Diario elettrico Lepton – 6/2/2013: ricerca delle batterie

Iniziano le ricerche delle batterie.

Cercando “drop in batteries”, “lead replacement” e combinazioni varie, si trovano delle nuove, particolari batterie: sono al litio, quindi molto leggere e prestanti, ma essendo dotate di un particolare circuito interno di gestione, agli utilizzatori esterni appaiono come normalissime batterie al piombo, tanto che non c’è bisogno nemmeno di cambiare il caricabatterie!

Ovviamente la presenza del circuito particolare riduce la capacità gravimetrica (Wh/kg) e aumenta i costi (Euro/Wh), quindi bisogna fare le opportune valutazioni.

Sto raccogliendo un po’ di dati in modo da formare una tabella che permetta di fare gli opportuni confronti, ma intanto voglio annotare questa scheda tecnica, perchè contiene una frase “elettricamente entusiasmante” 🙂 :

“At low rates these cells can deliver thousands and thousands of cycles at 100% Depth-of-Discharge[…] Even when cycled at 10C discharge rates, these cells deliver in excess of 1,000 full depth-of-discharge cycles.”

Cioè, queste particolari batterie possono essere scaricate ad altissima intensità (una batteria da 10 Ah può fornire 100A!) e in profondità (DoD 100%) pur mantenendo una vita di migliaia di cicli!

Si tratta delle batterie  ALM-12V7-B della A123, da 12V/7Ah/0.85kg/100,00Euro,

Se è vero quanto dice la A123, si tratta di una specie di rivoluzione! Batterie del genere, anche nel caso costassero troppo (devo indagare), potrebbero comunque fare le veci di una batteria di supercondensatori, ma avere autonomia molto maggiore: una batteria da 48V/7Ah , cioè appena 336 Wh, potrebbe fornire fino a 28A per ben 15 minuti senza rovinarsi, quando un supercondensatore in grado di fornire 30 secondi di alta potenza può costare  migliaia di euro, mentre in questo caso ne costerebbe 400. Purtroppo non posso provarlo sullo Zem, che va a 60 V e quindi richiederebbe 5 batterie… 😦

La curva di scarica parla chiaro:

A123 battery lead replacement drop in discharge rate

Questa batteria, anche scaricata a 4C (4×7=28A), mantiene pressochè la stessa capacità.

Interessanti anche le prestazioni con la temperatura; ecco il grafico a 0°C:

Ecco però una piccola controindicazione:

Do not connect more than four modules in series. Connecting more than four modules in series exceeds the voltage limit of the integrated protection circuitry, leaving the module without critical safety features such as over-voltage and over-temperature protection.

Queste particolari batterie “taroccate” 😉 hanno dei limiti per quanto riguarda il collegamento in serie: queste in particolare possono formare al massimo serie di 4 (=48V), ma ne ho viste altre che al massimo possono formare serie di 2 (=24V), pena la perdità della capacita di autobilanciarsi.

Un breve riassunto dei vantaggi di queste batterie:

•A123 ALM batteries are less than half the weight of their lead-acid equivalents
•A123 batteries deliver more energy than lead-acid equivalent at high-rate discharges (short run time)
•A123 batteries deliver up to ten times more cycles than their lead-acid equivalents

Nota sulla creazione di pacchi batterie:

You can arrange A123’s ALM 12V7 battery modules in series and/or in
parallel to achieve higher operating voltages and capacities for your
intended application, with a maximum configuration of 4S10P. An external
BMS or other electronics are not required to configure multiple ALM 12V7s.

Quindi il più grande pacco-batteria che si può mettere insieme con queste batterie sarebbe un 48V/70Ah/3360Wh/34kg/4000,00Euro.

Su uno scooter medio che consuma 50 Wh/km significa 67 chilometri di autonomia, ma reali, potendo scaricare le batterie al 100% senza che si danneggino.

• 98 Wh/kg (nella media delle LiFePO4)
• 1,19 euro/Wh (il doppio delle normali batterie al litio!)
• 60 euro/km

Il pacco “minimo” è invece un 4S/1P, quindi 48V/7Ah/336Wh/3,4kg/400,00Euro

Quanto alla ricarica:

The ALM 12V7 is compatible with any 12V7 lead-acid battery charger of 10 A or less.

Se ognuna può essere ricaricata a 10A, significa che basta meno di un’ora, visto che sono da 7 Ah.

Però c’è un warning:

Chargers that automatically detect voltage at the terminals and charge accordingly may fail to wake the ALM 12V7 from a state of under-voltage protection.

Constant Voltage (CV) chargers may result in an inrush of current due to the low impedance of the cells, interrupting the charge. Reset the charger and continue charging normally if the charger trips.

Se cioè le batterie risultano troppo scariche, un normale caricabatterie per piombo potrebbe pensare che sono guaste e non ricaricarle affatto, oppure rilevare un eccesso di corrente di ricarica iniziale e “staccare”, nel qual caso basterebbe resettare il CB. Nel caso del primo problema non viene invece proposta una soluzione, ma potrebbe essere sufficiente una resistenza aggiuntiva temporanea per limitare la corrente iniziale, tipo quelle che si mettono a volte anche nei normali caricabatterie attuali, per evitare che al momento del collegamento la scarica immediata dei condensatori danneggi il caricabatterie (non so se si fa per le batterie al piombo o al litio).

In caso di basse temperature (0°C) la massima corrente di carica accettabile è 1C/7A.

Nota:

Under-voltage protection creates an open circuit, removing voltage from the terminals. With a lead-acid battery, finding no voltage at the terminals often indicates the battery has reached the end of its life. With the ALM 12V7 module, no voltage at the terminals typically means the cell protection circuitry has interrupted current to protect the battery module. Simply connect the module to a charger to restore voltage to the terminals.

Cioè, i circuiti di protezione tagliano completamente la tensione in caso di scarica eccessiva, per cui una batteria “in protezione” sembra morta, perchè dà 0V; basta però collegare un caricabatterie per “resuscitarla”… sempre però che il caricabatterie accetti di caricare una batteria che dia 0 V!

BIlanciamento:

Over time, the cells inside a batter pack diverge in both capacity and SOC.
An advantage of the ALM 12V7 is the circuitry continuously monitors the
capacity and SOC of each individual cell and balances the battery module
to ensure maximum capacity. Completely balancing the battery module can
take up to 48 hours.

Il bilanciamento delle celle al litio interne avviene automaticamente, e può impiegare fino a 48 ore! Mi chiedo se siano cumulative o continuative!!

Vedremo se riuscirò a trovare qualcosa di più economico.

Intanto, meno male che qualcuno mi ha preceduto, sennò avrei finito io per sacrificare 100 euro per la ricerca… 🙂 (sono altre batterie, ma va bene lo stesso…)

http://www.etotheipiplusone.net/?p=1991