Il Progetto 104S è stato un perfetto esempio di questa realtà. Il nostro compito era quello di prendere un cavallo di battaglia, un camion per la logistica commerciale leggera alimentato in modo convenzionale, togliere il suo motore a combustione interna e sostituirlo con un robusto sistema di trasmissione elettrico ad alta tensione.
Non stavamo lavorando con un reticolo di "skateboard" appositamente eretto. Avevamo a che fare con un tradizionale telaio per graduazione a spada, progettato decenni fa per una macchina diesel e un albero di trasmissione.
In qualità di mente di Lead Systems specializzata in retrofit per carichi pesanti, posso dirvi che sposare la tecnologia al litio del 21° secolo con un telaio artificiale del 20° secolo richiede molto più del semplice cablaggio delle piastre. Richiede un'ingegneria a forza bruta bilanciata con un delicato funzionamento elettronico. Questo caso di studio esplora gli specifici ostacoli ingegneristici legati all'installazione di un sistema di batterie al litio 104S su un traliccio di camion traballante e flessibile e il modo in cui il BMS ad alta tensione di grado automobilistico JBD è diventato il sistema nervoso centrale che lo ha reso fattibile.
Lo Sweet Spot del 104S che definisce la tensione di retrofit commerciale
Prima che le chiavi inglesi toccassero i bulloni, dovevamo definire l'armatura. Per gli scambi commerciabili da leggeri a medi (classe 3-5 originale), la scelta della tensione è fondamentale.
Andare troppo in basso (ad esempio, 96 V o 144 V) richiede correnti massicce per ottenere la collana necessaria, esibendosi in un ambiente pesante e ingovernabile.
cablaggio e significative perdite di calore I²R. Andare troppo in alto (ad esempio, un'armatura da 800 V) entra in un regno di costi esponenziali degli elementi, prendendo preziosi inverter in carburo di silicio (SiC) e strutture di carica specializzate che raramente giustificano.
Abbiamo scelto una configurazione 104S utilizzando celle policromatiche LiFePO4 (LFP).
Voltaggio nominale: 332,8 V (a 3,2 V per cella).
Tensione di carica massima: ~ 380 V
Questo intervallo nominale di ~330 V è il "punto debole" per i retrofit dei veicoli elettrici commerciabili. Fornisce una forza elettromotrice sufficiente per azionare importanti motori di trazione senza dover ricorrere a fattori di sequestro ad alta tensione. Ci consente di utilizzare connettori e cavi standard e robusti di tipo artificiale, mantenendo l'assorbimento di corrente entro limiti gestibili durante gli script di carico di punta, come iniziare da una pendenza con un carico pieno.
Suggerimento immagine: immagine che mostra le scatole batteria montate sulle guide del telaio di un camion. Una configurazione divisa "defile tank" che mostra robusti involucri della batteria essence imbullonati su entrambi i lati di un covo dell'albero di trasmissione del telaio graduato della spada.
La sfida fisica dei telai di laurea contro l'ideale dello "skateboard".
Il reticolo ultramoderno di uno skateboard per veicoli elettrici è rigido e piatto: un letto perfetto per una batteria. Una cornice di laurea commerciabile è il contrario. È progettato per flettersi. Si snoda su strade sconnesse; vibra intensamente.
Per il design 104S, non potevamo semplicemente posizionare un pacco monolitico da 104 celle al centro. L'albero motore, il canale e le traverse erano d'intralcio. Abbiamo dovuto prendere in prestito un layout distribuito, spesso chiamato configurazione "defile tank". Risolviamo il sistema 104S in due sottopacchetti 52S, montati esternamente sui binari del telaio su entrambi i lati del camion per mantenere il baricentro.
Ciò ha introdotto notevoli grattacapi ingegneristici
Vibrazioni e urti Le scatole delle batterie sono pesi non sospesi, direttamente esposti all'impatto della strada. I fattori interni, in particolare il BMS e i contattori, devono respingere le elevate forze G all'interno delle rotture dei giunti di saldatura o della chiusura dei relè.
Instradamento ad alta tensione Ora avevamo cavi ad alta tensione che correvano attraverso il reticolo tra i due pacchi. Proteggere queste linee da lividi e detriti stradali era una delle principali preoccupazioni per la sicurezza.
Complessità HVIL Il circuito di interblocco ad alta tensione (HVIL): il circuito di sicurezza che garantisce l'arresto del sistema se un connettore è posizionato in modo inadeguato, deve percorrere un percorso molto più lungo e complesso attorno all'intero telaio.
Il sistema nervoso che implementa il BMS ad alta tensione di livello automobilistico di JBD
Dato il terreno accidentato di un telaio graduato, un BMS artificiale standard fallirebbe entro un mese. La vibrazione costante distruggerebbe i fattori standard del PCB e la sporcizia stradale comprometterebbe gli involucri non sigillati.
Per il progetto 104S, abbiamo posizionato il BMS ad alta tensione di grado automobilistico JBD. Non si trattava solo di coprire le tensioni delle celle; si trattava di sopravvivere.
Sfida ingegneristica n. 1: sopravvivere all'ambiente industriale
L'unità BMS doveva essere montata vicino alla scatola dei contatti principali, esposta ai rudimenti sotto il pianale del camion. Abbiamo utilizzato l'armatura rinforzata dell'attrezzatura JBD.
Quadrilatero IP67 Il BMS è alloggiato in un quadrilatero di alluminio pressofuso, completamente sigillato contro la polvere e gli spruzzi d'acqua ad alta pressione. Questo non è negoziabile per il sostegno sotto il reticolo.
Connettori automobilistici Abbiamo utilizzato connettori sigillati e bloccabili di tipo automobilistico (come i componenti di connettività Amphenol o TE) per tutti i cablaggi di rilevamento e comunicazione, evitando scuotimenti durante il funzionamento.
Smorzamento delle vibrazioni Il PCB interno è rivestito con moquette conforme per proteggerlo dall'umidità e montato con distanziatori smorzatori di vibrazioni per isolare l'elettronica di dimensioni sensibili dalle armoniche del telaio.
Suggerimento immagine Immagine del BMS JBD all'interno di un quadrilatero di essenza rinforzato. vicino alle ossa: copertura in alluminio pressofuso che mostra connettori sigillati di tipo automobilistico e alette di raffreddamento.
Sfida ingegneristica n. 2: reinventare la bestia distribuita
La gestione di un pacco 104S diviso richiede un'attenta considerazione della visualizzazione della corrente e del posizionamento dei contattori. Abbiamo deciso per un approccio Master BMS centralizzato.
Mentre le cellule venivano sciolte fisicamente, elettricamente, rimanevano in serie. Il BMS JBD è stato configurato per coprire le temperature su entrambi i distinti pacchi fisici. Fondamentalmente, il circuito HVIL è stato progettato per funzionare in serie attraverso le disconnessioni di servizio di entrambi i serbatoi del defile. Tuttavia, l'intero sistema ad alta tensione è inutilizzabile, con pericolo di congelamento, se un sistema automatico apre una delle scatole delle batterie per la manutenzione. Il BMS JBD monitora continuamente l'integrità di questo circolo HVIL esteso prima di consentire la chiusura dei contattori principali.
Sfida ingegneristica n. 3 Il protocollo Handshake (integrazione VCU)
Una costruzione è un terreno "Frankenstein". Hai un motore e un regolatore di un fornitore, un pedale dell'acceleratore del veicolo originale e una nuova unità di controllo del veicolo aftermarket (VCU) che cerca di gestire lo spettacolo.
Il BMS deve essere l'unica fonte di verità sullo stato della batteria. Tuttavia, il camion non si muove se il BMS e la VCU non possono comunicare.
Abbiamo utilizzato l'interfaccia macchina CAN completamente configurabile del JBD BMS (CAN 2.0 B). La sfida consisteva nel mappare gli specifici ID CAN necessari alla VCU aftermarket. Abbiamo dovuto configurare il BMS per trasmettere parametri vitali: stato di carica (SOC), limite di corrente di scarica (DCL) e limite di corrente di carica (CCL) - alla frequenza esatta (ad esempio, intervalli di 10 ms) prevista dalla VCU.
Caso di studio: Luci della ribalta che utilizzano un'elevata corrente di spunto all'avvio
Durante i test sul tracciato originale, abbiamo riscontrato un problema critico. Quando l'automobilista ha premuto l'acceleratore da fermo mentre trasportava un carico smontato da 2 tonnellate, la VCU ha richiesto la massima accelerazione in modo incontinente. Il flusso di corrente proveniente dalla batteria era massiccio, facendo sì che il BMS attivasse la sua "protezione da cortocircuito" e aprisse in modo incontinente i contattori, uccidendo il camion in modo incontinente.
I condensatori interni del regolatore del motore stavano scaricando la batteria troppo presto, apparendo come un cortocircuito per il BMS.
La soluzione JBD: non potevamo semplicemente disabilitare la protezione; sarebbe pericoloso. Piuttosto, abbiamo utilizzato il software di configurazione avanzato del BMS JBD HV per ottimizzare il senso di protezione.
Ottimizzazione della precarica Abbiamo aumentato la finestra del tempo di inattività della precarica, ghiacciando i condensatori del regolatore del motore completamente adattati alla tensione del pacco prima che il contattore principale si chiudesse.
Mappatura del vento attuale-ora. Abbiamo acclimatato il rilevatore di protezione da sovracorrente da un valore immediato a un vento limitato nel tempo. Abbiamo configurato il BMS per consentire un albero da 300 A per oltre 2 secondi (sufficienti per far muovere l'indolenza del rotolamento) prima di passare alla posizione continua di 150 A.
Questa messa a punto ha consentito la necessaria "collana staccabile" senza compromettere i limiti di sicurezza delle celle 104S.
Conclusione: il futuro del retrofitting è difficile
il progetto 104S ha dimostrato che la conversione del tradizionale reticolo ICE in elettrico è una strategia fattibile ed economicamente vantaggiosa per le linee commerciabili, ma non è un esercizio di "estrazione e gioco". Il terreno fisico ostile di un telaio di graduazione richiede fattori molto più difficili rispetto ai risultati standard di stoccaggio dell’energia.
Utilizzando il punto ottimale di tensione di un sistema 104S e l'intelligenza robusta e configurabile del BMS di grado automobilistico JBD, siamo riusciti a realizzare un camion da lavoro che conserva il suo chilometraggio originale pur adottando un propulsore a emigrazione zero.
tuttavia, comunica al nostro plotone di ingegneri a Bandy come i nostri risultati sull'alta tensione possono soddisfare le richieste del mondo reale, se stai negoziando una costruzione di veicolo elettrico commerciabile o un reticolo tecnico per carichi pesanti.