Cuidados com celulas de litio, Balanceamento por baixo

[labutess]

Tenho visto aqui varias vezes este assunto a ser discutido nos D.B.
e como é um assunto que interessa a todos ,poderíamos reunir e partilhar toda a informação
no mesmo post.
deixo aqui indice,o resto podem ver neste link. http://media3.ev-tv.me/Carecells_portuguese.pdf

Indice
-Introdução
-Balanceamento por baixo
- Etapas para balanceamento por baixo
-Conexão das baterias
-Cargas parasitas
-Verificação de estado de carga
- Conta quilómetros
- Voltimetro
- Coulombs
-Carga normal
-Carga rápida
-Descarga
-Temperatura
- Carga
- Descarga
- Tensão reduzida
- Capacidade reduzida
- Performances reduzidas
-Posicionamento das celulas
-Precauções e perigos
-Cálculo para capacidade ideal de pack
- Calcular a capacidade de pack

[zointz]

Excelente documento, ainda por cima em português.

[Nunio]

Boas.

Não concordo com tudo.
Concordo com o carregamento a 3,5v em vez de 3,6v. Evita alguns problemas sem perca significativa de autonomia.

Não concordo com o balanceamento por baixo e ausencia de BMS, nem que as células não desbalanceiam.
Sendo as células todas diferentes, umas com diferenças maiores outras menores entre si e consequentemente com capacidades diferentes, o balanceamento por baixo vai desbalancear por cima (na carga). O problema é que o veículo vai ser carregado sempre e descarregado ao limite algumas (menos) vezes.
Por isto as células devem estar certas na carga e não na discarga. (E protegidas na carga e descarga)

Quanto ao desacerto das células, há marcas e marcas, e há situações em que o desacerto é maior independentemente da marca.
Estou a pensar quando se aproximam dos limites (dos C) de carga e descarga há maior probabilidade de desacerto.

Este assunto penso que ainda não foi debatido.
Em que circunstancias acontecem os desacertos entre células?

Nunio

[Jorge Rocha]

Pode ter havido alguns esquecimentos por parte do autor, ou por parte do tradutor, pois não é tudo muito bem explicado, podendo desse modo não ser muito bem aceite para quem já tem alguns conhecimentos.

Esse tipo de balanceamento por baixo é por mim aceite, mas não é muito prático a meu ver, daí não o recomendar!

É bastante mais facil fazer o balanceamento por cima, pois assim pode-se verificar alguma diferença no final de um carregamento, e da outra forma teria-se que andar até às ultimas para verificar bem o desbalanceamento e isso não é muito saudável ao pack.
A meu ver, oxida mais a célula de LiFePO4 quando já só tem 2,9V do que quando tem 3,6V (minimos e maximos recomendados).

[rmiguel]

A meu ver, oxida mais a célula de LiFePO4 quando já só tem 2,9V do que quando tem 3,6V (minimos e maximos recomendados).

Desculpa insistir mais neste assunto mas este mínimos que falas aqui são em repouso?

[Jorge Rocha]

Sempre em repouso! Quando refiro que a tensão baixa muito com determinada carga, terei que referir qual, em C´s de descarga.

Por exemplo uma célula de 40Ah Winston a uma temperatura de 3ºC, quando sua capacidade está entre os 80 e os 90% e com uma descarga continua de 40A (1C de descarga), sua tensão desce para 2,80V.
Isto não quer dizer que já esteja sem capacidade! Mas representa que está a haver um esforço demasiado perante tais condições, e isso não dará muito boa saúde para a célula.

Variáveis para aumentar o tempo de vida útil das células:
Temperatura o menor possível;
Tensão em descarga entre os 3,20V por célula;
Tensão de carga entre os 3,40V por célula;


PS- A resistência interna das células aumenta com a diminuição da temperatura, logo a disponibilidade de corrente diminui.
Se podesse-mos diminuir e aumentar facilmente a temperatura das células, seria o ideal mantelas bem frias quando paradas, e bem quentes enquanto estão a ser utilizadas (mas sem exageros).

[MVS]

Pode ter havido alguns esquecimentos por parte do autor, ou por parte do tradutor, pois não é tudo muito bem explicado, podendo desse modo não ser muito bem aceite para quem já tem alguns conhecimentos.

Esse tipo de balanceamento por baixo é por mim aceite, mas não é muito prático a meu ver, daí não o recomendar!

É bastante mais facil fazer o balanceamento por cima, pois assim pode-se verificar alguma diferença no final de um carregamento, e da outra forma teria-se que andar até às ultimas para verificar bem o desbalanceamento e isso não é muito saudável ao pack.
A meu ver, oxida mais a célula de LiFePO4 quando já só tem 2,9V do que quando tem 3,6V (minimos e maximos recomendados).

Inteiramente de acordo.

A diferença do estado de carga de uma célula LiFePO4 a 3,50V ou a 3,65V é irrisória. Os 3,65V como tensão habitual no fim de carga não introduzem qualquer espécie de stress interno que diminua os ciclos de vida da célula. Este valor só não é recomendado para conservar o pack durante meses sem uso, aí as células devem ser conservadas a 50% do SOC (ou 3,20V). Esta química é tolerante até aos 4,2V mas aí sim este valor introduz stress interno significativo na célula e deve de todo ser evitado.

Quando alguém diz: parei e medi as células e estavam todas certinhas isto nada diz sobre o balanceamento de um pack. Podem existir diferenças de 25% no SOC individual das células e as tensões continuam a parecer certinhas com um multímetro barato.

As diferenças notam-se facilmente perto das tensões limite superior e inferior onde a inclinação da curva de tensão de carga é mais inclinada.

Muitas vezes o balanceamento superior parece complicado devido a um ligeiro desacerto entre a tensão final do carregador e a tensão de balanceamento do BMS. Preferencialmente o BMS deve permitir alterar a tensão de balanceamento para casar correctamente com o valor aferido para a tensão final em cada carregador (pode ser aferida em vazio a montante do relé de protecção de saída se este existir).

Não posso recomendar a supressão de BMS nesta química simplesmente porque andam milhões de placas de BMS mal concebidas a circular pelo mundo (a esmagadora maioria vindas do oriente). Andar sem um bom BMS é o mesmo que viajar de carro com o tanque em baixo, todos conhecemos a sensação.

Quanto a afirmar que esta química não desbalanceia per si pela minha experiência profissional está errado. Se forem cumpridas todas as recomendações desbalanceia um pouco a cada utilização devido ás diferenças entre células, instalação eléctrica, BMS, etc. e este facto deve ser corrigido pelo BMS a cada carga completa.

[rmiguel]

Obrigadinho pelo informação amigos

[jmal]

A diferença do estado de carga de uma célula LiFePO4 a 3,50V ou a 3,65V é irrisória. Os 3,65V como tensão habitual no fim de carga não introduzem qualquer espécie de stress interno que diminua os ciclos de vida da célula. Este valor só não é recomendado para conservar o pack durante meses sem uso, aí as células devem ser conservadas a 50% do SOC (ou 3,20V). Esta química é tolerante até aos 4,2V mas aí sim este valor introduz stress interno significativo na célula e deve de todo ser evitado.

Depende de vários factores, intensidade de carga, temperatura e até tempo deste a ultima carga.

Uma célula com 10 % SoC a 10 ºC, carregada a 1C, vai logo para os 3.50v, uma célula carregada a 0.1C quando chegar aos 3.50V á temperatura de 25ºC tá mais que carregada, as condições de carga completa não são apenas por tensão, alguns fabricantes recomendam monitorizar a tensão mas também a corrente até esta descer a 0.05C, considerando-se 100 % SoC.

[O_volt]

Sempre em repouso! Quando refiro que a tensão baixa muito com determinada carga, terei que referir qual, em C´s de descarga.

Por exemplo uma célula de 40Ah Winston a uma temperatura de 3ºC, quando sua capacidade está entre os 80 e os 90% e com uma descarga continua de 40A (1C de descarga), sua tensão desce para 2,80V.
Isto não quer dizer que já esteja sem capacidade! Mas representa que está a haver um esforço demasiado perante tais condições, e isso não dará muito boa saúde para a célula.

Variáveis para aumentar o tempo de vida útil das células:
Temperatura o menor possível;
Tensão em descarga entre os 3,20V por célula;
Tensão de carga entre os 3,40V por célula;


PS- A resistência interna das células aumenta com a diminuição da temperatura, logo a disponibilidade de corrente diminui.
Se podesse-mos diminuir e aumentar facilmente a temperatura das células, seria o ideal mantelas bem frias quando paradas, e bem quentes enquanto estão a ser utilizadas (mas sem exageros).

O tradutor (myself) apenas traduziu

[MVS]

A diferença do estado de carga de uma célula LiFePO4 a 3,50V ou a 3,65V é irrisória. Os 3,65V como tensão habitual no fim de carga não introduzem qualquer espécie de stress interno que diminua os ciclos de vida da célula. Este valor só não é recomendado para conservar o pack durante meses sem uso, aí as células devem ser conservadas a 50% do SOC (ou 3,20V). Esta química é tolerante até aos 4,2V mas aí sim este valor introduz stress interno significativo na célula e deve de todo ser evitado.

Depende de vários factores, intensidade de carga, temperatura e até tempo deste a ultima carga.

Uma célula com 10 % SoC a 10 ºC, carregada a 1C, vai logo para os 3.50v, uma célula carregada a 0.1C quando chegar aos 3.50V á temperatura de 25ºC tá mais que carregada, as condições de carga completa não são apenas por tensão, alguns fabricantes recomendam monitorizar a tensão mas também a corrente até esta descer a 0.05C, considerando-se 100 % SoC.

Refiro-me sempre a valores em repouso. Durante a carga como bem explicaste há outras considerações a fazer.

No processo de carga a tensão que aparece nos terminais da célula tem duas componentes distintas que aparecem somadas:

1. A tensão da célula função do seu estado de carga (SOC).

2. A queda de tensão que aparece pelo efeito da corrente de carga ao atravessar a resistência interna (variável) da célula.

Á medida que a corrente de carga vai baixando a camponente 2 vai perdendo o seu peso na soma.

Durante a carga a célula aparenta ter uma tensão superior á referente ao seu SOC.

Durante a descarga a componente 2 tem o sinal inverso e subtrai-se á componente 1. Neste caso a célula aparenta ter uma tensão inferior á referente ao seu SOC.

[jmal]

Depende de vários factores, intensidade de carga, temperatura e até tempo deste a ultima carga.

Uma célula com 10 % SoC a 10 ºC, carregada a 1C, vai logo para os 3.50v, uma célula carregada a 0.1C quando chegar aos 3.50V á temperatura de 25ºC tá mais que carregada, as condições de carga completa não são apenas por tensão, alguns fabricantes recomendam monitorizar a tensão mas também a corrente até esta descer a 0.05C, considerando-se 100 % SoC.

Refiro-me sempre a valores em repouso. Durante a carga como bem explicaste há outras considerações a fazer.

No processo de carga a tensão que aparece nos terminais da célula tem duas componentes distintas que aparecem somadas:

1. A tensão da célula função do seu estado de carga (SOC).

2. A queda de tensão que aparece pelo efeito da corrente de carga ao atravessar a resistência interna (variável) da célula.

Á medida que a corrente de carga vai baixando a camponente 2 vai perdendo o seu peso na soma.

Durante a carga a célula aparenta ter uma tensão superior á referente ao seu SOC.

Durante a descarga a componente 2 tem o sinal inverso e subtrai-se á componente 1. Neste caso a célula aparenta ter uma tensão inferior á referente ao seu SOC.[/quote]

??? estás a baralhar aquilo que é simples, em qualquer fonte de energia eléctrica isso acontece, lei de ohm.

A tensão não baixa apenas em função do SoC. Tal como referi anteriormente, a temperatura e intensidade de carga e descarga são fundamentais, não é possivel prever com exatidão como reage a quimica das baterias a estes efeitos.

Algumas quimicas (incluindo esta) com uma descarga continua acima de 1C a tensão cai e depois sobe devido ao seu aquecimento progressivo, fazendo-a manter a tensão até estar praticamente vazia.

[MVS]

jmal francamente eu não estou aqui para baralhar ninguém nem falei em prever absolutamente nada com exactidão.

O efeito dominante na carga e descarga apesar de simples para ti é exactamente aquele que eu descrevi.

Eis tabelas de descarga de um fabricante de 1C até aos 20C:



O efeito que falas (subida da tensão na descarga) neste caso só aparece a partir dos 8C. Extrapolando (permite aqui a latitude - já sei que não é mesma coisa) numa célula de 40Ah seriam 320A. Isto tem algum interesse para o que estamos aqui a discutir?

Se tens dados distintos destes documentados tenho a certeza de que todos queremos aprender contigo a começar por mim com toda a humildade.

[jmal]

jmal francamente eu não estou aqui para baralhar ninguém nem falei em prever absolutamente nada com exactidão.

O efeito dominante na carga e descarga apesar de simples para ti é exactamente aquele que eu descrevi.

Eis tabelas de descarga de um fabricante de 1C até aos 20C:



O efeito que falas (subida da tensão na descarga) neste caso só aparece a partir dos 8C. Extrapolando (permite aqui a latitude - já sei que não é mesma coisa) numa célula de 40Ah seriam 320A. Isto tem algum interesse para o que estamos aqui a discutir?

Se tens dados distintos destes documentados tenho a certeza de que todos queremos aprender contigo a começar por mim com toda a humildade.

Uma bateria que dá no máximo 20C a descarregar a 10C, não será um comportamento muito diferente de uma que dá no máximo 3C a descarregar a 1.5C, a razão é a mesma de todas, resistencia interna, quanto mais baixa, maior potência, menor aquecimento, etc, e a temperatura muda completamente as curvas, quanto maior a resistência, também mais energia dissipada em calor.

Esta época do ano é a melhor para se confirmar esse efeito, as baterias winston a esta temperatura, dificilmente conseguem 2C, mas com uma descarga continua de 1C, quando chegam a metade da capacidade já conseguem os 3C.

Não tenho nada documentado, isso é trabalho de fabricante, não meu, aqui no fórum podes procurar testemunhos a falar desse efeito provocado pela temperatura, inclusive á dias vi no db do miev do malm que o SoC no carro dele é influenciado pela temperatura.

[Jorge Rocha]

Do que vejo e compreendo, todos têm razão no que dizem. Se uns explicam melhor de uma forma, outros explicam melhor de outra, mas é para chegar a mesmo porto! O que é bastante bom!
Pegando nas palavras do jmal,
"Esta época do ano é a melhor para se confirmar esse efeito, as baterias winston a esta temperatura, dificilmente conseguem 2C, mas com uma descarga continua de 1C, quando chegam a metade da capacidade já conseguem os 3C.",
que vem reforçar a ideia de que se pudesse ter o controlo da temperatura das células, facilitaria na disponibilidade de carga e no aumento de vida das células.

Dessa forma, depois de muito pensar sobre o assunto, para além de fazer um reforço no isolamento térmico, resolvi colocar num pack de 40Ah ThunderSky de 2008 (que anda quase sempre com descargas a cima de 1,5C) umas resistências de 20W para aquecimento de sua caixa, colocadas por baixo, e com um térmico de 20ºC para que ligue sempre que a temperatura seja inferior durante o tempo que a mota está estacionada, quer esteja a carregar ou não. Estas resistências são idênticas às utilizadas nas iogurteiras (muito flexiveis e resistentes) que se ligam a uma tomada domestica qualquer.

Estes 20W pouco se irá reflectir no consumo diário e será apenas nos meses mais frios e quando a mota fica estacionada em ambientes mais expostos (como é o caso desta, que dorme debaixo de um telheiro fora de casa).

Esta solução bem tornar o veiculo, mesmo com pouca capacidade energética, bem mais seguro na estrada pela resposta ao acelerador, bem mais ágil, e com mais serventia para o uso diário mesmo no Inverno!

Os testes ainda não foram feitos, mas ficará melhor com toda a certeza!

[O_volt]

E carregar antes de sair de casa numa garagem fechada duma casa bem isolada, não irá dar ao mesmo?
Exemplifico: chegas às 18h, deixas a mota na garagem com 15.º, só pões a mota ou o carro a carregar às 5h da matina e sais às 9h....claro que qdo mais fraco o carregador, mais débil esta sugestão....lol

[Jorge Rocha]

Estes 20W pouco se irá reflectir no consumo diário e será apenas nos meses mais frios e quando a mota fica estacionada em ambientes mais expostos (como é o caso desta, que dorme debaixo de um telheiro fora de casa).

Há noites em que debaixo deste telheiro (que só abriga da chuva) por vezes estão -5ºC. A temperaturas negativas ou proximo de zero, estas células não devem ser carregadas, e a descarga deverá ficar-se pelos 0,5C (que é insuficiente para uma deslocação normal, tendo em conta a capacidade de 3KWh, que X 0,5C daria 1500W, com uma tara de 170Kg e juntando 80kg do condutor já vai em 250Kg para 2CV de força...).
Tudo o que quisermos obrigar as células a fazer para aquecerem de forma violenta será retirar-lhes vida util.
Mesmo que se tenha 12 horas por dia os 20W a consumir da rede, o contador ao final de 5 meses só contou 36KW que dará na pior das hipóteses uns 6,00€/ano (já que nos outros meses não necessita). Desta forma poderá manter o veiculo a desenvolver uma potencia suficiente para a circulação em qualquer dia, mesmo dos mais frios e sem abdicar da economia e zelo ambiental.

Mesmo para quem tem garagem com aquecimento, quando sai de casa para o trabalho, e se tiver onde possa carregar e manter a temperatura do pack nos 20ºC, melhor encontrará a viatura quando terminar o trabalho, para regressar a casa.

[O_volt]

É mesmo essa minha intenção...deixá-la ao sol de inverno a carregar....

[jmal]

Na bereco evo, perdi algum tempo com esse problema, isolamento, cheguei á conclusão que a única forma viavel de as manter homogeneamente à mesma temperatura seria com circulação de ar forçada, mas por falta de espaço acabei por desistir e adotar outras soluções, como o O_volt diz, Sol, locais mais quentes, e quando precisava das baterias quentes, dava-lhes uma carga mais rápida, não tem qualquer problema, os limites de tensão até são mais alargados a temperaturas baixas.

[MVS]

Gráfico que relaciona a disponibilidade máxima de corrente da bateria LiFePO4 em função do estado de carga (SOC) a várias temperaturas e ilustra o comportamento citado pelo jmal e pelo Jorge. A razão é sempre a mesma - resistência interna.

A resistencia interna da célula a -25ºC é 5 vezes superior á temperatura de 25ºC.