Guida alla costuzione di una batteria al litio per mezzi elettrici

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LucaCassioli
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Guida alla costuzione di una batteria al litio per mezzi elettrici

Messaggioda LucaCassioli » 03/03/2018, 12:11

180 pagine
117 illustrazioni

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https://ilmiolibro.kataweb.it/libro/man ... -al-litio/


Indice del libro (ed. 2017):
Indice dei capitoli
1. Caratteristiche di una batteria ............................................. 11
1.1. Dimensioni (altezza, larghezza e profondità in mm) ... 12
1.2. Capacità (in Ah e in Wh).............................................. 12
1.3. Corrente erogabile (A) continua e di picco .................. 14
1.4. Potenza erogabile (W) continua e di picco................... 17
1.5. Tensione di lavoro nominale (V) ................................. 17
1.1. Tensione di ricarica della batteria (Vrb) ...................... 17
1.2. Tensione di batteria carica (Vfull) ............................... 18
1.3. Tensione di batteria scarica (Vdropoff) ....................... 18
1.4. Tensione di danneggiamento (Vempty) ....................... 19
1.5. Tensione di sistema (Vrs) ............................................. 19
1.6. Grafici di conversione da piombo a litio ...................... 19
2. Architettura di una batteria ................................................. 29
2.1. Serie e parallelo ............................................................ 29
2.2. Combinare serie e parallelo .......................................... 32
2.3. Collegamenti per bilanciamento................................... 34
2.4. Collegamenti per logging ............................................. 36
3. Materiale occorrente per la costruzione .............................. 39
3.1. Scelta delle celle ........................................................... 39
3.1.1. Saldatura di celle cilindriche 18650/26650........... 46
3.1.2. Orientamento delle celle ....................................... 55
3.2. Scelta dei supporti ........................................................ 56
3.3. Scelta dell’elettronica di controllo ............................... 60
3.3.1. Gestione della potenza – il PCM/PCB .................. 60
3.3.2. Gestione del bilanciamento – il BMS ................... 76
3.4. Registrazione (logging) dello stato delle celle ............. 80
3.5. Scelta dei cablaggi ........................................................ 80
3.5.1. Fili di segnale ........................................................ 83
3.5.2. Cavi di potenza ..................................................... 84
3.6. Capicorda ..................................................................... 85
4. Pianificazione del lavoro..................................................... 93
4.1. Disposizione di fili e cavi ............................................. 96
4.2. Fascettatura................................................................... 99
4.3. Etichettatura ............................................................... 102
4.4. Posizionamento del BMS ........................................... 104
4.5. Protezione meccanica del BMS ................................. 105
5. Costruzione della batteria ................................................. 109
5.1. Inserimento delle celle nei supporti ........................... 109
5.2. Raggruppamento di celle in blocchi.......................... 113
5.3. Unione blocchi di celle tra loro .................................. 113
5.4. Posizionamento del BMS ........................................... 116
6. Collegamento del BMS ..................................................... 119
6.1. Ordine numerico delle celle ....................................... 121
6.2. Tipi di BMS ............................................................... 122
6.3. Collegamento del BMS (fili di bilanciamento) .......... 126
6.4. Collegamenti di potenza............................................. 134
6.4.1. Connettori di potenza ............................................. 137
7. Anatomia di un BMS ........................................................ 141
7.1. Sezione di potenza ..................................................... 142
7.2. Sezione di bilanciamento ........................................... 145
8. Logging delle celle ........................................................... 149
9. La batteria ultimata ........................................................... 153
10. Appendice ...................................................................... 157
10.1. Headway 40152 ...................................................... 159
10.2. A123 ANR26650 .................................................... 160
10.3. Winston/Thundersky/Sinopoly/CALB 40Ah ......... 161
10.4. Panasonic NCR18650 ............................................. 163
INDICE DELLE FIGURE
Figura 1 - Cella Headway 40152 15Ah ..................................... viii
Figura 2 - Cella A123 ................................................................ viii
Figura 3 - Danneggiamento termico di cella Headway a causa di montaggio errato (in basso nella foto) ....................................... viii
Figura 4 - Grafico conversione piombo-litio 48V ...................... 23
Figura 5 - Grafico conversione piombo-litio 60V ...................... 25
Figura 6 - Collegamento in serie: le tensioni si sommano. Le frecce indicano il verso della corrente ........................................ 30
Figura 7 - Collegamento in parallelo: le correnti si sommano .... 30
Figura 8 – Gruppo di celle collegate in parallelo ........................ 31
Figura 9 – Gruppo di celle collegate in serie .............................. 32
Figura 10 – Batteria di tipo 4P3S: blocchi di 4 celle in parallelo collegati in una serie di 3 ............................................................ 32
Figura 11 – Batteria di tipo 3S4P: blocchi di 3 celle in serie collegati in un parallelo di 4........................................................ 32
Figura 12 – Blocchi in serie; le frecce indicano a quali celle è collegata la cella .......................................................................... 33
Figura 13 – Blocchi in parallelo .................................................. 33
Figura 14 – Collegamenti di una batteria 20S4P ........................ 35
Figura 15 – Batteria con architettura 4P20S ............................... 35
Figura 16 – Rappresentazione schematica "a griglia" ................ 36
Figura 17 – Batteria 20S4P "a griglia" ....................................... 36
Figura 18 – Collegamenti di batteria 20S4P correttamente cablata..................................................................................................... 36
Figura 19 – Confronti tra batterie ............................................... 42
Figura 20 – Consumi tipici e relative autonomie in km con tipiche batterie......................................................................................... 42
Figura 21 – Tabella potenza/velocità veicoli a due ruote. Le velocità oltre i 45 km/h non sono consentite, per legge, ai ciclomotori. 80 km/h è la velcoità minima di legge per poter accedere in autostrada. .......................... 43
Figura 22 -Collegamento in serie e in parallelo .......................... 44
Figura 23 - Cella Headway 40152 da 15Ah................................ 45
Figura 24 - Cella a123 ................................................................ 46
Figura 25 - Saldatura fredda ....................................................... 47
Figura 26 - Cella con linguette presaldate .................................. 48
Figura 27 - Linguette forate ........................................................ 49
Figura 28 - Brevetto celle A123; 10=anello di sfiato ................. 50
Figura 29 - Batteria professionale al piombo da 2V, da riempire con elettrolita dopo l'acquisto ..................................................... 51
Figura 30 - Linguette di acciaio con stessa resistenza elettrica ma differenti dimensioni ................................................................... 52
Figura 31 - Linguette di acciaio e rame con uguale resistenza elettrica ....................................................................................... 52
Figura 32 - Collegamento seriale errato ..................................... 53
Figura 33 - Collegamento seriale corretto .................................. 54
Figura 34 - Sistemi di sicurezza in celle al litio .......................... 54
Figura 35 - Supporto/distanziatore per 3 celle Headway ............ 57
Figura 36 - Supporto/distanziatore per 2 celle Headway ............ 57
Figura 37 - Supporto singolo, doppio e triplo per celle A123 .... 57
Figura 38 - Supporti tripli con incastri a nido d'ape per celle A123 .................................................................................................... 58
Figura 39 - Batteria Headway composta di celle a vite: notare l’inadeguatezza dei supporti a separare due blocchi adiacenti di celle (V. Figura 40) ..................................................................... 59
Figura 40 - 5 mm di distanza tra contatti a 50-70V di differenza di potenziale sono troppo pochi per una batteria di trazione da decine di Ampere! ....................................................................... 59
Figura 41 - Estratto di tabella di portata ..................................... 65
Figura 42 - Celle bilanciate ......................................................... 76
Figura 43 - Celle sbilanciate ....................................................... 76
Figura 44 – Cella sovra-scaricata ............................................... 77
Figura 45 - Celle in inversione ................................................... 77
Figura 46 – Blocco della scarica ................................................. 78
Figura 47 – Blocco della carica .................................................. 79
Figura 48 – Scaricamento celle (bilanciamento) ........................ 79
Figura 49 - Cavi di potenza in una batteria ................................. 85
Figura 50 - Tipi di capicorda ...................................................... 86
Figura 51 - Capocorda a occhiello .............................................. 86
Figura 52 - Tipi di capicorda a occhiello .................................... 87
Figura 53 - Misure di un capocorda a occhiello ......................... 87
Figura 54 - Capocorda per piccoli segnali .................................. 88
Figura 55 - Capocorda di potenza ............................................... 88
Figura 56 – Crimpatrice .............................................................. 89
Figura 57 - Esempio di terminale di potenza correttamente crimpato ...................................................................................... 90
Figura 58 - Esempio di capocorda di segnale correttamente crimpato ...................................................................................... 90
Figura 59 – Capocorda rivestito di guaina termorestringente ..... 91
Figura 60 - Esempio di cablaggi errati (rossi) e corretti (gialli) 96
Figura 61 - Percorso errato tra celle .......................................... 97
Figura 62 - Passaggio in spazio ampio tra celle ........................ 98
Figura 63 - I fili gialli passano, correttamente, in spazi ampi; quello rosso no. ........................................................................... 98
Figura 64 – Collegamenti parziali in batteria 12S1P; evidenziato collegamento errato che passa SOPRA a una cella. ................... 99
Figura 65 – Collegamenti parziali raggruppati con fascette ..... 100
Figura 66 – Fili non raggruppati ............................................... 101
Figura 67 – Fili raggruppati ...................................................... 101
Figura 68 – Esempio di etichetta per la cella n.12 .................... 103
Figura 69 – Cella etichettata con 3 etichette lungo tutta la circonferenza; l'etichetta è spostata verso il polo +. ................. 103
Figura 70 – Celle cablate, fascettate ed etichette ...................... 104
Figura 71 – Posizionamento di un BMS; notare la grande lunghezza dei fili di segnale ...................................................... 105
Figura 72 – Lato-componenti di un BMS ................................. 106
Figura 73 – Dissipatore di un BMS .......................................... 107
Figura 74 - Supporti tripli con incastri a nido d'ape per celle A123................................................................................................... 110
Figura 75 - Spaccato di batteria di celle Headway ................... 110
Figura 76 - Cella con linguette presaldate ................................ 111
Figura 77 – Accorpamento di celle prismatiche tramite fascette................................................................................................... 112
Figura 78 – Connessioni tra celle prismatiche .......................... 112
Figura 79 – Linguetta di fissaggio per cella prismatica ............ 112
Figura 80 – Gruppo di celle collegate in parallelo .................... 113
Figura 81 – Gruppo di celle collegate in serie .......................... 113
Figura 82 – Cella prismatica fusa dal calore autorodotto in cortocircuito .............................................................................. 114
Figura 83 – Rondelle spaccate .................................................. 115
Figura 84 – Rondella seghettata ............................................... 115
Figura 85 – Dadi autobloccanti ................................................. 115
Figura 86 – Dettaglio di dado autobloccante ............................ 115
Figura 87 – Posizionamento del BMS ...................................... 116
Figura 88 – Cella prismatica ..................................................... 119
Figura 89 – "MiniBMS": a sinistra il "satellite", a destra la centralina. .................................................................................. 120
Figura 90 – BMS singoli su ogni cella ..................................... 120
Figura 91 – BMS distribuito con collegamento a filo singolo .. 121
Figura 92 – Polarità delle celle in una batteria ......................... 122
Figura 93 – Variante 1: 16 fili uguali ....................................... 123
Figura 94 – Variante 2: 17 fili uguali ....................................... 123
Figura 95 – Variante 3: 15 fili uguali + 1 filo nero .................. 124
Figura 96 – Variante 4: 16 fili uguali + 1 filo nero .................. 124
Figura 97 – Variante 5: 17 fili diversi ...................................... 125
Figura 98 – Fili di bilanciamento di un BMS ........................... 126
Figura 99 – Collegamento B0 esterno ...................................... 127
Figura 100 – Collegamento B0 interno .................................... 128
Figura 101 – Sezioni di un BMS - 1 ......................................... 129
Figura 102 – Sezioni di un BMS .............................................. 129
Figura 103 – Celle Headway connesse tramite piastre avvitate 130
Figura 104 – Celle connesse tramite linguette presaldate ........ 131
Figura 105 – Collegamenti BMS a vite .................................... 131
Figura 106 – Connessione del BMS tramite capicorda a vite .. 132
Figura 107 – Collegamenti BMS a saldare ............................... 133
Figura 108 – Collegamenti di un BMS ..................................... 136
Figura 109 – Varianti di connettori Anderson .......................... 137
Figura 110 – Connettore Anderson grigio ................................ 138
Figura 111 – Spaccato di connettore Anderson ........................ 138
Figura 112 – Saldatore a martello ............................................. 139
Figura 113 – Dimensioni connettori Anderson ........................ 139
Figura 114 – Aumenti di temperatura di connettore da 50A al variare della corrente applicata e del cablaggio usato. ............. 140
Figura 115 – Parti di un BMS ................................................... 141
Figura 116 – MOSFET (transistor a effetto-campo)................. 142
Figura 117 – Sezioni di un BMS............................................... 146




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