Slika 26 Prikaz zakasnitev (RU-kontaktor, MO-tranzistor, ZE-polnilnice)
36 3 TESTER EVSE
3.7 Relejska matrika
Da lahko avtomatizirano izvajam simulacije napak, potrebujem relejsko matriko.
Zaradi razmer, ki so trenutno prisotne (kriza zaradi koronavirusa), je projekt za določen čas prekinjen in relejske matrike še nisem fizično vključil v projekt.
Sestavljena je iz 8 pomikalnih registrov, ki imajo zaporedni vhod in vzporedni izhod.
Prvi 4 pomikalni registri, ki so namenjeni za simuliranje napak in krmiljenje relejev, za shranjevanje uporabljajo uro CS1. Preostali štirje so rezervirani za kasnejšo morebitno nadgradnjo in krmiljenje multiplekserjev – ADC-linije. Plan je, da v projekt dodamo še nekoliko merilnikov napetosti ter dva tokovnika. Prvi tokovnik bi meril tok polnjenja, drugi pa diferenčni tok. Za simulacijo napak sem uporabil 25 relejev.
Slika 27 Relejska matrika
Izhode sem priključil na tranzistorje v darlingtonovi vezavi (integrirano vezje z oznako ULN2003, ki ima 7 kanalov), ki bodo vklapljali releje, ki simulirajo določene napake.
S pomočjo te logike bom simuliral 27 napak. Nekatere napake se ponavljajo z uporabo različnih upornosti (merjenje izolacijskih upornosti preizkusimo z različnimi upornosti
3.7 Relejska matrika 37
– opozorilo, napaka izolacije ...). Prednost darlingtonove vezave je, da zaradi velikega tokovnega ojačenja lahko že z majhnimi tokovi vklapljamo velika bremena.
Relejsko matriko bom krmilil preko uporabniškega vmesnika in krmilniškega vezja (krmilno vezje bo preko SPI-komunikacije povezano s pomikalnimi registri).
Napake, ki jih bomo simulirali, so:
- CCS: prekinitev PE-vodnika, prekinitev CP-vodnika, spreminjanje (vsiljevanje) stanja CP-vodnika, kratek stik CP-PE, napake izolacije (simetrične, asimetrične, različne uporovne vrednosti), kratek stik DC– in PE, kratek stik DC+ in PE, kratek stik DC+ in DC– pred začetkom polnjenja, merjenje PP-upora;
- chademo: prekinitev vodnika PE, CP, CP2, CS ali CS3, kratek stik CP-PE, kratek stik CP2-PE, kratek stik CS-PE, kratek stik CS3-PE, prekinitev CAN-komunikacije, napake izolacijske upornosti (simetrične, asimetrične, različne uporovne vrednosti), kratek stik DC+ in DC– (pred začetkom polnjenja), kratek stik med PE in DC–, kratek stik med PE in DC+.
Slika 28 Darlingtonov tranzistor [11]
39
4 Izvedba naprave in testiranja
Za zagon je treba tester priključiti na 230 V ter kabel RS232 ali ethernet in vmesnik CAN-USB povezati z računalnikom. Ko smo to opravili, se po opisanem postopku povežemo preko programa Putty glede na izbrani način komunikacije (serijsko ali preko RJ45-priključka) in vnesemo uporabniško ime ter geslo. Na uporabniškem vmesniku omogočimo polnjenje, nastavimo parametre polnjenja in potem v programu Putty glede na izbrani polnilni priključek pošljemo ukaz:
- CCS priključek: /home/root/dinstart.sh
- chademo priključek: /home/root/chademostart.sh
Polnilni proces se začne po poslanem ukazu. Spreminjanje parametrov, razklenitev glavnega kontaktorja in prekinitev polnjenja izvedemo preko uporabniškega vmesnika.
Slika 29 Slika projekta
40 4 Izvedba naprave in testiranja
4.1 Testiranje na terenu
Med izvedbo sem projekt ves čas testiral in preizkušal na dveh lastnih polnilnih postajah. Če sem uspešno zagnal polnjenje in opravil prenos moči na obeh polnilnih postajah, sem šel tudi na teren in preizkušal zagnati tester na javnih polnilnih postajah.
Testiranja so potekala tako, da sem poslal povpraševanje za testiranje projekta različnim podjetjem, ki ponujajo storitve polnjenja na javnih polnilnih postajah, ki so v njihovi lasti. Večina podjetij je testiranje dovolilo. Po pridobljenem dovoljenju sem tester naložil v vozilo in se zapeljal do polnilnih postaj ter preizkusil delovanje. Ob neuspešnem zagonu polnjenja sem shranil izpise komunikacije med polnilno postajo in krmilnikom polnjenja na testerju in zaprosil podjetje, da mi posreduje izpise iz polnilne postaje. Ob pridobitvi izpisov iz polnilne postaje si vzamem čas in jih pregledam ter poskušam ugotoviti, kaj je vzrok neuspešnega testiranja, nato pa napako odpravim. Po odpravljeni napaki najprej testiram na lastni polnilni postaji ter se po uspešnem zagonu ponovno odpravim na terensko testiranje.
4.2 Primer testiranja, opis in odprava napake
Odpravil sem se na terensko testiranje, priključil tester na polnilno postajo in zahteval polnjenje, najprej z uporabo CCS-priključka. Po večkratnem neuspešnem zagonu sem se odločil zamenjati polnilni priključek, uporabil sem chademo. Tudi z uporabo drugega polnilnega priključka je bil rezultat enak – neuspešno testiranje.
Glede na to, da mi je le enkrat uspelo opraviti uspešen zagon, sem se odpravil nazaj v podjetje in se poglobil v zapise, ki sem jih imel na razpolago. Zapis sem primerjal z zapisom uspešnega zagona in ugotovil, da je razlog za neuspeh to, da niso bili
izpolnjeni pogoji za vzpostavitev polnjenja.
Slika 30 Terenski testi
4.3 Skrajšani izpis uspešnega polnjenja 41
>>>>>>>>>>>>>>>> PRECHARGE REQ >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
--- CHARGE CURRENT 5.000000 --- --- CHARGE VOLTAGE 330.000000 ---
--- SOC 47.000000 ---
--- CCS VOLTAGE 331.750000 --- 3732363233383539
>>>>>>>>>>>>>>>> OnEvPreChargeRes >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
EVSEPresentVoltage = 328
EVSEPresentCurrent = 0
Iz zgornjega zapisa je razvidno, da je zahtevana napetost za sklenitev glavnega kontaktorja 330 V (PreChargeReq zahteva v predpolnjenju), polnilnica je odgovarjala, da pošilja napetost 328 V. Težava je v tem, da je programska oprema napisan tako, da je bil krmilnik glede odgovora o poslani napetosti zelo natančen. Napako so odpravili z majhno spremembo programska oprema, dodali so le ukaz, da krmilnik upošteva 5 V tolerance v predpolnjenju.
4.3 Skrajšani izpis uspešnega polnjenja
Za uspešen začetek polnjenja je potrebno izpolniti naslednje korake:
a) poslati ukaz za začetek polnjenja:
root@464G_71878105118:~# /home/root/dinstart.sh
b) postaja in krmilnik polnjenja čakata na priklop polnilnega priključka (povezava). Naslednji ukazi se ponavljajo, dokler ni fizične povezave CP-vodnika:
qca0 00:B0:52:00:00:01 Device Identity qca0 00:B0:52:DA:DA:99 ---
MAC 00:B0:52:DA:DA:99 Firmware result = 0 0
42 4 Izvedba naprave in testiranja
c) krmilnik polnjenja pošlje parametre, ki jih želi imeti med polnjenjem:
>>>>>>>>>>>>>>OnEvChargeParameterDiscoveryReq>>>>>>>>>>>>>>>
--- CHARGE CURRENT 5.000000 --- --- CHARGE VOLTAGE 330.000000 --- --- SOC 77.000000 ---
--- CCS VOLTAGE 0.750000 ---
d) pride zahteva za preverjanje izolacijske upornosti:
>>>>>>>>>>>>> CABLE CHECK REQ >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
e) če je upornost izolacije ustrezna, postaja preide v predpolnjenje, začne dvigovati napetost do vrednosti, ki jih je krmilnik polnjenja zahteval:
>>>>>>>>>>>>>> PRECHARGE REQ >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
--- CHARGE CURRENT 5.000000 --- --- CHARGE VOLTAGE 330.000000 --- --- SOC 77.000000 ---
--- CCS VOLTAGE 329.187988 --- 0000
f) krmilnik je dobil odgovor od polnilne postaje, da je dosegla želenih 330 V:
>>>>>>>>>>>>>>>> OnEvPreChargeRes >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
h) polnilni proces se prekine, ko se v sistemu pojavi napaka, ali takrat, ko krmilnik polnjenja dobi sporočilo, da je baterija polna. Prekinitev polnjenja lahko izvede tudi uporabnik: pošiljanje signala za prekinitev polnjenja, prekinitev CP-vodnika:
>>>>>>>>>>>>>>>> STOP POWER DELIVERY REQ
>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>
43
5 Simuliranje napak (opis, pričakovani in dejanski rezultat)
Da bi lahko pravilno simuliral napako in vedel, da je odziv testerja EVSE pravilen, moram imeti podlago ali osnovo, na kateri bom zasnoval svoje teste. Kot referenco sem izbral IEC 61851-23 ED2. Kot dejanski odziv sem upošteval odziv polnilne postaje, ki upošteva varnostne predpise in jih izpolnjuje. Druga postaja je večino testov neuspešno opravila (razen prekinitev PE-, CP-vodnika). Tudi pri kratkem stiku med DC+ in DC– je poskusila opraviti zagon polnjenja, prišla je zahteva in potem tudi signal za sklenitev glavnega kontaktorja. Po sklenitvi glavnega kontaktorja ni bilo nobene napetosti na izhodu postaje, ki je šele takrat zaznala, da mora prekiniti polnilni proces. Spremembo signala na releju sem vzel kot referenco za merjenje časa.
44 5 Simuliranje napak (opis, pričakovani in dejanski rezultat)
5.1 Prekinitev PE-vodnika po zagonu
Pogoji za izvedbo testa: Uccsmax ≥ 60 V.
Pričakovani odziv: zasilni izklop ob prekinitvi PE-vodnika. Izhodna napetost mora po 1,01 s znašati manj kot 60 V.
Dejanski odziv: napetost je bila po 380 ms v zahtevanem območju. Test je uspešno opravljen.
5.2 Prekinitev CP-vodnika pred zagonom
Pogoji za izvedbo testa: CP-vodnik mora biti prekinjen pred startom polnilnega procesa.
Pričakovani odziv: ob prekinjenem CP-vodniku ni izvedljiv zagon testa.
Dejanski odziv: ni komunikacije, nič se ne zgodi, test je uspešno opravljen.
5.3 Kratek stik med CP in PE ob zagonu
Pogoji za izvedbo: takoj ob zagonu kratkostičiti CP in PE.
Pričakovani odziv: če se vzpostavi polnjenje, mora polnilnica v 1 sekundi zmanjšati tok pod 5 A.
Dejanski odziv: polnilna postaja ne opravi zagona, ker zazna, da ni komunikacije.
Slika 31 Prekinitev PE ob zagonu
5.4 Prekinitev CP-vodnika po zagonu 45
5.4 Prekinitev CP-vodnika po zagonu
Pogoji za izvedbo testa: meritev je treba izvesti ob uspešnem zagonu polnilnega procesa, potekati mora prenos moči iz polnilne postaje na baterijo.
Pričakovani odziv: takojšnji izklop komunikacije ob prekinitvi CP-vodnika (tmax = 40 ms).
Dejanski odziv: test ni uspešno izpolnjen, čas izklopa je 160 ms.
Slika 32 Prekinitev CP-vodnika po zagonu
5.5 Merjenje napetosti in toka
Pogoji za izvedbo: –
Pričakovani odziv: izmerjena napetost se lahko razlikuje od napetosti na polnilnici za
±10 V, izmerjeni tok pa ±1,5 %, vendar ne več kot ±0,5 A.
Dejanski odziv: izmerjene vrednosti so v mejah tolerance.
5.6 Simetrični test izolacije (opozorilo) pred polnjenjem
Pogoji za izvedbo: izvede se pred polnjenjem med DC+/PE in DC–/PE hkrati. (R = 499 Ω/V).
Pričakovani odziv: postaja mora poslati vozilu »warning« sporočilo za izolacijo.
Dejanski odziv: postaja pošlje opozorilo vozilu.
46 5 Simuliranje napak (opis, pričakovani in dejanski rezultat)
5.7 Asimetrični test izolacije (opozorilo) pred polnjenjem
Pogoji za test: izvede se pred polnjenjem med DC+/PE ali DC–/PE (R = 499 Ω/V).
Pričakovani odziv: v obeh primerih mora postaja vozilu poslati »warning« sporočilo za izolacijo.
Dejanski odziv: postaja pošlje opozorilo vozilu.
5.8 Simetrični/asimetrični test izolacije (ERROR) pred polnjenjem
Pogoji za test: izvede se pred polnjenjem med DC+/PE in/ali DC–/PE (R = 99 Ω/V).
Pričakovani odziv: v času, ko postaja začne izvajati preverjanje izolacije +1 s, mora izhodna napetost polnilnice znašati manj kot 60 V.
Dejanski odziv: postaja javi napako vozilu, prekine komunikacijo in polnjenje.
Napetost je v zahtevanih mejah.
5.9 Simetrični/asimetrični test izolacije (opozorilo) med polnjenjem
Pogoji testa: izvede se med polnjenjem med DC+PE in/ali DC–PE. Velja R = 499 Ω/V.
Pričakovani odziv: postaja pošlje vozilu opozorilo in nadaljuje polnjenje.
Dejanski odziv: odziv je enak želenemu odzivu.
5.10 Simetrični/asimetrični test izolacije (napaka) med polnjenjem
Pogoji testa: izvede se med polnjenjem med DC+PE in/ali DC–PE. Velja R = 99 Ω/V.
Pričakovani odziv: postaja pošlje vozilu opozorilo in nadaljuje polnjenje.
Dejanski odziv: odziv je enak želenemu odzivu.
5.11 Kratek stik med DC+ in DC– pred polnjenjem
Pogoji testa: kratek stik med DC+ in DC– mora biti ustvarjen, preden polnilna postaja začne z merjenjem oz. preverjanjem izolacije (Cable Check).
Pričakovani odziv: postaja mora prekiniti komunikacijo in ne sme vzpostaviti polnjenja.
Dejanski odziv: polnjenje se ne začne.
5.11 Kratek stik med DC+ in DC– pred polnjenjem 47
6 Zaključek
V diplomski nalogi je predstavljen postopek načrtovanja in razvoja naprave, ki bo testirala delovanje polnilnih postaj. Med načrtovanjem in razvojem smo se soočili s številnimi problemi in neuspehi, kot so: neuspešna vzpostavitev polnjenja, napake med polnjenjem, uničevanje komponent, nepravilno delovanje naprave na javnih polnilnih postajah, številne načrtovalske napake ...
Zaradi pandemije koronavirusa mi ni uspelo projekta popolnoma zaključiti.
Lahko rečemo, da je 70 % projekta že uspešno narejenega in testiranega. Uspelo mi je vzpostaviti in vzdrževati proces polnjenja, kar pomeni, da je najbolj zahteven del projekta uspešno opravljen. V projekt je treba vključiti še tiskanino s kontaktorji in merilniki ter posodobiti krmilno vezje in uporabniški vmesnik, da lahko krmilimo kontaktorje in opravljamo simulacije. Uporabniški vmesnik je treba nadgraditi tako, da se uporabniku omogoči izbira napak, ki jih želi simulirati, ter dodati izpis rezultatov za posamezno meritev. Ko kompletiram projekt, moram preizkusiti delovanje na javnih polnilnih postajah. Če bo rezultat preizkusa uspešen, sledi izbira ohišja. Ko imamo izbrano ohišje, prototipna vezja prilagodimo ohišju in delovanje preizkusimo v preizkuševalnem laboratoriju podjetja. Sledijo EMC-testi, predstavitev projekta v javnosti ter prodaja.
49
Literatura
[1] Type 1 – CCS [Online]. Dosegljivo: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Type1-ccs.svg [Dostopano: 19. 8. 2021].
[2] Main EV Charging Connector [Online]. Dosegljivo:
https://www.researchgate.net/profile/Qing-Shan-Jia/publication/343252117/figure/fig1/AS:933776007909382@15996409576 37/Main-EV-charging-connectors-97-98.png [Dostopano: 19. 8. 2021].
[3] Schuko Connector [Online]. Dosegljivo: https://www.audiophonics.fr/11276- large_default_2x/abl-sursum-elamid-schuko-connector-16a-ip44-o125mm-black.jpg [Dostopano: 19. 8. 2021].
[4] In-Cable Control Box [Online]. Dosegljivo:
https://sc04.alicdn.com/kf/HTB11InZb9zqK1RjSZPcq6zTepXa0.jpg [Dostopano: 19. 8. 2021].
[5] WiseGRID FastV2G and other innovative optimized storage solutions
[Online]. Dosegljivo:
https://ec.europa.eu/research/participants/documents/downloadPublic?docum entIds=080166e5ba6d679d&appId=PPGMS [Dostopano: 19. 8. 2021].
[6] Design Guide for Combined Charging System [Online]. Dosegljivo:
http://tesla.o.auroraobjects.eu/Design_Guide_Combined_Charging_System_
V3_1_1.pdf [Dostopano: 19. 8. 2021].
[7] Description of the CHAdeMO connector pinout and schematic [Online].
Dosegljivo: https://www.researchgate.net/figure/Description-of-the-CHAdeMO-connector-pinout-and-schematic_fig3_319162700 [Dostopano:
19. 8. 2021].
[8] Car Media Lab [Online]. Dosegljivo: https://www.carmedialab.com/wp-content/uploads/2020/07/automotive_telematics_11.png [Dostopano: 19. 8.
2021].
50 Literatura
[9] MAX829 Datasheet [Online]. Dosegljivo:
https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX828-MAX829.pdf [Dostopano: 19. 8. 2021].
[10] MP2357 Datasheet [Online]. Dosegljivo:
https://www.monolithicpower.com/en/documentview/productdocument/index /version/2/document_type/Datasheet/lang/en/sku/MP2357/document_id/223/
[Dostopano: 19. 8. 2021].
[11] ULN2003 Driver example circuit [Online]. Dosegljivo:
https://www.hobbytronics.co.uk/image/data/st/uln2003a-driver.jpg [Dostopano: 19. 8. 2021].