Jumping Jack Flash weblog

Diario elettrico Zem Star 45: prova batteria boost A123

Posted in batterie, scooter elettrici by jumpjack on 13 ottobre 2013

Dopo qualche mese di “sonno” ho ripreso in mano il progetto della batteria-boost basata su celle A123 ad alta potenza, scoprendo però quanto temevo: attualmente, così com’è, è totalmente inutile: siccome ci ho messo un BMS dotato di morsetti P,B e CH, vuol dire che deve essere ricaricata da un morsetto e usata da un altro… quindi è impossibile applicarla allo scooter in parallelo alle batterie esistenti: non si ricaricherebbe! E il mio scooter non ha la rigenerazione in frenata, quindi non potrei nemmeno ricaricarla separatamente.

Mi serve invece un BMS bidirezionale, facilmente (ora che lo so…) riconoscibile dall’assenza del connettore CH+, come questo:

http://shop.i-tecc.de/bms-pcb-pcm/bms-lifepo-16s-30a-48v.html

Viene dalla Germania, 82,50 euro, però è un po’ piccolo, da 30A; per una batteria che deve funzionare da sola non andrebbe bene, ma per una batteria di supporto dovrebbe andare, considerando che in teoria lo scooter assorbe 25A di picco, essendo da 1500W/60V (ma secondo me ha potenza di picco maggiore, boh. Purtroppo non esiste un datasheet del motore).

Il problema più grosso, però… è che questo è da 48V! A me serve da 60, roba rarissima; questo al massimo potrebbe andare bene per il Lepton…

Nel caso del Lepton, però, ci vorrebbe più potente, tipo questo da 60A:

http://shop.i-tecc.de/bms-pcb-pcm/bms-lifepo-16s-60a-48v.html

 

 

 

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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 più usare lo Zem per andare a lavoro… 😦 ): ho installato una “colonnina di ricarica” nel mio posto auto. In realtà 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 è la stessa su cui sono fissati i contatori della luce, mi è bastato fare un buchetto lungo 5 centimetri e passare un cavo, niente di più semplice.

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

– è 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’è 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 giù di lì, boh? Comunque, ho attaccato il mio logger di corrente per elettrodomestici, che trova comodamente spazio nel sottosella, vedremo cosa dice (anche se non avrà 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 può contenere; per ora ho calcolato che può contenere comodamente 4 classiche batterie al piombo 12V/7Ah da UPS più 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 cioè esistono varianti con celle 18650 da 1,1Ah e con celle 26650 da 2,2 Ah.

La cosa interessante è 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 anzichè solo da 2,3 come la mia potrebbe erogare, a 10C, 46A, quindi più della metà della corrente necessaria alle batterie principali sotto massimo sforzo (ipotizzo, non ho dati certi sugli assorbimenti).

Poi naturalmente c’è 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, perchè le batterie al litio dovrebbero essere molto più 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 è 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 potrà 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 potrà 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 però presentano un vistoso “buco”:

cicli-a123-esatto

Per interpolazione, a alterando leggermente i dati originali per dare alla curca un andamento più 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 longevità di queste celle scompare nel nulla all’aumentare dell’intensità di scarica, arrivando a un ridicolo “42 cicli a 20C/44A”!!

Il punto evidenziato in rosso nel grafico è un probabile errore nella ricerca indipendente: invece di “1000” probabilmente doveva esserci scritto “>1000”, come si può 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 così 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 può 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 più.

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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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 è 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 è il foro da cui viene inserito l’elettrolita DOPO che la cella è stata assemblata; sul secondo non ho trovato dati.

Il fatto che il polo positivo “salti via” in caso di sovrappressione è più plausibile.

In ogni caso, non è 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 è 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 μm to about 125 μm. 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’è 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 cioè perdono irreversibilmente capacità 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” perchè la A123 è fallita nell’estate del 2012 ed è stata acquisita dalla cinese Wanxiang, che però 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 più piccole (ANR18650)  la valvola di sfogo (“vent”) è sempre sul polo positivo, ma ha l’aspetto di quattro forellini sul “tappo” della batteria:
a123-vent-3
Infine, per le celle più grosse (AHR32113 da 4,5Ah) il vent è così 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.

Cioè, si dovrebbe buttare una cella anche se per sbaglio è 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 è 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.

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

Ma che è successo?!? Ricontrollo i collegamenti… aspetta un po’, mi sa che non devo collegare B- alla massa dello scooter, ma P- (Power, cioè 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, perchè 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” (?), cioè 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 è andato, ma una prova devo riuscire a farla lo stesso, tanto una sola “scaricata” alle batterie senza bilanciamento non può 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-; così 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 salità 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 più, 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 più 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 più sottile degli altri, e quindi è diventato tiepido, ma comunque molto meno caldo di quello delle batterie al piombo. Ma come MENO? Non doveva venire per lo più dalla batteria boost la corrente?!?

Ma non è 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 dà 46.6 volt, cioè in teoria 2,91V a cella…. ma stupidamente ho dimenticato di misurare le singole celle per sapere se il BMS, a parte non avere più 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 è peggio è che la cella n.1 è 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 potrò 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 realtà P+ non c’è sul BMS, è 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 realtà B+ non esiste, perchè B+ e P+ vanno insieme.
  • CH-/CH+: contatti di ricarica della batteria; anche qui, il positivo non esiste sul BMS, perchè è in comune con B+ e P+. In pratica, CH+, B+ e P+ sono tutti la stessa cosa, e cioè il polo positivo della batteria, ossia dell’ultima cella, quindi il contatto B16 della serie. Invece, B- sarebbe il contatto Bzero, cioè il negativo della prima cella, mentre B1 è 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 è invece quello che penso dovrebbe essere in realtà, dopo una lettura più approfondita:

Diapositiva3

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

Per quanto riguarda il morsetto CH- di ricarica… boh? 🙂 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 può 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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Diario elettrico Zem Star 45: autocostruzione batteria boost LiFePO4 A123

Posted in batterie, scooter elettrici, Uncategorized by jumpjack on 15 maggio 2013

Ho scoperto che le celle che ho acquistato sono in qualche modo “difettate”: le ho infatti richieste espressamente dotate di linguette pre-saldate, avendo letto che è piuttosto difficile saldarle a mano a causa della sensibilità delle celle al calore ed essendo complicato saldare a mano le particolari linguette “spaccate”; le linguette sono infatti dotate di un taglio che permette di saldarle senza coprire le valvoline di emergenza situate agli estremi delle celle (in teoria solo su un lato, ma a guardar bene sembra che ci siano su entrambi, anche se su un lato è di plastica e sull’ altro di metallo).

Questa figura mostra una cellapiù piccola di quelle che ho preso io, è una 18650 mentre io ho preso le 26650, ma la linguetta è più o meno simile almeno come spessore, a quelle delle mie celle, e anche per il fatto dell’assenza dello spacco/foro centrale:

a1239u

Questa invece è una cella con le linguette  giuste:

a123-okOltre ad avere lo spacco al centro, hanno anche dei comodi fori utilizzabili per avvitare, piuttosto che saldare, le celle le une alle altre.

In quest’altra figura si vede meglio come deve essere fatta una linguetta:

linguetta

Qui invece si vede una cella come le mie, e al centro dell’estremità sinistra si vede la valvolina di sfogo in plastica; dalla parte opposta c’è un “cerchietto” simile, ma metallico.

a123-26650

 

Qui si vedono i due lati opposti di una cella; mi chiedo come 4 puntini di saldatura da mezzo millimetro quadro possano condurre 60 Ampere… Forse servono solo come “appuntatura” per rendere più facile la saldatura, e le linguette vanno comunque saldate?

duebatt

 

Scopo di queste valvoline è far sì che in caso di guasto alle celle (cortocircuito, sovrascarica o che so io), i gas che si dovessero produrre all’interno romperebbero la valvolina e potrebbero uscire liberamente. La cella risulterebbe comunque irrimediabilmente danneggiata e inutilizzabile, ma con un grosso vantaggio: non esploderebbe! Cosa che invece potrebbe succedere se la valvolina di sfiato fosse ostruita!

Non solo:

ho misurato col calibro lo spessore delle linguette, che risulta essere di 0,3 mm; poichè le linguette sono larghe 1 cm (10 mm), risulta che l’area della sezione trasversale è di 3 mm^2; ora, queste celle sono date come capaci di scaricare continuativamente 60-70 Ampere,  e fino a 120 Ampere per 10 secondi; considerando la regoletta “4A ogni mm^2” da usare per determinare lo spessore di un filo in base alla corrente che deve tollerare, risulterebbe che i fili che collegano una cella all’altra in serie dovrebbero avere diametro di 60/4 = 15mm^2 come minimo, ma 30 mm^2 per tollerare la corrente massima.

Abbiamo quindi 3 mm^2 invece di 15 o 30, o, vista al contrario, linguette in grado di tollerare al massimo 12A.

Anche se potrebbe andare bene per i miei scopi, dovendo la batteria-boost solo supportare le normali batterie di bordo, che erogano insieme intorno ai 25A (60V per 1500W), non mi sembra tecnicamente sensato correre il rischio; ho letto che le linguette possono essere staccate, quindi ho fatto un po’ di prove:

– con un dremel (trapano ad alta velocità da modellismo) ho “grattato” via i mini-punti di saldatura, per poi tirare via la linguetta; risultato: mi sono affettato un dito (quelle linguette sono affilate come rasoi!!!), ma la linguetta è venuta via, anche se lasciando qualche residuo metallico sulla cella.

– ho provato a strappare via la linguetta senza usare il dremel, semplicemente “arrotolandola” intorno a una pinza dalla punta sottile: si stacca molto meglio, rimangono molti meno residui, che poi comunque posso limare via col dremel, ottenendo una superficie completamente liscia, su cui le lnuove linguette potranno aderire facilmente.

Adesso le celle sono tutte ripulite e in attesa delle linguette adatte: le ho ordinate su flymodelcomponents.it:
http://www.flymodelcomponents.it/shop/product.php?productid=17225&cat=0&page=1

barrette-A123

Devo affrettarmi perchè ormai le batterie dello scooter mi stanno definitivamente mollando, al punto che non so nemmeno più se le batterie boost saranno sufficienti!

Se magari fanno davvero le consegne in 24/48 ore, potrei avere il materiale in tempo per lavorarci nel weekend.

Diario elettrico Zem Star 45: Inizia l’avventura dell’autocostruzione della superbatteria A123

Posted in batterie, scooter elettrici, Uncategorized by jumpjack on 9 maggio 2013

L’avventura ha inizio!

Ma siccome è un’avventura pericolosa, prima di tutto alcuni avvertimenti importanti, un po’ raccolti qua e là su internet, un po’ aggiunti da me:

1) Non ripetete quello che descrivo in questo e nei successivi post se non avete dimestichezza con elettricità, elettronica e lavori manuali

2) Trattate le celle al litio ad alta potenza come queste (celle LiFePo4 A123 ai nanofosfati , da 70 ampere/25C) come se fossero fiale piene di benzina: anche se non sono direttamente infiammabili, le batterie sono facilmente infiammanti; il motivo è il loro alto contenuto di energia, ma soprattutto l’alta potenza, ovvero l’alta corrente.

Mi spiego: più è alta la corrente che scorre in un filo, più questo filo si scalda;

nei fili elettrici di casa può  scorrere una corrente massima di circa 15 ampere; se tenete accesa una stufetta per mezz’ora, troverete il suo cavo tiepido, e gli spinotti della spina bollenti: questo succede perchè nei fili e nella spina passa una corrente di circa 10 Ampere (2300 W); ora, in queste particolari celle A123 che utilizzerò per costruire la mia “batteria boost”, può scorrere a tempo indeterminato (finchè non si scaricano) una corrente di 70 Ampere; ma per alcuni secondi ci possono scorrere anche 120 Ampere.

Se questo dovesse succedere per sbaglio in prossimità di materiale infiammabile, indovinate cosa succederebbe?

3) Quando lavorate con batterie e celle, dovete inevitabilmente utilizzare utensili di metallo; la regola d’oro del “costruttore di batterie” è: non appoggiare mai gli attrezzi ad un livello superiore a quello a cui si trovano le batterie. Appoggiateli per terra, su una sedia, o in tasca, ma se le celle sono sul tavolo, NON appoggiate gli attrezzi sul tavolo! Le celle sono tonde e rotolano, gli attrezzi sono più lunghi delle celle e quindi un singolo attrezzo può metterne in corto più di una in contemporanea! Se proprio non riuscite a NON appoggiare gli attrezzi sullo stesso piano delle batterie, assicuratevi che siano in due zone, ben separate da una tavola di legno alta almeno un cm, che le batterie non possano superare rotolando. Ma non dimenticate che, rotolando, possono anche toccarsi tra di loro, e se hanno le linguette attaccate alle estremità, toccarsi significherà creare un corto circuito da 120 Ampere! Quindi non sparpagliate le vostre celle sul tavolo, prendetele una alla volta dalla loro confezione singola solo quando servono.

Detto questo, ecco alcune foto del mio primo prototipo di batteria boost, per il momento solo “meccanico”, nel senso che le celle sono solo appoggiate per provare quanto spazio occupano, non ci sono collegamenti elettrici; sono semplicemente disposte in modo che non possano toccarsi e creare cortocircuiti.

Sfortunatamente, l’unico materiale che ho a disposizione per fare queste prove meccaniche è… il legno. 🙂 Sì, state per vedere le prime foto al mondo di una batteria di legno (tanto per restare in tema di infiammabilità…).

Per ulteriore sfortuna, i listelli che avevo a disposizione non sono abbastanza alti da impedire alle batterie, volendo, di andarsi a toccare tramite le linguette in caso ruotino su sè stesse, quindi dovrò sicuramente rivedere questo primo prototipo, attualmente estremamente pericoloso se lasciato incustodito.

 

Ecco tutti gli “ingredienti” riuniti: celle, cavi, capicorda, due BMS: uno da 48V, uno da 60V:

 

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Ed ecco il primo accrocco; dopo varie prove, ho deciso di disporre le batterie in formazione 8-8-4 🙂  ; questo è il primo contenitore/ripiano:

DSC_0197

 

Questi sono i 3 ripiani:

 

DSC_0198

 

Ed ecco l’assemblato:

DSC_0199

Per il momento è quasi tutto solo appoggiato, senza colla o chiodi, in attesa di trovare il modo migliore e più sicuro per tenere il tutto insieme.

Le 4 batterie dell’ultimo piano sono “solitarie” perchè questa è una batteria “duale”, cioè dovrà servire per test a 48V (16 celle) e 60V (20 celle), quindi queste 4 saranno collegate o meno a seconda se monterò la batteria sul Lepton o sullo Zem. Predisporre uno switch per i due BMS si preannuncia una cosa piuttosto complicata.. (uno switcha 20 posizioni?!?).

A quanto pare il problema più grosso sarà però proprio fissare il BMS:

DSC_0200

Questa foto è solo un “fake”, perchè il BMS è solo appoggiato e i fili non sono collegati a niente. Il problema è che il BMS non ha uno straccio di buco dove infilare una vite per fissarlo da qualche parte! Ha solo i buchi dove infilare le viti di serraggio dei cavi elettrici… e fissare un cavo da 120 Ampere a un pezzo di legno usando una stessa vite è poco saggio, quindi dovrò costruire una specie di scatolotto per contenere il BMS.

Altra cosa che ho dovuto fare è stata segnare in più punti i poli + e – delle batterie, perchè essendo segnati solo in piccolo in un punto, ed essendo presenti le linguette che impediscono una rotazione libera delle batterie, i segni non sono sempre immediatamente visibili; quindi li ho “copiati” tutti accanto alle linguette per comodità.

A proposito di queste linguette, sono molto strane: sono larghe circa 1 cm… ma sono sottilissime, anche se non ho strumenti per quantficare; ma sicuramente sono MOLTO più sottili di 1mm… quindi la sezione complessiva è molto meno di 10 mm^2, a occhio direi  non più di 3 mm^2, se sono spesse 0,3 mm: 120 ampere, o anche solo 60 ampere, riescono a passare in un filino di 3 mm^2 senza fare un bel falò?!? A me sembra di ricordare una regola che dice “4A per mm^2”, che vorrebbe dire che per 70A servirebbero 17 mm^2 (1,7 mm di spessore) , e per 120A addirittura 30 mm^2 (3 mm di spessore)!

C’è qualcosa che non torna!!!

Devo indagare.

 

Diario Elettrico Zem Star 45 – 6 maggio 2012: arrivate le supercelle A123 da 60A

Posted in batterie, scooter elettrici by jumpjack on 6 maggio 2013

Oggi è arrivato il primo ingrediente della trasformazione da scootericchio a super-scooter 🙂 : 20 celle LiFePO4 A123 da 2,4 Ah e 30C di scarica.

Adesso sono in attesa dei due BMS da 48V (per il Lepton) e da 60V (per lo Zem). Ho trovato un avviso di giacenza in cassetta, ma potrebbe anche essere un altro aggeggio che non c’entra niente… (una cineseria che dovrebbe trasformare una TV 2D in TV3d a un trentesimo del prezzo di una TV 3D “vera” 🙂 ).

 

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Diario elettrico Zem Star 45 – 24/4/2013 – Parte il progetto superbatteria!

Posted in scooter elettrici by jumpjack on 24 aprile 2013

Basta tergiversare! 🙂

Sono mesi che studio, cerco, calcolo, esamino, stimo e progetto, ora basta, rompiamo gli indugi e partiamo: o la va, o la spacca!

Ho appena ordinato 20 supercelle LiFePO4 a123 ANR26650 con linguette per un totale di 187 euro spedizione inclusa, un BMS da 48V 60/100A e uno da 60V 60/100A, a 170 euro spedizione inclusa; totale: 357 euro.

Il progetto consisterà nel realizzare DUE superbatterie: una da 48V e una da 60V, cioè una per il Lepton e una per lo Zem; entrambe a capacità bassissima (appena 2,3 Ah! Cioè 110 Wh sul Lepton e 138 Wh sullo Zem), ma a me interessa la potenza: queste celle consentono scariche continue di 30C/60A, il che significa 2,8 kW sul Lepton (motore da 1,8 kW)  e 3,6 kW sullo ZEM (motore da 1,5 kW)!

In realtà conto di spremerle meno: sullo Zem basta che riescano a tirare fuori 20-30A in accelerazione e sulle salite, ma è importante che abbiano un’alta capacità di ricarica, per potersi ricaricare rapidamente tra un’accelerazione e l’altra, e a 4C dovrebbero potersi ricaricare abbastanza rapidamente, anche considerando che 138 Wh sullo ZEM cossipondono a 5-6 km, mentre le salite che incontro io sono moooolto più brevi, e le accelerazioni ovviamente brevissime. Avrei dovuto fare conti precisi… ma avrei perso probabilmente altre settimane o mesi, quindi ho deciso di darci un taglio! Spero solo di finire il mio logger prima che arrivi il tutto, è probabile che in meno di una settimana sia arrivato già tutto!

Chiaramente sul Lepton la superbatteria servirà a poco, non avendo ancora comprato la batteria-base, ma in attesa di decidere quale comprare, farò un po’ di sperimentazione: potrei anche scoprire che posso rimettere le batterie al piombo, ma magari grandi la metà visto che lo spunto lo darebbe la superbatteria e che mi servono solo 20 km/giorno, chissà.

Purtroppo una batteria completa fatta con queste celle costerebbe più di 1000 euro, che al momento non mi va di spendere (e se poi non funziona un tubo? Meglio spendere un quarto della cifra per sperimentare, poi si vedrà).