Volkswagen MEB batterij modules

• Inleiding en algemene specificaties
• Pouch en prismatisch
• EV-conversie configuraties
• Batterij Management Systeem
• Gebruik van originele Volkswagen hardware
• Een aftermarket BMS aansluiten
  • 12s module pinout
  • 8s module pinout
• Valideren van celtap verbindingen!
  • Dummy MEB module
  • n-BMS cel tap validator
• Koeling / verwarming modules
• Laden

Inleiding en algemene specificaties

Met hun MEB-platform heeft Volkswagen een nieuwe standaard gezet voor hun accusysteem. De belangrijkste vereisten bij de ontwikkeling van dit systeem waren schaalbaarheid, bruikbaar voor zowel 2wd als 4wd, lichtgewicht, gemakkelijk te monteren, geïntegreerde koeling en aanpasbaar aan verschillende celtypes. Hierdoor zijn deze Volkswagen MEB batterijmodules ook erg interessant om te gebruiken in ombouw projecten.

De accubak heeft geïntegreerde koeling/verwarming in een dubbele bodem en is volledig geïsoleerd van de accumodules. Momenteel zijn er drie batterij pakketten die bestaan uit twee module configuraties: 12s2p (VW onderdeel 0Z1915592H) en 8s3p (VW onderdeel 0Z1915599H) beide met een bruto capaciteit van 6,85 kWh. De module is qua vormfactor gestandaardiseerd en heeft 24 cellen binnenin. Het gewicht van een MEB module is 32 kg.

Volkswagen bouwt de volgende pakketten met deze modules

• 7x 12s2p = 48 kWh (bruikbaar 45 kWh in ID.3 Pure, WLTP 330 km)
• 8x 12s2p = 55 kWh (bruikbaar 52 kWh in ID.3 Pure Performance, WLTP 348 km)
• 9x 12s2p = 62 kWh (bruikbaar 58 kWh in ID.3 Pro, WLTP 420 km), VW onderdeel 0Z1915911N
• 12x 8s3p = 82 kWh (bruikbaar 77 kWh in ID.4, ID.5 and ID.Buzz), VW part 0Z1915910N

De modules worden ook gebruikt/gevonden in de Cupra en Skoda.

Er zijn meerdere fabrikanten die deze modules voor Volkswagen maken. Momenteel zien we modules van LG (volledig metalen lasergelaste behuizing) en van CATL (plastic afneembare deksel).

Pouch en prismatisch

De modules van LG bevatten pouches en de modules van CATL hebben prismatische cellen.

Helaas heb ik geen officiële datasheets over deze cellen kunnen vinden. Mij is verteld dat de prismatische cellen doorgaans wat beter zijn in termen van stroomsterkte die ze kunnen leveren.

De ID.4 GTX is een uitvoering met twee motoren met 220 kW vermogen, dus de 8s3p kan dat minstens aan. Afhankelijk van het thermisch beheer en de duur van de belasting zijn waarschijnlijk hogere vermogens mogelijk. Ik heb gelezen dat de 2p modules goed zijn voor 800A tot 10 seconden, dus dat betekent dat de 3p’s 1200A zouden kunnen doen.

EV-conversie configuraties

De meeste hoogspanningsconversies zijn 96S, zodat de volgende configuraties gebruikelijk zijn:

Negen 12s2p modules gebruiken zoals Volkswagen doet, kan een uitdaging zijn in termen van max. spanningswaarden van de gebruikte componenten. Bij opladen van 108s tot 4,15V per cel stijgt de packspanning tot 448V. Bijvoorbeeld voor de Nissan Leaf inverter is dit te hoog.

Batterij Management Systeem

De modules hebben een externe celbewakingseenheid. Dus de module connector biedt toegang tot de celltaps en twee thermistors. Pinout details volgen hieronder. Het selecteren van een BMS voor gebruik met de MEB modules is niet triviaal, aangezien de balanceerstroom van het Volkswagen BMS zeer laag zijn. Ze gebruiken slechts ongeveer 100 mA passieve cel balanceerstroom. Hogere stromen kunnen de celkabels in de modules beschadigen. Op Openinverter werd gemeld dat sommige modules een SMD-zekering van 750 mA hebben.

G-code (=750 mA) zekeringen bevestigd in een LG 8s3p module.

100 mA max. cel balanceer stroom

Hieronder vindt je de details van de cel balanceer stromen van enkele aftermarket batterij management systemen:

Aangezien de balanceerstroom geen continue stroom is, kan de belasting die de cel taps aankunnen mogelijk meer zijn dan de 100 mA die Volkswagen gebruikt. Dus besloot ik een test te doen. Ik heb Lithium Balance s-BMS gebruikt en een CAB500 stroomsensor geïnstalleerd.

Uit het bovenstaande blijkt dat de balanceerstroom 647 mA was bij een celspanning van 3,9V. Uiteindelijk heb ik op tot 4,1V per cel geladen en zag ik een balanceerstroom van 682 mA en de celtap lintkabel verbrandde niet.

Daarnaast heb ik een test gedaan waarbij ik een CATL-module cel tap belastte met 840 mA. Deze blies niet op gedurende de test van twee minuten.

Verder heb ik een G-code SMD zekering (466 serie) getest en die plofte bij 1,25A direct.

Deze tests werden uitgevoerd bij kamertemperatuur en gedurende een korte periode. Bij hogere temperaturen gaan zekeringen sneller stuk. Dus ik zou toch aanraden om een BMS te gebruiken waarmee je de maximale balanceerstroom kunt instellen op 100 mA.

Voor mij sluit dat het gebruik van Lithium Balance s-BMS uit, maar aangezien de celbewakingseenheden daarvan tot 8s ondersteunen, is het sowieso niet bruikbaar voor de 12s modules. Zelf gebruik ik Lithium Balance n-BMS met deze modules.

Gebruik van originele Volkswagen hardware

De veiligste manier om ervoor te zorgen dat de modules binnen hun oorspronkelijke ontwerpdoelstelling worden behandeld, is het oorspronkelijke celbewakingssysteem van Volkswagen opnieuw te gebruiken. Deze communiceren via 500 kpbs CAN-BUS met de master. Je kunt je eigen integratie bouwen (zie Tom-evnut’s Github : VW-bms voor verdere info) of SIMP gebruiken dat voortbouwt op deze info (ontwikkeld door Tom de Bree en momenteel beschikbaar bij Citini als EVS) of GrnBMS gebruiken (ontwikkeld door Pro-LOX). Het nadeel is dat deze oplossingen niet worden geleverd met CE-, E-mark- en ECE-certificaten. Dus afhankelijk van je eigen eisen en/of die van de controlerende instanties zijn deze misschien niet bruikbaar in EV-conversies.

Maar als het niet hebben van deze certificaten geen probleem is, is het een interessante optie. De GRNbms kit is verkrijgbaar via EVcreate.

Een aftermarket BMS aansluiten

Zoals hierboven vermeld, kun je een aftermarket BMS aansluiten op de Volkswagen MEB-modules. Indien je afzonderlijke modules koopt, kan het een uitdaging zijn om de kabels van de cel taps te krijgen en de connectoren zijn ‘restricted’, zodat ze niet rechtstreeks bij TE kunnen worden besteld.

Zowel de cell tap kabel voor de 8s module (witte cover aan het module uiteinde) als voor de 12s module (zwarte cover aan het module uiteinde) is verkrijgbaar bij EVcreate.

Wanneer de module wordt aangesloten op een aftermarket BMS met behulp van een originele cel tap kabelboom, verwijderen we de blauwe of bruine connector. Doe dit nooit met de kabel in een module gestoken!

MEB 12s module pinout

Rij 1: Even nummers 2 tot 22

Rij 2: Oneven nummers 1 tot 21

Dit wordt dus gevisualiseerd volgens onderstaand schema.

1. Thermistor 1 +
2. Thermistor 2 +
3. Thermistor 1 –
4. Thermistor 2 –
5. Niet verbonden
6. Niet verbonden
7. Module – (Ve-), CMU vermogen negatief
8. Niet verbonden
9. Ve- / Module negatief / eerste cel negatief
10. Cel 1 positief
11. Cel 2 positief
12. Cel 3 positief
13. Cel 4 positief
14. Cel 5 positief
15. Cel 6 positief
16. Cel 7 positief
17. Cel 8 positief
18. Cel 9 positief
19. Cel 10 positief
20. Cel 11 positief
21. Cel 12 positief
22. Module + (cel 12 positief), CMU power positief

Kabelboom voor cel tap

De pin-out van de zwarte dekselconnector is niet één op één gemapt op de blauwe en bruine connectoren. Die toewijzing is volgens onderstaande tabel en diagram.

1. Module + (cel 12 positief), CMU power positief
2. Cel 12 positief
3. Cel 10 positief
4. Cel 11 positief
5. Cel 8 positief
6. Cel 9 positief
7. Cel 6 positief
8. Cel 7 positief
9. Blauw / bruin 12
10. Cel 5 positief
11. Cel 4 positief
12. Blauw / bruin 9
13. Cel 2 positief
14. Cel 3 positief
15. Ve- / Module negatief / eerste cel negatief
16. Cel 1 positief
17. Module – (Ve-), CMU vermogen negatief
18. Niet verbonden
19. Thermistor 1 +
20. Thermistor 2 +
21. Thermistor 1 –
22. Thermistor 2 –

Blauwe en bruine connector naar zwarte connector

In plaats van de oorspronkelijke kabel te gebruiken om een nieuwe kabelboom te maken, heb ik ook hulp bordjes ontwikkeld. Deze geven toegang tot de celltaps en de termistors, maar niet de Ve- en Module + voor de voeding van een CMU.

MEB 8s module pinout

De 8s-module gebruikt dezelfde binnenconnector als de 12s MEB-module. Het enige verschil is het afdekkapje en daarmee ook de ‘keying’. De 8s MEB-module kabel heeft een wit afdekkapje. Ter herinnering: de pinnummering van de connector is zoals hieronder aangegeven:

Rij 1: Even nummers 2 tot 22

Rij 2: Oneven nummers 1 tot 21

De toewijzing van pin 1 tot 14 is identiek aan de 12s connector. Pinnen 14, 15, 16 en 17 geven echter ook de spanning van cel 4 door. Pin 18 tot 22 hebben weer de hoogste celtaps. Dit wordt dus gevisualiseerd volgens onderstaand schema.

1. Thermistor 1 +
2. Thermistor 2 +
3. Thermistor 1 –
4. Thermistor 2 –
5. Niet verbonden
6. Niet verbonden
7. Module – (Ve-), CMU vermogen negatief
8. Niet verbonden
9. Ve- / Module negatief / eerste cel negatief
10. Cel 1 positief
11. Cel 2 positief
12. Cel 3 positief
13. Cel 4 positief
14. Cel 4 positief
15. Cel 4 positief
16. Cel 4 positief
17. Cel 4 positief
18. Cel 5 positief
19. Cel 6 positief
20. Cel 7 positief
21. Cel 8 positief
22. Module + (cel 12 positief), CMU power positief

Kabelboom voor cel tap

Net als bij de 12s connector is ook de pin-out van de witte afdekconnector niet één op één afgestemd op de blauwe en bruine connectoren. De pin-out van de blauwe/bruine is echter vergelijkbaar (met het verschil dat er maar 8 cellen aanwezig zijn). Die toewijzing is volgens onderstaande tabel en diagram.

1. Module + (cel 8 positief), CMU voeding positief
2. Cel 8 positief
3. Cel 6 positief
4. Cel 7 positief
5. Cel 4 positief
6. Cel 5 positief
7. Cel 4 positief
8. Cel 4 positief
9. Blauw / bruin 12
10. Cel 4 positief
11. Cel 4 positief
12. Blauw / bruin 9
13. Cel 2 positief
14. Cel 3 positief
15. Ve- / Module negatief / eerste cel negatief
16. Cel 1 positief
17. Module – (Ve-), CMU vermogen negatief
18. Niet verbonden
19. Thermistor 1 +
20. Thermistor 2 +
21. Thermistor 1 –
22. Thermistor 2 –

Blauwe en bruine connector naar zwarte connector

Valideren van celtap verbindingen!

Zodra je je kabelboom hebt voorbereid, is het belangrijk hem te valideren. Het aansluiten van een batterij module kan lastig zijn. Als je een fundamentele fout hebt gemaakt en sluiting hebt geintroduceerd, kan je module onherstelbaar beschadigen. Daarom ontwikkelde ik 12S en 8S dummy modules en een cel tap validator voor n-BMS.

De validator in de video is de tester van Batrium met een uitbreidingskaart om gemakkelijk de n-BMS CMU celconnector in te pluggen.

De printplaat is een dummy test MEB module. De pinout is identiek aan een 12s of 8s MEB batterij module. Zo kun je je kabelboom testen nadat je de kabels hebt aangepast om je dure batterij module te beschermen.

Er komt nog meer…

Deze blogpost is nog niet af en ik zal hem blijven bijwerken en meer info toevoegen. Maar ik vond het bovenstaande al de moeite waard om te delen. Toe te voegen:

1. Koeling / verwarming modules
2. Laden

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).