E-bike - Test batterie 36V 48V

Semplice sistema per testare capacità delle batterie Ioni Litio.

"Fai da te"  di R.Chirio

  Prefazione

Luglio 2020 - Novembre 2021

Con la diffusione di Biciclette elettrice (e-bike), monopattini e Hover-board e altro; cresce la necessità di testare la capacità delle batterie fornite, sia per sapere le reale capacità, sia per fare una diagnostica precisa in caso di scarsa autonomia.

Questa proposta è realizzare un semplice carico resistivo in grado di verificare quanta corrente nel tempo è in grado di fornire la batteria sotto analisi, o meglio verificare gli Ah che sono il dato di targa delle batterie o anche i Wh che è la Energia erogabile dalla batteria.

Tutte le E-bike recenti montano pacchi batteria, assemblati con elementi 18650 ai Li-ion (Ioni di Litio) di vari produttori, da li la durata e qualità delle batterie può variare di molto, ci sono elementi di alta qualità che possono durare tranquillamente 5 anni, mentre altri elementi scarsi non durano nemmeno i due anni di garanzia. Vorrei aggiungere che la durata in vita del pacco batteria è si dovuto agli elementi batterie singole assemblati, ma l'affidabilità è anche data dal BMS, tipologia della saldatura singole batterie, connettore uscita, connettore di ricarica, come pure dalla qualità e tipo del carica batteria.

Diciamo subito che da mie prove sono molto pochi i pacchi che raggiungono i valori di capacità dichiarati sui dati di targa, un po' tutti i produttori, tendono a scrivere dati ottimistici, in quanto sono pochi gli utenti in grado di verificare la reale capacità dei pacchi.

La misura della capacità è la stessa che si usa per le batterie al piombo, cioè la scarica di test deve essere di 0,2C pari quindi un quinto della capacità dichiarata. Per esempio se la batteria è da 10Ah la scarica di test deve avvenire a un quinto pari a 2A e durare 5 ore fino allo stacco del BMS per tensione minima raggiunta. Molti (produttori cinesi) però per dare una capacità poco maggiore preferiscono scaricare a 0,1C quindi un decimo, chiaramente stressando e scaldando meno la batteria durante la scarica così che si riesce a spremere qualcosa di più.

Una difettosità che sto notando che può diventare anche pericolosa, è l'ingresso acqua dentro il pacco batteria e peggio dentro al motore, è fortemente sconsigliabile lavare la e-bike, monopattino con il getto d'acqua e peggio con idropulitrice a pressione, si fanno molti danni. Consiglio di pulire il fango sulla batteria e motore solo con panno umido, non usare altro.

- Cella singola 18650 Ioni Litio, è l'elemento più importante che compone il pacco, la cella è di valore 3,6V e la capacità singola può variare da 1,8 a 3,5Ah, sono sempre serie/parallelo e per arrivare alla tensione richiesta vengono collegate 10 celle in serie per avere i 36V e 13 celle per avere 48V, per aumentare la corrente vengono messi anche in parallelo più celle pari alla somma delle singole capacità, un pacco 36V 12Ah è composto dal parallelo di 4 batterie 18650 da 3,0Ah per una serie di 10 gruppi totale 40 batterie. Ma può anche essere formato da 60 batterie da 2,0Ah  e così via. Ovviamente da preferire pacchi con batterie di ottima qualità quali produttori Samsung, LG, Panasonic e Tesla. Batterie senza marchio funzionano, ma tendono a durare poco.

Da preferire i pacchi che usando gabbie in plastica, lasciano un po' di aria tra una celle e l'altra così che si migliora la ventilazione tra le celle, inoltre si riduce la propagazione in caso di celle surriscaldate. Inoltre il gruppo assorbe meglio le vibrazioni, sempre presenti su un mezzo che va su strada.

- Saldatura celle, sembra ovvio che siano tutte saldate bene, ma una saldatura difettosa di singola batteria nel tempo pregiudica la durata e capacità del pacco, ovviamente se perdiamo una cella singola la capacità totale sarà ridotta solo al numero di celle attive, se c'erano 4 celle da 3Ah in parallelo e ne abbiamo solo 3 la capacità totale si riduce a 9Ah in quanto il BMS spegnerà il pacco quando la tensione della singola cella è troppo bassa.

- BMS (Battery Management System), è il circuito che controlla e gestisce il pacco batteria, spegne l'uscita di potenza se avviene un sovraccarico, in genere oltre i 25A, spegne l'uscita se la tensione di singola cella o valore totale scende sotto al valore stabilito, spegne la ricarica se la tensione è pari a 4,20V su orgnuna delle celle, inoltre può intervenire anche se la temperatura del pacco supera una certa soglia (>70°). Effettua inoltre il livellamento celle a fine carica (molto importante). Essendo il BMS una scheda elettronica ha una sua affidabilità, che se scarsa può contribuire a fare diventare difettoso il pacco batteria. Case costruttrici di Ebike tendono a montare un BMS custom con ulteriori complicazioni quali controllo Bluetooth che comunica i dati batteria e anche il codice di blocco tramite Android o altro, come pure la comunicazione tra batteria e centralina via cavo seriale can, dove ogni volta che si cambia batteria bisogna collegare la Ebike al service computer, tutte complicazioni circuitali e software che riducono l'affidabilità del sistema. (molti pacchi batteria vengono cambiati in garanzia, perchè il BMS è difettoso, mentre le celle batteria sono a posto...a quanti è successo?)

- Connettore pacco, anche il connettore pacco batteria può dare problemi, è già successo che facciano male contatto riscaldando e fondendo la plastica, oppure saldature difettose interrompono il circuito, come pure contatti instabili tendono a usurare la parte in contatto, come pure perdita di contatto per presenza umidità, teniamo presente che si va a leggere valori di oltre 10A di assorbimento nelle condizioni peggiori, deve esserci un un buon dimensionamento delle sezioni e anche dell'isolamento, in quanto 36-48V in presenza di acqua salmastra e fango possono creare scariche. Meglio sempre preferire E-bike dove i cavi, contatti ed elementi elettrici hanno protezioni a tenuta acqua. Bosch, Brose, Yamaha, Panasonic e altri usano cablaggi a tenuta di acqua, di provata qualità.

- Carica Batteria, dopo la cella batteria è l'elemento più importante, in quanto determina la qualità della ricarica e durata quindi nel tempo del pacco batteria. Se difettoso, carica poco limitando per cui la completa capacità  del pacco, se si sceglie un caricabatteria veloce da 5-7A, fa comodo per una ricarica in poche ore, ma il pacco soffrirà nel tempo durando meno e si può bruciare il BMS se non predisposto per carica veloce, come pure bruciare il connettore di ricarica se non adeguato, sempre da preferire una ricarica da 2A da lasciare tutta la notte in ricarica, ci penserà il BMS a spegnere la carica quando tutti gli elementi saranno livellati. Controllare bene i connettori di ricarica, perchè sono spesso il problema di malfunzionamento o mancata ricarica. Se scaldano al contatto, durante la ricarica, non vanno bene....

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Tutti questi elementi sono importanti per raggiungere la qualità e la lunga durata del pacco batteria.

Questi sono i valori minimi e massimi che possiamo avere sui pacchi batteria Ioni di Litio, il BMS deve intervenire sia per valori bassi che alti proteggendo il pacco. I Vmin corrispondono alla batteria completamente scarica e il Vmax alla batteria completamente carica.

In genere la taratura del valore minimo è più alto, avremo cosi dei pacchi da 36V che staccano a 32V, come pacchi da 48V che staccano a 43V, essendo valori già al limite della curva di scarica, cambia poco per il conteggio totale di capacità.

Il test avviene collegando le resistenze di carico direttamente al connettore batteria, dove non possibile si apre il pacco e ci si collega ai terminali (+) e (-) interni della pacco batteria.