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Tensioni di massima e minima carica batterie al litio

Posted in batterie by jumpjack on 28 luglio 2018

Ho trovato in rete dell’insolito e inaspettato materiale che mi ha permesso di aggiornare un vecchio post sulle tensioni tipiche di cella; “insolito e inaspettato” perchè il materiale è frutto di esperimenti dannosi e pericolosi effettuati su celle al litio, caricandole e scaricandole oltre le soglie-limite. Soglie che peraltro sono molto discusse in rete, e apparentemente soggettive.

Questi esperimenti oltre-limite sembrano finalmente gettare un po’ di luce sulla faccenda.

La fonte dei grafici originale è https://www.powerstream.com/lithium-phosphate-charge-voltage.htm , ma non il linko il sito perchè contiene informazioni pericolose.

LiFePO4

Nel primo grafico (LiFePO4) si vede che caricare una cella a 3.1V (curva in basso a sinistra) comporta un incremento minimo di energia (4-5%), quindi si può supporre che 3.0V sia ragionevolmente la tensione minima oltre la quale è inutile  scendere, per non danneggiare la cella; analogamente, caricando oltre i 4.16V “tipici”, si ha un incremento minimo di carica, ma si stressa la cella riducendone la vita utile.

Per una cella LiFePO4, quindi, l’intervallo di sicurezza (Safe Operating Area) può essere individuato fra 3.0 e 3.25V.

 

li-ion/LiPO/LiCoO2/NCM/NMC

Da osservazioni analoghe sul secondo grafico si può dedurre che per le li-ion/LiPO/LiCoO2/NCM l’intervallo di sicurezza (Safe Operating Area) può essere individuato fra 3.4V e 4.16V; notare che questo secondo tipo di cella è molto più sensibile alle tensioni errate, che possono portare a incendi ed esplosioni.

In caso di carico

Tutti questi valori sono validi in assenza di carico; con un carico applicato, bisogna tener conto che più alta è la corrente erogata, maggiore è l’abbassamento di tensione, che quindi può scendere sotto la soglia di sicurezza anche se a riposo la tensione ben più alta; utilizzare quindi la cella solo finchè a riposo si trova nella SOA garantisce che, anche sotto carico, la tensione non scenda sotto i livelli critici.

 

Tabella delle tensioni

Segue una tabella coi valori dedotti, oltre che dai suddetti grafici, anche da altre fonti:

Tensione
danneggiamento
Tensione
minima utile
Tensione nominale Tensione
batteria
carica
Tensione
di ricarica
Li-Ion/LiPo 3,0 3,4 3,6 4,16 4,20
NMC/NCM 3,0 3,4 3,7 4,16 4,20
LiFePO4 2,8 3,0 3,3 3,6 3,65

Da notare che:

  • li-ion/LiPO e NMC/NCM usano chimica simile a base di cobalto, quindi hanno all’incirca le stesse tensioni, ma le NCM/NMC sono intrinsecamente più sicure perchè vanno più difficilmente in fuga termica (incendio o esplosione) in caso di abuso, rispetto alle LiPO.
  • La tensione di ricarica NON coincide con la tensione di batteria carica: dopo la fine della carica, infatti, la tensione si abbassa di qualche puto decimale anche senza essere usata, assestandosi sulla tensione nominale.

Diario elettrico Ecojumbo 5000 – 10/2/2018: mezzi elettrici indistruttibili!!!

Posted in batterie, scooter elettrici by jumpjack on 10 febbraio 2018

Sono passati più di 13 mesi da quando ho parcheggiato per un’ultima volta lo scooter dopo aver sfasciato il cerchione posteriore in una buca:

Il cerchione è stato aggiustato a suon di martellate e sfiammate, ed è tornato apparentemente come nuovo, almeno meccanicamente…. ma elettronicamente? I magneti non reagiscono bene a calore e martellate…

Finora non l’avevo mai provato: dal momento che le strade della mia zona sono diventate impraticabili per via delle buche, ho solo rimontato la ruota ma non ho mai ricollegato i fili.

Oggi, con la prospettiva di vendere, forse, lo scooter, in vista dell’acquisto della minicar elettrica GreenGo Icaro, ho  deciso di mettermi lì con calma a scartabellare tra vecchi appunti, vecchie foto e ragnatele di fili sparsi…

Alla fine sono riuscito a ricollegare tutto.

Ho acceso il quadro, ho girato la manopola, il quadro si è acceso (è già un mezzo miracolo, dopo 14 mesi di non utilizzo delle batterie!), è scattato il relè collegato alla resistenza di precarico, ho girato la manopola dell’acceleratore e….

…niente.

…azz, vuoi vedere che  fiamma e martellate ha davvero sconquassato il motore…?

Ah no… è solo che ho ricollegato “solo” i 14 fili di controllo della centralina… ma non ho ricollegato i 3 grossi cavi del motore!  Doh!

Riprovo.

Spengo.

Ricollego.

Giro la manopola eh…

WOW!

Il motore gira che è un piacere! Nessun danno apparente derivante da martellate e sfiammate! Almeno, sul cavalletto. Poi bisognerebbe vedere in strada…. però ho lasciato scadere l’assicurazione, quindi si vedrà.

Passiamo alle batterie:

 

No dico, ma vi rendete conto? La batteria è stata ferma 13 mesi, per di più senza BMS perchè si era bruciato e lo dovevo cambiare… e lo sbilanciamento massimo tra celle è di 4 mV!!!! Ed è ancora praticamente carica!!! (la piena carica è a 3,3V/cella).

Per la cronaca, si tratta delle batterie estraibili a LiFePO4 da 60V/20Ah della EcoItalMotor .

Quello che invece ha resistito molto peggio, invece, è la meccanica, sotto sole, ghiaccio, vento, pioggia:

La vernice si è tutta sgarrupata, la plastica del contachilometri è diventata quasi completamente opaca…

Sul vecchio Zem Star 45 dopo 3 anni sotto le intemperie dovetti sostituire la plastica del contakm  (fabbricandola a mano su misura da un foglio di plexiglass), qui mi sa che dovrò fare lo stesso, se deciderò di tornare in circolazione. Ma ammetto che aver visto ripartire il motore mi ha fatto venire un po’ di nostalgia delle mie scorribande elettriche a due ruote! Quindi, almeno per ora, non si vende. Però devo trovare un posto dove mettere lo scooter per fare spazio alla icaro…

 

Diario elettrico Ecojumbo 5000 – il voltmetro

Posted in Diario elettrico Ecojumbo 5000, scooter elettrici by jumpjack on 1 aprile 2016

Ho finalmente trovato il tempo di verificare i voltaggi del voltmetro di bordo.

Ha 4 tacche, ognuna separata da 1.5 V; la più “alta” (lancetta verso sinistra) corrisponde a 61V; alla più bassa non arrivo mai, specie ora con lo scooter depotenziato per preservare le batterie, ma ovviamente basta fare un po’ di conti.

Complessivamente i valori indicati dal voltmetro sono:

  1.  61.0V (Full)
  2. 59.5V
  3. 58.0V
  4. 56.5 V (Empty)

L’Ecojumbo nasce con batterie al piombo, che hanno queste tensioni (5 batterie in serie):

  • 64.8V   Full
  • 58.55V 50%
  • 56.05V 30% (warning, non scendere sotto questo livello!)
  • 52.5V   0% (danneggiamento)

Quindi con batteria al piombo completamente carica, il voltmetro va oltre il fondo scala (la lancetta ha ancora un po’ di spazio…). In compenso, la lancetta “empty” indica un SoC di 30%, che è meglio non superare se non si vuole danneggiare la batteria.

 

Per una batteria al litio  LiFePO4 con 20 celle, le tensioni da considerare sono:

  • 66V Full (3,3/cella)
  • 64V 50% (3,2/cella)
  • 40V Empty (danneggiamento) (2,0V/cella)

Bisogna però prestare attenzione alla curva di scarica di una LiFePO4, che non è una semplice riga dritta come per le piombo:

2.0 è il voltaggio minimo raggiungibile senza danneggiare la batteria… ma non ha molto senso raggiungerlo, perchè tra 2,5V e 2,0V la diminuzione di capacità è intorno al 3-4% del totale, e arriva al massimo a un 5-6% per tensioni di 2,8V; visto che le batterie soffrono se sovrascaricate, è più utile e prudente non scendere sotto i 2,7V (c’è chi dice 2,8, chi 2,6,…).

Meglio quindi usare questi riferimenti di tensione per una batteria al litio LiFePO4 sull’Ecojumbo 5000:

  • 66V Full (3,3/cella)
  • 64V 50% (3,2/cella)
  • 62V 20% (3,1/cella)
  • 54V Empty (2,7/cella)
  • 40V (danneggiamento) (2,0/cella)

Riporto di nuovo i valori del voltmetro, stavolta “estesi”:

  • 62.5V (fondo scala)
  1.  61.0V (Full) – 3.05/cella
  2. 59.5V – 2.975/cella
  3. 58.0V – 2.9/cella
  4. 56.5 V (Empty) – 2.825/cella
  5. 55 (fuori scala in basso) – 2.75/cella

Confrontando i valori si nota che il voltmetro del mio Ecojumbo non è molto utile per valutare lo stato di carica della batteria (ma è un “male comune” di tutte le batterie al litio: un voltmetro non basta!); però è utile per verificare che la batteria non venga sottoposta a stress eccessivo: anche sotto carico, è meglio che la tensione non scenda sotto la prima tacca a destra (indicata con 4 nell’elenco qui sora), o addirittura sotto all’inizio della scala, perchè significherebbe che si sta estraendo troppa corrente dalla batteria (anche se quelli sopra non sono esattamente i datasheet delle batterie che sto usando io).

In compenso, se sotto carico la batteria fa arrivare la lancetta fino alla tacca 3 o 4, vuol  dire, sì, che c’è un forte assorbimento sulla mia batteria da 36Ah (forse 2 o 3C), ma che se si mantiene per solo pochi secondi non c’è problema.

Normalmente io dopo 20km di viaggio sto a 64.3V –  64.5V.

Datalogger per regolatori di carica EPSolar Tracer MPPT

Posted in fotovoltaico by jumpjack on 4 Mag 2014

Mi appunto un paio di link interessanti su come costruire o dove comprare cavi/interfacce per collegare un regolatore di carica EPSolar a un PC o a un logger standalone, invece che semplicemente al display “istantaneo” fornito di serie, che non memorizza niente:

monitoraggio mppt ep solar 40A 

Datalogger Arduino per regolatore EP Solar

Questo sarebbe interessante se vendessero anche la sola interfaccia seriale:

GWL/Power Solar Controller Monitor for Tracer series (RS-232/USB)

Così si potrebbe collegare alla nuovissima versione (marzo 2014) di Ardulog, che ora oltre ad avere la SD Card incorporata ha anche l’RTC incorporato:

http://www.hobbytronics.co.uk/ardulog-rtc

 

Da notare che, nonostante serva un cavo di rete per collegare display e regolatore, NON è un interfaccia di rete ma un’interfaccia seriale a 12V, e collegare il cavo al regolatore e al PC significherebbe probabilmente bruciare la scheda di rete, che lavora a 3 o 5 V e con tutt’altro protocollo!