Tesla koelsysteem onderdelen gebruiken

In de eerste post over de batterij thermisch management besprak ik het belang van het houden van batterijen in hun ideale temperatuur bereik. Laten we nu eens kijken hoe Tesla dit aanpakt. Ik zal de verschillende componenten toelichten en waar mogelijk relevante connectoren en informatie aanbieden, zodat je Tesla-componenten kunt gebruiken in je eigen ombouw naar elektrisch.

Zoals besproken in de temperatuur blogpost, is koelen of verwarmen van een elektrische auto batterij is mogelijk met behulp van lucht of vloeistof. Tesla heeft gekozen voor vloeistofkoeling.

Overzicht van systeemindeling

Hieronder vind je een vereenvoudigde schets van het koelsysteem in een Tesla Model S. Ik heb de DC / DC converter en de laders en een aantal andere details weggelaten.

1. Tesla batterijmodules koeling/verwarming

Elke batterijmodule in een Tesla Model S- en Model X-accupakket heeft een dunne aluminium buis tussen de 18650 cellen. De P100 modules hebben zelfs twee buizen voor het mogelijk maken van cross flow. Daarom is de warmte-uitwisseling in deze modules nog beter. Een buis met een interne diameter van 13 mm die langs elke kant van het accupakket loopt, heeft 8 mm ribbelbuis aftakkingen die alle batterijmodules zo parallel verbinden. Met andere woorden, alle modules ontvangen koelvloeistof van vergelijkbare temperatuur. Het aansluiten in serie zou resulteren in een ongelijke temperatuur verdeling, omdat de eerste modules dan in het voordeel zijn. Bovendien resulteert het in een grote drukval.

battery module flow test
Ik heb in een flow en druk test Tesla batterij module koeling in serie en parallel vergeleken.

Tesla maakt gebruik van snelafsluitingen met handmatige vergrendeling op de batterijmodules. NB. De 6,3 kW modules van een Tesla Model S P100D maken gebruik van andere koelconnectoren. Deze zijn op aanvraagbeschikbaar.

2. Tesla batterij verwarming

Een mogelijke bron van warmte voor de batterij is een elektrische batterij verwarmer die werkt op de hoogspanningsaccu. Dit is een dompelaar kachel met een capaciteit van ongeveer 5 kW. In de Tesla Model S vind je twee verschillende types. Vroege modellen (2013 en 2014) hadden er een van Philips & Temro Zerostart. Ik denk dat deze reltief snel kapot faan en mogelijk leiden tot isolatiefouten. Daarom is Tesla vanaf modeljaar 2015 overgestapt op een kachel van LG. Je herkent deze aan de zwarte plastic achterkant. De Tesla onderdeel nummers die ik achterhaald heb uit de verschillende modeljaren zijn:

  • 1009508-00-E (2013) Philips & Temro Zerostart
  • 1028689-00-B (2014) Philips & Temro Zerostart
  • 1038901-00-E (2015) LG
  • 1038901-00-F (2015) LG
  • 1038901-00-G (2015, 2016, 2017) LG
  • 1038901-00-H (2017) LG
  • 1038901-00-I (2018) Zonder LG-logo, maar lijkt hetzelfde te zijn. Gemaakt door Tesla?
  • 1038901-00-J (2018, 2019) Ook Tesla sticker, geen LG logo

Het modeljaar geeft aan in welk jaar een letter voor het eerst werd gebruikt. Alle kachels hebben dezelfde bouwvorm. De voorste hoogspannings verdeeldoos (FHVJB) (Tesla deelnummer 1028843-00-B of 1028843-00-C) regelt de accuverwarming en kan het verwarmingsvermogen/de capaciteit via hoogspannings PWM verminderen.

De batterij verwarmer heeft een ingebouwde thermistor. Het is een NTC thermistor. Ik heb de weerstand bij verschillende temperaturen gemeten en de thermistorwaarden berekend. Het is een 10K thermistor met een β van 5500 K.

Tesla battery heater thermistor measurement

Daarnaast kan warmte afkomstig zijn van de motor/omvormer. In dat geval wordt restwarmte van de aandrijflijn gebruikt om de batterijen te verwarmen. Het systeem gaat dan van van twee afzonderlijke parallelle lussen naar een serie lay-out met behulp van de 4-weg klep.

3. De 4-wegklep

De 4-weg klep (Tesla onderdeelnummer 6007370-00-B) kan het batterijen koelvloeistof circuit ontkoppelen van of juist aansluiten op de rest. Met andere woorden, als de temperatuur van de batterij onder het ideale gebied ligt, zal de 4-wegklep de twee circuits samenvoegen. Op dezelfde manier, zodra de batterijen hun ideale bedrijfstemperatuurbereik hebben bereikt, zal de klep de twee scheiden. In die configuratie is de radiator beschikbaar om de aandrijflijn te koelen. Dus als de batterij dan moet worden gekoeld, wordt actieve koeling met behulp van de airconditioning gebruikt.

De klep heeft drie posities waarvan Tesla er twee gebruikt.

4-wegklep in serie
Seriemodus
  • Invoer = GND
  • Feedback ≈ 9,6 V
4-wegklep parallel
Parallelle modus
  • Invoer = 12V+
  • Feedback ≈ 2,3 V
4-weg klep mixend
Mengen (niet gebruikt door Tesla)
  • Invoer = Niet verbonden
  • Feedback ≈ 6 V

Eerst zal ik de 3-weg klep toelichten en daarna ingaan op de aansturing in “Bedrading de 3-weg en 4-weg klep” want dit is hetzelfde voor beide kleppen.

4. De 3-wegklep

Tesla gebruikt twee 3-weg kleppen. In de Model S is het onderdeelnummer 6007384-00-B en in de Model X is het onderdeelnummer 1064225-00-C. Deze 3-weg kleppen worden gebruikt als bypass voor respectievelijk de radiator en de koeler.

Bovendien je deze in de mengmodus gebruiken om de output van een (batterij)verwarming om te leiden naar zowel de batterij als een vloeistof kachel voor interieurverwarming.

Ook de 3-weg klep heeft drie posities. Het heeft dezelfde actuator en bouwvorm en alleen een slangaansluiting minder. Zelfs de slangtule nummering is consistent. De inwendige klep is wel anders.

3-weg signaal GND bypass
Bypass-modus
  • Invoer = GND
  • Feedback ≈ 9,6 V
3-weg signaal 12V - included
Include-modus
  • Invoer = 12V+
  • Feedback ≈ 2,3 V
3-weg signaal NC - mengen
Mengen (niet gebruikt door Tesla)
  • Invoer = Niet verbonden
  • Feedback ≈ 6 V

‘Bypass’ en ‘include’ zijn willekeurig. Ik weet niet zeker hoe Tesla ze precies gebruikt en je kunt kiezen wat handig is in jouw project. Volgende vraag is: “Hoe gebruiken en bedienen we deze kleppen?” Dit wordt hieronder uitgelegd in ‘bedrading van de 3-weg en 4-weg klep.

Bedrading van de 3-weg en 4-weg klep

Het gebruik van de 3-weg- en 4-wegklep in uw project vereist een klein besturingssysteem. De klep heeft vier contactpennen.

Je moet de invoerpin voorzien van een signaal (GND, 12V of NC) en vervolgens zal de feedback de aangegeven spanning geven zodra de positie is bereikt.

C =GND
A =12V+
D =Input
F =Feedback

Momenteel ben ik bezig met de ontwikkeling van een Tesla klep en pomp controller. Die krijgt een aantal eenvoudige ingangen, hetzij via CAN-BUS of analoog om deze klep posities aan te sturen. Hij zal ook een functie hebben om de onderstaande Tesla-pomp aan te sturen.

5. Waterpomp

Afhankelijk van het modeljaar gebruikte Tesla twee of drie elektrische waterpompen in hun koelcircuit. In elk geval de vroege modellen hadden een back-up pomp in het batterij koelcircuit. Zodra de 4-weg klep het batterijen circuit scheidt van de rest, heeft elk circuit zijn eigen pomp. Ik heb verschillende waterpompen in de Tesla Model S gezien en ik weet niet zeker welk pomptype / onderdeelnummer waar precies wordt gebruikt. De onderstaande informatie is voor de 6007367-00-E en geldt waarschijnlijk ook voor 6007367-00-*, 6008047-00-* en 6007373-00-*. Ik heb ze zelf nog niet allemaal getest dus ik ben benieuwd naar jouw bevindingen. Volledig Tesla waterpomp onderdelen nummer overzicht is te vinden in “Connector set waterpomp Tesla Model S / Model X“.

De pomp heeft vier ingangen: 12V+, GND een PWM-ingang voor snelheidsregeling en een PWM-uitgang voor diagnose. Zowel de pomp als de connector zijn verkrijgbaar bij EVcreate.

Specificaties van de Tesla waterpomp

De nominale spanning is 13V (8V – 16V is OK) en de maximale stroom die hij trekt is ongeveer 7 A. Naar mijn mening is het daarom erg interessant om het pompvermogen via PWM te verminderen als er minder flow nodig is. De vloeistofaansluitingen zijn 19 mm slangtules. Pompsnelheid is 750 tot 4700 RPM.

Montage van de Tesla waterpomp

De pomp moet zodanig worden geïnstalleerd dat er geen lucht in opgesloten kan raken. Daarnaast is het belangrijk dat de pomp laag genoeg is gepositioneerd, omdat hij door zwaartekracht gevoed wordt en niet zelf aanzuigend is. Dit geldt overigens voor de meeste elektrische (hulp)waterpompen.

Toegestane oriëntatie

Allowed pump orientation

Niet toegestane oriëntatie

No allowed pump orientation

Verder is het belangrijk om de slangen zodanig te installeren dat ze geen axiale belasting op de pomp creëren.

Bedrading van de Tesla waterpomp

De pomp heeft vier aansluitingen. Onze Connector set voor Tesla Model S / Model X waterpomp bevat de passende connector, afdichtingen en terminals.

Tesla pump pin numbering
1=12V+
2=GND
3=PWM-invoer
4=PWM-uitvoer
Tesla pump pinout

De Tesla waterpomp aansturen

Via pin 3 (zie hierboven) kun je de snelheid van de pomp regelen. Het vereist een massa PWM-signaal. Niet alle signalen zijn geldig. Zie de tabel en grafiek hieronder voor de correlatie tussen PWM en pomp snelheid. Het reguliere werkgebied van de pomp wordt bepaald met de volgende formule RPM = 68,8 x PWM – 550.

InputOutput
(pwm %)(RPM)
0 – 8Ongeldige invoer
8 – 120
13 – 17Ongeldige invoer
18 – 20750
21 – 79(65,8 x PWM – 550)
80 – 824700
83 – 100Ongeldige invoer
Pump PWM to RPM

Als je na een korte opstart- en diagnosetijd (4 tot 7 seconden) geen geldig input signaal geeft, gaat de pomp op volle snelheid draaien.

7. Airconditioning compressor

Tesla gebruikte een paar verschillende airconditioning compressoren. Vroege modellen (modeljaar 2013 / 2014) gebruikten een ES34C van Denso en hebben deelnummer 6007380-00-D. Deze is PWM gestuurd.

Sluit 12V + aan op pin 8 en massa op pin 1. Pin 4 en 8 zijn niet aangesloten (ze hebben niet eens een mannelijke terminal in de compressor connector). De vermogen terugkoppeling (pin 5) en diagnose (pin 3) hoeven ook niet perse aangesloten te worden.

De compressor wordt ingeschakeld door pin 2 aan massa te leggen (active low) en snelheidsregeling via een PWM-signaal aan te bieden op pin 6.

1 =GND
2 =Aan/uit
3 =Diagnose
4 =Niet verbonden
5 =Vermogen info
6 =PWM in
7 =12V in
8 =Niet verbonden
Connector Tesla airco compressor
Compressorweergave

Recentere modellen (CAN aansturing onbekend)

Latere modellen (2015/2016) hadden een HVCC ESC33 met Tesla onderdeelnummer 1028398-00-E, 1028398-00-F en 1028398-00-J. Tesla gebruikte ook de Hanon HES33 en die is te vinden met nummer 1063369-00-D, 1063369-00-E, 1063369-00-F en 1063369-00-G. Beide latere types hebben CAN aansturing en hiervan zijn de details helaas (tot nu toe) onbekend.

Ik heb gekozen voor een andere aanpak en maak gebruik van een lichtere Benling AC compressor. Meer details zijn te vinden in een aparte blogpost.

8. Tesla koeler (batterij warmtewisselaar)

In de loop der jaren gebruikte Tesla drie verschillende soorten warmtewisselaars. Om precies te zijn, gebruikten ze drie verschillende blokventielen op de warmtewisselaar van Modine. De wisselaar zelf is ook te vinden met verschillende onderdeelnummers:

TypeBlock valve part numberHeat exchanger part number
Blokventiel onderdeelnummer is leidendVoorbeelden, geen volledige lijst
TXV zonder solenoïde1019541-00-BModine = 1E006836
Tesla = 1019540-00-C
TXV met solenoïde6007362-00-CModine = 1E006773
Tesla = 1007476-00-D
EXV1039040-00-CTesla = 1037764-00-C
Tesla = 1037357-00-D
Modine = 1E007303

De EXV is de nieuwste generatie expansiekleppen. Deze maakt gebruik van een controle loop met een sensor die de juiste hoeveelheid koelmiddel voor de koeler regelt. Daarvoor is echter een aparte sensor en ECU nodig. De aanstuur specificaties zijn onbekend.

De TXV staat voor Thermostatic Expansion Valve. Op basis van de temperatuur laat hij meer of minder koelmiddel door. De TXV met solenoïde is de gemakkelijkste in een doe-het-zelf aanpak. Je kunt gewoon gebruik maken van de solenoïde om de koeler te laten meedoen of niet.

Er zijn echter veel Tesla’s, met name vroege, een TXV zonder solenoïde hadden. Mijn theorie is dat dit prima werkt, zolang je de koeler te omzeilt als er geen actieve koeling nodig is (elke input op dit is welkom). Dan zal er geen koeleffect zijn omdat het blokventiel als gevolg daarvan sluit of zelfs bevriest. Het is echter belangrijk om de airconditioning compressor niet te laten draaien als zowel de warmtewisselaar als de cabine geen koeling nodig hebben. Ik zal hier verder op ingaan in een apart airconditioning onderwerp.

Tesla warmtewisselaar 6007362-00-C
Tesla 6007362-00-C

Slangtule is 19mm.

De klep is normaal gesloten. Door 12V op de solenoïde te zetten (polariteit maakt niet uit) opent de klep. Ik heb een test gedaan en op 13,6V trekt hij 600 mA. Je zou het gebruik van een economiser kunnen overwegen, bijvoorbeeld de Texas Instruments DRV103.

9. Tesla cabine (verdamper) expansieklep

De cabineverdamper heeft een blokventiel/expansieklep met een geïntegreerde solenoïde. Voor het geval dat er batterij koeling nodig is, maar cabine koeling niet.

In latere modellen begon Tesla de EXV ook te gebruiken voor de cabineverdamper.

Blogserie over batterij temperatuur management

  1. Ideale batterij temperatuur?
  2. Tesla koelsysteem onderdelen gebruiken
  3. Ander OEM thermisch management
  4. Voorbeeld van een doe-het-zelf aanpak
  5. Batterij temperatuur data in de praktijk

Feedback welkom

Alle feedback, toevoegingen, suggesties voor verbetering zijn welkom. Neem contact met mij op via e-mail.

Delen en linken

Vind je dit artikel leuk? Gelieve te delen en te linken (en niet kopiëren en plakken).

Plaats een reactie

Item toegevoegd aan winkelwagen.
0 items - 0,00
Op wachtlijst We zullen je informeren zodra er weer voorraad is. Laat hieronder een geldig mailadres achter.