bilanciamento celle LiIon con NiMh in parallelo

[cristiano2B]

Ho cercato in lungo e in largo sul web ma non sono riuscito a trovare degli approfondimenti sul famoso sistema di Paul senza bms del link qui sotto:

Paul's 2007 Vectrix VX-1

Magari qualcuno può aiutarmi sul principio di funzionamento.

Secondo me a deduzione logica, dovrebbe funzionare così:
mette 3 NiMh di tipo AA in serie ai paralleli di Li-Ion 18650 (dalla foto si vede abbastanza bene che le celle NiMh sono in serie)

Avendo un range di utilizzo Li-Ion che va da 3.10V a 4.20V (nel caso specifico del Vectrix dove la tensione non scende mai sotto i 110V quindi 110/35serie=3.14V) ed un range NiMh da 1.03V a 1.41V su ogni singola cella della serie, succede che quando la tensione di carica arriva a 4.20V le celle Li-Ion raggiungono il ginocchio grafico oltre al quale si alza la tensione, ma non sono più in grado di immagazzinare energia, mentre invece le NiMh sono ancora in grado di caricarsi e attenuare così l'innalzamento della tensione, finchè non saranno cariche anch'esse (cioè da 1.41 a 1.45V) e cominceranno a trasformare in calore l'energia non immagazzinabile, continuando ulteriormente a contenere l'innalzamento di tensione, nonostante siano già cariche, contrariamente alle Li-Ion che invece normalmente a fine carica continuano a far innalzare la tensione senza freni fino al totale danneggiamento/esplosione.

Quindi il sistema in linea di principio funziona così:
le prime celle che raggiungono i 4.20V rallentano di molto l'innalzamento della tensione della cella, "aspettando" in sostanza quelle celle che non li hanno ancora raggiunti.
Tutto ciò funziona bene se le celle più basse raggiungono i 4.20V in un tempo ragionevolmente limitato. Ovvero significa che le celle non siano molto sbilanciate. E quindi si presuppone un certo controllo manuale da parte del proprietario ogni 10/20 ricariche per verificare il grado di sbilanciamento tra cella min-max ed eventualmente operare una carica singola ad una cella o ad un gruppo di celle troppo basse.
Inoltre se il caricabatteria diminuisce la corrente oltre una certa tensione (come quelli interfacciati ai BMS) è maggiore il tempo che le celle più alte mantengono i 4.20V, a tutto vantaggio delle celle che li devono ancora raggiungere.
Altra miglioria sarebbe quella di optare per 18650 che hanno fine carica di 4.35V, in modo da avere un ulteriore tolleranza in tensione.
Ovviamente tale sistema non presuppone nessun controllo di scarica minima, ma sul vectrix non è un problema in quanto la centralina non fa andare più lo scooter sotto i 110V.


Piuttosto.... il grosso limite dei sistemi di paralleli con le 18650 è che se una cella va in corto, manda in corto tutte le altre celle che ha in parallelo, bisognerebbe mettere un minifusibile per ogni 18650, come fa TESLA sulle sue auto.

[richiurci]

non ho capito cosa vuoi che ti venga spiegato... faccio qualche considerazione...

Qualsiasi chimica a fine carica DEVE smaltire tutta la potenza immessa in calore... cambia solo la sua "resistenza" a tale innalzamento di temperatura.

Detto questo, 3 stilo NiMh immagino abbiano una capacità trascurabile rispetto alle celle litio...quindi il loro effetto "tampone" è molto limitato.

Non so dove hai preso info...io non vedo foto, ma comunque dice che non ha modificato l'elettronica non che non c'è BMS...

[cristiano2B]

a prescindere dalla capacità e dalla resistenza, le celle sono in parallelo, quindi debbono avere necessariamente la stessa tensione.
Ciò significa che a fine carica, se non c'è un bms o un CB che limita di molto la corrente, la tensione può innalzarsi all'infinito perchè le celle non sono più in grado di immagazzinare energia, per cui la corrente tende a zero e la tensione a infinito. Le NiMh si oppongono a tale innalzamento perchè sono ancora in fase di carica, questo dovrebbe essere il principio.

La foto della cella è l'unica foto a destra della pagina linkata, sembra una pubblicità ma non lo è.

Se ti riferisci alla frase "No additional electronics is required." significa che non necessita di elettronica aggiuntiva, cioè tipicamente BMS.
Anche perchè ha scritto dati insignificanti, si presuppone che se ci fosse stato un BMS, l'avrebbe scritto sicuramente.

[richiurci]

boh che ti devo dire... voi sapete se esistono vectrix senza BMS o no.

Una cosa è certa, anche guardando la foto...che effettivamente non avevo notato

Certa almeno per me, credo sia solo un effetto placebo. Se hai un pacco a fine carica tranne 3 cellettine che ancora possono immagazzinare una minima frazione di energia..al massimo guadagni pochi minuti prima del botto.

Di fatto il CB deve fermarsi...

Ho usato il termine resistenza ma forse hai frainteso, intendevo "robustezza".

Facciamo un'ipotesi, le NiMh sono molto più robuste e non si danneggiano surriscaldandole. In pratica vengono usate al posti di un semplice circuitino a soglia + resistenze di balancing. Ti sembra una soluzione ragionevole e che possa garantire affidabilità?

[cristiano2B]

Facciamo un'ipotesi, le NiMh sono molto più robuste e non si danneggiano surriscaldandole. In pratica vengono usate al posti di un semplice circuitino a soglia + resistenze di balancing. Ti sembra una soluzione ragionevole e che possa garantire affidabilità?

non lo so è per questo che chiedo. Sto tipo ci ha fatto 37000km ed ha smontato 2 volte le celle ed entrambe le volte, le celle erano molto bilanciate, 0.006 volt tra cella min-max la prima volta e 0.007V la seconda (dopo 3 anni).
Quindi visto che le celle nel tempo non si sbilanciano, si, credo sia una soluzione ragionevole e considerando i 37000km percorsi, si, mi sembra una soluzione affidabile.

Cmque il CB si ferma ad una media di 4.15V per cella invece che 4.20V; tanto in 0.05V a fine carica, l'energia che si può accumulare è molto bassa. Ma così facendo aumentiamo la tolleranza del sistema.
In questo modo anche se alcune celle sono indietro, hanno più tempo di recuperare per effetto del volano delle NiMh ed il range di sicurezza (media empirica) è tra 4,15 e 4,25V. Entrambe tensioni che non sono ne troppo basse per non essere cariche e ne troppo alte per andare in sovraccarica.
Sistema che funziona a condizione che le celle non siano pesantemente sbilanciate, quindi occorre un controllo periodico da parte dell'utente che col BMS non è necessario.

[richiurci]

che dire... forse dico FORSE le NiMh, che a vuoto si assestano a 1,3-1,35V, fanno un lentissimo e lunghissimo lavoro di bilanciamento abbassando le LiPo a circa 4V (1,35x3).

Se questo possa bastare direi di no, perchè il rischio principale nei pacchi è che succeda qualcosa che introduce uno sbilanciamento notevole, e il BMS deve segnalarlo e/o correggerlo.

Il fatto che non abbia avuto problemi non basta, almeno secondo me...

[cristiano2B]

Se questo possa bastare direi di no, perchè il rischio principale nei pacchi è che succeda qualcosa che introduce uno sbilanciamento notevole, e il BMS deve segnalarlo e/o correggerlo.

per esperienza personale e per esperienze raccolte su vari siti, è raro che ci siano sbilanciamenti repentini.
A meno di guasti in marcia, dove anche il BMS non ci fa nulla, a meno che sia un BMS sofisticato che dialoga col MC e fa interrompere immediatamente l'erogazione di corrente.

La stragrande maggioranza degli sbilanciamenti avviene carica dopo carica, dove una cella sbilanciata, lo è sempre di più, carica dopo carica, se non c'è un controllo e una correzione.

Addirittura c'è una teoria (che non condivido) che sostiene che le litio di qualsiasi chimica, se prese nello stesso lotto e sottoposte alle medesime condizioni, siano molto difficili da sbilanciare e lo sbilanciamento eventuale, è spesso creato proprio dal BMS che introduce delle inevitabili differenze di condizioni tra una cella e l'altra.
Insomma il BMS correggerebbe un errore che lui stesso ha creato.

Questa teoria lascia un po' il tempo che trova, però se consideriamo che mediamente un buon BMS costa 1/3 del pacco batterie, non ci siamo proprio...
A livello probabilistico converrebbe andare senza BMS e se salta una cella, la si cambia.
Statisticamente, così si risparmiano soldi.

Oppure aggiungere una o due celle in serie e caricare il pacco solo all'80%, in modo tale da diminuire di molto lo sbilanciamento; avremmo in questo modo la stessa autonomia ad un costo inferiore (non essendoci BMS), con un rischio molto piccolo.
Ovviamente ciò è vivamente da sconsigliare a chi non è pratico di elettronica e non vuole/può controllarsi le batterie di tanto in tanto.

[richiurci]

non mi dilungo in questo 3d, ce ne sono altri più specifici ma...

Le cause degli sbilanciamenti possono essere esterne (assorbimenti diversi dal BMS, temp diverse dovute alla posizione nel pacco) ma anche e soprattutto interne.

Due batterie dello stesso lotto non avranno mai capacità uguale alla cifra decimale!

Ipotizzare di non avere un semplice BMS vuol dire accettare che ad ogni carica e scarica una o più celle vadano in sofferenza.

Io dico invece che un sistema come questo, a parte funzioni o no, non dà nessun segnale...un qualsiasi BMS (come il mio autocostruito) può fare in maniera semplice tante cose anche solo a partire dalle soglie Vmin e Vmax impostate.

Può far partire il bilanciamento o almeno fermare la carica se una o più celle va in overvoltage.
Può fermare l'inverter o almeno dare un allarme sonoro (come il mio) se una o più celle vanno in sovrascarica durante l'uso.

E così facendo i possono evitare danni nel 100% dei casi... invece col controllo periodico (che io faccio comunque) limiti il rischio ma non lo annulli.

Ricordo che una cella totalmente carica o scarica è un rischio per l'intero veicolo: pericolo d'incendio, rischio di blocco improvviso del mezzo in situazione pericolosa...

[cristiano2B]

....un qualsiasi BMS (come il mio autocostruito) può fare in maniera semplice tante cose anche solo a partire dalle soglie Vmin e Vmax impostate.

Può far partire il bilanciamento o almeno fermare la carica se una o più celle va in overvoltage.
Può fermare l'inverter o almeno dare un allarme sonoro (come il mio) se una o più celle vanno in sovrascarica durante l'uso.

difatti il tuo è già un BMS sofisticato, in commercio BMS come il tuo, costano mezzo pacco batteria.

la questione è filosofia pura: meglio un BMS e spendere 1/3 di più o senza e cambiare eventualmente qualche cella, ma spendendo certamente di meno?

la questione pericolo si risolve facilmente con un fusibile nelle celle con molti paralleli, invece con gli nS1P il rischio è veramente molto basso, paragonabile alla rottura del BMS.

[richiurci]

il pericolo non si risolve coi fusibili, e non cambia con la configurazione... ogni cella è il parallelo di tante "sottocelle"....

Io ho speso 5000 euro, il bms come il mio quanto sarebbe costato? Cavoli mi metto a produrlo?

[cristiano2B]

eppure tesla l'ha risolto così. Un fusibile per ogni cella 18650

ma 5000€ per cosa? per il solo BMS???

[richiurci]

no il pacco batterie...per il BMS se ricordo bene un centinaio di euro più tanto lavoro