DIY зарядка для Tesla. Как устроен J1772? Делаем свой wallconnector с куртизанками
Зарядное устройство переменного тока для электромобилей с протоколом J1772 по сути своей не зарядное устройство. Чтобы понять принцип работы я решил сделать свой Wallconnector с бюджетом до 10.000 руб. и разобраться как все работает. Опыты с электричеством опасны! Не повторяйте это дома, или повторяйте. решать Вам.
Чтобы успокоить Вас после кликбейтной картинки, сам коннектор по сути не зарядное устройство, а лишь реле, для подачи питания на разъем после того как разъем подсоединен к машине и машина готова заряжаться.
Чарджер (зарядное устройство) находится в машине, именно чарджер выключает контактор внутри машины по окончанию процесса зарядки, BMS (Battery management system) система, которая контролирует ячейки батареи так же находится внутри машины.
Существует целый зоопарк разъемов и типов зарядок для электромобилей. Основное отличие в постоянном и переменном токе. В случае AC зарядок Вы ограничены максимальной пропускной мощностью Вашего чарджера.
В случае DC, постоянный ток нужного напряжения направляется прямо в BMS, поэтому максимальная мощность может быть на порядок выше. Например CCS2 Combo и Supercharger V3 могут обеспечивать пропускаемую мощность при зарядке до 250кВт.
Я не устаю повторять, что я технарь, я программист, физмат в мою бухту. Возможно, моя юность прошла в растянутом шерстяном свитере, но сейчас я гордо смеюсь в лицо любому приколу об айтишниках. И ты айтишник, на тебя с обожанием смотрят женщины и с завистью мужчины. Хорошо, что ты уже за компьютером, будем в две клавиатуры хакать зарядку от Тесла.
Так, вот с батареями все не так просто. Литий штука капризная и непостоянная, особенно LiPo. По всем канонам может выдержать до 3C зарядку. Т.е. при емкости батареи в 75 кВт*ч максимальная мощность при зарядке 225 кВт. При 400В это 562,5А.
Если Вас такие цифры уже испугали, добро пожаловать в наш отряд! Да, батарея при такой зарядке бешено охлаждается, с КПД все не так просто, на деградацию никто не смотрит, важны маркетинговые цифры. Новая геометрия ячеек от Макса и новый катод должны творить чудеса. Но мне страшно сидеть в машине, которая заряжается четвертью мегавата.
Это не связано с текущим постом, но при передаче батареи для электромобиля на парковке в Москве я стал виновником взрыва 200 ячеек 18650, я знаю как горит литий на чужих крышах и капотах машин, а у меня в глазах счетчик потерь за сегодня.
В общем, зарядку для переменного тока(ее принято так называть) все-таки я сделал, хотя перед этим смотрел открытые проекты вроде OpenEVSE.
Изучил устройство Wall connector, mobile connector, мобильных зарядок сторонних производителей.
SAE J1772
Сам стандарт был принят в 2001 году, он же потом переродился в виде Combined Charging System (CCS). Ниже принципиальная схема.
Proximity pin это по сути кнопка в пистолете, который Вы вставляете в машину, Вы нажимаете кнопку, машина понимает и показывает зарядному устройству по pilot pin, что пора тоже отключить контактор, отключает контактор в зарядном устройстве к чарджеру.
Цель этого блока обеспечивать гарантированное отключение питания в случае непредвиденных обстоятельств. Зарядный пистолет должен быть обесточен, когда не находится в зарядном порту автомобиля и автомобиль не требует зарядки.
Вся магия в процессе общения Tesla с wall connector или mobile connector кроется в понимании работы pilot pin, и это очень просто.
В начальном состоянии ваше з.у. подключает к pilot pin 12V с ШИМ сигналом, по которому машина понимает какой ток максимальный для данной зарядной сети.
Так как я работаю в https://teesla.ru/, то и з.у. разрабатывал под Тесла. Например Tesla model 3, Y, X, S за редким исключением авто с двумя чарджерами могут принимать при зарядке переменных током до 48А с одной фазы для американских авто и до 16А по каждой их трех фаз для европейских авто.
В моем случае это Tesla model Y чистокровный американец, ток до 48А, поэтому все компоненты я брал на честные китайские 63А, а ШИМ сигнал необходимо обеспечить в размере 80% с частотой в 1кГц.
Далее мы вставляем разъем с питанием в авто. Сопротивления на схеме j1772 выше условны, для понимания принципа работы. R3 в автомобиле на 2.7 кОм работает как делитель напряжения и у нас на pilot pin остается 9V, все дружно понимают, что машина подключилась к зарядке. Детектор в з.у. и в авто видят работу в штатном режиме.
Машина включает контактор к чарджеру и дополнительной сопротивление 1.3кОм для подтяжки pilot pin к земле. Забыл сказать, что земля для AC и GND для pilot и proximity объединены, еще и поэтому важно иметь хорошую землю на з.у., если Вы гордились тем, что Ваше китайское з.у. терпимо к плохой земле, передайте китайцам большой рахмед.
После включения в авто второго сопротивления, общее сопротивление между pilot pin и GND падает и напряжение на pilot становится 6V, можете посчитать. Детектор в чарджере от всего этого начинает понмиать, что пора и включает свой контактор.
Вот и вся суть зарядки. Обеспечить питание для pilot pin, детектор и контактор. Я взял за основу проект Jacob Dykstra.
Набросал схему в онлайн редакторе, по возможности проверил и заказал производство.
Микроконтроллер Wemos D1 на основе esp8266 c wifi и bluetoth для блюкджека и куртизанок.
Опторазвязка 4N35 играет роль драйвера, именно через нее мы питаем pilot pin 12V и обеспечиваем ШИМ сигнал.
Компаратор напряжения LM393 играет роль детектора. Настроив переменными резисторами переходные напряжения для сравнения мы получаем подтянутые ноги D8, D7 в переходных значениях 12V, 9V, 6V. Таким образом микроконтроллер понимает подключена ли машина и готова ли машина к зарядке.
Микроконтроллер включает реле, которое включает контактор в силовой части, через реле на плате проходят милиамперы.
2 недели и из солнечного Шеньженя посылка уже у меня. Никак не могу поверить, что это стоит 2$.
Силовая часть собрана в щитке на рейке. Все компоненты чистокровные китайские. Слева направо.
В качестве защиты я выбрал УЗО на 63А с проверкой целостности земли.
Решил включить в состав счетчик, чтобы проверять данные, которые указывает машина о заряде и реальное потребление, так узнаю КПД заряда.
Блок питания AC-DC на 12V.
Контактор для отключения фазы и нуля сразу с максимальным током в 63А.
С монтажом на стене.
Код Jacob’a
О плюшках и куртизанках
В проект заложена возможность применения адресной LED для индикации состояния. Использование RFID для применения ключей и личных кабинетов. Так же личный кабинет может быть через аутентификацию на сервере. Измерение силы тока позволит считать электроэнергию для распределения по лицевым счетам. Но это уже другая история.
Вывод
Я добился цели разобраться как работает J1772. Зарядное устройство работает. Есть планы как развивать этот проект. В самом начале я планировал уместиться в 10.000 руб., этого не получилось, потому что сам кабель стоит дороже.
Источник
Как зарядить Tesla в домашних условиях
По информации сайта onliner.by
«Как заряжать?» — это, наверное, первейший вопрос, который возникает у человека, интересующегося покупкой электромобиля Tesla в Беларуси. Мы расскажем обо всех нюансах и особенностях зарядки Tesla.
Вспомним физику: вольты, амперы и киловатты
Для начала немного базовой информации об электрическом токе. Если вы хорошо учились в школе и знаете, чем вольты отличаются от амперов и киловаттов, можете смело пропустить эту информацию.
Емкость батареи автомобиля измеряется в киловатт-часах. Для примера возьмем популярный седан Tesla Model 3 с батареей на 82 кВт·ч. Это значит, что теоретически она может выдать мощность в 82 кВт в течение одного часа или, соответственно, 82 часа выдавать 1 кВт. Чтобы пополнить батарею, нужно сделать обратное — подать на нее 82 кВт в течение часа или 82 часа подавать на нее 1 кВт. Разумеется, в реальности существуют потери, и зарядка не всегда идет с одинаковой скоростью, но общая идея такая.
Ватт как единица мощности — это вольт (напряжение), умноженный на ампер (сила тока). Чтобы понять разницу между силой тока и напряжением, лучше всего подходит аналогия с водой. Напряжение — это, образно выражаясь, напор воды, а сила тока — диаметр трубы. Чтобы перекачать один и тот же объем воды (киловатт-часы), можно, к примеру, качать воду по узкой трубе с большим напором или по широкой трубе с малым напором.
Если труба широкая и с большим напором, то процесс наполнения идет быстро. В обратном случае — медленно. Для высокого напряжения нужна хорошая изоляция проводника (толстая стенка трубы), для большой силы тока — достаточное сечение кабеля (толщина трубы).
Зарядка от розетки в домашних условиях
Теперь поговорим о розетках. Обычная бытовая евророзетка имеет номинальное напряжение 220 В и максимальную силу тока, как правило, в 16 А или менее. Если умножить напряжение на силу тока, то есть 220 В × 16 А, мы получим максимальную мощность потребителя в 3520 Вт, или около 3,5 кВт.
Другой распространенный тип розетки — трехфазная, с межфазным напряжением 380 В (напряжение каждой фазы — те же 220 В). Она реже встречается в быту (обычно к ней подключают электроплиты), но повсеместно представлена на производстве, где используется мощное оборудование. Чаще всего трехфазная розетка имеет те же максимальные 16 А тока, что с учетом трех фаз дает нам 220 В × 16 А × 3 = 10,5 кВт. Эта розетка в евроисполнении имеет красный цвет и пять контактов, расположенных по кругу. Для удобства будем называть ее красной розеткой.
Бывают также однофазные розетки на 32 А (синего цвета), но у нас они встречаются крайне редко.
Tesla может заряжаться от любой из трех описанных розеток — евро, красной и синей. Последнюю в силу своей редкости мы рассматривать не будем. Перед тем, как перейти непосредственно к подключению Tesla в розетку, нужно вспомнить еще об одной детали. Поскольку в электросети используется переменный ток, а батарея электромобиля заряжается постоянным, его необходимо «выпрямить» c помощью зарядного устройства. То же самое происходит и тогда, когда вы заряжаете ноутбук или мобильный телефон. Только в случае с Tesla зарядное устройство установлено внутри автомобиля. Для Model 3 и Model Y оно имеет мощность 11 кВт, для Model S и Model X — 16 кВт. Говоря простым языком, скорость зарядки переменным током будет не больше 11 или 16 кВт за час.
Для подключения Tesla к розетке потребуется так называемый Mobile Connector, который по форме похож на зарядное устройство, хотя по факту это просто умный соединительный кабель. Раньше для рынка Европы в комплекте шли два адаптера: один для обычной евророзетки, другой — для трехфазной красной розетки. Но в настоящее время производитель комплектует автомобили лишь коннектором для евророзетки. Для зарядки от мощной трехфазной розетки придется докупать сторонние аксессуары.
В случае с Tesla для американского рынка все немного иначе. Они устроены так, что могут заряжаться только по одной фазе. Так что даже если подключить «американку» к трехфазной красной розетке, заряжаться она будет мощностью 3,5 кВт.
Так выглядит фирменный Mobile Connector
В автомобилях Tesla, предназначенных для Европы, спользуется два типа разъемов для зарядки. Model S и Model X имеют разъем типа Mennekes Type 2. Представленный в 2009 году, он был принят как единый европейский стандарт для электромобилей. На сегодняшний день его используют в Renault Zoe и BMW i3. Главное преимущество Type 2 — это возможность работать как с постоянным, так и переменным током, с одно- или трехфазной сетью. Кроме того, он намного безопаснее обычных разъемных соединений, так как передача энергии начинается только после того, как разъем полностью соединится и автомобиль с кабелем «договорятся» между собой о типе электрического тока и мощности зарядки. Европейская Model 3 оснащается разъемом CCS Combo 2, который поддерживает зарядку как постояным, так и переменным током. В случае с американской Tesla в машине будет находиться разъем собственной уникальной конструкции, более компактный, но не поддерживающий трехфазный ток.
Время зарядки
Теперь самое время поговорить о скорости зарядки в домашних условиях. Ниже мы свели в таблицу математические расчеты скорости зардки, но на практике время,которое электромобиль проведет у розетки, немного больше. Нужно учитывать потери энергии при передаче и тот факт, что не все электросети выдают заявленную мощность. Подсчитать время зарядки легко — нужно лишь разделить емкость батареи на мощность зарядки. Например, от евророзетки, которая выдает мощность 3,5 кВт, Tesla с батареей 82 кВтч будет заряжаться 23,4 часа. В реальности это время может быть немного больше. При мощности 11 кВт (у красной розетки) время зарядки сократится в три раза.
Важно знать, что заряжаться Tesla может только от заземленной розетки. В ином случае умный конектор просто не включит зарядку.
Если есть желание заряжаться в домашних условиях быстрее, чем это позволяет красная розетка, необходимо дополнительное оборудование. Одно зарядное устройство, установленное в автомобиле, по умолчанию позволяет заряжаться на мощности 11 или 16 кВт. Опциональное второе можно установить сразу на заводе или добавить позже, в этом случае максимальная мощность зарядки будет 22 кВт. Кроме того, необходимо будет установить High Power Wall Connector (HPWC), который является практически полным аналогом Mobile Connector, только установлен стационарно и имеет более толстый кабель.
Если для Америки HPWC является единственной альтернативой, то в Европе можно приобрести похожее устройство с разъемом Type 2 и соответствующий кабель. Но в случае с кабелем от сторонних производителей у вас не будет возможности открыть лючок зарядки нажатием на кнопку в кабеле. Придется открывать его с центрального экрана или с мобильного телефона через приложение, что не очень удобно. Мощность в 22 кВт позволит вам зарядиться полностью за 4 часа.
Но, пожалуй, самая большая проблема в случае с зарядкой на 22 кВт — это выделение соответствующей мощности. Если у вас нет возможности получить в месте стоянки автомобиля или в своем доме 22 кВт, второе зарядное устройство в машине и HPWC заказывать не имеет смысла. Для удобства в гараж лучше всего приобрести второй Mobile Connector и использовать его как стационарный, постоянно подключенный к розетке. А оригинальный возить с собой в багажнике на всякий случай, если потребуется зарядиться в дороге. Скорее всего, в пути вы будете заряжаться от обычной (если повезет с заземлением) или красной розетки.
Можно ли «сбросить удлинитель» из квартиры? Теоретически — да, практически — нет. Во-первых, в дождь или снег это будет небезопасно, во-вторых, зарядка от обычной розетки идет катастрофически долго. Поэтому чтобы нормально пользоваться электромобилем, установка трехфазной красной розетки рядом с постоянным местом парковки на работе или дома — это первоочередная задача, которой стоит озаботиться заранее. Как это сделать можно прочитать здесь.
Чтобы установить трехфазную розетку дома, вам, по-хорошему, необходимо будет сделать проект, пройти этапы согласований, смонтировать розетки, проложить кабели и, не исключено, установить дополнительный счетчик электроэнергии. Все это может взять на себя специализированная организация, которая занимается электрикой. В каждом отдельном случае будут варьироваться сроки, стоимость, доступность электрической мощности. Поэтому прежде чем думать о покупке электромобиля, вам обязательно нужно понять для себя, как вы будете решать вопрос с зарядкой.
Одним из приятных моментов, связанных с зарядкой Tesla, является наличие мобильного приложения для iOS и Android. Оно позволяет удаленно отслеживать статус автомобиля, его местоположение, управлять центральным замком, системой климат-контроля и, самое главное, следить за ходом зарядки. Можно в любом месте видеть, на какой мощности в данный момент заряжается машина и сколько времени осталось до завершения процесса.
Резюмируя, отметим вещи, о которых нужно помнить:
- зарядка от обычной евророзетки требует настоящего заземления и длится более суток;
- для нормальной эксплуатации нужна красная трехфазная розетка в гараже или на стоянке, которая позволяет зарядиться полностью за ночь (8 часов);
- второе зарядное устройство в автомобиле и HPWC особого смысла не имеют, разумнее купить второй Mobile Connector и использовать его как стационарный;
- автомобиль рассчитан на регулярную зарядку ночью, так же, как ваш мобильный телефон;
- вы не сможете заряжать американскую Model S от трехфазной розетки;
Источник
