4 2 Polnilna postaja
ki ima maksimalno moč 400 kW. Pričakovana je tudi novejša verzija priključka, ki se bo imenovala ChaoJi in bo omogočala polnjenje čez 500 kW. Uporabniki chademo priključka v Evropi so bili redki. Zdaj, ko so se na trgu pojavile nove verzije priključka, se je tudi število uporabnikov povečalo.
Nekateri proizvajalci so za lastna vozila razvili tudi lastne polnilne priključke in vtičnice (Tesla ...). Potreba po lastnih priključkih izhaja iz potreb po večjih polnilnih tokovih. Če gledamo konkreten primer Tesle, ki omogoča svojim uporabnikom, da lahko načrtujejo daljša potovanja, so po svetu že razvili mrežo tako imenovanih »super polnilcev« (moč polnjenja do 250 kW). Glavni problem ali težava lastnikov vozil, ki imajo lasten polnilni priključek, je lahko pomanjkljiva infrastruktura, ki je prilagojena njihovim vozilom, čeprav so na spletu že dostopne različne mape, ki uporabnikom pomagajo načrtovati pot tako, da je prilagojena vozilu, ki ga uporabljajo.
2.2 Načini polnjenja 5
2.2 Načini polnjenja
Standard IEC 61851 definira 4 različne načine polnjenja, ki so med seboj različni predvsem po polnilnem toku, komunikaciji z EV in varnosti, ki je predpisana ali upoštevana pri polnjenju.
Način 1
Električno vozilo je povezano na izmenično (AC) omrežje, zaščiteno je s 16 A-varovalko in omogoča do 250 V (enofazno polnjenje) ali 480 V (trifazno polnjenje).
Uporabljajo se tako imenovani šuko priključki ali CEE, ki so dostopni v vsaki hiši.
Slika 3 Šuko vtikač [3]
Način 2
Električno vozilo je povezano na AC-omrežje, zaščiteno z 32 A-varovalko ter omogoča enake napetosti kot način 1. Za komunikacijo uporabljamo vmesnik, ki je vgrajen v polnilni kabel in prispeva k prenapetostni zaščiti, zaznavi tokovnih napak ter kontroli polnilnega toka (ICCB – In-Cable Control Box). Razsmernik, ki pretvarja izmenični tok omrežja v enosmerni tok, se nahaja v električnem vozilu.
Slika 4 ICCB [4]
6 2 Polnilna postaja
Način 3
Električno vozilo je povezano z omrežjem preko polnilne postaje, ki je opremljena z modulom za komunikacijo o razpoložljivem polnilnem toku. Vsebuje prenapetostne zaščite, zaznava tokovne napake in eno ali več polnilnih priključkov. Sprejemnik se nahaja v električnem vozilu.
Način 4
Podobno kot pri načinu 3, le da je sprejemnik nameščen v polnilni postaji. Direktno polnjenje z enosmernim tokom je precej višje kot z izmeničnim, kar bistveno zmanjša čas, ki je potreben za polnitev baterijskega paketa električnega vozila.
Vidimo, da potrebna varnostna oprema ali varnostna zaščita narašča od načina 1 do načina 3. Za javno uporabo mora polnilnica ustrezati načinu 3 ali 4. Potrebno je omeniti, da se pri načinih 2, 3 in 4 analogna komunikacija vzpostavi med EV in EVSE preko kontakta CP.
2.3 Komunikacija med EVSE in EV (CCS) 7
2.3 Komunikacija med EVSE in EV (CCS)
Kontakt CP s pomočjo analognega PWM-signala omogoča zaznavanje različnih polnilnih stanj z meritvijo električne upornosti znotraj kabla. Različna stanja, ki jih kontakt CP zazna:
- stanje A (+12 V)
Vozilo ni priključeno na polnilno postajo - stanje B (+9 V)
Vozilo je priključeno na polnilno postajo, vendar še ni pripravljeno za polnjenje (niso izpolnjeni vsi pogoji za začetek polnjenja)
- stanje C (+6 V)
Vozilo je povezano na EVSE, izpolnjeni so vsi pogoji za začetek polnjenja, tudi električno vozilo je pripravljeno; hlajenja ne potrebujemo
- stanje D (+3 V)
podobno kot pri stanju C, le da potrebujemo še ventilacijo ali dovod svežega zraka k baterijskemu paketu
- stanje E (0 V)
prišlo je do težav z omrežjem ali pa sploh ni omrežne povezave - stanje F (–12V)
EVSE ni na razpolago
Tabela 1 Tabelični prikaz posameznih stanj
Osnovno stanje Stanje polnjenja Upornost med CP-PE
Napetost CP-PE
Stanje A pripravljenost odprte sponke +12 V
Stanje B vozilo zaznano 2740 Ω +9±1 V
Stanje C pripravljeno – polnjenje
882 Ω +6±1 V
Stanje D z ventilacijo 246 Ω +3±1 V
Stanje E brez napajanja - 0 V
Stanje F napaka - –12 V
8 2 Polnilna postaja
Primer:
Slika 5 prikazuje ali opisuje polnilni proces s prikazom sprememb stanj, ki sem jih že prej omenil. Koraki polnjenja [5] :
1. Vozilo ni priključeno, izmerjena je napetost +12 V med CP-kontaktom in ozemljitvenim kontaktom (PE) polnilnice. Aktivno je stanje A.
2. Vozilo je priključeno preko polnilnega kabla. Napetost je +9 V, kar ustreza stanju B.
3. EVSE je zdaj pripravljena za oddajo moči do izhodne vtičnice in že sporoča maksimalni tok, ki ga zmore. Napetost v tem koraku oscilira med +9 in –12 V. Vozilo zaklene vtičnico takoj, ko izmeri, koliko znaša delovni cikel.
4. Vozilo je izmerilo velikost delovnega cikla, kar pomeni, da je tudi vozilo pripravljeno na polnjenje. Napetost je zdaj odvisna od vrste baterije in je lahko v stanju C ali D.
5. V tem koraku polnilna postaja zaklene polnilni priključek ter onemogoči odstranitev polnilnega kabla iz vozila (izmenično polnjenje). V primeru enosmernega
Slika 5 Napetostni nivoji za posamezna stanja (Med CP- in PE-vodnikom)
2.3 Komunikacija med EVSE in EV (CCS) 9
polnjenja je polnilni kabel že pritrjen na polnilno postajo. Vzpostavi se polnjenje. Pri stanju D se polnjenje ne vzpostavi, dokler ni zagotovljeno hlajenje (ventilacijski pogoj izpolnjen).
6. Polnjenje se je začelo, vozilo popolnoma kontrolira proces polnjenja. Polnilni tok ne sme presegati zgornje meje, ki je v tem primeru 30 A.
7. Zaradi nekaterih razlogov (preobremenitev ...) se je zmanjšal maksimalni dostopni polni tok, ki je zdaj 18 A.
8. Vozilo je ustavilo polnjenje.
9. Glavni kontaktor, ki se nahaja v vozilu, je razklenjen in se je trenutno stanje spremenilo v stanje B.
10. EVSE je zaznala stanje B in je odprla kontaktorje, napetosti ni več na izhodni vtičnici.
11. Povezave med vozilom in postajo ni več, kar je povzročilo stanje A. Napetost je ponovno 12 V.
10 2 Polnilna postaja
2.3.1 Ugotavljanje trenutnega stanja [6]
Preden povežemo postajo in vozilo je med PE- in CP-vodnikom 12 V. Ko je med EVSE in vozilom prisotna povezava, vozilo to zazna in elektronika prepreči
premikanje vozila.
Slika 6 Vezje, ki določa trenutno stanje
Ko vozilo priključimo na polnilno postajo in pride zahteva za polnjenje, se ustvari povezava med CP- in PE-vodnikom, nimamo več konstantnih 12 V, temveč 1 kHz-generator pravokotnih pulzov z amplitudo 12 V, zaporedno je vezan upor 1 kΩ, dioda je obrnjena v prevodni smeri, bremenski upor je 2,74 kΩ, kar zniža napetost na +9 V.
R1 = 1 kΩ, R2 = 2,74 kΩ, UG = 12 V@1 kHz, UD = 0,7 V.
Stanje B:
𝑈𝐶𝑃 = (𝑈𝐺 − 𝑈𝐷) 𝑅2
𝑅1+𝑅2= 11,3 𝑉2,74 𝑘Ω
3,74 𝑘Ω= 8,3 V (2.1) Ko so izpolnjeni vsi pogoji za polnjenje in ko vozilo pozna maksimalni tok polnjenja (znan delovni cikel), krmilno vezje sklene stikalo S2 in uporu R2 vzporedno doda še upor velikosti 1,3 kΩ, kar zniža upornost na 882 Ω.
𝑅12= 2,74 𝑘Ω∗1,3 kΩ
2,74 𝑘Ω+1,3 kΩ= 881,6 ≅ 882 Ω (2.2) Stanje C:
2.3 Komunikacija med EVSE in EV (CCS) 11
𝑈𝐶𝑃 = (𝑈𝐺− 𝑈𝐷) 𝑅12
𝑅12+𝑅1 = 11,3 𝑉 882 Ω
1882 Ω= 5,3 𝑉 (2.3) Pri nekaterih električnih vozilih obstaja tudi stanje D ali polnjenje z ventilacijo.
Običajno so to starejša vozila. V tem primeru se uporu 2,74 kΩ vzporedno priključi upornost 270 Ω.
𝑅12 = 𝑅1×𝑅2
𝑅1+𝑅2= 2740 Ω×270 Ω
2740 Ω+270 Ω= 246 Ω (2.4)
Stanje D:
𝑈𝐶𝑃 = (𝑈𝐺− 𝑈𝐷) 𝑅12
𝑅12+𝑅1 = 11,3 𝑉 246 Ω
1246 Ω= 2,3 𝑉 (2.5) Pri vseh stanjih imamo enako toleranco, ki je ±1 V, razen pri stanju A in pri negativnih vrednostih, kjer je toleranca ±0,5 V.
12 2 Polnilna postaja
2.4 Digitalna komunikacija
Če bi polnjenje baziralo le na analognem signalu, bi se polnilni proces takoj začel z maksimalnim tokom in bi trajal, dokler vozilo ne bi bilo napolnjeno. Za uporabnika bi to pomenilo, da ne bi vedel osnovnih informacij o polnjenju:
- trajanje polnjenja, - status baterije,
- potrebna energija za polnjenje ...
Komunikacijo preko analognega PWM-signala so izboljšali z uporabo digitalnega protokola na višji ravni. Dvosmerna komunikacija krmilnika polnjenja v postaji in krmilnika polnjenja v vozilu se začne, ko se na CP-kontaktu pojavi 5 % PW-signala. Komunikacija je zasnovana na »client-server« principu, kjer krmilnik polnjenja v polnilni postaji pošilja zahteve in pričakuje odgovore krmilnika polnjenja v električnem avtu (lahko je tudi obratno). Odgovor mora biti poslan v določenem časovnem območju (približno 4 sekunde). Če odgovor ni prišel v predpisanem času, se komunikacija prekine in mora biti ponovno inicializirana.
2.4.1 Kratek opis zahtev in odgovorov
SECCDiscoveryReq – prva zahteva, poslana je iz vozila. Vozilo želi od krmilnika polnjenja v polnilni postaji pridobiti IP-adreso in številko porta. Ko dobi potrebne podatke, se ustvari transportna pot.
SupportedAppProtocolReq – dvojica sporočil, ki preveri najvišjo dostopno verzijo protokola, ki ga podpirata oba krmilnika polnjenja.
SessionSetupReq – uporablja se za določitev ID seje, ki se bo uporabljala za vsa nadaljnja sporočila.
ServiceDiscoveryReq – krmilnik polnjenja vozila preveri, katere storitve so na voljo v polnilnici.
ServiceDetailReq – informacije o uporabljenih storitvah ali uslugah, če gre izključno za polnjenje, potem ta zahtevek ni obvezen.
PaymentServiceSelectionReq – zahteva ne pomeni tega, kar asociira ime, gre bolj za ugotovitev načina avtentikacije in izbire storitve. Za plačilo in avtorizacijo so izbrani zunanji načini (RFID naprave).
AuthorizationReq – ponovno preverjanje avtorizacije.
2.4 Digitalna komunikacija 13
ChargeParameterDiscoveryReq – krmilnik polnjenja informira, koliko energije je potrebno do polne baterije in potem polnilna postaja nastavi parametre, s katerimi lahko polni.
Pri naslednjem koraku se AC in DC razlikujeta med seboj. DC polnjenje nadaljuje s CableChechReq. Ta zahteva lahko traja tudi do 40 sekund. Spremeni se stanje iz B na C ali D, zaklene polnilni priključek in začne test izolacije z visoko napetostjo.
PreChargeReq – električno vozilo pošlje zahtevo, polnilnica izhod prilagodi želeni enosmerni napetosti in ustrezno omeji tok. Pri tem koraku sem imel velike težave, dokler nisem ugotovil, da ima polnilnica nastavljen nekaj manjši potrebni odzivni čas od ostalih zahtev in se je proces polnjenja ustavil.
PowerDeliveryReq – električno vozilo zahteva začetek polnjenja baterije.
Polnjenje se prilagodi zadnji napetosti, ki je bila zahtevana v polnilnici.
CurrentDemandReq – ves čas preverja, če sta napetost in tok nastavljena ustrezno, glede na omejitve baterije.
MeteringReceiptReq – če je zahtevano, preveri definirane vrednosti parametrov toka in napetosti.
Ko pride želja za ustavljanje ali prekinitev polnjenja, se ponovno pošlje zahteva PowerDeliveryReq z drugimi parametri, polnjenje se ustavi in kontaktorji se razklenejo.
WeldingDetectionReq – preverja, če sta se kontakta zavarila med polnjenjem.
Za vsako zahtevo preveri enkrat.
SessionStopReq – ustavi komunikacijo in prekine polnilni proces.
14 2 Polnilna postaja
2.5 Komunikacija – chademo priključek
Za chademo priključek lahko rečemo, da je enostaven kontrolirani DC-vir energije.
Vsebuje naslednje sponke:
- napajalne zatiče DC, - 5 analognih kontaktov, - kontakta CAN-L in CAN-H.
Zahtevamo chademo polnjenje in polnilnica čaka, da uporabnik pritisne tipko START, ki se nahaja na polnilnici. Ko uporabnik pritisne tipko, se aktivira stikalo »d1«, steče tok skozi diodo v optičnem sklopniku in ga vzbudi/aktivira. Električno vozilo to zazna in preko CAN-komunikacije posreduje polnilne parametre (tok, napetost in napolnjenost vozila). Polnilna postaja potem sporoči svoje maksimalne parametre (tok, napetost) in morebitne napake, ki so trenutno prisotne. Če je vozilo »zadovoljno«, aktivira tranzistor »k«, kar pove postaji, da je polnjenje omogočeno. Polnilnica zaklene kontaktor (J) in izvede test izolacije, da preveri morebitne napake v napajalnem kablu ali priključku. Ko se test uspešno izvede, polnilnica sklene stikalo »d2«, kar sproži optični sklopnik »g«. Stanje »g« pomeni, da je polnilnica uspešno pripravljena. Vozilo takrat sklene glavni kontaktor in polnjenje se začne. Vsakih 100 ms vozilo pošlje zahtevo z novimi polnilnimi parametri preko CAN-busa, kar pomeni, da je polnilnica prisiljena konstantno regulirati tok in napetost.
Slika 7 Vzpostavitev polnjenja – chademo priključek [7]
Ko je polnjenje končano, vozilo pošlje zahtevo po ničelnem toku, polnilnica prekine oddajanje moči na svojemu izhodu. Vozilo preverja dejanski tok, dokler se ne prepriča, da ga ni, in takrat izklopi tranzistor »k«. Ko je tranzistor izklopljen, se deaktivirata še stikali »d1« in »d2«, polnilnica odklene polnilni priključek in polnjenje je zaključeno.
2.5 Komunikacija – chademo priključek 15
Tako vozilo kot EVSE ves čas izvajata kontrolo napetosti, toka, temperature in preverjata, če obstajajo napake v polnjenju.
Vozilo lahko na 4 različne načine prekine polnjenje:
- zahteva 0 A toka preko CAN-komunikacije;
- pošlje sporočilo, da je zaznalo napako;
- izklopi tranzistor »k«, kar onemogoči polnjenje;
- odpre glavni kontaktor, ki se nahaja v vozilu.
EVSE lahko na 2 različna načina prekine polnjenje:
- sproži oz. aktivira glavno varovalko na vhodu;
- odpre izhodni kontaktor.
Lahko rečemo, da je chademo zelo varen način polnjenja. Poleg tega, da se vsi parametri in kontrole (lahko) izvajajo preko CAN-komunikacije, je zahtevana tudi prisotnost analogne komunikacije. Analogna komunikacija prispeva k varnosti tako, da:
- prepreči začetek polnjenja ob morebitni okvari digitalnega sistema;
- potrjuje, da krmilnik polnjenja v EV in EVSE deluje povsem pravilno;
- ko analognega signala ni, se avtomatično prekine polnjenje.
Prekinitev polnjenja je mogoče hitreje doseči z uporabo analogne komunikacije, kar je v nekaterih primerih zelo pomembno.
17
3 TESTER EVSE
Glavni cilj projekta je načrtovanje ter razvoj naprave, ki bo lahko brez težav simulirala električno vozilo ter izpolnjevala vse pogoje za vzpostavitev in vzdrževanje polnilnega procesa. Za uspešno vzpostavitev polnjenja je pomembno upoštevanje predpisov, ki so večinoma definirani v standardu ISO 15118 (komunikacija). Zaradi obsežnosti je projekt razdeljen in načrtovan po posameznih sklopih.
3.1 Blokovna shema
Sestavni deli projekta:
- polnilne postaje,
- polnilni kabli in vtičnice, - komunikacija,
- napajalna enota, - simulator baterije,
- krmilnik polnjenja avtomobila (FLEA), - uporabniški vmesnik,
- glavni kontaktor za vzpostavitev polnjenja.
Slika 8 Blokovna shema projekta
18 3 TESTER EVSE
Med izdelavo diplome sem imel na voljo dve polnilni postaji različnih cenovnih razredov. Prva postaja je nizkocenovnega razreda, namenjena je domači uporabi in večino varnostnih kriterijev ali predpisov ne preverja in ne izpolnjuje. Druga polnilna postaja je višjega cenovnega razreda, preverja in izpolnjuje vse varnostne kriterije in predpise. Različne polnilne postaje smo nabavili, ker smo želeli ves čas med izdelavo in razvojem projekt ustrezno prilagajati. Projekt podpira dva polnilna priključka:
- chademo in - CCS.
Hkrati uporabljamo lahko le enega izmed njih. Komunikacija je prilagojena posameznemu polnilnemu priključku. Komunikacija med našim vozilom in polnilno postajo poteka preko CP-, PE-kontakta (pri chademo je prisotna tudi CAN-komunikacija) in krmilnika polnjenja (FLEA). Krmilnik polnjenja je namenjen pošiljanju zahteve polnilni postaji, sprejemanju in hkrati odgovarjanju na zahteve, ki jih pošlje EVSE.
Prenos moči iz polnilne postaje na simulator baterije poteka preko kontaktov DC+ in DC–. Simulator baterije je sestavljen tako, da podpira polnjenja do 2 kW (lahko tudi več, ampak za krajši čas). Med baterijo in polnilno postajo se nahaja glavno vezje/glavni kontaktor, ki vzpostavi polnjenja, ko so za to izpolnjeni vsi pogoji.
Določeni deli (simulator baterije, hlajenje baterije, komunikacija, glavno kontaktorsko vezje, merilniki) potrebujejo zunanje napajanje. Zato skrbi napajalna enota. Glavni napajalni vir je 230 V@50 Hz. Poleg tega imamo tudi manjše 12 V-enosmerne napajalnike.
Uporabniški vmesnik je zelo enostaven. Izpisuje trenutne vrednosti toka in napetosti, sporoča, kateri kriteriji so izpolnjeni, omogoča sklenitev posameznih kontaktorjev in prekinitev polnjenja.
3.2 Komunikacijski del 19
3.2 Komunikacijski del
Komunikacija poteka preko CP- (PWM + HCL) in PE-kontakta, ko govorimo o CCS-priključku. Pri chademo priključku imamo poleg teh kontaktov še komunikacijo preko CAN-protokola. Naredil sem TIV in ga prilagodil tako, da lahko med procesom polnjenja z odstranjevanjem kartkostičnikov oz. spreminjanjem upornosti vsiljujem stanje polnjenja, ki ga želim. Preko teh kontaktov je polnilnica neposredno povezana s krmilnikom polnjenja, ki se nahaja v našem »avtu«. Kot krmilnik polnjenja smo uporabili napravo zunanjega proizvajalca CarMediaLab. Naprava se imenuje FLEA3.
Zadolžena je za nadzor polnjenja in omogoča dvosmerno komunikacijo. Sprejema in odgovarja na zahteve, ki jih polnilna postaja pošilja. Včasih tudi pošilja zahteve in čaka odgovore polnilnice. Krmilnik polnjenja nam omogoča, da lahko v realnem času spremljamo izmenjevanje sporočil med njima. To storimo tako, da se na krmilnik polnjenja povežemo preko programa Putty. Izbiramo lahko med komunikacijo preko ethernet ali serijskega porta. Izbranemu portu moramo prilagoditi nastavitve v Puttyju.
Poleg nadzorovanja nam krmilnik omogoča tudi nadgradnjo programske opreme.
Slika 9 FLEA – Car Media Lab [8]
20 3 TESTER EVSE
3.2.1 Izdelava tiskanega vezja za komunikacijo
Pri načrtovanju sem upošteval komunikacijske protokole in sheme iz poglavja 2.3 (CCS-priključek) in poglavja 2.5 (chademo). Na tiskanini se nahaja več priključkov:
- 2 priključka za komunikacijo, namenjena za vpogled in kontrolo CAN-prometa. Večinoma je priključek uporabljen za odkrivanje vzroka napak, ki nastanejo med polnjenjem.
- 2 priključka RS-232, namenjena za komuniciranje s FLEO. Preko tega priključka opravimo zagon, vzpostavitev, vzdrževanje, nastavitev polnilnih parametrov ter prekinitev polnjenja. Uporabniku omogoča tudi vpogled v zahteve ter odgovore, ki jih izmenjujeta polnilna postaja in krmilnik polnjenja.
- Izhodni priključek, ki poveže tiskanino s krmilnikom polnjenja (FLEO).
Večina kontaktov ali priključkov je neuporabljenih, ampak sem jih pri risanju upošteval.
- Priključka za chademo in CCS-protokol, ki povežeta polnilni priključek in tiskanino.
Slika 10 Blok shema komunikacijskega dela
Priključka, ki sta namenjena za chademo in CCS-protokol, povežeta izključno komunikacijski del polnilnega priključka. Zatiča, ki sta namenjena za prenos moči, se povežeta na simulator baterije.
3.2 Komunikacijski del 21
Za chademo priključek sem elektronsko izvedel le zaklenitev polnilnega priključka, za vse ostalo poskrbi programska oprema, ki sem ga dobil poleg krmilnika polnjenja.
Slika 11 Zaklenitev priključka CHADEMO
Za CCS sem upošteval vezje, ki je prikazano na sliki 6 in dodal kratkostičnike, da lahko z odstranitvijo posameznega kratkostičnika vsilim stanja (od A do F) med polnjenjem in pogledam odziv polnilne postaje na spremembo.
Slika 12 Vsiljevanje stanj – CCS-priključek
22 3 TESTER EVSE
3.3 Krmilno vezje
Ker bo naprava opravljala številna opravila (simuliranje napak, merjenje napetosti, merjenje tokov, obdelava podatkov, krmiljenje glavnega kontaktorja ...), potrebujemo krmilno vezje. Za začetek sem uporabil krmilno vezje iz drugega projekta in ga prilagodil tako, da lahko opravljam osnovna opravila (merjenje napetosti, krmiljenje kontaktorjev, krmiljenje glavnega kontaktorja ...). Razvoj prvega prototipa krmilnega vezja bom začel takrat, ko bom imel pripravljene vse tiskanine (tiskanine z merilniki toka, tiskanine z releji za simuliranje napak ...), saj zaenkrat še nimam natančno deklariranih opravil, ki jih bo opravljal mikroprocesor, in je nesmiselno zapravljati čas za načrtovanje.
Slika 13 Blok shema procesorskega vezja
3.3 Krmilno vezje 23
3.3.1 Napajalni del
Vezje se napaja preko napajalnega priključka (+12V). Uporabljeni so stikalni pretvorniki DC-DC navzdol, ker nekatere komponente za delovanje potrebujejo manjšo napajalno napetost (+3,3 V, +5 V ...) ter napetostni pretvornik MAX829 [9], ki na izhodu vrne invertirano vhodno napetost (–5 V). Uporabil sem sheme iz podatkovnih listov za posamezno komponento. [10]
Slika 14 Napajalni del
Poleg napajalnega dela potrebujem referenčni del, katerega napetosti morajo biti zelo natančne, da vezje deluje pravilno. Vezje potrebuje dve referenčni napetosti (−1,5 V in 3 V). Uporabil sem nastavljivi regulator (referenčno diodo) TL431 in si zagotovil referenco 2,5 V, ki sem jo nato z uporabo operacijskega ojačevalnika TL062 ojačal na 3 V. Dobljeno napetost sem nato razpolovil z uporabo invertirajočega operacijskega ojačevalnika (Au = 0,5) in na izhodu dobil napetost −1,5 V.
Slika 15 Referenčni del
24 3 TESTER EVSE
3.3.2 Mikroprocesor in komunikacija s procesorjem
Izbral sem 32-bitni mikroprocesor LPC2148FBD64 (ARM7). Maksimalna frekvenca, ki jo lahko nastavimo za procesorsko uro, je 25 MHz. Vezju sem dodal flash pomnilnik 512 kB za shranjevanje programske kode. Programsko kodo nalagamo preko JTAG-priključka. Za pridobitev merilnih rezultatov in pošiljanje ukazov zadošča, da računalnik povežemo s tiskanino preko enega izmed dveh priključkov RS-232 (poleg navadnega je na voljo tudi izolirani galvansko ločeni priključek) in potem ob prižigu uporabniškega vmesnika ustrezno nastavimo port (COM1, COM2 ...).
Slika 16 Priključka RS-232
3.3 Krmilno vezje 25
3.3.3 Merilnik napetosti
Merilnik napetosti sem sestavil iz diferenčnega ojačevalnika na vhodu in invertirajočega seštevalnika na izhodu.
R1 = R1 + R2 + R3 = R5 + R6 + R9; R2 = R4 = R7
𝑈− =𝑈𝑐𝑐𝑠× 𝑅1+ 𝑅2× 𝑈𝐷𝐶+
𝑅1+ 𝑅2 𝑈+ = 𝑈𝐷𝐶− 𝑅2
𝑅1+ 𝑅2
Če predpostavimo, da je ojačenje operacijskega ojačevalnika neskončno (A =
∞), potem velja U- = U+.
𝑈𝑐𝑐𝑠 = −𝑈𝐷𝐶+×𝑅2
𝑅1+ 𝑈𝐷𝐶− 𝑅2
𝑅1 + 𝑅2× 𝑅1 𝑅1+ 𝑅2
Da bi merjenje opravljali čim bolj natančno, sem diferenčnemu ojačevalniku dodal še invertirajoči seštevalnik, ki ima na vhodu multiplekserje, ki lahko izbirajo med različnimi kombinacijami ojačenja za različna napetostna območja. Ker ADC-vhod podpira le napetosti od 0 do 3,3 V, sem prištel 1,5 V k izmerjeni napetosti tako,
da lahko merim tudi v negativni smeri. Merjenja negativnih vrednosti v mojem primeru sploh ne bi potreboval, ampak sem jih preventivno vključil in upošteval pri načrtovanju.
Slika 17 Merilnik napetosti
26 3 TESTER EVSE
3.3.3.1 Invertirajoči seštevalnik
Kot primer bom izbral napetost UCCS ter upor R18 in zapisal enačbo za končno vrednost, ki pride v ADC.
𝑈𝐴𝐷𝐶 = (−𝑈𝑅𝐸𝐹× 𝑅22
𝑅25 −𝑈𝐶𝐶𝑆× 𝑅22 𝑅18 )
UADC je končna vrednost, ki jo pošljemo v mikroprocesor. Mikroprocesor nato podatek obdeluje in ga posreduje preko serijskega (RS-232) porta. Vrednost je zdaj vidna tudi v uporabniškemu vmesniku – izpis s številkami in/ali grafični prikaz napetosti Uccs
UADC je končna vrednost, ki jo pošljemo v mikroprocesor. Mikroprocesor nato podatek obdeluje in ga posreduje preko serijskega (RS-232) porta. Vrednost je zdaj vidna tudi v uporabniškemu vmesniku – izpis s številkami in/ali grafični prikaz napetosti Uccs