Il punto sulle mie batterie al litio dopo più di un anno

[AndreaB72]

Un po' di punti interessanti. Il rigonfiamento delle celle non lo puoi impedire - è un fenomeno non evitabile. Gli ioni di litio che si attaccano sulle piastre catodiche (che sono dei reticoli carboniosi) aumentano il loro volume e deve essere così, altrimenti non avrebbero carica. L'espansione e la contrazione sono effetti che non possono essere ne devono essere evitati. La compressione serve solo nei primi cicli di vita della batteria per "guidare" il rigonfiamento in modo che spinga eventuali bolle di gas ancora intrappolate nella batteria verso l'alto, in modo che non creino zone di vuoto che potrebbero limitare la vita della batteria. Quando una cella si presenta "gonfia" ed è da buttare, non è perché non è stata compressa, ma perché è stata abusata e sarebbe da buttare anche se fosse stata compressa. In linea di massima la compressione è una buona pratica, ma non strettamente necessaria (indipendente da cosa si racconta in giro) e non "previene" il rigonfiamento. Il tuo piano del BMS ha senso ma non funziona è non la cosa giusta da fare. La cosa giusta è usare un BMS senza stadio di potenza ma con due porte: una che ha tensione quando la carica è attivata e una che ha tensione quando la scarica è attivata. Di solito questi BMS pilotano dei disgiuntori, ma possono pilotare quello che vuoi. Con questa configurazione non sei più vincolato alla corrente massima che non passa più per il BMS (che usa uno shunt o effetto Hall per misurare la corrente). Mi sembra di aver già consigliato il QUCC o il REC. Il QUCC (che costa relativamente poco rispetto al REC ma più di un normale BMS a Mosfets) ha anche un modello che bilancia a 2A in maniera attiva, che è drammaticamente più efficiente di quelli semi-attivi (tipo Helltec) da 5A. Il QUCC (come il REC) bilanciano a 2A indipendentemente dalla differenza di tensione delle celle, al contrario di quelli induttivi/capacitivi la cui corrente dipende dallo sbilanciamento. Il balancer NEEY che ho montato io è di questo tipo e ti posso assicurare che non ha niente a che vedere con quelli a condensatori da 5A: un altro pianeta. Comunque, in questa configurazione puoi usare le due uscite per pilotare direttamente i tuoi dispositivi di carica o di carica. Per esempio, puoi pilotare direttamente i dispositivi Victron disattivandoli quando il BMS dice di farlo. In questo modo non hai problemi con i carichi induttivi del salpa o se vuoi accenderci il motore, perché la corrente non passa proprio dal BMS e decidi tu cosa attivare o disattivare in base alle uscite del BMS. Se tornassi indietro, questa è la configurazione che adotterei. Se poi ti interessa ti posso fare qualche schema per riferimento.

[giorgio8596]

Grazie come sempre Andrea, adesso studio.

[AndreaB72]

Se a qualcuno interessasse, qui c'è uno sheet con la curva di carica e scarica: Questo contenuto non e' visualizzabile da te Ospite. Se vuoi vederlo, REGISTRATI QUI . Nello sheet "tail current" trovate il calcolo della tail current per i vari voltaggi di carica. Questo valore indica a quale corrente si considera una batteria LFP carica una volta raggiunto il voltaggio voluto. In pratica, se caricate a 3.65V per cella (14.6V) la batteria sarà al 100% quando la corrente scenderà a 14A (0.05C come da specs), mentre se carico a 3.5V per cella (14V) la batteria sarà al 100% una volta che la corrente sarà scesa a 6.5A (per una batteria da 280Ah). Ovviamente questa misura diventa meno affidabile più ci si avvicina al valore di 3.37V a cella (che è il valore a riposo di una cella carica al 100%). In pratica: non è vero che se si carica una LFP a 3.5V non si carica al 100%. Dipende da quanto tempo rimane al 3.5V, o se volete, quanto assorbe a 3.5V. Se la lasciate assorbire fino a quando la corrente scende sotto i 6.5A, allora la batteria sarà carica al 100%. Questo spiega anche come non sia poi così semplice caricare una batteria a meno del 100% in maniera predicibile. Per caricare una LFP a SOC<100% si può usare il battery monitor (a patto che la calibrazione sia corretta) o interrompere la carica con la fase di bulk al momento del raggiungimento della tensione target (quindi senza fare absorption), ma serve la curva la curva di carica a quella determinata corrente per farlo (per i 40A è nello sheet). Per esempio, per caricare al 95% si può caricare a 40A ed interrompere a circa 13.4V. Caricare all'80% con questo metodo è più difficile perché siamo lontani dal gomito e la precisione della misura del voltaggio diventa un problema. In questo caso si usa il battery monitor (Coulomb-meter). In sostanza: io carico al 100% una volta ogni tanto per risincronizzare il battery monitor (e per fare top-balancing), poi uso il battery monitor che a quel punto è sufficiente preciso per darmi la SOC giusta.

Nota finale: sapere queste cose è utile, ma non indispensabile. Queste batterie sono veramente dei secchi e potete farci più o meno quello che volete nei limiti delle specifiche.

[giorgio8596]

@Andrea, ho trovato il QUCC a cui ti riferivi: Questo contenuto non e' visualizzabile da te Ospite. Se vuoi vederlo, REGISTRATI QUI . vedendo lo schema, ho capito cosa intendevi con due porte. In effetti questo BMS risolve il problema che io non volevo affrontare, cioe' di metterlo in serie sul negativo collegandogli un cavo da 70 mmq (sic!) e poi di li' andare alla batteria. Direi che effettivamente questo va molto meglio dei BMS tradizionali a mosfet. Poi, e' vero che costa un po' (ma neanche poi tanto) ma ha anche i propri bilanciatori interni, quindi potrebbero non servire altri bilanciatori (mi sembra anzi di capire dalla traduzione approssimativa che non accetta altri bilanciatori in parallelo), e ha anche il display, alla fine costa quasi di meno. Non sarei dell'idea di montare i contattori (rele'). A parte che non capisco se siano NC, e quindi se aprono su chiusura del contatto del QUCC, o NO, che quindi siano sempre alimentati per mantenerli chiusi e aprano su allarme; nel mio caso specifico, diciamo di utenza minore, non ne vedo una grossa utilita'. In carica, in termini di corrente, essa viene dal DC-DC, che piu' di 30A non puo' dare, e ha due fusibili in ingresso e uscita, quindi non puo' nemmeno raggiungere valori pericolosi per la batteria in caso di guasto. La fine carica invece, mi sembra di capire potrebbe essere impostata sullo stesso DC-DC, sulla base del valore di tensione, e controllata visivamente poi sul BMV712 come capacita' raggiunta, quindi potrei tenere l'uscita della porta 2 del QUCC per attivare semplicemente un allarme acustico/luminoso. Un termostato a contatto sull'alternatore, tipo quello che hai postato, puo' proteggerlo dalle sovratemperature sganciando il DC-DC e la sonda del BMV712 puo' fare lo stesso con la batteria. Per la scarica invece, sempre nelle nostre applicazioni, penso che le correnti di scarica di per se' non possano raggiungere i limiti di erogazione della batteria, salvo in caso di guasto, quindi il problema non si ponga. In caso di guasto, devono pensarci le protezioni, che sono li' per quello. La profondita' di scarica invece, puo' essere controllata a vista, ancora BMV712, gestendola con giudizio, in piu' il display del BMS, installabile a pannello, permette di controllare continuamente le singole tensioni di cella e basta e avanza. L'uscita della porta 1 quindi, anche in questo caso, puo' andare semplicemente ad attivare un allarme acustico/luminoso. In definitiva, penso che ci siamo, adesso basta mettere mano al portafoglio e leggere bene le istruzioni all'arrivo.

[ginettosub]

ma non è ben capito più che un bms è un equalizzatore con battery monitor?

[giorgio8596]

@ Andrea Per quanto riguarda lo sheet di carica e scarica, invece, non mi e' di semplice comprensione. Quando dici caricare a 3,5 V/cella (14V di batteria), significa che imposti la tensione di ricarica del DC/DC a 14,0V? E poi lo lasci li' controllando la corrente assorbita dalla batteria fino a che questa scende al valore di 6,5A? In quel caso, col display del QUCC risulterebbe abbastanza agevole capire piu' o meno dove ci si trova, fermandosi per precauzione a valori un po' superiori a 6,5A. Il problema potrebbe essere riportarsi ogni tanto ad un 100% certo, per poter poi fare affidamento sul SOC del BMV712. Ma per correnti diverse dai 40A, quanto si scosta in carica? In scarica mi sembra piu' facile, ci si puo' fermare intorno a 3,23/3,24V, quindi all'incirca intorno al 40%, ma qui gli Ah in scarica del BMV712 sono sempre precisi, certo aiuta avere un voltmetro ben preciso e ben tarato.

@ginettosub No, direi che e' un vero e proprio BMS, che parte facendo tutte le funzioni del BMS, quindi rilevamento e controllo della corrente di carica massima, della corrente di scarica massima, delle tensioni minime e massime di cella, ed in piu' aggiunge una capacita' di equalizzazione tra le celle (statica da 2A e attiva da 3A). Solo, per questo QUCC la funzione di interruzione e' divisa tra carica e scarica e non avviene internamente al BMS tramite i Mosfet, come nei BMS tradizionali, ma esternamente all'apparecchio tramite due relais comandati da due porte indipendenti.

[ginettosub]

ora ho capito grazie devono essere gagliardi questi relè per sopportare le correnti in gioco

[giorgio8596]

Si, sono piuttosto grossi, e di conseguenza anche le correnti di attivazione non sono niente male. Ne avevo preso uno per l'inverter ma poi ho scoperto che mi mangiava 5A solo lui per stare chiuso, e sono prontamente passato a un interruttore rotativo manuale. Per quello mi chiedevo se erano NO o NC.

[AndreaB72]

Devi impostare la tensione di assorbimento a 14V. I Victron Smart Solar e Phoenix supportano la tail current (che imposti a 6.5A). L'Orion non lo supporta ma puoi mettere un tempo di assorbimento fisso che sai che porta a quella corrente. La tensione di float la puoi mettere a 13.4V che è un filo meno di 3.37Vx4 (la tensione di una batteria carica al 100% a riposo). Non ho le curve per meno di 40A, ma non serve perché in questo caso non si carica a corrente costante. Il BMV supporta la sincronizzazione fatta in questo modo: gli dici di sincronizzarsi al 100% quando hai 13.99V per almeno 5 minuti e la corrente di carica è inferiore a quella che vuoi (è in % della C quindi devi fare il conto). Quando sei in questa condizione la batteria è al 100%. Al BMS lasciagli fare solo il lavoro di proteggere le celle. Per caricare solo al X% invece la cosa più semplice è farlo a mano guardando il BMV. Comunque non ti preoccupare della scarica, scendere anche al 10-15٪ non è assolutamente un problema. Meno di così mi mette un pò di ansia, ma queste batterie possono davvero usare il 99% della carica senza accusare minimamente.

@giorgio8596 No, direi che e' un vero e proprio BMS, che parte facendo tutte le funzioni del BMS, quindi rilevamento e controllo della corrente di carica massima, della corrente di scarica massima, delle tensioni minime e massime di cella, ed in piu' aggiunge una capacita' di equalizzazione tra le celle (statica da 2A e attiva da 3A).
Solo, per questo QUCC la funzione di interruzione e' divisa tra carica e scarica e non avviene internamente al BMS tramite i Mosfet, come nei BMS tradizionali, ma esternamente all'apparecchio tramite due relais comandati da due porte indipendenti.
Sono NO. Ma io non li userei proprio. Per i carichi "normali" un BP è perfetto. Per i carichi grossi non ci sono problemi tanto sono pilotati. Per la carica, tutti i chargers moderni hanno una porta di attivazione. Ci sono alcuni BMS che supportano anche i bistabili, ma mi sembra cercare rogna....

[giorgio8596]

Oro! Sara' fatto!

[maumariani]

Oggi ho avuto un proficuo scambio di idee con il Dott. Francesco Lestini di Pantaenius circa i quesiti sui cambi operati da parecchi di noi nelle nostre imbarcazioni per adattarle alla tecnologia litio o, in generale, magari solo adottare un DC DC a posto del separatore montato di default. Volevo sentire come si comporta l'assicurazione, nella malaugurata ipotesi di sinistro, per capire a quale modello o procedura dobbiamo attenerci per essere risarciti senza che l'assicurazione possa sollevare distinguo di qualsiasi natura. Per mia sorpresa non si era ancora posto il problema pur essendone a conoscenza e siamo giunti alla conclusione di far visionare preventivamente ad un loro perito l'impianto modificato per non avere sorprese se qualcosa dovesse andare storto.
Spero possa essere utile per le eccezioni sollevate all'inizio di questo 3d.

[...]

Idem sorpreso … anzi esterrefatto !

[mlipizer]

Ieri guardavo sui siti ecommerce alcuni esempi di batterie al litio (pronte, non ho ne tempo ne voglia di cominciare a trappolare). Quello che mi ha stupito è che le loro dimensioni non sono inferiori a quelle al piombo. Sono più leggere sì, ma non meno ingombranti, a parità di capacità (che poi devo capire cosa vuol dire a pari capacità). Il problema delle batterie in barca è l'ingombro, non il peso. Volendo io aumentare la capacità delle batterie, speravo di poter mettere nello stesso volume più carica, ma mi sembra che non sia così. Quindi, al momento, il cambio di tecnologia mi porterebbe maggior complessità del sistema senza un reale vantaggio. Cosa sbaglio?

[...]

Sbagli una cosa molto semplice : va considerata la densita' di energia ! (a parita' di dimensioni). Tante cose le hai dette giuste anche se litio non e' piu' complesso che pb ... E' diverso (e necessita di un cambio di diverse cosette "forma mentis" in primis parlando come DonAbbondio ). Non ti preoccupare che tuo errore e' comune specialmente in chi compra batterie pb (rimanendo pb contro pb) guardando solo la capacita' teorica ma non la capacita' effettiva (lasciamo perdere che si farebbe complesso il ragionamento). Tornando a noi, se il tuo fabbisogno e' di 100 Ah al giorno (la cui cosa e' la tua decisione principale, in primis devi avere ben chiaro tuo fabbisogno giornaliero che parte tutto da li'), tu avrai p.e. due batterie a ciclo profondo da 110 Ah (totale 220 Ah) di cui puoi utilizzare ragionevolmente i 100 Ah (sei a ca. il 45% di DOD) con un ingombro di DUE BATTERIE e peso di ca. 55 kg (ho preso ad esempio due NBA 3AX12N da 110 Ah Dimensioni: 308 x 175 x h.225 mm che pesano kg 27,2 da 250 euro ca. cadauna) . Con il litio questo fabbisogno Ah giornaliero lo ottieni con un UNICA batteria da 150 Ah che puoi scaricare al 80% DOD (quindi fino a 120 Ah disponibili per te) e le dimensioni di un'unica batteria da 150 Ah in lifepo4 sono praticamente identiche (forse un capello piu' grande della meta' ma la sostanza e' questa) ad una sola batteria da 110 Ah al pb.Il peso (che interessa meno [specialmente i non regatanti]) del litio e' di 22 kg (ho preso ad esempio una Liontron da 150 Ah dimensioni 355 x 170 x 262 mm da euro 1500 ca.) che e' meno della meta' del piombo di due batterie deep-cycle. Cosi' ottieni : ca. meta' spazio occupato a parita' di capacita' ! (cioe' piu' "densita'" di energia ). Le dimensioni andrebbero cercate esatte ma c'e' pieno di offerte per trovare la soluzione corretta (nelle batterie gia' fatte senza andare a trappolare che sono d'accordo anche io [nel NON trappolare]). Un accenno di spesa etc. che io ho le mie idee (ma ognuno ha le sue) che in questo caso e' di ca. 3 a 1 (Liontron 1500 contro NBA 500) pero' anche la durata e' di 3000 cicli contro 1200 (dichiarati eh) e son ragionevolmente convinto che litio duri almeno 3 volte tanto pb (ma forse anche 4 volte ma lo vedremo in futuro) rendendo pero' la spesa finale sostanziamente paritetica (per me non c'e' gran guadagno economico ne' del pb ne' del litio). Ok ?

[mlipizer]

Io parto dal ragionamento contrario. Sulla mia barca, per i servizi sono previste 2 batterie Pb da 70Ah. Sono sotto la panca di sinistra e c'è poco spazio per mettere altro. Dentro c'è anche il boiler, la pompa, il caricabatterie. Quindi su quello spazio posso lavorare. Cosa posso mettere nello stesso spazio con più efficienza possibile? Perchè non posso permettermi di rivoltare la barca per trovare gli spazi adeguati e comunque non li troverei. Oltre alla batterie con BMS incorporato, di che strumentazione dovrei dotarmi e dove metterla? Un'altra osservazione. Nel normale uso della barca, quando non sono in crociera (quindi la stragrande delle uscite), accendo il motore per uscire e rientrare dal porto e quando cala il vento. Dovrei ogni volta verificare se le batterie hanno bisogno di essere caricate ed eventualmente escludere la ricarica? Con il piombo è il contrario, carichi a prescindere.

[...]

Seguo tuo ragionamento (che e' quello che ho fatto io ma dobbiamo fasarci). Ipotizziamo che le 70 Ah siano effettivamente deep-cycle (e non da supermercato) e tu possa avere 70 x 2 = 140 Ah di banco al 50% di DOD = 70 Ah utilizzabili nelle 24 H. Tu otterrai il tuo fabbisogno giornaliero di 70 Ah con un UNICA batteria lifepo4 da 90 Ah di dimensioni della meta' al 80% di DOD = 72 Ah Ok !? Piu' chiaro il guadagno di spazio dove si trova ? (ti rimane vuoto mezzo gavone batterie) Nelle uscite giornaliere lascerai fare tutto al nuovo caricabatterie DC-DC (si chiama cosi') che carichera' la batteria litio ad hoc (quindi sara' necessario un DC-Dc e la conseguente eliminazione [o esclusione] del separatore fra batteria servizi e batteria motore che non possono essere messe in paralello). Quando rientri, lasci scaricare la batteria che andra' poi lasciata (quando vai via) a ca. il 50% della sua capacita' (cioe' senza riattaccare il CB 220 volt che dovra' essere adatto a caricare le batterie litio [il mio, vecchiotto, andrebbe ricomprato]). Il DC-DC nell'uscita potresti anche non accenderlo per ricaricare che magari parti gia' da un 50% di SOC (di stato carica) ed arrivi ad un 40% di SOC fregandotene della batteria che e' un secchio (robusto) e non ha bisogno di altro (ne' di essere lasciata carica al 100% come dobbiamo fare oggi col pb). E non avrai pannelli solari di mantenimento che sono deleteri Se usi i pannelli li attaccherai solo in estate per evitare di accendere motore in rada e le batterie si riempiono pure prima perche' per ricaricare il tuo fabbisogno giornaliero di 70 Ah con baterie litio occorreranno ca. 77 Ah al 90% di efficenza contro i ben 98 Ah necessari per caricare l'equivalente 70 Ah nel piombo [1,40 a 1 di inefficenza !]). Con il litio al contrario del pb carichi solo quello che ti necessita . Capito la differenza di forma mentis (in primis) ? (ma anche di qualche cosetta che va cambiata di cui ti elenco almeno : DC-DC, separatore da eliminare, CaricaBatterie 220v, pannelli solari da usare diversamente, battery monitor assolutamente necessario per capire SOC)

[mlipizer]

Ok, ma allora se metto 2 batterie al litio da 70Ah, perchè mi ci stanno, arrivo all'equivalente di 2 batterie al piombo da 100Ah?

[...]

Il conteggio e' questo : - n. 2 al pb da 100 Ah (di quelle deep-cycle al 50% di DOD [va SEMPRE fatto il conto degli ampere utilizzabili al DOD previsto e non quelli teorici che non contano una beata minchia]) = 200 Ah al 50% DOD = 100 Ah usabili - n. 2 al litio da 70 Ah = 140 Ah al 80% DOD = 112 Ah usabili Raddoppi la capacita' (grazie alla diversa densita') e quello e' un vantaggio ben superiore (secondo me) che il mero peso (ma dipende con chi parli eh che i regatanti vedono solo i KG). Ricorda pero' che per ricaricarle dovrai adeguare i sistemi di ricarica che per caricare di piu' ad esempio il doppio di Ampere richiedono il doppio dei tempi di prima (non proprio perche' piu' efficace/efficente come ti ho dimostrato sul solare giornaliero). E poi non raddoppieresti ma vai da 70 a 112 (se non erano batterie da supermercato che in quel caso altro che raddoppio sei a ben di piu' che quelle han tipicamente il 20% di DOD possibile a pena di farle durare pochissimo)

[AndreaB72]

@mlipizer Non ho le dimensioni di una batteria da 70Ah per cui non ti so dire. In termini di form factor una batteria al LFP da 200Ah è poco più grande di una batteria da 100Ah al piombo, ma "rende" 180-190Ah rispetto ai 40-50Ah della Pb da 100Ah. In termini di rapporto spazio/capacity quindi siamo vicini al 3/1 in certi casi. Significa anche il tuo impianto si deve adeguare alla nuova capacità (ovvietà). Se prendi un'auto elettrica da 500Hp, è chiaramente più pericolosa di un'auto a benzina da 100Hp - ma non perché è elettrica, ma perché ha 500Hp invece di 100Hp. Sono d'accordo con te sull'usare gli spazi previsti. Anche fare cambiamenti per aspetti totalmente marginali che non hanno impatto pratico è una roba da evitare.

[giorgio8596]

@AndreaB72 son capitato per caso da questo canguro, che non e' affatto contento del BMS QUCC: Questo contenuto non e' visualizzabile da te Ospite. Se vuoi vederlo, REGISTRATI QUI . e meno ancora delle risposte del cinese.