Чем страшна дополнительная батарея в багажник?

В России есть много мастерских, которые предлагаю установку дополнительной батареи в багажник. В Европе существенно меньше, но таким тоже занимаются. Я видел три разные конструкции

• Подключение в параллель к основной батареи + отдельная BMS для дополнительной батареи
• Подключение в параллель к ячейкам батареи. Это много дополнительных проводов (96, если не ошибаюсь), но используется родная BMS Лифа.
• Подключение в параллель к основной батареи, но без всякой BMS. Обладатель этого решения пишет, что за год использования всё нормально... но лично мне кажется что это как-раз хороший способ сжечь свою машину! Если первые два варианта ещё имеют право на жизнь, но вариант без BSM уже из разряда "не делайте так никогда".

Это типовые три варианта, и много кто так делал и остался доволен. Но мне они совсем не по душе. А вот почему.

Нужно снимать основную батарею

Меньшая из проблем состоит в том, что нужно выводить кабель из основной батареи, подключая его к клеммам за контакторами основной батареи. И для этого батарею нужно снимать. В домашней мастерской это не сделаешь: вес батареи около 300 кг. Но эта меньшая из проблем т.к. обычно владельцы отдают свой Nissan Leaf в мастерскую, и через неделю получают готовую машину с дополнительной батареей в багажнике.

Необратимые изменения

А большая из проблем состоит в том, это необратимые изменения: при необходимости нельзя просто взять всё это и снять, это уже становится частью машины.

Подключаем дополнительную батарею без необходимости снимать основной аккумулятор

Я нахожусь под впечатлением видео 6-летней давности, в котором человек подключился к высоковольтной шине самой машины, поставив тройник на высоковольтный провод идущий к аккумулятору.

Да, забегая вперёд скажу, что он спалил резистор предварительной зарядки (pre-charge resistor), и его машина перестала заряжаться. Но, это был только прототип, и если довести его до ума, то получится очень красивое решение!

Я написал отдельную статью про то что такое резистор предзарядки и как его можно спалить.

А касательно подключения батареи к высоковольтной шине - вот 2 видео от Leaf Xpack. Первое про то как он подключил дополнительную батарею. А второе - драйв тест прототипа.

И второй успешный тест прототипа:

В чём преимущества решения подключиться к высоковольтной шине Ниссан Лиф

Как я уже упоминал - главное преимущество - всё можно вернуть в первоначальное состояние, как будто ничего и не было. Аккумулятор никто не дырявил, и для отключения нужно просто залезть под машину, даже не нужно ничего откручивать.

Второе преимущество - Модульность! Отключаемые батареи могут быть модулями, которые можно снимать и ставить в любое время,  апгрейдить на большую ёмкость, и держать несколько штук. Если вы где-то застряли и у вас кончился заряд - достаточно вытащить модуль, и зарядить его от розетки, либо попросить друга привезти вам запасной модуль из дома.

Третье преимущество - это можно сделать самому. 300 килограммовую батарею вытаскивать не нужно. И все подключения можно сделать самому (конечно если вы понимаете что делаете. Всё-таки там 400В, и в отличие от 220В из розетки 400В в разы смертельнее)

В чём недостатки

Да, недостатков много.

• Нет штатной зарядки. Доп батарею придётся заряжать отдельно. (В некоторых вариантах она есть, см. ниже)
• Можно сжечь резистор предварительной зарядки. Случается это когда машина отключается, а вот внешняя батарея остаётся подключенной к высоковольтной шине. Как-раз это важный этап при переходе от прототипа к реальному продукту. Нужна дополнительная плата, которая будет отключать дополнительную батарею при отключении основной.
• Нужна сложная электроника. Сложная не значит дорогая. В моём понимании хватит дешёвого микроконтроллера за 10 долларов. Контроллер подключается к CAN шине, и включает и отключает дополнительную батарею. Сложно тут в написании прошивки. Кто-то должен это сделать, после чего будет готовое решение - плата, которая будет управлять доп. батареей. И это уже будет простое и надёжное решение.

Какую внешнюю батарею подключать

Первый вариант

Leaf Xpack, автор предыдущих ютуб видео, собрал самодельную батарею из ячеек 18650. И у него очень интересное решение: 2 половины по 200В, которые при зарядке он подключает параллельно, а для питания машины они через реле подключаются последовательно, на выходе будет 400В. Думаю это очень трудоёмко собирать из отдельных ячеек, но вариант интересный, особенно переключение последовательно-параллельно для зарядки.

Второй вариант

Можно набрать 96 ячеек с такой же химией, что и основная батарея Nissan Leaf. Это Nickel Manganese Cobalt (NMC), в западных статьях ещё называют это Ternary battery.

Тут можно купить новые ячейки CATL. Притом не отдельные ячейки, а блоки 4SP1 (4 последовательно соединённые ячейки). Таких блоков понадобится 32 шт. И они бывают разных размеров и разной ёмкости.
Можно собрать либо маленькую лёгкую батарею которую можно вытаскивать, либо же большую и тяжёлую которую уже нужно прикручивать к багажнику (помните про безопасность).

Обязательно нужно BMS, которое будет выравнивать напряжение отдельных ячеек. Можно использовать BMS от NissanLeaf, а можно найти стороннее. Но я, так и не смог найти Bluetooth BMS на такое большое количество ячеек. Если вы знаете - киньте ссылку в комментарии, буду вам очень благодарен.

Преимущество данного метода в том, что батарея батарею можно будет заряжать вместе с основной батареей. Т.е. это будет полным аналогом описанного в начале варианта с параллельным присоединением к штатной батареи Ниссан, за исключением того факта, что конструкция разборная, легко отключаемая, и не нужно дырявить корпус основной батареи.

Третий вариант

Этот вариант более экзотический, но тоже хочется его упомянуть, т.к. у него тоже есть свои преимущества. Можно поставить батарею 12В, 24В, 48В ... 72В любой химии. Хоть дешёвые свинцовые аккумуляторы 12В или батарею от электромотоцикла 72В. Либо же взять два модуля CATL 4s1p и собрать из них компактную батарею с очень нестандартным напряжением 29.6V

Потенциально ту же самую батарею можно заряжать от домашней солнечной электростанции, а потом утром ставить в машину и использовать (400В от обычного солнечного контроллера не зарядишь. А 12В или 24В - вполне. 72В тоже можно, если купить специальный контроллер).

Но для преобразования 12В-400В нужен повышающий DC-DC преобразователь + некая электроника, которая будет за ним следить. И здесь автоматически решается проблема выравнивания потенциалов: если в предыдущем варианте всё-таки нужен precharge resistor (Да, доп. батарея тоже способна создавать огромные токи, даже если она небольшой ёмкости). В варианте с дополнительным преобразователем, этот самый DC-DC будет следить за выходным током и ограничивать его.

Готового решения для преобразователя пока нет, но есть китайские модули, способные делать 400В из 12В при мощности 1000Вт (если не обманывают), их вполне можно использовать как основу. Возможно их придётся переделать для поддержки более высоких входных напряжений, и для этого придётся либо перепаять транзисторы, либо взять из китайской платы только трансформатор, а остальное сделать на своей плате.

С чего начать

• Нужен переходник для подключения к высоковольтной линии. Нужен разъём со стороны аккумулятора + штекер со стороны машины. Не знаю сколько это будет стоить и боюсь, что найти будет очень сложно.
• Нужна плата обрабатывающая команды CAN шины. Есть проект Dalla (Daniel Öster) - CAN bridge, который на лету модифицирует сообщения между машиной и аккумулятором, что позволяет ставить на Nissan Leaf аккумулятор от новой модели (производитель это не поддерживает). Плату можно купить на алиэкспрессе, пример прошивки уже есть, нужно только научиться ловить нужные сообщения, и подавать сигнал на внешнюю ногу контроллера, которая будет управлять реле / контакторами.
• Нужен контактор + резистор предзарядки. Наверное можно взять блок целиком из того же Nissan Leaf. В варианте с DC-DC думаю, что можно подключить через дешёвое 10А реле (напрямую всё-таки не советую), токи там будут не такие большие (1000 Вт / 400 В = 2.5А ). Сложнее найти реле именно на 400В (на 220В не рекомендуется т.к. там меньше зазоры между контактами и может проскакивать искра).
• Нужна плата управления контактором. Она принимает сигнал 3.3В от микроконтроллера, и подаёт 12В напряжение на катушку контактора.

Давайте делиться информацией

Я вдохновился опытом Dalla и опытом Leaf Xpack и загорелся идеей сделать такую внешнюю батарею себе. Не знаю сколько у меня уйдёт на это времени и сил. Буду держать вас в курсе.

Пишите комментарии: предлагайте решения, указывайте на мои ошибки и рассказывайте о своих успехах!