Curtis motorvezérlő egy Micro-Vett Edy One-ból

Varsányi Péter gyakran fogalmaz meg komoly kritikát az ismert gyártók villanyautókban alkalmazott technológiai megoldásaival szemben, de azért vannak olyan elektronikai rendszerek, amivel ki lehet vívni az elismerését.

Curtis inverter,

avagy a jó pap is holtig tanul.

Vállalkozóként az ember megtanul szelektálni: vannak a „jó” melók, amikre vadászom és amiből próbálok megélni. Vannak a „rossz” melók, amit egy egész aranyrúdért sem vállalnék be, holott meg tudnám csinálni. És van a kettő között félúton az, amihez sok kedvem nincs, de megkérnek / könyörögnek / rokonnak lesz / épp nem vagyok normális. No, most ez utóbbi lett a minap. Megkerestek egy 2011-ben gyártott elektromos kisteherautó fura hibájával, amit már 8 hónapja senki sem tud megcsinálni. Ez az a tipikus meló, amit el nem szabad vállalni semmiképp, mert csak beégeted magad! Esélytelen, hogy egy ilyenből jól gyere ki… De sose mondtam, hogy normális vagyok!

Már ott kezdődik a dolog, hogy 1986-ben három őrült olasz alapít egy elektromos autókat gyártó céget. Mondom még egyszer: 1986 és elektromos autó! Ha valakit érdekel, Micro-Vett néven még Wiki-oldal is van róla. Persze az elején még savas ólomakkukkal próbálkoztak, és hihetetlen, de még a 2000-es évetket is megérték, lassacskán 5.000 db speciális autót eladva a kukásautótól a mini-dömperig. Később áttértek az olvadt só elektródás akkumulátorokra, amit úgy kell elképzelni, hogy kb. 300-350 fokos olvadt só vagy kén az akkumulátor; így indulás előtt fel kell olvasztani (!) az akkumulátorokat, hogy üzem-melegek, ill. hát „üzem-forrók” legyenek. (Aki azt hinné, hogy ez az akku ritka, mint a fehér holló, annak elmesélném, hogy még Angliából is hívtak, hogy járt náluk egy ilyen, de nem merték bevállalni.) Visszatérve a cégre, 2011 elejére már 50 embert foglalkoztatnak, áttérnek a lítium akkumulátorokra, és olyan autókat fejlesztenek ki, mint a Fiat 500-as elektromos verziója, a Fiat e500. És piacra dobják a kínai gyártóktól vett autó-felépítménybe épített saját lítium-akkumulátoros, és USA motorvezérlővel ellátott autójukat, a fenti képen szereplő Edy One-t. Ebből is van billenő-platós dömpertől kezdve zárt kisáru-szállító kivitelig minden. Aztán 2014-ben csődbe megy; pont akkor, amikor igazán elindulna az eCar-ok térhódítása, és az emberek már nem kiröhögik az elektromos autót, hanem elkezdik keresni és venni, hogy a dízel menjen pár év alatt kukába helyette.

Szóval adott egy kínai alváz, olasz akku, USA inverter, olasz motor, magyar honosítás, és egy kitudjahol hónapokig „javított” elektronika, amit utána – a tulajdonos elmondása szerint – a szerviz „működő állapotban”, tréleren elvitt a megrendelő háza elé, és ott lerakta – ingyen! Persze el sem indul; biztos napfény érte a ház előtt… Na, ebből hozz ki valamit! Tényleg, de tényleg nem vagyok normális! (Na jó, nagyon kíváncsi voltam rá, hogy néz ki belülről…)
A tulajdonos nem volt rest, és kb. az egész autóelektronikát elhozta nekem, a targoncáknál megszokott nagyáramú DC csatlakozótól a hajtómotorig. Nem fotózgatom le, már csak azért sem, mert percek alatt szétdúltam apró csavarokra, és mondhatom, jól esett; tananyagnak is jó lenne az a szép, áttekinthető, könnyen szerelhető szerkezet, amivel egy kb. 100x30x15 cm-es dobozkába berakták a primer biztosítékot, áramtalanító kontaktort, 80V-ról 12V-ra konvertáló DC/DC konvertert, és az invertert; ez utóbbi így néz ki:

A típusa 1238-6501, és adattáblája szerint max. 44 kW-os motorig jó. Az Edy One-ben csak 10 kW-os a motor, 80V / 135A, szóval nagyon még langyosodnia se illene, pláne, hogy akkora kiegészítő hűtőbordát raktak rá, amekkorával még Afrikában is le tudná adni a szükséges disszipációt – merthogy ez az Inverter még léghűtéses.

A fedelet leemelve azonnal fülig szerelmes lettem ebbe az inverterbe, és minden kételyem elszállt, amit a meló bevállalása kapcsán éreztem: már ezért a látványért megérte szívni vele:

Tudom, látszólag nincs itt semmi érdekes, de majd elmondom, mi és miért jó rajta – mert nagyon jó ez az egész. A bonyolultabb rész amúgy a fedelébe van építve, és így néz ki:

Elsőre ugyan ijesztő a bonyolultsága, de annyira nem vészes ez sem. A lényeg az ST cég ST10F269Z2 típusú processzora, ami egy 16 bites, 256 Kbyte FLASH-t, 12 kByte RAM-ot tartalmazó DSP jellegű processzora. Mellette jobbra lent egy igazi egzotikum ketyeg külön órajelről: egy Zilog gyártmányú Z86E02 típusú OTP, azaz egyszer programozható (One-Time Programmable) processzora: a nevetést most próbáljátok meg visszafojtani, de ez 512 byte-os (nem, nem megabyte és nem kilobyte, hanem tényleg csak 512 byte-os) kódmérete és 61 byte RAM-ja van. Ez igen nagy valószínűséggel egy WatchDog áramkörként működik, azaz a fő processzor működőképességét ellenőrzi, és ha azzal bármi problémát érzékel, gyorsan újra is indítja. A kép közepén lévő alkatrész-temető a szokásos műveleti erősítő+komparátor hálózat az áram-visszaméréshez és a hőfok-érzékeléshez; aztán utána jön 4 kimeneti kapcsoló-fokozat védődiódástól külső mágneskapcsolók és egyéb nagyáramú külső elektronikák meghajtására; aztán még 8 kisebb áramú I/O fokozat a kis „333” feliratú ellenállásokkal, végül a bemeneti jelek védelmi hálózata túlfeszültség-védő szupresszorokkal és zavarszűrő kondenzátorokkal.

EZT OLVASTAD MÁR?  Miért nem romlik el a Nissan LEAF-ek töltője?

Persze mit nekem processzor és alkatrész-temető, ha már messziről látom, hogy a lényeg a legalsó szinten van. Nem tudom, van-e még őrült rajtam kívül, akit felizgat az alábbi fotó:

Nem is tudom, hol kezdjem: ez a panel egy igazi műremek! Ha elektronikai múzeumban dolgoznék, ez kapna egy szép vitrint, mint a korai gyártástechnika műremeke. Bár műszakilag már „elavultnak” kellene neveznem, mert kb. ugyanazt tudja, mint az alábbi unalmas kis fehér kocka, mégis ég és föld a kettő:

A Curtis vezérlőben 96 db Fairchild (ma már On Semiconductor) gyártmányú FDB2532 típusú FET van D2-PAK tokban egy nagyon vékony FR4 NYÁK + vastag alumínium lapból álló szendvics-panelen. Ezek a FET-ek 150V / 79A-t tudnak darabonként, 16 mΩ csatorna ellenállással. Ebből 2x2x4 db van egy blokkba kötve, és két ilyen blokk (azaz 32 db) alkot egy félhidat (Half Bridge), ahogy az alábbi elvi rajzon is látszik:

Így egy félhíd tartósan 1264A-t tudna kapcsolni, az eredő csatorna-ellenállása pedig 1 mΩ lesz a párhuzamos kötés miatt. Tranziens módban akár 7.000A-t (!) is kibír ez a szerkezet, ez valami bődületesen komoly tűrőképességnek számít! És ebből a brutális képességű félhídból van 3 db, hogy egy háromfázisú teljes hidat alkosson az alábbi elvi rajz szerint:

Ahogy a jobb oldali kis ábrán látható – és ahogy az összes mai elektromos autó is működik az Amperá-tól a BMW-n át a Teslá-ig – , PWM-el, azaz impulzus-szélesség modulációval előbb rá van kapcsolva a hajtómotorra a feszültség; ekkor a piros vonal szerint felfut az áram; majd ki van kapcsolva, amikor csökkenni kezd; és ha ez jó ütemben és gyorsan van csinálva egy háromfázisú hídon, akkor kialakul a zölddel jelzett, majdnem tökéletes szinusz-hullám minden egyes motor-tekercsen, egymástól 120 fokkal eltolva. Ez az a forgó mágneses mező, amit Nikola Tesla feltaláló szabadalmaztatott 1888. május elsején a 381.968 szám alatt; és amit itt, Budapesten, a Városligetben futva-sétálva álmodott meg valamikor 1880 után nem sokkal; hogy aztán előbb 1883-ban működő modellt építsen belőle, majd a szabadalmaztatás után, 1899-re dúsgazdag legyen, mai értéken Bill Gates-t is utólérve; újabb tíz évvel később meg már teljesen legatyásodva a bank perelje el tőle az akkori, Wardenclyffe-i kutatólaborját. Sajnos mindenhez Ő sem értett; de ami még inkább gond, hogy manapság mennyi baromságot adnak a szájába a halálsugártól a HAARP-on át a tunguzkai eseményekig…

De térjünk vissza az alsó zöld fotómra két oldallal ezelőttre… Amiket nézni kell a fotón: két, teljesen azonos panelből áll a meghajtás; ebből adódik az is, hogy ennek a Curtis inverternek van egy kistestvére is, amely 550A helyett csak 300A-es, és pont feleakkora. Mondanom sem kell, abban csak egy ilyen panel van, nem kettő. Azt is észre lehet venni, hogy a hidakat is szimmetrikus kialakítású galván-ónozott réz-sínek kötik össze, hogy azok gyártása is a lehető legolcsóbb legyen. Az összes azonos hosszúságú csavar pedig ugyanabba a vastag alumínium hűtőtömbbe csatlakozik mindenféle nyakatekert szigetelési megoldások nélkül. A tápsíneket középen kapja a felső kondenzátor-panelről; ezt összesen 8 db szintén galván-ónozott réz tömb viszi át a kapcsoló FET-ek tövéhez. Közelebb és okosabb módon meg sem lehetne oldani. Zseniális koponya volt, aki ezt kitalálta! Őszintén mondom, többre tartom ezeket a zseniálisan egyszerű de hatékony konstrukciós megoldásokat, mint egy 1,5 millás gyári inverter nyakatekert, ezerféle alkatrészből, drágán, bonyolultan gyártható, 3D tervezővel „összeokádott” valamijét – a Curtis invertere pl. 300-500 eFt-ba kerül csak, bár nem is tud háromszoros teljesítményt, az is igaz. Hogy a kondenzátorok és tápsínek cseles konstrukcióját jobban lássuk, alulról is lefotóztam, hogy néz ki a 45 db 390 μF-os, 100V-os kondenzátor.

EZT OLVASTAD MÁR?  Nincs mese, a németek is elkezdenek saját akkumulátort gyártani

Ami még szintén érdekes, az az árammérés egész eredeti módja: két felhasított ferritgyűrű veszi körbe két kivezetés réztömbjét is, és a résekben egy-egy Hall-szenzor, azaz mágneses teret mérő érzékelő méri az áramot:

A ferrit nem igazán vágható könnyen és pontosan, mert egy üvegszerű és nagyon törékeny anyag, továbbá a Hall cellák sem túl pontosak alapból, ezért kell kétszer kettő trimmer poti a Gain és Offset értékek beállításához, hogy pontosan mérjenek.

Mivel írásaim nem öncélú reklámnak készülnek – bár persze az is igaz, hogy egyik cikk „hozza” a másik cikk alapanyagát – egy pár szót beszélnék a feszültség-áram viszonyokról is. A teljesítményt e két paraméter szorzata határozza meg, így 10 kW-ot el lehet érni 80V és 125A segítségével is, meg 400V és 25A segítségével is. Régebben az alacsonyabb feszültség volt az elterjedt, azonban ez nagy árammal, és sok drága réz alkalmazásával jár; nem csak az inverter tartalmaz sok rezet, hanem főleg az akku, inverter és motor közötti vastag vezetékek. Ezért történt egy nagy váltás, és manapság a nagyfeszültségű motorhajtásokat részesítik előnyben, jelenleg 400V csúcsfeszültség (azaz 96 sorba kötött lítium-cella) a jellemző, de pl. már cikkeznek a 480V-os, sőt 750V-os rendszerekről is. Ezeknek a fő baja pont az, hogy egy relatív kis helyen történik a kapcsolás, így kőkeményen vízhűtés kell nekik, hogy egyáltalán működjenek. Arról meg beszélni sem merek, mekkora veszély a 400V-os egyenáram, amely azonnali görcsöt okoz, és ha valaki véletlen valami rázósat fogott meg, testének összes izma úgy görcsöl be, hogy el se tudja engedni a rázós cuccot. Csak érdekesség-képpen mondom: az elektromos autókat szervizelő helyeken nem csak vastag szigetelő gumikesztyűket használnak rendszeresen még a legsimább javítási munkáknál is, hanem a falakon végig 2-3 méterenként kampókkal ellátott szigetelő botok vannak, hogy ha valakit megráz az áram, ezekkel a tompa végű kampókkal el lehessen rángatni a kezét-testét a görcsösen markolászott helyről.

A Curtis kisfeszültségű, nagyáramú Inverterei sokkal biztonságosabb alternatívát adnak a hobbi-szintű autóépítőknek, vagy pl. a vízveszélyes helyen történő felhasználásnál, pl. a hajók vagy jachtok elektromos meghajtásainál. Tudja ezt a Curtis is, és számomra kincsesbányát jelentő forrásként minden, de tényleg minden megtalálható erről a programozható, okos kis inverterről a http://www.hpevs.com/ címen. Olyan részletességű kapcsolási rajzok vannak pl., hogy ha ráviszed az egeret az egyik alkatrész rajzjelére, akkor felugrik a PDF olvasóban egy fotó az adott alkatrészről; elsőre azt hittem, vírusos a gépem, ahogy egerészés közben eCar-os alkatrészek fotói villantak fel. Még életemben nem láttam ilyet; látszik, milyen elmaradott lettem eredeti szakmámban, az IT-ben. Bevállalom, ez van… Amúgy ez a modell, amit szétszedtem, még ma is változatlan formában kapható itt Magyarországon is; nem kapok tőlük reklám-gázsit, így nem írok forrást, de a Google segít. Én még biztos pár napig el leszek azzal a mennyiségű dokumentációval, amit erről az egyetlen inverterről töltöttem le. És majd csak utána folytatom a hibakeresést és javítást… Most élvezkedek picit!

És hogy újabb érdekességgel zárjam az írásom, legyen itt a fenti honlapról lementett egyik hobbi-szintű átalakítás: egy kiégett motorú, „megsült” („toasted”) Ferrari 308 GTS-t alakított át egy őrült alak elektromos meghajtásra. Mivel egy 1238-as inverter „csak” 44 kW-os (bár az elektronika mint írtam, akár 1200A-t is tudna kapcsolni, azaz kis tunninggal egymaga tudná a 120 kW-ot is), sportkocsihoz illően 3 db villanymotorral és 3 db léghűtéses Curtis inverterrel lett a max. 132 kW-os hajtóteljesítmény a kocsiba rakva. Őrült egy megoldás, na – de nagyon ütősen néz ki!

Verzió: 1.00, 2018-03-03, Tata

A szerző, Varsányi Péter elektronikai szakember, aki két évtizedes gyakorlattal rendelkezik szabályozó és vezérlőeszközök, hálózati elemek és egyéb elektronikai eszközök fejlesztésében, ilyen eszközök működésének visszafejtésében és javításában. A szerző elérhető a +36-20-942-7232 telefonszámon, az info@varsanyipeter.hu címen, eddigi munkái pedig megtekinthetők a http://varsanyipeter.hu/ weboldalon.

 

Elektromos autót használsz?