Jumping Jack Flash weblog

Diario Lepton – la ricarica

Posted in scooter elettrici by jumpjack on 31 maggio 2013

Un nuovo passo verso la messa su strada del Lepton (intanto sono due settimane che, causa freddo invernale, non posso pi√Ļ usare lo Zem per andare a lavoro… ūüė¶ ): ho installato una “colonnina di ricarica” nel mio posto auto. In realt√† non ci penso proprio a mettere una colonnina ufficiale da 2000 (duemila!!!) euro, visto che basta una presa di corrente, quindi ho comprato un quadro elettrico da esterni IP65 con sportello ermetico e chiusura a chiave, un salvavita, una presa di corrente, 8 viti, quattro stop, e via: siccome una parete del mio posto auto √® la stessa su cui sono fissati i contatori della luce, mi √® bastato fare un buchetto lungo 5 centimetri e passare un cavo, niente di pi√Ļ semplice.

Quando ho messo in carica la batteria, sono successe due cose:

– √® partita la ventola del caricabatterie, quindi ho immaginato stesse caricando; poi mi sono ricordato che avevo staccato la batteria… Quindi non stava caricando un piffero, ma mica se n’√® accorto, mah…

– la batteria era a 48,9 prima di attaccare la ricarica…e a 48,8 quando ho acceso. (???) Credevo che le batterie al piombo da 48V si caricassero a 52 V o gi√Ļ di l√¨, boh? Comunque, ho attaccato il mio logger di corrente per elettrodomestici, che trova comodamente spazio nel sottosella, vedremo cosa dice (anche se non avr√† molto da caricare, credo, l’ho usato per pochi km).

A proposito di sottosella, lo sto modellizzando in Google Sketchup in modo da poter fare simulazioni su quante celle al litio pu√≤ contenere; per ora ho calcolato che pu√≤ contenere comodamente 4 classiche batterie al piombo 12V/7Ah da UPS pi√Ļ probabilmente anche un piccolo caricabatterie. Quattro batterie da 7Ah non servono a molto se sono al piombo… ma delle stesse dimensioni e forma si trovano anche al litio, di varie ditte, tra cui anche la A123, che le chiama sia ALM12V7 (anche se non sono da 7 ma da 4,6 Ah, avendo celle da 2,3Ah in parallelo), sia ALM12V30 e ALM12V60, riferendosi ai wattora contenuti (ci sono due varianti: 30Wh e 60 WH). Probabilmente cio√® esistono varianti con celle 18650 da 1,1Ah e con celle 26650 da 2,2 Ah.

La cosa interessante √® che queste batterie sono a rimpiazzo diretto del piombo (hanno elettronica interna che gestisce flusso di corrente e bilanciamento), e se ne possono collegare un massimo di 4 in serie e 10 in parallelo, ossia creare fino a 10 paralleli da 48V/4,6Ah. Se ne potrebbe usare uno per realizzare la famosa “batteria boost”, che essendo da 4,6Ah anzich√® solo da 2,3 come la mia potrebbe erogare, a 10C, 46A, quindi pi√Ļ della met√† della corrente necessaria alle batterie principali sotto massimo sforzo (ipotizzo, non ho dati certi sugli assorbimenti).

Poi naturalmente c’√® lo spazio delle batterie principali: complessivamente, il pacco-batterie dell’Oxygen Lepton vecchio ha dimensioni¬† 198 x 672 x 175 mm, a fronte di una base, per queste batterie, di 151 x 65¬† (e 94 di altezza), che significa che potrebbero entrarci 4 file di 3 batterie affiancate (151×4=604<672, 65×3=195<198), quindi 3 pacchi da 48V/4,6Ah, per un totale di 14 AH, che aggiunti ai 4,6 nel sottosella farebbero meno di 20Ah: piuttosto pochi… E mi pare strano, perch√® le batterie al litio dovrebbero essere molto pi√Ļ leggere e meno ingombranti di quelle al piombo! Forse per dargli lo stesso fattore di forma di quelle standard per UPS hanno sprecato dello spazio all’interno, o forse √® occupato dall’elettronica, boh… Fatto sta che stiamo parlando di 95 Wh/L ( 883 Wh/ 9,22 L), contro i 181 WH/L delle mie batterie li-ion (probabilmente LiCO2)

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Diario Lepton – Sorpresa! La mia batteria boost basata su celle A123 non potr√† mai funzionare! :-(

Posted in batterie by jumpjack on 30 maggio 2013

Purtroppo nel bel mezzo della costruzione del pacco batteria boost per il mio Lepton (da usare invece di un pacco a supercondensatori), e ancora in attesa dell’arrivo di ulteriori ingredienti per perfezionarlo, mi ritrovo a scoprire che non potr√† mai funzionare!

Dopo aver cercato inutilmente per mesi un documento che illustrasse come varia la vita di una batteria in base non al DoD, ma al rate di scarica, l’ho trovato l’altro giorno per caso, cercandoinvece¬† informazioni meccaniche sulle celle A123…

Si tratta di una ricerca indipendente della FMA, che riporta la durata di una cella A123 con scariche fino a 20C (rispetto ai 30 possibili da datasheet).

Gli sconfortanti risultati sono riassunti in questi due grafici, identici se non per l’asse orizzontale, ricavati prendendo dati dalla suddetta ricerca per scariche oltre 2C, e da datasheet vari della A123 per scariche minori (non tutti i datasheet delle stesse celle forniscono tutti i dati e gli stessi grafici!).

Questo primo grafico mostra i dati che ho effettivamente raccolto, che per√≤ presentano un vistoso “buco”:

cicli-a123-esatto

Per interpolazione, a alterando leggermente i dati originali per dare alla curca un andamento pi√Ļ fluido, ho dedotto questi altri due grafici:

Chart depicts how cycles number changes depending on discharge rate (in Ampere).

Chart depicts how cycles number changes depending on discharge rate (in Ampere).

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Chart depicts how cycles number changes depending on discharge rate (in C rate).

Chart depicts how cycles number changes depending on discharge rate (in C rate).

La proverbiale longevit√† di queste celle scompare nel nulla all’aumentare dell’intensit√† di scarica, arrivando a un ridicolo “42 cicli a 20C/44A”!!

Il punto evidenziato in rosso nel grafico √® un probabile errore nella ricerca indipendente: invece di “1000” probabilmente doveva esserci scritto “>1000”, come si pu√≤ dedurre dai dati ufficiali, che per quei bassi valori di C sono disponibili.

Questi sono i dati interpolati/aggiustati:

C A Cycles
1 2 8000
2 4 5000
3 6 3000
4,8 10 1000
6,8 15 700
8,7 19 500
10,6 23 500
12,7 27 400
14,6 32 230
16,5 36 220
20,5 44 42

Quindi queste celle arrivano a poter essere ricaricate 8000 (ottomila) volte se scaricate al massimo a 1C (2,2A), a circa 5000 se scaricate a 2C (4,4A) e cos√¨ via… arrivando a 230 cicli a 32 Ampere e a 42 cicli a 44A!!

Questo significa che costruire una mini-batteria boost, cioè con pochi Wh ma tanti W, è possibile ma inutile, perchè durerebbe appena una cinquantina di ricariche se dovesse erogare ogni volta 30-40 al posto della batteria principale: il taglio minimo di Ah per avere una batteria A123-based che duri almeno 1000 cicli è quindi 10Ah, che consentirebbero cicli di scarica da 50A con DoD=100%. Sfortunatamente, questo significa un parallelo di 5 celle (anzichè la cella singola da me prevista), quindi un prezzo quintuplicato, pari a circa 1000 euro!!! (considerando un costo di circa 10,00 euro a cella e 20 celle per 60V).

Volendosi accontentare di 500 cicli, che sarebbero comunque il doppio di quelli di una batteria al piombo, si pu√≤ arrivare a scariche tollerate di 10C/20A, quindi basterebbero 2 celle in parallelo per avere quei 40A necessari ad “alleggerire” il carico delle batterie al piombo e farle durare di pi√Ļ.

In compenso, ho scoperto (sempre per caso!) altre celle LiFePo4, simili come durata alle A123, le “K2”: sono date per scariche continue massime di 20C/40A, ma a 3C e DoD80% garantirebbero oltre 2000 cicli.

Per dovere di cronaca, questi sono i dati reali della ricerca:

c A Cycles
1,8 4 1000
4,8 10 1000
6,8 15 700
8,7 19 >500
10,6 23 >500
12,7 27 >500
14,6 32 230
16,5 36 220
20,5 44 42

5000 cicli a 2C per le A123: http://dev.bootcampmedia.co.uk/mavizen/wp-content/uploads/2012/12/A123-AMP20-M1HD-A-1-Data-Sheet.pdf

Ecco poi un interessante sito della NASA pieno di ricerche sulle batterie, tra cui per l’appunto anche le A123 (26650 nel 2007 e 18650 nel 2009).

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Il primo scooter elettrico con generatore artificiale di rumore viene dall’olandese Ebretti

Posted in scooter elettrici by jumpjack on 26 maggio 2013

Struttura interna delle celle A123 ai nanofosfati: vavola di sfogo o buco di riempimento?

Posted in batterie by jumpjack on 25 maggio 2013
Sono riuscito a trovare il brevetto delle celle A123 LiFePO4 ai nanofosfati.
In vari forum si legge che queste celle sono dotate di valvole di sfogo per evitare esplosione della cella in caso di malfunzionamento, ma alcuni forum dicono che questa valvola sarebbe il forellino sul polo negativo, altri dicono che √® l’intero polo positivo a “saltare via” in caso di sovrappressione.
Il sistema di rottura di emergenza delle celle A123 non è un foro, ma una scanalatura circolare di spessore specificamente studiato per cedere in caso di sovrappressione per evitare che la cella esploda.

Risulta quindi essere solo una leggenda metropolitana il fatto che il foro sul polo sul polo negativo e il quasi-foro sul polo positivo siano valvole di sfogo: il primo √® il foro da cui viene inserito l’elettrolita DOPO che la cella √® stata assemblata; sul secondo non ho trovato dati.

Il fatto che il polo positivo “salti via” in caso di sovrappressione √® pi√Ļ plausibile.

In ogni caso, non √® vero che bisogna usare linguette forate/tagliate per lasciare aperta la valvola di sfogo!! Il motivo per cui certe celle hanno le linguette forate probabilmente √® che talvolta vengono saldate alla cella durante la fabbricazione della cella stessa, e devono quindi lasciare accessibile il foro per l’inserimento dell’elettrolita.

Per quanto riguarda i materiali dei fondelli (alluminio, nichel o alluminio placcato di nichel), vedere [0048] e [0052]. Il corpo è in alluminio

Ecco un estratto del brevetto:

[0043]The battery cell package design uses a low weight and highly compact aluminum housing, and is typically an aluminum alloy such as AI3003H14. Aluminum and aluminum alloys provide high specific modulus and high specific stiffness in the structure and a high strength to weight ratio. Aluminum is also one of the few materials that are stable at the cathode potential of a Li-ion cell. Several features of the battery design are shown in the exploded diagram of FIG. 1. The cell design includes a positive end cap (1), a cathode extension tab (2), an insulation disc (3), a cylindrical tube (4), a negative end cap (5), anode current collection tabs (6), cathode current collection tabs (7), and internal active cathode and anode materials (electrodes) (8a and 8b). Although exemplary embodiments discuss cylindrical tubes, other shapes or outer configurations can be utilized. The positive end cap (1) contains both the positive battery terminal for the cell as well as the cell’s vent mechanism. The cathode extension tab (2) acts as an electrical connection between the cathode current collection tabs (7) and the cell’s external positive terminal (1). The insulation disk (3) includes slots (3a) through which the current collection tabs extend. The insulation disc (3) prevents the cathode current collection tabs (7) and the cathode extension tab (2) from shorting to the internal active cathode and anode materials (8a and 8b). The cylindrical tube (4) acts as the main housing for the cell package.

Read more: http://www.faqs.org/patents/app/20090029240#ixzz2UKHCSSfK
[0047]The positive end cap (1) includes an engineered vent score (10) and a nickel interface terminal (9), as illustrated in FIG. 3. The engineered vent score opens under a predetermined internal pressure, letting large amounts of gas and material exit the cell if necessary. The vent is an annular groove (*) located near the periphery of the positive end cap, disposed between the end cap circumference and the nickel terminal. The groove can be located on the inner or outer face of the end cap, or both. In one or more embodiments, the groove is located on both the inner and outer faces of the end cap. The grooves may oppose one another or be offset from one another. The groove provides a thinned radial section in the end cap that is designed to rupture at a preselected pressure. The annular groove forms an arc on the end cap that is in the range of about 150 degrees to a full 360 degrees, or about 180 degrees to about 300 degrees. The actual arc length will depend on the size of the cell. The arc length can be selected so that the end cap hinges when ruptured and the ruptured end cap is not severed from the battery can, but also can be up to about a full 360 degree arch with no apparent hinge. A further advantage of the annular groove is that it serves to thermally insulate the terminal during welding of the end cap to the battery body. The groove is introduced by conventional methods, such as stamping, scoring or scribing and the like.

[0048] The nickel interface terminal (9) provides a low resistance, corrosion resistant battery terminal, as well as a weldable interface for connecting batteries together in packs. The nickel plate can range in thickness and typically has a thickness in the range of about 75 őľm to about 125 őľm. Thicker terminal plates are particularly well-suited for high power batteries. In one or more embodiments, the body of the cathode cap is aluminum and, for example, is the same aluminum alloy as the battery tube. In one or more embodiments, the cathode cap may be plated with a layer of nickel on its outside surface. The nickel interface terminal is then either resistance (spot) welded to the cathode cap to give a mechanically robust interface, re-flow soldered to the nickel plating layer to give an electrically robust interface between the two parts, or both. Other welding and soldering techniques may be used, for example, ultrasonic welding or electrically conductive adhesives. Suitable solder includes solder having a melting temperature above the maximum use temperature of the battery. This joining technique between the Ni terminal and the AI cathode cap is unique in the battery industry.

[0049]The pressure vent occupies a peripheral region of the end cap face and does not interfere with the location and securing of the nickel terminal. The nickel terminal cross-sectional area can be quite large and can occupy a significant portion of the end cap face. This serves to reduce cell impedance and to provide cell to cell weld-ability during pack assembly.

[0050]FIGS. 4A-4C depict a negative end cap (5) including a centrally located fill hole (40). The fill hole is used to activate the cell once assembled and is defined, at least in part, by a hollow bore rivet (45) which makes up the power terminal. Dual use of the central location of the negative end cap as both a fill hole and as a power terminal provides efficient use of space and does not interfere with battery operation. The fill hole (40) is centrally located in the end cap face. The centrally located fill hole provides a feed through inlet fittingly disposed within the hole and connecting to the interior of the cell. Electrolyte is introduced through this feed through inlet during activation. Read more: http://www.faqs.org/patents/app/20090029240#ixzz2UKEIxzRg
[0052]Rivet(*) (45) may be Ni plated steel for both good corrosion resistance and good weldability, which serves as the power terminal for the cell.

a123-fig1-2-3
a123-fig4A
Tutto questo significa che non c’√® motivo di usare le limguette bucate/spaccate piuttosto che quelle piene:
a123-ok
a1239-nohole
Infatti probabilmente quelle bucate sono semplicemente quelle presaldate dalla A123 al momento dell’asemblaggio della cella: dovevano lasciare il buco di riempimento libero, in modo da poter “attivare” la cella solo al momento della vendita, prevenendo quindi il “decadimento da magazzino” cui sono soggette le celle al litio, che cio√® perdono irreversibilmente capacit√† nel tempo anche se non vengono usate. Ma se non contengono elettrolita, non avviene nessuna reazione chimica, quindi non decadono, e nel momento in cui vengono riempite, sono di fatto nuove di zecca!
Dico “dovevano” perch√® la A123 √® fallita nell’estate del 2012 ed √® stata acquisita dalla cinese Wanxiang, che per√≤ al momento non sembra ancora intenzionata a mettere in vendita celle a nanofosfati, quindi probabilmente tutte quelle che si trovano in vendita sono fondi di magazzino.
AGGIORNAMENTO 27/5/2013
Trovata documentazione originale della A123 su come assemblare un pacco di batterie di celle A123.
a123-venting
Ecco un’altra immagine ufficiale della valvola di sfogo (“vent”) delle celle 26650:
a123-vent-2
Per le celle pi√Ļ piccole (ANR18650)¬† la valvola di sfogo (“vent”) √® sempre sul polo positivo, ma ha l’aspetto di quattro forellini sul “tappo” della batteria:
a123-vent-3
Infine, per le celle pi√Ļ grosse (AHR32113 da 4,5Ah) il vent √® cos√¨ posizionato:
a123-vent-4
Il documento inoltre sconsiglia di saldare a stagno i terminali delle batterie, ma di usare “spot welding” (saldatura a punti) o “resistance welding” (saldatura a resistenza); sfortunatamente, per questo tipo di saldature servono macchinari professionali da alcune migliaia di Ampere!!
C’e poi un’altro punto fastidioso:
Discard any cells that have been subjected to even a brief external short circuit.

Cio√®, si dovrebbe buttare una cella anche se per sbaglio √® rimasta cortocitcuitata anche solo per un attimo…
(*) Groove= scanalatura
(**) Rivet = il rivetto del polo positivo
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Batteria boost a123 – primi test

Posted in batterie, scooter elettrici by jumpjack on 24 maggio 2013

Finalmente √® l’ora del test su strada!

Accroccato lo scrondo sul porta-bauletto, faccio i vari collegamenti e mi accingo a partire… ma qualcosa non va.

Primo test:

Batteria Lepton a 49.2 V

Batteria boost a 52.6

Collego “B-” alla massa dello scooter, “B16/B+” al positivo dello scooter (ma con le batterie al piombo staccate), accendo lo scooter, accelero… la ruota inizia a girare. OK, sembra funzionare.

Per√≤, appena provo ad accelerare… inizio a sentire puzza di bruciato! Il BMS fuma!!! Porco cane, stacco tutto!!!

Ma che √® successo?!? Ricontrollo i collegamenti… aspetta un po’, mi sa che non devo collegare B- alla massa dello scooter, ma P- (Power, cio√® l’uscita del BMS). Non capisco come collegare B- (ingresso al BMS, proveniente dalla batteria al litio) al negativo della batteria al piombo col positivo scollegato possa aver bruciato qualcosa, boh?!? CH- invece (ingresso di ricarica del BMS) neanche l’ho usato, perch√® l’unico modo sarebbe collegarlo alla massa dello scooter, visto che dovrebbe essere la batteria dello scooter a ricaricare la batteria boost, quindi nel dubbio per ora l’avevo lasciato scollegato.

Secondo test:

Visto che, dopo la fumata, tra P- e P+¬† ci sono comunque ancora 52 volt, faccio il collegamento “giusto” (?), cio√® P- alla massa dello scooter e P+ al positivo, e provo a ripartire: lo scooter fa cinque centimetri e poi si spegne tutto con un’altra fumata del BMS seguita da un piccolo scoppietto! E stavolta tra P- e P+ compaiono due soli volt… Mi sono giocato il BMS! (a vedersi sembra scoppiata una resistenza, ma boh…)

Terzo test:

va bene, il BMS √® andato, ma una prova devo riuscire a farla lo stesso, tanto una sola “scaricata” alle batterie senza bilanciamento non pu√≤ danneggiarle, e visto che sopportano 60A continui e 120 per 10 secondi, non dovrebbero esserci problemi a fare un po’ di brevi prove. Quindi bypasso il BMS, e collego al negativo dello scooter non P- ma B-; cos√¨ mi accorgo che il B- della batteria al litio NON era collegato al B- del BMS, ma rimasto volante…. ???? Possibile allora che questo abbia fatto bruciare il BMS? Continuo a non capire.

Comunque, almeno adesso, con le batterie connesse direttamente, lo scooter funziona: riesco a partire, a fare una decina di metri, poi comincia la salit√† del 15-20%: riesco a salire… ma stranamente vado PIU’ PIANO che con le batterie al piombo (al momento ancora scollegate). Ma come?!? E ‘sti 60/120A dove cavolo sono?!? Per di pi√Ļ, non riesco nemmeno ad arrivare in cima alla salita (lunga forse 100 metri), lo scooter si ferma! Devo attaccare le batterie al piombo per arrivare in cima e poter continuare i test!

Quarto test:

Adesso collego sia le batterie al piombo che la boost al litio, e faccio diverse volte il salitone; ogni volta, quando arrivo in cima, i cavi “leggeri” della batteria al piombo non sono caldi: SCOTTANO! Se la salita durasse un minuto invece che 20 secondi, probabilmente la guaina si scioglierebbe, o peggio si incendierebbe!!! Nessun problema invece sui cavi originali, al massimo sono tiepidi quelli pi√Ļ sottili.

Problemi (previsti) invece, sulla batteria al litio: per bypassare la cella che non sono riuscito a saldare, in mancanza di cavo adatto avevo dovuto usarne uno pi√Ļ sottile degli altri, e quindi √® diventato tiepido, ma comunque molto meno caldo di quello delle batterie al piombo. Ma come MENO? Non doveva venire per lo pi√Ļ dalla batteria boost la corrente?!?

Ma non √® tutto: dopo mezz’ora di prove, non sono solo i fili a essere caldi: tutte le celle sono molto calde! Non scottano, ma sono palesemente calde, e questo non va bene per niente: si sono scaldate dopo tre salite?!? E dopo un’ora di viaggio in scooter cosa farebbero, si squaglierebbero?!?

Al termine dei test, la batteria boost d√† 46.6 volt, cio√® in teoria 2,91V a cella…. ma stupidamente ho dimenticato di misurare le singole celle per sapere se il BMS, a parte non avere pi√Ļ il circuito di potenza, riesce almeno a bilanciare! Me ne ricordo solo 3 ore dopo: quasi tutte le celle sono tra 2,91 e 2,94V, tranne 2 che sono una a 3,00 e una 2,50. Ma quel che √® peggio √® che la cella n.1 √® a 0,10V (zero virgola 10???). Come fa una cella al litio ad arrivare a 0,10V?!? Senza scoppiare o incendiarsi, per giunta?!?

Non ci siamo proprio, questi primi test sono davvero deludenti e preoccupanti!

Però anche il mio accrocco è deludente, con saldature approssimative, cavi inadatti, e BMS fritto.

Ho ordinato una speciale pasta per saldare l’alluminio, per cercare di saldare l’ultima cella: quando arriva, se funziona risaldo per bene tutte le celle, e potr√≤ fare i test col BMS da 60V, e vedere un po’ cosa succede.

Intanto, per adesso ho imparato questo sui BMS:

  • P-/P+: contatti di Potenza in uscita dal BMS; ma in realt√† P+ non c’√® sul BMS, √® il polo positivo della batteria a fungere da P+ (oltr eche da B+, vedi sotto).
  • B-/B+: contatti di ingresso al BMS, provenienti dalla batteria; ma in realt√† B+ non esiste, perch√® B+ e P+ vanno insieme.
  • CH-/CH+: contatti di ricarica della batteria; anche qui, il positivo non esiste sul BMS, perch√® √® in comune con B+ e P+. In pratica, CH+, B+ e P+ sono tutti la stessa cosa, e cio√® il polo positivo della batteria, ossia dell’ultima cella, quindi il contatto B16 della serie. Invece, B- sarebbe il contatto Bzero, cio√® il negativo della prima cella, mentre B1 √® il positivo della prima cella.

Non mi è ben chiaro se e come posso usare CH- nella mia configurazione con batteria che deve sia scaricarsi sullo scooter che ricaricarsi tramite lo scooter, anzichè ricaricarsi tramite caricabatterie esterno.

La cosa bizzarra è che nel BMS da 48V il B- non è presente tra i fili di bilanciamento, quindi il negativo della batteria va collegato al BMS separatamente, mentre in quello da 60V il B- è il primo contatto del morsetto.

Gli schemi di cablaggio dei due BMS:

48VBMS60A-150A

60VBMSAGGIORNAMENTO:

QUeso è come credevo che dovesse essere un circuito con batteria boost:

Diapositiva1

Questo è quello che pensavo dopo aver letto gli schermi di cablaggio dei miei BMS:

Diapositiva2

Questo √® invece quello che penso dovrebbe essere in realt√†, dopo una lettura pi√Ļ approfondita:

Diapositiva3

Evidentemente il controllo sulla corrente erogata viene effettuato sul “canale negativo” del collegamento, visto che sul BMS non c’√® nessun morsetto positivo.

Per quanto riguarda il morsetto CH- di ricarica… boh? ūüôā Che ci faccio? Se lo collego al “-” della batteria al piombo, vuol dire che lo metto in corto con P-, non lo so mica se si pu√≤ fare!!

Detto questo, ecco i “veri nomi” dei due BMS, scritti sui PCB, molto ben nascosti nel “sandwich” (sono 3 PCB sovrapposti per ogni ):

60V: PCM-L24S60-622(A)

48V: PCM-L16S70-563(B)

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Batteria boost a123 – Lo scrondo2 – ci siamo quasi

Posted in Uncategorized by jumpjack on 23 maggio 2013

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Ieri era solo un ammasso di celle al litio, oggi ho aggiunto l’agglomerato di cablaggi che fa delle celle una batteria: un connnettore da 13 piu’ + uno da 8 per la batteria da 20 celle / 60V, due connettori da 8 per la batteria da 16 celle / 48/. Purtroppo al momento non posso connettere il BMS da 60V perche’ non sono riuscito a saldare un’ultima cella, ma il BMS da 48V e’ collegato, e la batteria da 48V pronta per i primi test sul Lepton. Una prima verifica sara’ vedere se i fili della batteria al piombo che la volta scorsa si sono surriscaldati si surriscaldano ancora: se l’ENEA dice il vero e se una cella da 60A puo’ fare davvero le veci di un supercondensatore, non si surriscalderanno. Vedremo.

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Superbatteria boost a123 a nanofosfati

Posted in Uncategorized by jumpjack on 22 maggio 2013

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Eccola, in anteprima. Ribattezzata “lo scrondo”, e’ l’oggetto piu’ brutto, raffazzonato e pericoloso che la storia dello scooterismo ricordi. ūüôā Nei prossimi giorni un report della costruzione, poi tentero’ di collegare il BMS, sperando che NON ci sia la fumata bianca!!!

Una giovane Indiana d’America inventa una superbatteria per cellulari?

Posted in batterie, scooter elettrici by jumpjack on 22 maggio 2013

Non proprio.

Non √® facile scremare le scemenze dalla realt√† in un mondo ormai infestato da blogger 13enni e sedicenti giornalisti, ma dopo qualche ricerca sono arrivato, grazie a Reddit, al testo originale della ricerca di questa ragazza, che per ora ha solo acceso un LED con la sua “superbatteria”, non un cellulare n√© tantomeno un’auto elettrica. Cosa che per√≤ potrebbe facilmente succedere!

Quello che davvero conta, infatti, parlando di “superbatterie”, √® fondamentalmente un unico parametro: la densit√† gravimetrica di energia, o in parole pi√Ļ semplici, quanto pesa una batteria.

Per fare un esempio, una batteria da 1kWh pesa 25-30 kg se è al piombo, 7-10 kg se al litio; o, detto in altri termini, le batterie al piombo hanno densità gravimetrica di 0,035-0,040 kWh/kg e quelle al litio 0,100-0,150 kWh/kg (a fronte di densità di potenza di oltre 1,00 kW/kg).

Poi ci sono i supercondensatori: un misto tra condensatori, il cui funzionamento si basa sull’elettrostatica, e le batterie, che si basano sulla chimica; infatti si chiamano anche condensatori elettrochimici (da non confondere con gli elettrolitici; “supercapacitore”, invece, √® una parola inventata, derivante dalla traduzione babbea dall’inglese “supercapacitor”). Caratteristica dei supercondensatori (abbreviato in SC) √® di avere un’altissima densit√† di potenza (kW/kg) ma una bassissima densit√† di energia (kWh/kg): quest’ultima arriva al massimo a pochi kWh/kg, non pi√Ļ di 0,010.

Ma questa ragazza ha inventato un nuovo tipo di SC, basati su biossido di titanio idrogenato (H-TiO2), che permette di raddoppiare la capacità gravimetrica, portandola a 0,021 kWh/kg.

Anche se √® ancora piuttosto bassa, √® comunque il doppio di quella massima possibile finora per i SC, ma soprattutto √® piuttosto vicina a quella effettiva delle batterie al piombo: se infatti quella apparente delle batterie al piombo √® di minimo 0,035 kW/kg, √® anche vero che questa non √® effettivamente disponibile nei mezzi elettrici, caratterizzati da alti assorbimenti di potenza, a causa dei quali la densit√† gravimetrica effettiva del piombo si riduce al 60% di quella reale, cio√® 0,021 kWh/kg (anche meno nel periodo invernale a causa della sensibilit√† alle basse temperature): esattamente quella di questi nuovi supercondensatori! Con due enormi vantaggi: l’altissima potenza che pu√≤ essere fornita da questo SC (20.5 kW/kg), e la grande longevit√†: dopo 10.000 ricariche conserva ancora il 70% della carica, quando una batteria al piombo usata su un mezzo elettrico pu√≤ durare dai 200 ai 500 cicli.

Resta l’incognita del prezzo: se nella produzione di scala questo SC risultasse pi√Ļ economico di una batteria al piombo, potrebbe rappresentare una vera rivoluzione nell’ambito della mobilit√† elettrica (i SC attuali costano oltre 10 Euro a kWh, contro costi di meno di 1 Euro a kWh per le batterie al litio e meno di mezzo euro a kWh per quelle al piombo).

 

Riepilogo i dati relativi ai nuovi supercondensatori di Eesha Khare:

  • Materiale: hydrogenated TiO2 (H-TiO2) core and polyaniline shell.
  • Capacit√†: ¬†of 203.3 mF/cm2 (238.5 F/g) compared to the next best alternative supercapacitor in previous research of 80 F/g
  • Densit√† gravimetrica di energia: 20.1 Wh/kg ¬†(contro max 10)
  • Densit√† di potenza 20540 W/kg (contro max 10000)
  • Tempo di vita: perdita di capacit√† pari al ¬†32.5% dopo 10000 cicli a 200 mV/s.

Il Lepton √® vivo!

Posted in scooter elettrici by jumpjack on 19 maggio 2013

Atala/Oxygen Lepton anni 2000

lepton

  • ¬†Batteria:
    • Versione base: Piombo ad elettrolita assorbito, senza manutenzione, 4x12V/38Ah/14kg (tot
      56 kg), 1824 Wh, ricarica in 5 ore, caricabatterie integrato;
    • versione ‚ÄúE‚ÄĚ: batterie nichel-zinco (1)
  • Estraibilit√† batteria: no
  • Potenza: 1800 W, 48V , 37,5A
  • Velocit√† max: 45 km/h
  • Accelerazione: 0-50 km/h in 6,5 secondi (0,22 g)
  • Autonomia: 50 km (35 reali (2))
  • Pendenza max:¬† n/d
  • Freni: Tamburo/Tamburo, KERS (recupero energia)
  • Peso: 133 kg

(in corsivo i dati calcolati da me)
(1)   Prodotte dalla ditta statunitense Evercel Inc (in precedenza appartenuta
alla  Energy  Research  Corporation)  che  le  progettava  presso  la  Evercel
Danbury  in  Connecticut,  e  le  produceva  a  Xiamen,  in  Cina;  nel  2006  la
Evercel  concesse  in  licenza  la  produzione  delle  sue  batterie  nickel-zinco
alla CM Partners di Kynugkido, in Corea, per 20 anni.

(2) Da test su strada pubblicati da ‚ÄúLa Repubblica‚ÄĚ il 2 aprile 2002

———————————

Nuovo, piccolo passo nel restauro dell’Oxygen Lepton anni 2000 comprato usato a 100 euro qualche mese fa.

La prima prova era stata verificare se camminava: s√¨, ma per 50 metri, causa batterie esauste. Non importa, l’importante √® che l’elettronica e il motore funzionino!

La seconda prova e’ stata la verifica delle batterie:

Le ho collegate tutte in parallelo anzichè in serie, in modo da poterle caricare con un normale caricabatterie da auto, ma non ha funzionato:

– all’inizio il c.b. neanche le voleva caricare, “vedendole” come batterie da 6V gi√† cariche… cos√¨ le ho tenute per diverse ore collegate a una batteriola da 12V/7Ah, giusto per svegliarle; in effetti cos√¨¬†finalmente il c.b. √® riuscito a “vederle”, iniziando per√≤ a caricarle in “modalit√† impulsiva” (cio√® probabilmente a desolfatarle). Per√≤ la desolfatazione andava avanti solo per qualche ora, poi il c.b. si spegneva e dovevo riaccenderlo a mano. Dopo un paio di giorni (non continuativi, di notte lo spegnevo per motivi si sicurezza) finalmente sul c.b. si √® accesa la lucetta verde di ricarica completata. Le batterie hanno per√≤ mantenuto la carica solo per pochi giorni, sebbene non utilizzate, scendendo presto sotto gli 11 volt
-poi ho fatto un’altra prova, collegandole per ore a una superbatteria da 500 (cinquecento) Ah, ma anche cos√¨ il c.b. all’inizio cercava solo di desolfatarle per ore e ore prima di iniziare a caricarle. Le ho tenute sotto carica, in giardino, per 72 (settantadue) ore, ma niente da fare, la spia verde non si accendeva mai. Cos√¨ ho provato a controllare il voltaggio delle batterie… e nello spostarne una, mi sono accorto che era tiepida! Male, male, molto male!!! Quindi era questo il problema: una singola batteria fallata, che costituisce un “buco di energia” che ha disperso per 72 ore l’energia proveniente dal C.B., impedendo la ricarica!
-Infatti, eliminata la batteria fallata, il c.b. riesce rapidamente a caricare le altre 3!

Per√≤ nel Lepton ne servono 4, cos√¨ ne compro una nuova, ma una normale, per automobile, preoccupandomi solo delle dimensioni fisiche: non mi interessano specifiche e peso, tanto devo solo fare due esperimenti: vedere se lo scooter riesce a raggiugere i 45 km/h, e verificare se, come dice l’ENEA, si possono usare normali batterie per auto invece di batterie da trazione, se in parallelo gli si mette una “fonte di alte correnti che si faccia carico dei picchi di assorbimento”: loro hanno usato supercondensatori da migliaia di euro, io user√≤ 16 supercelle LiFePO4 26650 della defunta A123¬† da 60/120A, da circa 10 euro l’una.

La terza prova √® stata il test su strada: funziona, la batteria per auto √® riuscita a fare da surrogato per la batteria mancante, permettendomi di fare mezz’ora di prove su strada. Non che al termine fosse scarica, ma avevo tutti i dati che mi servivano.

La prova è stata interessante sotto molti aspetti:

* ho dovuto spingere a mano lo scooter fino a una stradina di campagna dietro casa, perch√® non √® targato n√® assicurato, visto che neanche sapevo se fosse in grado di circolare, quindi di fatto non √® autorizzato a circolare su strada. Per fortuna ho dovuto solo “fare finta” di spingerlo, perch√® visto che il motore funziona, √® stato lui a spingere!

* arrivato alle pendici della stradina (un’esagerata salit√† del 15-20%), indosso casco e guanti in previsione di eventuali scatafasci, imposto la modalit√† leprotto, e via…

ZOOOOW, un vero razzo! In modalit√† leprotto lo scatto √® davvero impressionante!! E la salitona non impensierisce pi√Ļ di tanto i 1800W del motore, permettendomi di raggiungere dei rispettabili 20 km/h, che rispetto ai 45 km/h massimi possibili in pianura non sono pochi. Pi√Ļ sotto trovate grafici e filmati.

* Arrivato in cima alla stradina, sono iniziate le vere prove, perch√® mi interessava anche vedere la velocit√† massima in pianura. Senonch√®, in quella bella stradina di campagna semideserta indovina un po’ chi mi sorpassa? Una volante dei carabinieri!!! Io sto senza bollo, senza targa e senza assicurazione!!!
Però ho il casco.
Quindi probabilmente non attiro l’attenzione, cos√¨ mi ignorano, mi sorpassano e se ne vanno!!!!

* Decido di rischiarmela: ormai sono passati ignorandomi… non penso che ci ripenseranno, ripasseranno e mi si inchiappetteranno… no? Ok, mi dice bene, non si fanno rivedere fino alla fine dei test!

* Eccomi dunque ai test in pianura: in modalit√† normale lo scooter √® una vera mosceria, sembra di guidare un pesantissimo Emax al piombo. ‘na lagna. ‘na noia. Ma riesce comunque, con pazienza, a raggiungere i 45 km/h, anzi 48.

* In modalit√† leprotto √® tutta un’altra faccenda: come si vede dal grafico, ha addirittura pi√Ļ scatto del potente EMCO Novum 77 da 5000 Watt!!! Poi si ammoscia in seguito, ma lo scatto iniziale √® davvero potente! Ma curiosamente non √® fastidioso, perch√® √® potente solo se “affondo” l’acceleratore, altrimenti √® graduale. E NON graduale/impossibile come il Lepton nuovo, che per i primi due secondi di acceleratore a tavoletta sembra un bradipo stanco e poi parte a razzo, no, questo acceleratore √® molto pi√Ļ confortevole!

* Anche il freno rigenerativo √® molto migliore del Lepton nuovo, perch√® molto pi√Ļ facilmente dosabile con l’acceleratore. E su una discesa del 15-20% usare i freni quasi non serve, se la strada √® buona e sgombra, perch√® non si superano i 40 km/h.

* Unico aspetto negativo del test: i cavi di collegamento della nuova batteria alle altre si sono surriscaldati; ma probabilmente solo perch√® sono troppo sottili, perch√® anche se esteriormente sembrano identici a quelli che collegano le batterie l’una all’altra (che per√≤ stranamente sono pi√Ļ sottili di quelli che collegano la batteria allo scooter), in realt√† sono molto pi√Ļ flessibili, quindi probabilmente sono tutti guaina e niente rame… Per√≤ non ho fatto misurazioni.

* Aspetto curioso: una volta acceso lo scooter…. non sono pi√Ļ riuscito a spegnerlo! ūüôā

  • Ho girato la chiave nel quadro, ma lo scoote rcammina ancora.
  • Ho TOLTO la chiave dal quadro, ma lo scooter cammina ancora (??)
  • Ho tolto anche la chiave elettronica dal quadro, ma lo scooter cammina ancora!!!

Ohibo’??

* Ultima nota, l’indicatore di autonomia residua: appena acceso lo scooter, indicava i canonici 50km; durante i test, ha oscillato tra i 9 (nove) e i 56 km, a seconda di velocit√†, pendenza, posizione acceleratore e chiss√† quante altre cose….
Molto utile…

Comunque, la prova √® stata soddisfacente: multa evitata ūüôā , scooter funzionante, velocit√† decente (in alcuni tratti anche 50 km/h), pendenza superabile notevole.

Adesso, il prossimo passo: l’autocostruzione di una batteria al litio; dapprima una piccola per affiancare quelle al piombo e vedere se riesce a dare pi√Ļ potenza in salita; in seguito, una batteria al litio completa da 20/30 AH estraibile.

Restate sintonizzati! ūüėČ

Grafico comparativo con altri scooter:

lepton-e-altri

Grafico comparativo col solo Zem Star 45, l’altro mio scooter:

lepton-zem

Modalità normale: 0-45 in 15s contro gli 8 dello Zem.

Modalità leprotto: 0-45 in 9 secondi, velocità massima 49 km/h.

Come al solito, per√≤, √® impossibile sapere quanto correttamente sono tarai i contachilometri; per lo Zem il confronto col GPS d√† uno scarto del 18%, ma a volte anche il mio GPS d√† i numeri, quindi…

Comunque, questi sono i due grafici registrati col GPS del cellulare, per quello che possono valere:

speed

Diario elettrico Zem Star 45 – 15/5/2013 – Lo stiamo perdendo! Lo stiamo perdendo!

Posted in scooter elettrici by jumpjack on 15 maggio 2013

Il mio scooter mi vuole lasciare. ūüė¶

A piedi. ūüė¶

La prima delle tre batterie ha ceduto un mese fa: anche completamente carica, funziona per pochi secondi, poi “stacca” appena gli viene richiesto un minimo di corrente in accelerazione, quindi √® inutilizzabile.

La seconda sta per arrivare allo stesso livello, regge per pochi minuti.

La terza, quella seminuova comprata 6 mesi fa, funziona come funzionavano quelle nuove dopo un anno di vita: da sola, dopo 10 chilometri va in riserva alla prima salita, e l’altra batteria in parallelo non ha abbastanza corrente da “prestargli”.

Uno dei due nuovi caricabatterie √® entrato nella sua “crisi di mezza et√†”: inizia a scaldare come un pazzo, quindi immagino che stia iniziando a cuocere i vari condensatori, che presto esploderanno come al solito, rendendolo inutilizzabile . Devo sbrigarmi a costruire il logger di temperatura con allarme e rel√® di distacco, prima che sia troppo tardi. Tecnicamente √® semplicissimo, devo solo trovare il tempo (e la voglia…) per farlo…