Jumping Jack Flash weblog

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.

Studio su batterie dei cellulari

Posted in batterie by jumpjack on 19 maggio 2018

Ho scoperto un’interessante app che permette di caratterizzare bene il processo di carica e scarica della batteria di un cellulare, loggando lo stato di carica in percentuale e il valore effettivo di tensione; comparando i due valori in un grafico, è possibile scoprire quanto viene sfruttata la batteria del proprio cellulare.

E’ importante saperlo, perché le batterie al litio sono delicate, e se vengono sfruttate troppo, vedono accorciare parecchio la propria vita in termini di cicli di ricarica possibile. Le batterie al litio hanno infatti una curva di carica molto costante nella parte centrale (tra 15% e 95%) ma molto ripida all’inizio e alla fine; questo vuol dire che nel primo 15% la tensione può variare tra 3.4 e 3.8 (0.4V), e nell’ultimo 5% tra 3.9 e 4.25 (0.35V), mentre fra tra 3.8 e 3.9 è contenuto l’80 % della carica:

E’ però importante che la batteria NON venga usata nella zona sotto al “ginocchio”, quando la tensione cala sensibilmente, perché scendere sotto i 3.0 volt significa rovinarla, ma per passare da 3.8 a 3.0 basta un 5% di scarica.

 

Ho registrato un paio di cellulari, un vecchio Huawei e un Samsung S7.

Avevo iniziato a caricare l’S7 con ricarica lenta, poi per sbaglio l’ho attaccato alla ricarica veloce, quindi è  venuto fuori un grafico “scomposto”, però anche interessante perché mostra che in ricarica rapida appena si collega la batteria la tensione sale subito parecchio. Comunque cercherò di fare ricariche separate.

Intanto qui si può vedere che la gestione della batteria è preoccupante: quando il cellulare segnava 8%, la batteria era ben sotto il ginocchio, a 3.6V.

Per ‘Huawei Ascend 510 la curva di ricarica è questa:

La differenza è davvero notevole: quando il display segnava 5%, la batteria era ancora a 3.8V! Un’ottima gestione della batteria, al contrario dell’S7.

Ho poi provato a riscaricare l’S7, ma per fare prima, arrivato al 20%, ho avuto la bella idea di attaccare un “alto consumo”, attivando un’app di realtà aumentata. Grosso errore, sono sceso sotto 3.5! Quindi ho deciso di interrompere il logging al 20%.

Ho poi rimesso in ricarica veloce, ottenendo questo:

Quest’ultimo  grafico rappresenta la stessa situazione del primo, ma graficata in un altro modo: anziché  tracciare la tensione rispetto alla percentuale, ho  tracciato la percentuale rispetto al tempo:

Si nota chiaramente la diversa pendenza delle due curve, che rappresenta appunto la velocità di carica. Dalle 19:12 alle 20:24 avevo interrotto la ricarica; nell’altro grafico non si vede il “buco” perché il tempo non è presente.

Studio terremoto Firenze dicembre 2014

Posted in Scienza, terremoto by jumpjack on 22 dicembre 2014

Analisi indipendente dei dati pubblicati dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia.

screenshot-firenze

Tramite i dati scaricati dal sito dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) e una macro Excel da me realizzata, ho creato un file KML che permette di visualizzare l’evoluzione temporale dello sciame sismico in corso a Firenze dal 18 dicembre 2014.
Il file macro-terremoti-ISIDE-INGV-ITACA-firenze2014.xls contiene la macro CreaKML che prende in ingresso il file KML ottenuto dal sito ISIDE e ne produce uno con timestamp, ossia con animazione incorporata.
NOTA: il file KML di origine deve essere prima convertito in formato DOS, perchè se lasciato in formato UNIX non viene letto correttamente dalla macro. Alla fine di ogni riga di dati ci devono essere cioè i caratteri esadecimali 0xd e 0xa.
Esportando invece i dati ISIDE in formato CSV ed importandoli in Excel è possibile ottenere i grafici i distribuzione di magnitudo e profondità.

I file sono disponibili qui:
http://jumpjack.altervista.org/firenze-2014-con-macro-INGV.xls
http://jumpjack.altervista.org/macro-terremoti-ISIDE-INGV-ITACA-firenze2014.xls

File KML per Google Earth: http://jumpjack.altervista.org/terremoto-firenze-2014.kmz

magnitudo

profondita

Video su youtube:

****** NOTA: le conoscenze scientifiche attuali non permettono di prevedere le prossime scosse di un terremoto. Questo video e la relativa macro permettono solo di studiare le scosse già avvenute. ****

Diario Elettrico Zem Star 45 – 17/10/2013 – Le nuove avventure della Cella 12

Posted in batterie, scooter elettrici by jumpjack on 17 ottobre 2013

I grafici degli ultimi due giorni:

cella12

Questa cella è proprio strana, a riposo potrebbe sembrare la migliore, ma dopo alcuni minuti crolla miseramente sotto il peso della vecchiaia e dei maltrattamenti infantili 😉 , e quando arriva sotto i 2,8 mi fa spegnere il BMS definitivamente. Se rimane poco sopra, si spegne solo temporaneamente, ma poi se lascio riposare per qualche secondo la batteria, si riaccende.

cella12-2

Lo so, il bilanciamento di tutte le celle è patetico, non so perchè succeda, io ricarico come sempre tutte le sere e lascio acceso il CB fino alla mattina, anche se le batterie hanno finito di caricarsi.

Un dettaglio del “crollo”:

cella12-3

In compenso le altre celle sembrano tenere molto bene!

Se riesco a sistemare questa 12 potrei ottenere una buona batteria, ma ormai mi sono rimaste solo poche celle di ricambio da provare, forse 3 o 4. E io che speravo che ognuna mi durasse 3 o 4 mesi.. 😦

Se solo riuscissi a capire quale cella di ogni blocco da 6 è fallata… ma dovrei staccare le linguette di tutte e 96 le celle, e provare tutte le celle una per una con uno scaricatore da modellismo che scarica alla massima corrente (5A) per un’ora (sarebbe circa 1C essendo celle da 4Ah): 96 ore di lavoro nette! Come dire 96 giorni!! 😦

Diario Elettrico Zem Star 45 – 11/10/2013 – Ennesima prova con le batterie

Posted in batterie, scooter elettrici by jumpjack on 11 ottobre 2013

Ennesima prova:

bat-newcell

Metà sinistra: prova con le celle 12 e 13 di prima; metà destra: ho cambiato la 13. ma lasciato l’altra che avevo cambiato “in blocco” con la 13 la volta scorsa.

Per ora sembra andar bene, vediamo tra qualche giorno.

Per adesso sembra reggere abbastanza; cioè, 3,4 volt su 4,16 dopo 20 km fanno schifo comunque, ma almeno non si spegne la batteria (oggi sono tornato a casa a spinta…)

Diario elettrico Zem Star 45 – 9 ottobre 2013: Maledette batterie!!!

Posted in batterie, scooter elettrici by jumpjack on 9 ottobre 2013

Le riparazioni effettuate finora non hanno dato i risultati sperati: nei primi giorni la batteria 2 è migliorata, ma poi ho dovuto rimetterci le mani: una, due, tre, quattro volte, sempre a cambiare celle, sempre le stesse 3 che non vanno: 13, 15 e 16.

Alla fine la 15 e la 16 le ho sistemate, e non arrivano più a 2,6 volt facendo spegnere la batteria, ma si fermano a 3,4 (ottimo).

Ora però il problema è su 13 e anche 14  12: essendo le ultime della fila e ovviamente attaccate insieme, per risparmiare un p’ di tagli e tagliuzzi le ho cambiate insieme… così ora sto peggio di prima! Prima la 13 arrivava a 2,8… ora arriva a 2,6 e mi fa spegnere la batteria!

batterie-sfonnate

Ma solo dopo 10 km, perchè i primi 10 km che faccio la mattina va come una scheggia… anche se dipende dalle giornate, cioè non so da quali parametri aleatori: a volte non suona la riserva fino all’ufficio, a volte suona a metà strada… Un gran casino.

Siccome non mi sembrava che le celle della batteria 1 “donatrice” fossero così disastrate da non funzionarne ben CINQUE che ho provato, mi è venuto un gran brutto dubbio: sarà mica che rovino io le celle nel trapianto??? Può essere che nel saldarle a stagno le scaldi troppo e si rovinino?? 😦 Ma d’altra parte se non le scaldo abbastanza, vengono saldature fredde, e alla prima buca mi si staccano i fili!! E’ un bel casino.

Sto quindi riprendendo in considerazione le opzioni che pensavo di poter rimandare a dopo l’inverno: comprare una delle nuove batterie LiFePO4 della EcoItalMotor, e semmai usarla sul Lepton invece che sullo Zem. Non mi ero reso conto, nelle prove precedenti, che se metto le batterie in verticale (ma sdraiate) nel Lepton, ci entrano comodamente, e che potrei usare i buchi già presenti nella plastica, in precedenza usati per fissare il copri-batterie, per fissarci delle sbarre di alluminio a chiave, per mantenere in sede le batterie quando lo scooter resta parcheggiato in giro; messe in verticale, infatti, non permettono la chiusura del vano della pedana, ma comunque non tolgono granchè allo scooter perchè, anche con le batterie originali al piombo, la pedana non è utilizzabile per appoggiarci niente, visto che le batterie sporgono di 15 centimetri sopra la pedana! Le mie sporgerebbero di 20, ma chi se ne importa.

Dovrò però anche impermeabilizzarle, perchè quelle dei vecchi Zem erano dotate di fori di ventilazione, immagino per motivi di sicurezza (tutte le celle al litio in commercio hanno sfiati di sicurezza); il che vuol dire che dovrà essere una impermeabilizazione “soft”, che non renda possibili sovrapressioni pericolose (leggasi: usare FOGLI di plastica leggera invece che PIASTRE o SCATOLE di plastica).

Forse dovrei anche ricoprirle di vetroresina in modo che il tutto sia un po’ meno indecente a vedersi… però l’ultima volta che ho fatto un lavoro in vetroresina sullo Zem è venuta una porcata, quindi dovrò studiare un po’ meglio la procedura.

Oppure potrei chiedere alla EcoItalMotor se magari me le rimediano già da 48V invece che da 60.

O, come ultima possibilità, ne compro una da 60V/24Ah, la sventro, ci collego il BMS che già ho e diventa da 48V/30 Ah. Tanto ho visto che sono celle da 10C.

Diario elettrico Zem Star 45 – 9/9/2013 – problemi di bilanciamento

Posted in scooter elettrici by jumpjack on 9 settembre 2013

Ho deciso di cambiare per la terza volta la cella 16 della batteria2, visto che dai grafici risultava ancora moscia insieme alla 15; la 15 ancora non l’ho ri-cambiata, ma intanto, finalmente, ecco un grafico positivo per la 16!

bat2-dopo-terzo-trapianto

Ora, però, si è presentato un altro problema: la cella che ho messo al posto della 16 è quasi completamente cariche, mentre le altre erano cariche a metà…. solo che non riescono a caricarsi! Sembra che il BMS, vedendo la cella stracarica, impedisca il caricamento delle altre celle!!

Solo usando un po’ la batteria in modo che si scarichi la cella, allora si riesce a ricaricare un po’… ma appena la cella è carica, la ricarica si ferma,… e dal log risulta che non viene effettuato nessun bilanciamento!! (la nuova-16 è la linea più in alto):

batteria2-sbilanciata-dopo-terzo.trapianto

So che esistono decine di tipi diversi di BMS… ma pensavo che questo bilanciasse a fine carica… invece no?!? E quando bilancia, mentre uso le batterie?!?Cmq adesso cambierò anche la cella 15, le scaricherò entrambe “a mano” e vedrò se riesco a ricaricare…

Diario elettrico Zem Star 45 – diagnosi finale batteria 2

Posted in auto elettriche, batterie by jumpjack on 2 agosto 2013

Oggi sono riuscito a fare 41 chilometri di GPS (che sarebbero circa 48 di contachilometri… se funzionasse ancora)!

E all’arrivo le batterie risultavano cariche a metà! Solo che la batteria 2 non ce la faceva pià negli “affondi”, e mi piantava, lasciandomi con la sola batteria 3.

Comunque ho approfittato per fare un esauriente grafico della batteria 2, con successiva diagnosi:

batteria2-dettagli

La diagnosi quindi è: batteria 2 in fin di vita, urge trapianto celle 15 e 16!

La 13 sta ancora sopra i 3 volt e può ancora aspettare.

Mi chiedo se, una volta rimessa a nuovo per bene la batteria 2, riuscirò a raggiungere di nuovo una 70ina di chilometri di autonomia, allo stato attuale mi sembra probabile!

Ora devo solo decidere se fare il trapianto prima o dopo l’inverno: dopotutto, ad andare e tornare da lavoro con giretti aggiuntivi ci riesco comodamente, perchè affaticare inutilmente le celle di ricambio della batteria 1?

Oltretutto, dopo 3-4 mesi senza uso e ricarica, erano ancora quasi tutte sopra i 4,0 volt! (massima carica = 4,15)

Diario elettrico Zem Star 45 – 31/7/2013: C’è di nuovo gusto a gironzolare elettricamente!

Posted in scooter elettrici by jumpjack on 31 luglio 2013

Gli ultimi tre mesi in scooter sono stati un pianto: dovevo scegliere solo percorsi pianeggianti, andare piano, e comunque rassegnarmi a tornare a casa quasi a spinta, perchè la batteria 2 si spegneva in caso di eccessivo sforzo, quindi di fatto viaggiavo solo con la batteria 3, completamente in riserva per tutto il viaggio di ritorno. L’ultimo mese ho proprio dovuto rinunciare allo scooter e andare in giro in auto, perchè il ritorno a casa non era più garantito.

Ma dopo il “trapianto di organi” dalla batteria 1 alla batteria 2, sto assistendo a una specie di rinascita! Ora non solo arrivo tranquillamente a casa senza che la riserva abbia mai suonato in 20 km di strada mista salite/discese/pianure… ma posso anche permettermi di gironzolare lungo il tragitto, andando 5 km di là, altri 10 km di là… e l’ago del voltmetro di bordo non scende mai sotto la prima delle 3 tacche! Ma solo sotto sforzo… perchè ad acceleratore chiuso sta appena a un millimetro o due sotto il valore massimo!

E arrivato a casa dopo 35 km di gironzolamento, sta appena a metà della prima tacca!

Eppure è strano… perchè il grafico di mezza batteria (8 celle) è un vero schifo!!

bat2-2013-07-31-ritorno

Interessante anche quanto si “ricaricano” le batterie da sole durante le soste!

bat2-2013-07-31-ritorno2

Saranno i 35°C a rigenerarle? 😉

Sicuramente contribuiscono a migliorarne le prestazioni in marcia! Chissà quest’inverno…

Ma quest’inverno potrò comunque sostituire le 3 celle morenti con altre più prestanti.

Ho calcolato che ogni nuovo caricabatterie che compro mi costa 600  km in più da fare… e ne ho già comprati 3; più il motore inutile (350,00) e la batteria seminuova senza garanzia (300,00) . Ogni euro sono 10 km da fare senza benzina…

Diciamo che lo scooter deve sopravvivere fino a maggio 2015 per ripagarsi… 🙂