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Diario elettrico – Costruzione nuova batteria – 8 febbraio 2014

Posted in auto elettriche, batterie by jumpjack on 12 febbraio 2014

·         Celle usate: 20xHeadway LiFePO4, tipo 40152 da 15 Ah

·         Assemblaggio: inserimento in involucro vecchie batterie Zem

·         Connessione: piastrine metalliche spesse 1 mm avvitate alle estremità delle celle

·         Connessione esterna: speciale cavo in rame da 8 mm2 a treccia, molto flessibile nonostante lo spessore (comprato online)

·         Disposizione: 20S1P (=64 V nominali)

·         BMS: 16-24 celle

 

Primo assemblaggio

La prima cosa che ho fatto è stata incollare su ogni cella una grossa etichetta con indicata la polarità della cella e il numero della cella: è molto importante al momento del cablaggio del BMS, per non sbagliare collegamenti; ho anche posizionato l’etichetta più vicina al “+”, così basta uno sguardo all’etichetta, senza neanche leggerla, per capire la polarità della cella. In seguito però mi sono reso conto che converrebbe mettere DUE etichette, in posizioni diametralmente opposte, altrimenti quando si ruotano le celle per avvitarle, si perde di vista l’etichetta. Le etichette sono semplici post-it, ma incollate tramite nastro adesivo trasparente largo, da pacchi: così le etichette non si sporcano o cancellano, perché sono praticamente plastificate.

Dopo vari tentativi di posizionamento, ho deciso di posizionare due file di celle su due strati come visibile in foto: nello strato inferiore ci sono 2 file da 6, in quello superiore 2 file da 4.

La parte più difficile è stata posizionare i fili di monitoraggio del BMS in modo che non si trovassero a contrasto tra due celle, perché in una batteria di trazione bisogna tener conto delle vibrazioni, e se un filo sottile si trova incastrato tra due blocchi di alluminio, le vibrazioni possono scorticarlo e mandarlo in corto con l’alluminio.

Ho utilizzato anche una piattina IDE per PC per aggiungere un morsetto di monitoraggio esterno per le singole celle; purtroppo i fili non sono lunghissimi, quindi per le celle più lontane sono un po’ tesi.

L’assemblaggio dentro una scatola è complicato perché le viti fornite con le celle sono a brugola, quindi accessibili solo estraendo le celle dalla scatola.

E’ anche piuttosto pericoloso lavorare con le celle sdraiate e su due strati, perché le linguette inter-cella, durante il fissaggio, se scivolano di mano vanno in corto con le celle sottostanti.

Pericoloso anche dover usare una chiave a brugola, che se dovesse cadere nella scatola e mettere in corto due celle, probabilmente si scioglierebbe per il grande calore, o comunque si arroventerebbe e sarebbe impossibile rimuoverla con le mani prima che la batteria si danneggi.

E’ anche un problema che le celle non siano sorrette da appositi sostegni, perché così poggiano una contro l’altra, e sicuramente a lungo andare le vibrazioni scorticheranno il sottile rivestimento plastico mandando in corto le celle. Ma se avessi messo i supporti classici, la batteria sarebbe risultata più larga di quella originale, mentre i supporti “a 3”, che permetterebbero di avere due strati di celle larghe 4 cm singolarmente ma 8 complessivamente anche contando lo spessore dei supporti, erano in vendita su altro sito, quindi non li ho presi.

Le dimensioni finali risultano in ogni caso, anche senza supporti, leggermente superiori a quelle della batteria originale, anche perché il BMS sporge pure lui un po’, quindi non è possibile inserire la nuova batteria insieme a una vecchia nell’alloggiamento del sottosella, bisognerebbe allargare un po’ lo spazio; ma nel sottosella ci sono due viti che reggono il contenitore delle batterie, che impediscono di allargare lo spazio di quei 2 cm necessari. La soluzione temporanea che ho adottato è di tenere la nuova batteria nello zaino e collegarla allo scooter con dei fili volanti; non sono da 8mm^2 come quelli che escono dalla batteria, ma comunque in questo modo la batteria lavora in parallelo all’altra (o addirittura a tutt’e due), quindi non deve erogare grandi correnti (anche se non ho un sensore di corrente per avere un valore preciso).

Il BMS che ho comprato era dato come mancante dei contatti separati per la ricarica, perché avevo intenzione di tenere la batteria sempre a bordo, con funzione di boost, e sarebbe stata ricaricata da quella estraibile; in realtà però sul BMS il morsetto CH- c’è. Quindi, ho portato fuori dalla batteria due connettori Anderson: uno per l’utilizzo, e uno per la ricarica. Solo che quello per la ricarica sembra non funzionare, mentre riesco a ricaricare dallo stesso connettore che uso per collegare la batteria allo scooter.

In ogni caso, per evitare confusione tra i connettori avevo fissato quello di ricarica alla batteria, mentre quello di utilizzo sporge per una ventina di cm dalla batteria, “appeso” ai grossi cavi da 8mm2.

 

Primo test – sabato 8 febbraio 2014

La batteria riesce a far andare lo scooter a velocità massima e in salita anche da sola, ma le celle risultano piuttosto calde dopo qualche km, perché devono erogare 2C continui e forse anche 3 o 4 di picco; sono progettate per 10C, ma è comunque un bello stress.

Inoltre, vedo che la tensione, anche a batteria carica, scende molto: non ho un voltmetro, ma quello dello scooter arriva fino a metà corsa in salita e in accelerazioni pesante.

Le mie precauzioni per non avere fili a contrasto con le celle si sono rivelate insufficienti: un filo è stato comunque scorticato dalle vibrazioni di due celle, è andato in corto, e ha provocato un’alta corrente nel BMS che ha fatto arroventare il gruppo di 4 resistenze di monitoraggio della prima cella, sciogliere lo stagno e dissaldare una resistenza vicina e un transistor. Però la batteria ha continuato a funzionare (?)

Ho risaldato, faticosamente, i componenti SMD, e la batteria sembra funzionare regolarmente sia in trazione che in ricarica, ma devo ri-verificare i livelli delle celle, che dopo i primi 15 km in queste condizioni risultavano ancora perfettamente bilanciate: da 3,45 iniziali erano arrivate a TBW (2,8?).

C’è stato un altro inconveniente: una delle viti non era stretta bene, il falso contatto causava un’alta resistenza, e l’alta corrente ha causato un calore altissimo, tanto da sciogliere la plastica del morsetto del filo di controllo della cella (ma non lo stagno). Su un’altra cella un problema analogo ha surriscaldato abbastanza il morsetto da far sciogliere la plastica dell’involucro con cui era a contatto e farlo penetrare nella parete in plastica semi-fusa.

Nota: tenere la batteria sulle spalle riduce molto le vibrazioni che deve subire, quindi posso permettermi di fare qualche altro test senza timore che l’urto cella-cella provochi cortocircuiti, prima di ordinare eventualmente un nuovo BMS dal sito che ha anche i supporti “tripli” per le celle, necessari per poter montare le celle in modo che la batteria non sia troppo larga.

Voltaggi iniziali: —– TBW

Voltaggi finali: —– TBW

 

Secondo assemblaggio – domenica 9 febbraio 2014

Nel primo assemblaggio avevo deciso di usare i fili “standard” del connettore IDE e quelli forniti col BMS, cioè non apportare nessuna aggiunta, per non modificare la resistenza complessiva e quindi le letture del BMS; a quanto pare però la cosa non è accettabile, perché la lunghezza di alcuni fili risulta troppo risicata per seguire percorsi che non li portino a contrasto tra due celle, causando i suddetti problemi di corto circuito. Ho quindi preso i ritagli avanzati dal cavo IDE (che ha 40 fili, mentre a me ne servivano 21) e prolungato i fili che vanno alle celle più lontane; non ho potuto fare lo stesso coi fili del BMS perché sono più grossi, e non volevo fare una giunta con un filo più sottile, per evitare problemi di surriscaldamento, quindi ho usato i fili di un vecchio BMS bruciato; sono addirittura più grossi, speriamo che allora non risultino troppo piccoli, e quindi con troppa resistenza, gli spezzoni originali! Ho fatto le giunte con saldature a stagno piuttosto che col classico “intreccio” dei capi dei fili, per ridurre la resistenza e quindi gli errori di lettura del BMS.

Nel nuovo assemblaggio ho anche riposizionato le celle: prima avevo lasciato uno spazio al centro dove mettere il BMS, in modo da ridurre la lunghezza dei fili necessaria per le celle più lontane, ma visto che ora ho tutta la lunghezza che voglio, ho potuto disporre il BMS lateralmente; in questo modo un lato della batteria risulta più sottile, per cui se non ci metto il coperchio originale ma ne faccio uno sagomato apposta, forse riesco a inserirlo nel vano batterie insieme a una batteria vecchia, nonostante la vite sporgente di cui sopra presente nel vano batterie.

Adesso ho anche prestato maggior cura a evitare che i fili del BMS si trovino stretti tra due celle, e ho raggruppato i vari fasci di fili col nastro isolante, oltre a fissare alcuni fili alle celle col nastro nei punti più critici, dove rischierebbero di spostarsi in posizioni pericolose.

Ho anche aggiunto una maniglia alla batteria, avvitando un pezzo di nastri per serrande su un lato corto, dove prima si trovava il manico originale.

Naturalmente stavolta ho avvitato ben strette tutte le viti, anche se non è stato facile raggiungere quelle dello strato inferiore.

Provvisoriamente la batteria è chiusa dal coperchio originale, ma avanza una “luce” di 2 cm lungo tutto il perimetro della batteria, quindi devo trovare un’altra soluzione.

Inoltre, per il momento, dovendo tenere la batteria nello zaino, devo tenerla “incartata” in una busta di plastica perché, contrariamente a quelle nel sottosella, in caso di pioggia si infradicerebbe.

 

Secondo test – domenica 9 febbraio 2014

Nel secondo test ho percorso 25 km utilizzando la sola batteria 3, la più vecchia ed esausta dello scooter, in parallelo con quella nuova. Un paio di volte durante il test ho sentito accendersi la spia della riserva, segno che la batteria nuova “ha staccato”, ma rilasciando l’acceleratore e poi riaccelerando, la riserva non ha più suonato, cioè la batteria (o meglio il BMS) ha “riattaccato”. In condizioni normali, invece, in parallelo all’altra batteria il calo di tensione risulta minimo, difficilmente scendo sotto la prima tacca; però preferisco non affondare l’acceleratore in salite ripide, non volendo affaticare la batteria e non avendo ancora installato un amperometro per misurare l’assorbimento effettivo.

Questa volta le celle non erano calde, né i connettori scottavano, anche se due erano comunque un po’ caldi, e in seguito ho appurato che in effetti non erano stretti a dovere. In compenso, il BMS non scalda minimamente.

Mi chiedo se, col fatto che il BMS è “elastico”, cioè supporta da 16 a 24 celle, nel caso il circuito di bilanciamento della cella 1 sia effettivamente bruciato continui però a funzionare, limitandosi a non bilanciare quella; da verificare. E se oltre a non bilanciare, non la protegge nemmeno da sotto- e sovra-tensioni? Rischio di rovinare la cella.

 

Terzo test – lunedì 10 febbraio 2014

Al termine dei 10 km standard casa-lavoro (quindi non un percorso di prova), che includono anche una ripidissima salita e il guado di 3 o 4 torrenti a causa delle enormi piogge della notte, nessun punto della batteria risultava caldo. Scopo della batteria sarebbe di fornirmi almeno 20 km di autonomia giornaliera, ma visto che ci riesce già da sola, potendo contare anche su altre 2 batterie semi-morte, penso di poter contare anche su 35 km; può anche darsi che, visto che le batterie inizialmente mi davano 45 km ciascuna, potrei arrivare anche a 60 totali se usassi la nuova batteria solo per gli spunti in salita, ma dovrei installare un apposito teleruttore per accenderla solo quando davvero serve, e la cosa si farebbe eccessivamente complicata.

 

 Quarto test – Martedì 11 febbraio 2014

Casa-Lavoro-Casa, percorso alternativo,  25 km, pioggia battente,.

Niente da segnalare: con la batteria nuova e una vecchia, il voltmetro non scende mai sotto la prima tacca. Rimessa in carica la batteria loggando la corrente assorbita; dati ancora da raccogliere ed elaborare.

 

Test n.5 – mercoledì 12 febbraio 2014

Casa-Lavoro-Casa

Tutto ok fino a lavoro, cioè per 10km, poi all’improvviso la batteria nuova si è spenta. L’ho aperta ed esaminata, ma nessun danno visibile. Tornato a casa un po’ a 20 all’ora… e un po’ a piedi, perchè ingenuamente avevo portato UNA sola delle vecchie batterie (e per fortuna che era quella più potente e che oggi (12/2) non pioveva!

A casa l’ho rismontata e analizzata meglio, ho anche cambiato i capicorda che si erano quasi fusi nei test precedenti, ho stretto a morte tutte le celle di entrambi gli strati, ma comunque la batteria non va: il quadro si accende a malapena, si accende la spia della riserva e suona il cicalino, il voltmetro nemmeno si muove; però a misurarla col tester la batteria a oltre 63V, e le celle sono “quasi tutte” a 3,45 (quelle sotto non riesco a provarle…).

Esaminando meglio il BMS bruciacchiato mi accorgo che devo fare una saldatura aggiuntiva ai componenti che ho risaldato dopo il surriscaldamento dei primi test, non capisco se si è tolta quella che avevo fatto o se si è staccato un altro pezzo di pista (sono tutte un po’ rovinate…).

Comunque anche facendo la saldatura, la batteria si comporta allo stesso modo.

Decido allora di misurare una per una tutte le celle, e  ahimè scopro che la cella 1 è arrivata a 0,14 Volt!!! E per l’appunto è proprio la cella interessata dalla parte di BMS che si è surriscaldata (ovviamente, aggiungerei).

Previdentemente, avevo comprato 21 celle invece che 20, quindi posso sotituirla; però ora c’è il dubbi0 se si è strascaricata per via della saldatura mancante o se quel pezzo di circuito è proprio andato. Purtroppo non posso ancora ricomprare il BMS su LipoPower.de perchè sono temporaneamente (spero) finiti, quindi intanto mi devo arrangiare.

Con la nuova cella, la batteria funziona: lo scooter si accende e il motore gira, anche se non ho fatto un giro di prova.

Opzioni possibili:

  • viaggiare con questo BMS accroccato
  • sostituirlo col BMS che avevo comprato per le celle A123, che però è troppo grosso per entrare nella batteria, dovrei metterlo fuori
  • viaggiare senza BMS, tanto con le altre due batterie montate e percorrendo solo 20 km al giorno, la nuova batteria si scaricherebbe pochissimo e a correnti bassissime, quindi non dovrebbero rovinarsi le celle
  • provare a usare il BMS scollegando i cavi di monitoraggio: può anche darsi che funzioni la sola parte di potenza, che cioè limita la potenza massima erogabile… ma tanto non dovrebbero uscire più di 8-10A, vsto che è in parallelo alle altre due batterie e che, complessivamente, da tutte le batterie insieme dovrebbero uscire 25A (1500W/60V).

Intanto ho predisposto il BMS bruciacchiato in modo da poter rapidamente sotituirlo con un altro senza dover fare saldature (prima i morsetti di potenza erano saldati, ora sono avvitati); per collegare il vecchio BMS devo però costruire un adattatore, perchè i morsetti da 13 e 8 piedini hanno un passo diverso (o meglio, nel BMS nuovo hanno un passo non standard e forellini più piccoli del normale).

Ho anche iniziato ad allargare il vano portabatterie, un po’ con la sega da legno, un po’ col frullino: ho guadagnato più di 1 cm, che è sufficiente per contenere una batteria vecchia e quella nuova, ma solo senza il contenitore metallico originale: dovrei allargare anche quello, altrimenti in caso di pioggia l’acqua che entra da sotto va a bagnare le batterie, ma la vedo molto complicata: forse è più semplice costruire una protezione in vetroresina intorno alle batterie… solo che sono una schiappa con la vetroresina, e il primo tentativo si è risolto in una grossa poltiglia puzzolente di vetroresina appiccicosa… Ritenterò.

Domani mi azzarderò a fare un’atra prova, stavolta a tre batterie; purtroppo i celllog8s si sono rotti e non posso monitorare la situazione, dovrò misurare a mano tutte e 20 le celle alla fine di ogni viaggio…

Note per il futuro:

  • non esistono batterie provvisorie: tutti i cablaggi, fissaggi e avvitaggi, anche di una batteria di prova, devono essere sempre fatti a regola d’arte
  • tutti i fili di controllo devono essere sempre liberi da contrasti con oggetti duri, perchè una batteria di trazione subisce molteplici e continue vibrazioni
  • meglio aggregare in fasci i fili di controllo man mano che si avvicinano al BMS

 

 

 

 

 

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