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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.

Dispositivi di monitoraggio batterie al litio

Posted in arduino, batterie, scooter elettrici by jumpjack on 6 giugno 2014

Alternative possibili al celllog8s:

BVM-8S (però non logga) – 14$ su Amazon

Frsky voltage sensor – 21$ (richiede anche convertitore seriale da 18$, totale 39$). 10$ su hobbyking? 10 sterline in inghilterra (anche qui). Non logga, ma avendo l’uscita seriale si può loggare con Arduino.

Xtrema Lithium Balancer – 20 euro – non logga, ma fornisce in uscita le singole tensioni,ed esiste un cavo USB per collegarlo al PC;esce con protocollo i2c, per il quale arduino è già predisposto:

The protocol to the Xtrema Lithium Balancer is public by request. You have requested to here it is at this link http://tmenet.com/pdf/Xtrema%20Balancer%20I2C%20Commands.pdf

It is an I2C protocol and is perfect for an Arduino. Full pin out and command specifications are included in the document. Please keep in touch with your progress and if possible please place your application on our forum when you get logged in. 

 

Venditori vari EU:

http://robotbirds.co.uk/catalog/product_info.php?products_id=8227

http://www.brchobbies.co.uk/catalog/index.php?cPath=8_121

http://www.giantshark.co.uk/product/169346/cell-log-cell-voltage-monitor-2-8s-lipo

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idProduct=36288

Nuovi prodotti per monitoraggio batterie

Posted in auto elettriche, batterie, scooter elettrici by jumpjack on 15 maggio 2014

Tempo fa compilai un elenco di chip utilizzabili (in teoria) per realizzare un monitor/logger per batterie al litio; “in teoria” perché poi in realtà si è rivelato impossibile saldarli con metodi casalinghi perché troppo miniaturizzati.

Uno di questi era il Maxi MAX14921; per esso adesso è uscita una scheda dimostrativa (MAX14921EVKIT#) che permette di testarne la capacità; non sono riuscito a trovare il prezzo, ma immagino che purtroppo si aggirerà sui soliti 100 o 200 euro…

In compenso ho trovato un’Application Note (5760) che spiega come la scheda dimostrativa utilizzi il MAX14921 in configurazione di “ottimizzazione della precisione” con molti componenti esterni ausiliari, ma è possibile anche utilizzarlo da solo (almeno credo), collegandolo unicamente a un microcontrollore tramite un partitore di tensione.

 

http://www.maximintegrated.com/images/appnotes/5760/5760Fig07.gif

 

Il sistema pare sia “molto economico”, ma anche “molto meno preciso”, con errori dell’ordine dei 100 mV, che forse sono un po’ troppi per bilanciare celle LiFePO4, che hanno un range di funzionamento di meno di 800 mV (2800-3600 mV). E tornerebbe comunque il problema dell’ “insaldabilità” dei piedini troppo miuscoli.

Ci sono poi dei prodotti della O2Micro come l’OZ890, con cui qualcuno sembra stia facendo esperimenti:

http://endless-sphere.com/forums/viewtopic.php?f=14&t=48461&hilit=oz890

http://forum.arduino.cc/index.php?topic=156030.0

http://www.pedelecforum.de/forum/index.php?threads/smartbms-oz890-mit-elv-i2c-interface-ansprechen.22492/

Questo sembrerebbe essere un BMS basato sull’Oz890, ad appena 20 euro per 13 celle:

http://www.bmsbattery.com/smart/330-lifepo4lithium-ion-smart-bms-for-513-cells-in-series.html

Il cavo per programmarlo costa 70 euro, ma in quei forum mi pare di capire che hanno trovato un modo per comunicare tramite Arduino.