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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.

Wallbox (colonnina di ricarica domestica)

Posted in auto elettriche, minicar elettriche, scooter elettrici by jumpjack on 2 giugno 2018

Una “wallbox”, o “colonnia di ricarica domestica” come quella nella foto, è un’ “apparecchiatura” del costo di 500-1000 euro che serve a collegare l’auto elettrica all’impianto di casa, per la ricarica della batteria.

In realtà, si tratta sostanzialmente di una specie di truffa: una wallbox, fondamentalmente, è una scatola di plastica (costo industriale: 5 euro di materiale) che contiene una presa (costo industriale: 5 euro) e un salvavita (costo tipico: 20-30 euro). Come si arriva da 40 euro di costo a 1000 euro di prezzo?

Un vero mistero.

C’è chi dice che la wallbox è migliore perchè ha il telecontrollo, il misuratore di consumi, il regolatore di potenza di carica, e questo e quell’altro…. Si vabbè, ma se a me tutte queste cose non mi interessano??? Voglio solo una presa di corrente dove attaccare la macchina! E non posso usare una presa domestica standard, sennò dopo 10 ricariche si cuoce, si squaglia e va tutto a fuoco; e anche con una Schuko non va molto meglio.

Quindi, che fare?

Cercare, cercare, cercare per anni in ferramenta vari… finchè ti imbatti finalmente in questa cosa da 20 euro!

  • Numero di serie del produttore (Rosi): RS6411
  • Codice a barre: 8050040700240
  • Riferimento Leroy Merlin: 35511714

Largo 108×205 mm e profondo 85mm, questo semplice scatolotto da due soldi ha tutto quello che mi serve per diventare la mia wallbox per esterni:

Spazio per salvavita ed eventuali future espansioni (contatore, telecontrollo, ecc..):

 

Resistenza alle intemperie:

Ampio spazio interno per tutti i miei eventuali futuri accrocchi 🙂 :

 

Lo scatolotto  viene venduto con preinstallata un’inutile presa industriale:

Ma qui viene il bello: lo scatolotto è predisposto per montarci una varietà di prese a piacere, grazie alla pre-foratura:

 

Così, ho potuto tranquillamente togliere la presa industriale e mettere una SCAME LIBERA 200.01663  per ricarica di mezzi elettrici leggeri (220V/16A/3kW):

 

La pre-foratura multipla è importante perchè le viti della Scame hanno passo 73×56 mm, mentre il passo della presa industriale era 60×60 mm, e non c’è nemmeno uno standard perchè ci sono prese con passo 60×50, altre 70×60,… Dimensioni ufficiali SCAME LIBERA 200.01663:

E, a proposito di dimensioni ufficiali, ho scoperto che dal sito SCAME è possibile scaricarsi i modelli 3d delle varie spine e prese!

Per esempio, volete sapere di preciso com’è fatta una spina SCAME LIBERA da cavo? Basta cliccare sul link in fondo a questa pagina, “disegno tecnico (STP)“. Il formato .stp (STEP) è un formato professionale per i modelli 3d, basato su primitive geometriche (cerchi, linee,…), piuttosto che su una “geometria fissa a facce triangolari”, usata nel formato .STL o .OBJ comunemente usato per stampare oggetti in 3d; la differenza è in sostanza la stessa che c’è tra un’immagine vettoriale e una bitmap: un file step e un’immagine vettoriale possono essere ridimensionate a piacimento senza mai perdere definizione, mentre un file step o un’immagine bitmap “sgranano” ingrandendo o perdono risoluzione rimpicciolendo.

Per convertire da un formato all’altro si può usare il programma gratuito FreeCad, che supporta decine e decine di formati.

Purtroppo sul sito SCAME ci sono i modelli di tutto… tranne le prese da cavo Mennekes Tipo 2! Probabilmente per motivi di copyright, visto che Scame e Mennekes sono ditte concorrenti. Ci sono però i modelli delle prese  Mennekes Tipo 2 da incasso, dalle quali forse  si può riuscire a ricavare anche il modello della presa volante.

In realtà non sono modelli molto precisi per quanto riguarda l’interno; probabilmente hanno solo lo scopo di mostrare ingombri e forma esterna; però, mettendo insieme i vari modelli disponibili per il download, forse si può riuscire a ricostruire anche l’interno di una presa Mennekes, in modo da potersela stampare per 10 euro invece che comprare per 100 euro.

Resta però ancora il problema di  dove trovare i pin-femmina da montarci dentro. Di pin di potenza ce ne sono vari su RS-Components, ma devo ancora capire quali sarebbero quelli giusti. Il fatto che ora sia possibile anche scaricarne il modello 3d potrebbe forse aiutare meglio dei datasheet.

 

Altra possibilità per il Wallbix fatto in casa è questo quadro simile, ma con chiusura “a manopola” che forse può diventare anche “a chiave”, chissà; costa anche questo meno di 20 euro:

Riferimento Leoroy Merlin: 35511714

 

Se serve più di una presa, c’è questo:

Essendo venduto senza nessuna presa, costa persino di meno! 16,50 invece che 18,50 (addirittura 14,70 da Bricoman).

Riferimento Leoroy Merlin: 35511560

Dimensioni:  L 125 x H 495 x P 107 mm

 

Attenzione perchè prendendolo invece con già montate 3 prese industriali (inutili), un differenziale, un cavo e una spina industriale (inutile), il prezzo lievita a 85 euro!

 

Altro:

Quanto segue è riportato solo a scopo indicativo; si raccomanda di far effettuare l’installazione a un elettricista qualificato; un impianto elettrico  destinato a veicolare 2-3 kW per 8-10 ore al giorno, se non realizzato a regola d’arte può causare danni a cose e/o persone (incendi, elettrocuzione, danneggiamento veicolo,…)

Quanto sopra è riportato solo a scopo indicativo; si raccomanda di far effettuare l’installazione a un elettricista qualificato.

Diario Elettrico GreenGo ICaro – 27/5/2018, ricarica Fast

Posted in Diario elettrico GreenGo Icaro, minicar elettriche by jumpjack on 28 maggio 2018

L’altro giorno ho provato per la prima volta a ricaricare da una delle nuove colonnine “Fastcharge” di EnelX, usando la nuova tessera EnelX. Tutto ok.

Anche se il CB della Icaro è solo da 2.3 kW, “ovviamente” non c’è nessun problema a caricare da una colonnina Fastcharge (che può erogare da 20kW a 300 kW! Questa in particolare, fino a 43 kW), solo che in realtà non è poi così “ovvio” per chi non sa niente di corrente, tensione e ampere; e siccome non è che si possa fare un esame di elettrotecnica per poter prendere la patente, sarà meglio che sulle colonnine scrivano chiaramente questa cosa!

Vi immaginate il contadino che va a caricare il suo trattore elettrico alla colonnina Fast, sa che il suo trattore si ricarica a 2.3 kW e vede sulla colonnina scritto 43 kW? Pensate che caricherebbe, o che penserebbe che il trattore scoppierebbe? 🙂

Da segnalare a ENELX.

Da segnalare anche di fare un po’ più lunghi i cavi, perché le colonnine hanno sempre 2-3 postazioni di ricarica, quindi si tende a parcheggiare di muso, non di fianco come dal benzinaio, e mettersi a fare manovre strane per avvicinarsi a retromarcia non è “da tutti”… Quindi, sempre nell’ottica della “ricarica per tutti”, meglio fare i cavi ben più lunghi, o le postazioni di ricarica adatte a parcheggiare di fianco invece che a spina o a pettine.

 

Qualche foto:

 

Connettore Combo CCS per ricarica in continua:

 

Le “icone” sui tre connettori: CHAdeMO e CCS nella prima foto (ricarica in corrente continua – DC), Mennekes/Type2 nella seconda (ricarica in corrente alternata – AC)

Questa la dedico al simpaticone che ha parcheggiato proprio lì anche se accanto c’erano 85 posti liberi, così la prossima volta impara:

 

E questa è la strana “situazione” in cui ho fatto la ricarica: l’aria era così densa di umidità (un’afa pazzesca) che si è addirittura formato l’arcobaleno! Un raro arcobaleno completo, circolare!

Non è un effetto di riflesso sull’obiettivo della telecamera, si vedeva a occhio nudo (e molto meglio che in  foto).

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.

Diario elettrico GreenGo Icaro: la colonnina di ricarica

Posted in Diario elettrico GreenGo Icaro, minicar elettriche by jumpjack on 7 marzo 2018

Per ricaricare i miei due scooter elettrici (Zem Star 45 prima e Ecojumbo 5000 poi) avevo allestito nel posto auto un semplice armadio elettrico “impermeabile”…. anche se con un’apertura sul fondo, per l’indispensabile aerazione dei due caricabatterie da 250W posti all’interno, unico modo per ricaricare gli scooter.

La Icaro ha invece il caricabatterie a bordo, e per ricaricarsi necessita di un normale cavo di ricarica per auto elettriche; nello specifico, lato-auto ha una presa”Tipo 2” (mennekes), mentre lato-colonnina ha una “3a” (Scame-Libera); al momento devo interporre un adattatore da Scame a “normale”, ma vedo due problemi:

  • la sollecitazione meccanica dovuta al cavo a molla è eccessiva e si sta rompendo l’adattatore (si era già crepato a chi me l’ha venduto)
  • interporre un adattatore in un circuito di ricarica da 2300 W che funziona per molte ore non è l’ideale perchè può essere causa di eccessivo riscaldamento.

Stavo pensando allora di aggiungere nell’armadio una presa Scame Libera e – udite udite – 7 anni dopo le mie prime vicissitudini del 2011 per trovare questi prodotti, oggi si trovano a vendere sfusi online! (nel 2011 per avere UNA spina Scame Libera avrei dovuto comprarne una scatola da 10 direttamente alla Scame e pagarla 150 euro!!)

La spina, collegata al cavo, gia ce l’ho; mi serve una presa, e devo scegliere tra mobile o da parete:

Presa da parete(codice 200.01663):

10,16 euro + IVA


Scatola da parete (codice 570.0016):

2,01 Euro + IVA

(anche su Ebay, a 1,92E)


Presa mobile (codice 200.01643):

10,16 euro + IVA

 

Sono indeciso se fare un cavo volante da tenere arrotolato nell’armadietto e tirarlo fuori di volta in  volta per ricaricare (più scomodo ma più sicuro), o se installare una presa fissa (più comodo, ma esposto alle intemperie, anche se la Scame Libera dovrebbe essere fatta apposta per funzionare sotto la pioggia, come tutti i connettori di ricarica per auto elettriche… o no?)

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Diario elettrico Ecojumbo 5000 – Colonnina di ricarica / armadio elettrico

Posted in Uncategorized by jumpjack on 25 aprile 2016

Attualmente uso due caricabatterie da 250 e 300 W per ricaricare l’ecojumbo. Ma sono “temporaneamente” (da più di un anno…) collocati dentro al vecchio scooter che avevo prima…

Ho calcolato che, i due CB,  se hanno un’efficienza del 90% come è probabile che sia, essendo uno da 60V/4A e l’altro da 60V/5A dissiperanno una potenza pari a 60*4*0.10 + 60*5*0.10 = 24W + 30 W = 54W.

Quanto calore può dissipare un cosiddetto “armadio elettrico”? Questa pagina permette di calcolarlo:

http://www.claredot.net/it/sez_Elettrotec/dissipazione_quadri_elettrici.php

(dispense universitarie su dimensionamento termico quadri elettrici: link)

I miei due caricabatterie hanno dimensioni 18x9x5 e 18x9x7 cm.

Li potrei affiancare in due modi:

armadio-batterie

Nel primo caso servirebbe un mobiletto di almeno 22 x 26 x 11 cm, nel secondo 22 x 18 x 13, considerando sempre una distanza di 2cm tra i caricabatterie e le pareti e tra di loro. Il suddetto sito dà nei due casi una dissipazione possibile di 16W e 13W considerando una temperatura esterna massima di 40° e interna di 60°c. La capacità di raffreddamento raddoppia se l’armadio è in alluminio invece che in plastica: 32 e 26 W.

Non ci siamo.

O prendo un armadio più grande, o lo munisco di raffreddamento ad aria: quest’altra pagina permette di calcolare il flusso d’aria in m3/h necessario ad asportare una certa quantità di calore: https://www.stego.de/nc/it/servizi/strumenti-di-calcolo/calcolo-della-potenza-di-raffreddamento.html.

Per estrarre 60W di calore serve un flusso di almeno 9.3 m3/h (=6.47 CFM – cube foot minute) .

Su rs-components è facile trovare una ventola che abbia determinati requisiti in termini di volume d’aria spostato in un’ora: link Basterebbe una ventolina da 12V/6W e 14 euro, per esempio, Una ventola a 230V costa molto di più, 70 euro!

Non volendo usare la ventilazione, cercando “armadio elettrico” su Amazon ci sarebbe questo: 400x300x200mm – Cablematic, in acciaio, 55 euro; il calcolo dice che può dissipare 57W, ancora poco. 😦 Ci vorrebbe quello da 700×400… e 104 euro!

Da una parte affidarsi a un sistema di raffreddamento attivo mette di fronte al rischio che un guasto alla ventola faccia surriscaldare e rompere anche i caricabatterie; dall’altra, usare un sistema passivo (=”grossa scatola”) significa spendere più di 100 euro.

Penso che opterò per un armadio piccolo (400x300x200 cm, 55 euro) dotato però di due ventole (totale: 55+28 =78 euro).

Ibrido mennekes-ROSI

Posted in auto elettriche, scooter elettrici by jumpjack on 23 giugno 2014

Lo studio degli ingombri della spina Mennekes e della spina ROSI 9213 mostra che l’ibrido è fattibile rispettando le distanze e gli spessori dei pin Mennekes:

ingombri

 

In bianco la mennekes, in verde il sistema di aggancio al corpo della spina ROSI, in rosso i pin monofase, in blu i trifase, stilizzati per rappresentare gli ingombri massimi dei pin della spina FME da cui li ho presi.

File 3d stampabile (18 euro):

https://www.shapeways.com/model/2124244/mennekes-rosi.html?li=aeTabs

Sto però ancora cercando/studiando un metodo di ritenuta dei pin; la plastica aggiuntiva necessaria probabilmente porterà il prezzo finale a 20 euro o poco più.

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Le avventure di Mennekes – episodio 7: la spina piccola

Posted in auto elettriche, batterie, elettricita, hardware, scooter elettrici by jumpjack on 16 giugno 2014

 

 

Ed eccoci a un nuovo episodio: ci eravamo lasciati col proposito di cercare una spina più piccola, perchè la SME che ho trovato va bene per le misure standard della presa Mennekes, ma non per le colonnine ENEL, protette da shutter:

mennekes-SME

 
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Spina mennekes tipo 2 fatta in casa: test sul campo della spina FME (puntata 6)

Posted in auto elettriche, batterie, scooter elettrici by jumpjack on 7 giugno 2014

Buone notizie e cattive notizie allo stesso tempo:

La spina, dopo aver tagliato una piccola mezza luna dalla sua estramità per dargli la forma della presa mennekes, riesce ad entrare nella colonnina ENEL.

E questa è la buona notizia.

Quella cattiva è che non entra abbastanza! 😦

E’ troppo corta.
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Costruzione spina Mennekes fatta in casa – puntata 5

Posted in 3d, auto elettriche, elettricita, scooter elettrici by jumpjack on 31 maggio 2014

Una volta trovate le misure, realizzare un modello 3d è solo questione di tempo e pazienza; come primo prototipo ho scelto una versione leggerissima di spina, avente lo scopo principale di studiare ingombri e resistenza strutturale.

Ecco il primo risultato, del costo di circa 10 euro:

IMG_20140531_125519

La spina è ridotta letteralmente all’osso; i sette grossi buchi in realtà probabilmente non servono, in quanto di fatto servono solo a permettere ai pin di… attraversare i 5 cm di plastica di protezione per le dita! Essendo infatti i pin molto massicci (5 pin da 6 mm più 2 da 3mm), dovrebbero essere sufficienti loro a mantenere la spina in posizione.

Adesso però viene la parte difficile: dove trovare questi pin? Li ho cercati online in lungo e in largo, ma alla fine li ho trovati in un negozio fisico:
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