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

[AndreaB72]

Volevo fare il punto sulla mia installazione LFP. A questo punto è passato più di un anno, ci ho fatto una stagione estiva, diverse uscite in inverno senza solare, lasciato la barca incustodita per lunghi periodi etc. - in pratica ci ho fatto tutto quello che ci si può fare.
Al momento ho una batteria sola da 280Ah che raddoppierò presto. La batteria è composta da quattro celle REPT da 280Ah 3.2V nominali (si trovano sui 600EUR).
Ho provato diversi BMS è quello migliore che ho provato fino ad ora è il JK con bilanciatore attivo da 2A. Purtroppo l'ho fritto per cui sto usando un JBD con bilanciatore passivo da 150mA. Entrambi i BMS sono da 200A con 600A di picco. Il costo di entrambi è intorno ai 150EUR il primo, 120EUR il secondo.
Affiancato al JBD da 200A ho provato diversi bilanciatori – incluso quello interno passivo da 150mA e alla fine sono atterrato sul NEEY attivo da 4A, che ho trovato in offerta a soli 65EUR.
Questa che ho trovato mi sembra la soluzione migliore in assoluto – il JBD è un prodotto buonissimo ma ha un bilanciatore pessimo, ma accompagnato dal NEEY è veramente eccezionale. Se dovessi dare una raccomandazione allo stato attuale delle cose, sarebbe BMS JBD + bilanciatore NEEY.
La cosa che importante è che ho fatto un test di capacità a Pasqua e ho tirato fuori dalle batterie quasi 260Ah ed avevo ancora circa un 15% di residuo stimato, quindi ben lontano dai fatidici 2.5V per cella, infatti ero sempre intorno ai 3.15V per cella per un totale di 12.6V.
Dopo mesi di utilizzo mi sono reso di una cosa: queste batterie non hanno bisogno di essere curate – non c'è da farci assolutamente niente se non monitorare che sia tutto a posto (e anche quello ormai lo faccio davvero poco).
L'unico accorgimento che ho lasciato nella mia lista è quello di lasciare le batterie fra il 40% e il 70% quando lascio la barca. Non ho fatto prove a supporto della teoria che lasciarle cariche ne accorci la vita, ma le argomentazioni scientifiche a supporto sono convincenti quindi ci credo.
A livello di procedure operative non ne ho molte a dire la verità. La sera prima di partire carico le batterie al 95% (circa 3.45V - 13.8V) con una corrente residua di circa 6~7A (grazie a Victron che ha implementato questa funzione nell'IP43). Niente altro.
Se sono in estate lascio il solare in funzione che mi copre per circa il 75%-80% del mio fabbisogno e lo lascio lavorare ad una tensione di 13.8V.
Se devo fare lunghe smotorate in generale lascio la carica da alternatore disattivata (Orion settato per power supply a 13.4V e carica sul BMS disattivata). Questo settaggio mi consente di alimentare tutto a bordo con l'alternatore senza caricare le batterie e aggiungere pressione sulla chimica. I 13.4V sono scelti in questo modo: 13.4V è la tensione a riposo delle batterie LFP cariche (3.35V a cella) per cui la tensione dell'Orion è sufficiente ad essere superiore a quella della batteria quindi alimentare la barca – in caso di richiesta superiore a quanto può dare, la batteria ci mette il resto. Vorrei avere un "pulsante" da premere per attivare questo setup, ma al momento devo andare sulle varie apps e fare i settaggi individualmente. Sto mettendo su una macchinetta basata su un ESP32 che farà tutti i settaggi in automatico, ma al momento sono indietro. Ovviamente, niente di tutto ciò è strettamente necessario e si può lasciare tutto il controllo all'elettronica dell'Orion e del BMS, ma in qualche maniera mi devo divertire...
Una nota – da quando ho LFP non accendo neanche più il motore per salpare l'ancora. Qualche volta parto direttamente a vela.
Di solito mi preoccupo di fare una ricarica completa (motore o banchina) se arrivo intorno al 30% di SOC, altrimenti lascio fare e controllo raramente.
La cosa bella è che non mi preoccupo di autoscarica o qualsiasi altra rogna delle batterie al Pb – quando vado via spengo tutto e basta. Quando ritorno in barca valuto se ricaricare prima (tipo viaggio lungo e senza sole) o semplicemente parto. Niente pannelli di mantenimento, niente condizionamento delle batterie, niente di niente.
Per chi volesse cimentarsi nell'auto costruzione, cose a cui stare attenti: i busbars per unire le celle sono fondamentali. La mia raccomandazione e di comprarli di buona qualità, dargli una passata con la carta 1000 e montarli con una pasta da contatti antiossidante. I collegamenti del BMS/bilanciatore NON fateli direttamente sulle celle ma fate un foro filettato sui busbars. In questo modo potete dare la giusta coppia ai dadi del busbar e potete smontare il BMS senza dover smontare tutto (rischiando di mandare tutto in corto).
Alcuni raccomandano di comprimere le celle. Io non l'ho fatto per diverse ragioni – la prima è che la compressione non serve a contenere il rigonfiamento delle celle – quello avviene in ogni caso per la natura della chimica in questione (gli ioni di litio che si attaccano sulle piastre in carbonio ne aumentano lo spessore quindi la batteria si contrae e si espande perché lo deve fare). La seconda è che la compressione serve solo nelle prime fasi della vita della batteria per costringere i gas che sono rimasti intrappolati fra le piastre di salire verso l'alto e eliminare il rischio di avere zone delle batterie che non "producono". Le batterie sono fatte in condizioni di vuoto ma qualche bollicina può rimanere. Finita questa fase, la compressione non serve più. Infatti, le batterie commerciali non sono compresse.
Non ho consigli in merito a boxare le celle o no. Io le ho boxate (si trovano on line box in ABS molto ben fatti) ma le tengo spesso aperte – mi sono fatto l'idea che più aria circola e meglio è.
Non ho molta esperienza diretta di batterie LFP già fatte, ma immagino che non ci sia molta differenza – se qualcuno avesse montato SOK, Renogy o simili (high-end non-Victron), che ci faccia sapere...
Un mito da sfatare è che il LFP si deve caricare con correnti esagerate per cui si deve cambiare alternatore etc. - Non è vero. Le LFP si caricano benissimo a correnti basse e ci mettono meno a caricarsi delle equivalenti al Pb perché sono molto più efficienti, cioè ogni Ah che si butta dentro finisce in carica invece che in calore. In pratica, se butto dentro ad una LFP 10Ah avrò caricato 10Ah – se butto gli stessi 10Ah in una batteria al Pb avrò caricato qualcosa variabile fra 7Ah e 5Ah (o meno). L'effetto si vede e si apprezza, non ho numeri in questo senso ma la sensazione è che si carichino molto più in fretta a parità di corrente.
Un altro vantaggio grosso che ho notato è che non hanno effetto Peukert per cui si possono pilotare salpancore, grossi inverters, bollitori etc. Senza preoccuparsi di dover sovradimensionare. Niente di trascendentale, ma sono tante piccole cose insieme che alla fine fanno la differenza. Anche la bassa resistenza interna e la stabilità della curva di carica sono importanti: con le AGM spesso l'inverter mi andava in protezione per tensione troppo bassa (sotto carico poteva scendere fino a 11.8V con batterie giù) ed oggi è un ricordo.
Sono anche contento della posizione. Il peso e il volume ridotto mi hanno consentito di mettere la batteria ben al di sopra della linea di galleggiamento in uno spazio ridotto e senza rinunciare ad accessibilità.
In definitiva, a questo punto sono sicuro che l'investimento di adeguare l'impianto ha ripagato e tutto sommato gli adeguamenti sono comunque necessari anche senza LFP (vedi DC/DC, CB decente etc.).

[...]

Grazie dell'ottima condivisione di esperienza (effettivamente si cambia parecchio prospettiva [p.e. salpare a vela ... sigh] ed e' parecchio invogliante !!)

[Masmau]

L'unico difetto potrebbe essere il fatto che sono infiammabili.

[suzukirf600]

Anche io pensavo a quel rischio.
L'hai valutato? Se si hai ritenuto di doverti proteggere contro questa eventualità?
Nel caso... è possibile proteggersi? e se si.. come?
Grazie mille per il tuo intervento.
Suzuki

[AndreaB72]

No.
È già stato scritto a sufficienza su questo.

[AndreaB72]

Faccio un riassunto: tutte le batterie presentano rischio di incendio. Questo viene in tre forme:
1) Corto circuito o sovraccarico. Un corto o un carico inaspettato sulle varie linee provoca un innalzamento della temperature dei cavi o degli utilizzatori (o dell'involucro della batteria) per cui parte un incendio.
2) Produzione di gas infiammabili. Le batterie al Pb per esempio generano idrogeno e ossigeno - altamente esplosivo. Le batterie al litio-cobalto altrettanto generano vapori infiammabili.
3) Termal runaway. Questo succede quando una batteria raggiunge una temperatura limite per cui la temperatura aumenta da sola in maniera incontrollata (di solito dovuto ad un corto all'interno alla batteria).

Il rischio n. 1 ce l'hanno tutti e dipende da quanta energia abbiamo a bordo. 10KWh si batterie al Pb sono pericolose esattamente come 10KWh di batterie al litio (di qualsiasi tipo) - metteteli i fusibili...
Il rischio n. 2 si elimina scegliendo batterie la cui chimica non ha materiali infiammabili e non produce gas infiammabili. Le batterie LiFePo4 (o LFP) sono esattamente in questo modo: l'unica cosa che potrebbe prendere fuoco è l'involucro di plastica. I gas prodotti in caso di danno fisico o di overload puzzano e sono tossici, ma non prendono fuoco (al contrario di quelli delle batterie al Pb e di altre chimiche sempre basate su litio).
Il punto n. 3: le LFP hanno un punto di termal runaway molto alto, di fatto non si riesce a innescare un runaway se non in condizioni di laboratorio. Altre chimiche (tipo il cobalto-litio) sono soggette a termal runaway e sono di solito responsabili delle robe che si leggono sui giornali - stiamo parlando di batterie dei cellulari, motori elettrici come fuoribordo-monopattini-overboard...
Le LFP rappresentano quindi un passo avanti rispetto alle Pb nella sicurezza da incendio (a parità di capacità ovviamente, non è che mi puoi confrontare un banco da 10KWh LFP con un banco da 1KWh al Pb).

[jacques-2]

grazie della condivisione, ho preso nota per il futuro upgrade sulla mia barca. Se uno non volesse cimentarsi nella costruzione delle batterie, cosa esiste in commercio (di ottima qualità) che sia comparabile come prestazioni e sicurezza? BMS e bilanciatore obbligatorio per ogni batteria? Il salpancora immagino prenda energia dal banco LFP, quanti A richiede?

[giorgio8596]

@ Andrea Eccellente!

[AndreaB72]

A me piacciono le SOK e mi sembra che le Renogy siano paragonabili. In questo caso il BMS e bilanciatore sono gia integrati nella batteria quindi nessun problema. Ovviamente i costi sono superiori all'autocostruzione e l'elettronica meno sofisticata - non ci trovi il bilanciatore NEEY dentro In alternativa ci sono le Victron ma sono molto particolari (e costose). Le Victron ci sono di due tipi - quelle con il BMS integrato e quello che richiedono il BMS esterno. In entrambi i casi il comportamento del BMS non è completamente trasparente e comunque richiedono tutto Victron. A mio parere il costo non è giustificato, ma è una mia opinione personale. Il salpa difficilmente mi tira più di 100A (1500W) - meno della macchinetta del caffè

[Masmau]

Il problema del litio sembra essere il fatto che una volta che l'incendio è divampato non c'è modo di fermarlo. In Norvegia alcune compagnie non consentono di imbarcare auto elettriche o ibride per il rischi di perdere il traghetto.

[giorgio8596]

Si, ma parliamo di batterie diverse, come il diavolo e l'acqua santa. Quelle delle auto sono ioni di litio (LION), ferocemente infiammabili e difficilmente spegnibili, le nostre sono LIFEPO4, tutt'altra cosa, non le accendi neanche se gli pianti dentro uno scalpello. Rispetto alle LION sono piu' pesanti e portano meno carica, e questo e' il motivo per cui non sono state adottate nelle auto (ma ci stanno pensando). Adesso e' solo questione che capiti qualche incidente in autostrada, con conseguente incendio, e vedremo qualche cambiamento.

[AndreaB72]

È problema di regolamenti. Neanche l'ABYC non fa differenza fra le diverse chimiche ed è una scelta complessa. Al contrario delle batterie al pb che sono TUTTE UGUALI, le batterie al litio sono in realtà molto differenti fra loro. Ogni giorno poi ne esce una variante nuova con caratteristiche completamente diverse. Alcune chimiche (sempre litio) hanno quel problema, altre no. Capisco che chi fa norme non abbia voluto entrare in questi dettagli perché sarebbero stati obsoleti in pochi anni, ma il fatto che non tutte le litio sono uguali rimane. Nello specifico: anche in automotive si sta abbandonando il cobalto (meno peso e più densità di energia) a favore del LFP per ragioni di sicurezza e longevità. Quando si parla di batterie al litio si parla di cose molto diverse, sarebbe come dire che un uomo e un cammello sono più o meno uguali.

[unsoldino]

Andrea grazie per le tue condivisioni molto documentate ed argomentate. Personalmente al momento ho solo una 50Ah per il fuoribordo elettrico, della quale sono contentissimo per peso e resa (solo una decina di cicli fino ad un residuo 15%, che vuol dire un'ora di viaggio con il mio tenderino). In futuro penso che le Pb saranno sempre più d'uso marginale, dove il costo ne sia l'unico vantaggio ascrivibile. Da considerare che la differenza di costo tra una buona AGM ed una LiFePO4 ormai e di circa il 60%,in calo, il che si ripaga in termini rapidissimi. Quindi se, ipoteticamente, si pensa di dover rifare l'impianto, l'opzione è assolutamente da valutare. Circa i paventati rischi: TUTTE le batterie di nuove installazioni del solare domestico sono al LiFePO4, posizionate spesso nei sottoscala. E

[Gabriele]

Andrea, grazie per aver condensato in poco spazio una serie di osservazioni che saranno apprezzate anche dai più irriducibili. Una prima curiosità sull’uso di routine del battery monitor. Per la calibrazione: dagli interventi di prima, immagino che i conti ti tornino con valori vicinissimi a 1 sia per l'esponente di Peukert, sia per l'efficienza di carica. Dopo un anno di prove, su quali valori ti trovi bene? Probabilmente il BM è visibile via blutooth anche al tuo caricabetteria, ma se ho capito bene non ti serve per controllo diretto. Prima di salpare, per fermarti poco sopra il 90% ideale di SOC, programmi direttamente il caricabatterie per tagliare quando la tail current va sotto i 7A. Mentre prima di lasciare a lungo la barca, vedi il BM per accertarti di scaricare di un 30%-50% (considerato ottimale per il riposo). In navigazione: se ho capito, in caso di smotorate gestisci (per ora manualmente) l’accoppiata Orion - BMS per alimentare frigo etc. senza caricare il banco servizi. Per il solare, non mi è chiaro se usi qualche routine particolare, o se bastano i settaggi del suo controller.

[ginettosub]

ma il salpa ancora lo hai messo sotto le lifepo4 ? Sarei curioso di sapere il tuo reparto pannelli come è formato...vuoi raddoppiare la lifepo4 per passare ai 24v per l'induzione?

[AndreaB72]

Il Peukert che ho messo è 1 secco. Per l'efficienza di carica ho messo 97%. Dopo un anno mi sembrano i valori che mi danno valori di SOC sul monitor affidabili. Ho lo strumento del battery monitor al tavolo da carteggio. Vedo subito quanta carica ho e decido se buttare dentro un po' di A o no. Immagina un cambio di paradigma, le batterie ora sono tipo serbatoi - in base a cosa devi fare decidi se mettere gasolio o no e la stessa cosa è per la corrente. Si tratta di un modo di ragionare a cui non siamo abituati con le batterie al Pb. Lasciare le batterie un po' scariche non è difficile. Smetto di caricare il giorno prima - qualsiasi SOC sotto il 70% e sopra il 20% mi va bene per lasciare la barca. Per ora i miei pannelli non coprono il 100% quindi li lascio sempre attaccati (ma in porto li smonto proprio - è una mia fissa). Il regolatore è impostato con assorbimento a 13.8V e float a 13.4V. In ogni caso, gli stessi settaggi dell'Orion e dell'IP43 si possono fare anche sul Victron Smart Solar se proprio volessi.

[GARIBALDI]

Delle batterie al gel cosa ne pensate? Sono 15 anni che le ho.Le prime cambiate dopo 10 anni dopo che una andò in tilt.Le attuai fanno il loro lavoro sono due da 120 Ah cad.

[AndreaB72]

@ginettosub Ho due pannelli da 110W in serie su un MPPT Victron 75/15. Si, il salpa è sulle LFP. Inizialmente avevo qualche perplessità sull'alto carico induttivo del motore che avrebbe potuto danneggiare i mosfets del BMS, ma vedendo le specifiche ci sto dentro di un fattore 2, quindi no problem. Voglio raddoppiare essenzialmente per ridondanza e perché ho un po' di robe da provare Per ora niente induzione, magari nella prossima barca.

[unsoldino]

peccato no induzione: la uso in barca da molti anni e ne sono strafelice (NO pericolo fuoco o esplosioni, niente scottature, cottura in meno di metà tempo). Il giorno in cui farò passaggio a tutto LiFePO4 induzione, macchina pane e macchinetta espresso saranno comprese.

[AndreaB72]

A dire la verità l'induzione mi intriga e sono d'accordo con te, ma ci sarebbe bisogno di più capacità di produrre energia (molti più pannelli) e più batterie. Oggi ci sto comodo con quello che ho, ma se dovessi cucinare con l'induzione i consumi salirebbero e tutto l'impianto dovrebbe adeguarsi di conseguenza. In realtà potrei fare qualche prova... vedremo. Il fatto è che, anche se tranquillo, il mio è un fast cruiser per cui non sono ancora pronto a tappezzare tutto di pannelli, mettere un generatore etc. Mi danno già fastidio il bimini, il gommone, il fuoribordo, l'ancora, il fenicottero rosa, etc., infatti d'inverno sbarco tutto, catena compresa (e moglie).