka hukkaisivat valtavasti energiaa ja mahdollisesti rikkoisivat komponentteja. Pienemmillä jännitteillä virtapiikit aiheuttivat todennäköisesti mikrokontrollerin resetoitumiset. Tutkimme sarjaresonanssiteoriaa ja yritimme ymmärtää miten piiriä pitäisi ajaa. Jossain kohti kuitenkin ymmärsimme, että laturin toimintaan saattamiseen tarvittava työmäärä räjähti käsiin ja jouduimme hylkäämään koko laturiprojektin.

11 Kuva 10, Ohjauspiirilevy kytkettynä laturiin 5. Akut Autossa käytetyt akut ovat ThunderSkyn lithiumrautafosfaattiakkuja (LiFePO4). Suurin osa akuista on suurempia 160 Ah akkuja ja loput ovat 90 Ah akkuja. Akkujen nimellisjännitteet ovat 3,2 ja niiden jännitealue 2,8-4,0 V. Valmistajan mukaan akkuja joiden jännitteet ovat laskeneet alle 1,5 V ei pitäisi pystyä enää käyttämään rakenteellisen vioittumisen takia. Tästä huolimatta J.Selkäinaho oli saanut joitakin tällaisia akkuja käyttökelpoiseen kuntoon. Akkujen rakenteellista vioittumista ei siis aina tapahdu alhaisilla jännitteillä. Rakenteellinen vioittuminen tarkoittaa käytännössä sitä että akkujen sisällä oleviin metallilevyihin tulee reikiä. Tämä näkyy pahimmillaan akkujen pullistumisena tai räjähtämisenä. Valmistajan mukaan yli ladattujen (5-10 V) LiFePO4-akkujen ei kuitenkaan pitäisi savuta tai syttyä palamaan. Alla kuva automaatioja systeemitekniikan laitoksen konelaboratoriossa räjähtäneestä akusta. Kuvasta näkyy hyvin akun ohuista metallilevyistä muodostuva rakenne. Metallilevyjen välissä kiemurtelee valkoinen muovi eriste.

12 Kuva 11, Liian korkeasta jännitteestä rikkoutunut akku 5.1 Akkujen rasitustesti Testasimme elvytettyjen akkujen suorituskykyä purkamalla kolmea täyttä sarjaan kytkettyä akkua 10 Ω vastuksen yli. Puolessa toista tunnissa yhden sarjassa olleen akun jännite laski yli voltilla. Tämä kertoo että vaikka akku näytti aluksi elpyneen, se ei todellisuudessa kuitenkaan kestänyt kuormitusta. Näiden tuloksien nojalla emme tämän jälkeen katsoneet enää kannattavaksi kantaa epäilyttävän oloisia (hieman pullistuneita) akkuja takaisin autoon. 6. BMS Auton akkujen hallintajärjestelmä (BMS) huolehtii, että akut pysyvät toivotulla jännitealueella. Järjestelmä siis varoittaa mikäli akkujen jännite alkaa lähestyä alarajaa ja katkaisee virran ennen kuin akkujen jännite laskee jännitealueen ulkopuolelle. Samalla se estää akkujen ylilautauksen. BMS myös huolehtii akkujen tasaisesta kuormituksesta ja tasaa akkujen jännitteitä. Jännitteiden tasaaminen tapahtuu, jokaista kolmea akkua kohden olevassa BMS-apuyksikössä (BU). Aalto-yliopiston Doblon BMS toimii passiivisella periaatteella. Tämä tarkoittaa sitä että jänniteitä tasataan purkamalla korkeammassa jännitteessä olevia akkuja BU-moduuleissa olevan kolmen vastuksen avulla. Auton akkujen hallintajärjestelmä mittaa akkujen jännitteitä sekä lämpötilaa. BU-moduulien asentamisen yhteydessä huomasimme että joukosta löytyi rikkoutuneita BU-moduuleita. Onneksi niitä oli kuitenkin ylimääräisiä ja jokaista kolmea akkua kohden riitti yksi BU-moduuli.

13 Ylimääräistä akkujen kantelua AS-laitoksen ja Desing Factoryn välillä aiheutui, kun akkuja jouduttiin lataamaan useampaan otteeseen AS-laitoksen konelaboratoriossa. Autossa jo valmiina odottaneet, oletetusti täynnä olleet, akut olivatkin tyhjiä. Akut olivat tyhjentyneet auton seisoessa käyttämättömänä. Selvitimme mittaamalla BMS-moduulien virrankulutuksen varmistaaksemme, että ne eivät tyhjennä akkuja. Testeistä selvisi, että toimettoman BMS-moduulin läpi kulkee A virta. Tämä ja auton seisominen kylmässä ulkoilmassa lopulta selitti ehjien akkujen tyhjenemisen. Auto oli seissyt käyttämättömänä noin puoli vuotta. Alla on esitelty testi missä selvitimme yksittäisen BMS-moduulin vaikutusta akkujen jännitteisiin. 6.1 BMS-testi Testin kulku: Testataan tasaako BMS itsenäisesti akut tyhjiksi, jos yksi kolmesta moduulin kytketystä akusta on tyhtä. Toivottua on että täysien akkujen jännitteet eivät laske alle 2.9 V. (Akut järjestyksessä: tyhjä, täysi, täysi) V0 (klo. 9:30) V1 (klo. 11:40 ) (1.072) Kolmen akun ollessa kytkettynä yhteen BU-moduuliin, kulkee piirin läpi 21,3 ma virta. Tällä virralla kolmen täyden akun tyhjenemiseen kuluu noin 940 päivää ( ) Kuva 12, BMS-testi. Yksittäinen BU-moduuli kytkettynä kolmeen akkuun.

14 7. Auton testaus Saimme lopulta BMS:n kytkettyä akkuihin ja pääsimme koeajamaan autoa. Kolmensadan metrin jälkeen autossa alkoi haista käry, joten sammutimme moottorin. Tämän jälkeen auto ei enää käynnistynyt uudelleen ja ilmeni että auton 12 V käyttöakku oli kulunut loppuun. Vaihdoimme käyttöakun, ja jatkoimme testausta. Osoittautui kuitenkin nopeasti, että osa kunnostetuista akuista ei ollutkaan kunnossa ja koko akkupariston jännite laski 200 V alle. Tämän seurauksena BMS alkoi rajoittaa virtaa ja lopulta auto sammui. Testien jälkeen mittasimme käyttöakun läpi menevän virran auton ollessa paikallaan ja osoittautui, että virrankulutus oli noin 1 A luokkaa. Emme kuitenkaan ehtineet tutkia ongelmaa sen tarkemmin. Suosittelemme BMS-järjestelmän ja huonojen akkujen vaihtamista, jotta matkustajien turvallisuus voidaan varmistaa. Kuva 13, Auton testaus Start-up saunan tiloissa

15 Liite 1: Kaavoja ja teoriaa Luvussa 4 on esitelty tehdyt piirit sekä piirikaaviot. Tässä liitteessä on muutamia kaavoja jotka selventävät suunnittelun akun toimintaa (joka siis oli vääränlainen). Piiri voidaan jakaa neljään lohkoon: Lohko 1: Tasasuuntaus Ensimmäisessä lohkossa kolmivaihe tulovirrasta suodatetaan pois häiriöitä eri suodatinpiirien avulla, jonka jälkeen vaihtovirta kokoaaltotasasuunnataan dioidisillan yli. Lohko 2: Välipiiri Välipiiri kostuu kondensaattori sillasta, jonka tarkoituksena on vähentää tasajännitteen aaltoisuutta. Lohko 3: Vaihtosuuntaus Välipiiriin jännitettä katkotaan sopivalla taajuudella IGB -transistoreilla, joita on piirissä neljä kappaletta. Katkomisen seurauksena ensiöpuolen muuntajan läpi kulkeva virta muuttuu suhteessa aikaan. Tämä synnyttää muuttuvan magneettivuon muuntajan rautasydämessä, jonka seurauksena virta siirtyy piiristä toiseen keskinäisinduktanssin välityksellä. Kaava 1 kuvaa käämin yli muodostuvaa jännitettä U, kun virta I muuttuu suhteessa aikaan t. L kuvaa käämin induktanssia Kaava 1 Kaava 2 kuvaa muuntosuhdetta, joka on yhtä suuri kuin käämien kierroslukujen suhde häviöttömässä muuntajassa. on ensiökäämin jännite, toisiokäämin jännite, ensiökäämin kierrosten lukumäärä, toisiokäämin kierrosten lukumäärä, on ensiökäämin virta ja toisiokäämin virta. [Wikipedia] Kaava 2 Kaava kolme kuvaa kelojen välistä keskinäisinduktanssia M, kun kaksi kelaa, kela A ( kierrosta) ja kela B ( kierrosta) ovat lähellä toisiaan ja keloissa kulkevat virrat ovat ja.,

16 Kaava 3 missä on kelan B läpi kulkevan virran synnyttämä magneettivuo kelan A yksittäisen kierroksen läpi. Vastaavasti on kelan A aiheuttama magneettivuo, joka läpäisee kelan B yksittäisen kierroksen. Keskinäisinduktanssi riippuu vain kelojen rakenteesta ja geometriasta. Kelojen toisiinsa indusoimat jännitteet virran muutoksen suhteen voidaan laskea kaava 4 käyttämällä. [Wikipedia] Kaava 4,, Lohko 4: Tasasuuntaus Muuntajasta tuleva vaihtovirta kokoaaltotasasuunnataan ja syötetään akuille suodatuspiirin kautta. Laturin ohjaus Pulssisuhde Laturin akuille syöttämää virtaa voidaan ohjata säätämällä IGB- transistoreiden pulssisuhdetta. Pulssisuhteella tarkoitetaan yleisesti jaksoa, jonka aikana signaali on päällä (tässä tapauksessa milloin IGBT johtaa) ja se voidaan ilmaista kaavan 5 avulla, jossa D on pulssisuhde, t1 aika jolloin signaali on päällä ja T koko jakson aika. Kuva 5 kuvaa signaalin käyttäytymistä koko jakson aikana. [Wikipedia] Suhde, jolloin signaali on 1. Kaava 5

17 Kuva 14 Kytkentätaajuus Kytkentätaajuus, määrä kuvassa 14 näkyvän jakson pituuden. Eli mitä korkeampi taajuus f sitä useammin jaksoja T tulee kuten kaavasta 6 näkyy: [Wikipedia] IGB-transistorien kytkentätaajuus selvitettiin oskilloskoopin avulla luultavasti toimivasta laturista (kuva 15 ja 16) Vasemmanpuoleisessa kuvassa (kuva 15) kytkentätaajuus selvitetään oskilloskoopin avulla. Oikeanpuoleisessa kuvassa (kuva 16) näkyy mittausvastus joka on kytketty laturiin. Eri pulssisuhteiden vaikutus syöttövirtaan selvitettiin simuloimalla LT Spice ohjelman avulla piiriä. Kuvassa 17,18 ja 19 näkyy simulointien tulokset. Kuvissa punainen käyrä kuvaa välipiirin jännitettä, sininen käyrä syöttöjännitettä ja vihreä käyrä syöttövirtaa.

18 Kuva 17. Pulssisuhteen ollessa 10 % virta asettuu noin 10 A Kuva 18. Pulssisuhteen ollessa 30 % virta asettuu noin 33 A

19 Kuva 19. Pulssisuhteen ollessa 100 %. Virta asettuu noin 40 ampeerin tienoille Lähteet Sähköturvallisuus: Akut: Thunder Sky: Instruction Manual For LFP/LCP/LMP Lithium Power Battery. Saatavilla: ev.com/manuals/thundersky%20product%20manual.pdf Kytkentätaajuus: ate= Muuntaja: Pulssisuhde: