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
const int PilotPin = 3;
const int ChargeRequestPin = 4;
const int VehicleDetectPin = 5;
const int PowerRelay = 12;
bool VehicleDetected = false;
bool ChargeRequested = false;
const int led1 = 7;
const int led2 = 8;
const int led3 = 9;
void setup() {
// put your setup code here, to run once:
pinMode(PilotPin, OUTPUT);
pinMode(11, OUTPUT);
TCCR2A = _BV(COM2A1) | _BV(COM2B1) | _BV(WGM21) | _BV(WGM20);
TCCR2B = _BV(CS22);
OCR2A = 180;
OCR2B = 50;
pinMode(ChargeRequestPin, INPUT_PULLUP);
pinMode(VehicleDetectPin, INPUT_PULLUP);
pinMode(PowerRelay, OUTPUT);
pinMode(led1, OUTPUT);
pinMode(led2, OUTPUT);
pinMode(led3, OUTPUT);
digitalWrite(PowerRelay, LOW);
analogWrite(PilotPin, 255);
digitalWrite(led1, HIGH);
}
void loop() {
// put your main code here, to run repeatedly:
CheckStatus();
if(VehicleDetected == true){
digitalWrite(led2, HIGH);
analogWrite(PilotPin, 64);
}
else{
digitalWrite(led2, LOW);
analogWrite(PilotPin, 255);
}
if(VehicleDetected == true && ChargeRequested == true){
delay(1000);
CheckStatus();
if(VehicleDetected == true && ChargeRequested == true){
digitalWrite(led3, HIGH);
digitalWrite(PowerRelay, HIGH);
}
else{
digitalWrite(led3, LOW);
digitalWrite(PowerRelay, LOW);
}
}
else{
digitalWrite(led3, LOW);
digitalWrite(PowerRelay, LOW);
}
}
void CheckStatus(){
VehicleDetected = !(digitalRead(VehicleDetectPin));
if(pulseIn(ChargeRequestPin, HIGH, 5000) > 0){
ChargeRequested = false;
}else{
ChargeRequested = true;
}
}
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.
Комментарии (26)
Radiohead72
05.11.2021 17:59Я правильно понял что вы заряжаете трехфазной переменкой 48 ампер?
Итого мощность заряда 10,56 кВт?
На полный заряд с нуля уходит часов часов 7-8?
Кабель идущий к дому пришлось переложить?
Если я на своей даче попробую нагрузить вводной кабель такой мощностью - подозреваю что вводной превратится в дым)
webzuweb Автор
05.11.2021 18:28Я заряжаю одной фразой 48 ампер. Всего в дом приход 3 фазы по 63 входные автоматы. Ну, вот так получилось.
Конечно нужно соизмерять с возможностью сети. В целом сама машина в случае просадки напряжения уменьшит максимальный ток.
Pyhesty
06.11.2021 12:19+8вы очень сильно таким образом перекашиваете (на 48А) остальные фазы и потребителей, а так же трансформаторную подстанцию, что негативно скажется на остальных потребителях, у них может оказаться в сети 250 и более вольт... Такие мощности нужно потреблять исключительно из трехфазной линии симметрично.
aborouhin
05.11.2021 18:43+5Я так понимаю, в типичных российских реалиях (3 фазы по 25А, которые подключают практически бесплатно) гораздо удобнее будет упомянутый автором европейский трёхфазный вариант зарядки (3 x 16А), иначе плата за увеличение присоединённой мощности может обойтись как пол-Теслы :) Ну или инвертор 3ф->1ф, который, конечно, будет подешевле, но тоже на такую мощность не копеечное устройство отнюдь.
kosta_87
05.11.2021 20:22+23 фазы 48 ампер это не 10.6 киловат, а 31.5 киловат, и линейное напряжение там 380 а расчет если не учитывать косинусфи 48*380*1.73=31.555
в случае фаза ноль да 220*48=10.56
Radiohead72
05.11.2021 20:46С фазами у меня всегда проблемы.
Но по тексту не 3 по 48 а 3 по 16 ампер.
Firz
05.12.2021 16:54+1С фазами у меня всегда проблемы.
Чтобы не путаться, считайте через фазное(номинальное) напряжение, умножаете количество фаз(ну или проводников, если фаза одна, не важно) на фазное(номинальное) напряжение и на ток в каждом: 3*220*16
p.s. Через линейное напряжение — 380*(√3)*16 (где линейное напряжение(380) = (√3)*фазное(220)), то есть изначально интуитивно понятная всем формула 3*220*16 переводится в искусственный вид с линейным напряжением(и теперь уже не интуитивно понятным для всех √3) и еще и погрешностью, потому что √3 всегда округляют до 1.73 — 1.73*380*16
sim2q
05.11.2021 19:04+5Никак не могу поверить, что это стоит 2$.
хорошо бы всё же указывать цену с доставкой
Xazzzi
05.11.2021 19:12Забыл сказать, что земля для AC и GND для pilot и proximity объединены, еще и поэтому важно иметь хорошую землю на з.у.
Можете пояснить детальнее эту фразу, для слабо понимающих в токах?
Какие есть риски, как отличить нормальный зарядник от ненормального?
Есть подозрения что мой как раз "большой рахмед" =)reinvent
06.11.2021 20:06Воткните его в розетку без земли и посмотрите, будет заряжать или нет. Многие землю на ноль замыкают и заряжаются. Не очень безопасно, но чтобы умерли от удара током пока не слышал.
xdenser
05.11.2021 19:55Номера пинов в коде и схеме не совпадают намеренно?
И вообще не понятно как там получается 1кГц и 80% ШИМ
webzuweb Автор
05.11.2021 20:24Код от Jacob. Кто решит повторить там все элементарно.
Мой вариант кода не подходит для ардуино, потому что в esp и так 1кГц
xdenser
05.11.2021 21:09А все нашел что esp делает pwm 1кгц по умолчанию, не все знают это наизусть. Я с ней работал и не знал. Но цифра 64 мне все равно непонятна, это соответствует 20% или 30%? И почему там 100% при неподключенной машине тоже не ясно. А за статью спасибо - очень познавательно.
0lom5zhdovdv
05.11.2021 21:39В Америке дома есть одна фаза со 120-127 и две фазы со сдвигом, который даёт 240-255В. Насколько я помню заряжают от двух фаз, т.е. ~250В.
В связи с этим, у меня вопрос, сможет ли тесла заряжаться от 380В фаза-фаза?
В случае DC зарядки, просто интересно, какое ей напряжение нужно?
usa_habro_user
05.11.2021 23:17+2Вы "рисковый" человек, однако, особенно с учетом
при передаче батареи для электромобиля на парковке в Москве я стал виновником взрыва 200 ячеек 18650
А что с надежностью? Вряд-ли вы проводили тесты "промышленного качества" и исследования по температуро- и влагоустойчивости изделия etc.?
slovak
07.11.2021 00:42Дааа, это Вам не Чадемо. Там стейт машина в стандарте на несколько страниц да еще и с багами на уровне стандарта. Японцы перемудрили чуток как для зарядки.
mrmhz
15.11.2021 10:03Не обессудьте,но раз проект выложен на всеобщее обозрение.не проще полноценно сделать AC-DC преобразователь,на машину подать постоянку.снять со всех 3 фаз равный ток,без перекосов.и при этом получить большую мощность.При этом сделать защиту,либо меряв ток через шунт или токовый трансформатор.При этом быстродействие в разы,чем плавкие вставки или автоматы.ну конечно их оставить,для безопасности.
webzuweb Автор
15.11.2021 10:04У Вас же нет доступа к батарее, чтобы ее сразу заряжать. А машина включает контактор после согласования по протоколу.
Чуть выше сказано о сложности протокола чадемо.
zilibob4ik
25.11.2021 19:25Вопрос автору:
Объясните пожалуйста, чем обусловлен выбор однополярного ШИМ на выход, если по стандарту (ГОСТ Р МЭК 61851- 1— 2013) он должен быть +- 12 в (то есть двуполярный)
Объяснение "ну работает же" не вполне подходит.
Хочется более аргументированный ответ или отсылку к источнику, где объяснено такое допущение.
mtop
Ну все понятно, ща все собиру и пошел теслу брать)
webzuweb Автор
Почему нет? Тесла сейчас более чем доступный IT специалистам автомобиль.
reinvent
Такая "зарядка" будет работать для любого электроавто. Может быть, проблемы будут с Renault ZOE. Лиф себе любой может позволить.