[DIY] UN CIRCUITO PER ESEGUIRE LE PROVE DI SCARICA DELLE CELLE LILON

[Cesga]

Eccellente!! Resto in attesa di sapere se e come possiamo aiutarti.

 

[Igiit]

Rieccomi, stavolta con il lavoro completo e funzionante. E' stata dura ma finalmente il circuito funziona e funziona meglio di quanto osassi sperare.

Titolo
Dispositivo per il test delle celle agli ioni di litio (Li-Ion) in grado di eseguire un numero arbitrario di cicli di carica e scarica secondo diverse modalità.






Caratteristiche

Una volta scelti i parametri del test e caricati sul microcontrollore (micro) attraverso un PC via USB, il dispositivo lavora autonomamente salvando tutti i dati su una sd card gestita dal micro.
Si può scegliere se eseguire test di scarica a controllo di potenza o a controllo di corrente. La corrente di scarica massima attualmente è di 40A, più che sufficienti per ogni Li-Ion sul mercato.

Il circuito monitora continuamente la cella misurando circa 200 volte al secondo la tensione, la corrente la temperatura della cella e la temperatura della parte più calda del circuito. Se le temperature salgono o scendono oltre a dei livelli programmabili, il circuito sospende le operazioni fino a normalizzazione delle temperature. Se le temperature rilevate oltrepassano dei limiti di guardia il circuito interrompe definitivamente le operazioni.

Il numero di cicli di carica-scarica è programmabile a piacere.
Un ciclo completo consiste in

1) carica della cella secondo la modalità standard per le Li-Ion con terminazione quando la corrente assorbita scende sotto un livello programmabile (ad esempio 100 mA). Si possono prescrivere le temperature limite dell'ambiente entro le quali eseguire la carica (ad esempio temperatura minma=5°C e temperatura massima = 35° C) e si può prescrivere la temperatura massima della cella oltre la quale sospendere la carica fino a normalizzazione. Si può inoltre prescrivere un tempo massimo superato il quale la carica termina comunque. Se la cella ha una tensione inferiore ad un valore prestabilito (tipicamente 2.5 V) il processo di carica non viene eseguito.

2) riposo della cella. Dopo ogni carica la cella viene lasciata a riposo per un tempo programmabile, tipicamente dai 15 ai 30 minuti.

3) scarica della cella. La scarica può essere eseguita alternando periodi di scarica e periodi di riposo, ad esempio 5 secondi di scarica e 15 secondi di riposo. Prescrivendo un periodo di riposo nullo la scarica è continua. I periodi di scarica possono essere a corrente costante, regolabile tra 0.5 e 40 A oppure a potenza costante, regolabile tra 2 e 120 W. La stabilità della corrente o della potenza è di circa l'1%. Si può fissare una temperatura massima (ad esempio 90 °C) superata la quale la scarica viene messa in pausa fintanto che la cella non torna ad una temperatura accettabile, anch'essa programmabile (ad esempio 40° C). La scarica termina quando la tensione sotto carico scende sotto un livello programmabile (tipicamente 2.5 V).


4) riposo della cella. Alla fine della scarica, prima di cominciare la fase di carica del prossimo ciclo, la cella viene fatta riposare per un tempo programmabile (tipicamente 30 minuti) e comunque fintanto che la temperatura della cella non è scesa sotto un valore programmabile ( ad esempio 5°C sopra la temperatura ambiente)




La frequenza con cui vengono salvate le misure su file è completamente programmabile e differenziata per le 4 diverse fasi: frequenza molto bassa durante le fasi di riposo (ad esempio ogni 30 secondi), frequenza media in fase di carica ( 1-10 secondi) e frequenza alta in fase attiva di scarica ( ogni 200-500 ms). I dati sono salvati su due files in formato ASCII facilmente leggibili da un foglio elettronico. Su un file (dati.txt) vengono salvate le letture puntuali, su un 'altro file vengono salvati i dati di sintesi, ad esempio la durata temporale di ogni fase di scarica, la capacità scaricata, l'energia scaricata, la tensione all'inizio ed alla fine della scarica, la temperatura massima raggiunta, etc.



Allo stato attuale (25/11/16) ho verificato il funzionamento del circuito con soli 3 cicli completi ( un ciclo non dura meno 5 ore, di cui più di 3 per ricaricare la cella ). Martedì prossimo lancerò un test di 10 giorni (se tutto và bene) in cui dovrebbero essere eseguiti più di 40 cicli completi.

Il software è abbastanza maturo e testato per decine di ore di funzionamento, ma mai per più di 3 cicli consecutivi.



La PCB ed accanto il uC utilizzato nell'ultima versione (un teensy 3.5)

Il teensy 3.5 è piuttosto costoso (27€) ma viene montato sulla pcb mediante zoccoli da cui è possibile estrarlo, si veda la foto che segue,

e pertanto, finite le prove si può riutilizzare per altri scopi. La PCB può ospitare sia il Teensy 3.5 che il più economico Teensy 3.2 (20 € circa) ma in quest'ultimo caso il log dei dati avviene via usb ( Teensy 3.2 non ha la scheda sd) ed è necessario lasciare collegato il PC con un monitor seriale in esecuzione.


Ci sono alcune parti del circuito, quelle attraverso le quali devono scorrere i 40A (massimi) che devono essere rinforzate con filo di rame come ad esempio nella foto che segue (prima della stagnatura)

Per questo motivo sul circuito assemblato potete vedere alcune "piste" di stagno (che ricopre il rame) piuttosto artiginali ma non c'è altra soluzione .




Non sarebbe difficile dotare il dispositivo d un mini schermo LCD o OLED in modo di poterlo programmare (attraverso un paio di pulsanti) senza l'ausilio del PC.


Schema elettrico, elenco dei componenti,progetto del PCB e software (sketch Arduino + librerie c++) sono disponibili per chi li desidera.




Ai primi interessati al progetto e in particolare @Cesga , @Tabac , @Wildhoney, rinnovo l'invito a ..... (lo sapete già):

il circuito ci consente di fare gli stessi test di Mooch e anche di più: possiamo fare i test a controllo di potenza che Mooch non può fare con le sue attuali apparecchiature.
Data la lunghezza dei test vi riinvito a partecipare attivamente.

















... continua ..

 

[Albe-cig]

Sei un mostro..

Forza SPAL

 

[Tabac]

Sempre disponibile. Ma dobbiamo sentirci per organizzare le varie parti del progetto

 

[Wildhoney]

Confermo anch'io.. Anche x un eventuale meeting

 

[Thico]

Mi includo nelle disponibilità per quello che può essere necessario

 

[Tabac]

Bravo @Thico, benvenuto nel gruppo

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[Thico]

I miei complimenti a Igiit per l'ottima realizzazione.
Vedo che il gruppo è molto avanti nello sviluppo, ma forse ho individuato una piccola area in cui posso dare un primo veloce contributo. Potrei realizzare un contenitore in stampa 3D che riduca lo sbalzo della ventola superiore, con un sistema di deflettori del flusso d'aria che ottimizzino il flusso di raffreddamento sulle aree che più ne necessitano.

Se l'idea può interessare ho bisogno delle misure meccaniche per realizzare il tutto. Se invece ho detto l'ennesima stupidaggine, siete autorizzati a reindirizzare tutti i miei messaggi da oggi all'eternità a \dev\null

 

[Igiit]

I miei complimenti a Igiit per l'ottima realizzazione.
Vedo che il gruppo è molto avanti nello sviluppo, ma forse ho individuato una piccola area in cui posso dare un primo veloce contributo. Potrei realizzare un contenitore in stampa 3D che riduca lo sbalzo della ventola superiore, con un sistema di deflettori del flusso d'aria che ottimizzino il flusso di raffreddamento sulle aree che più ne necessitano.

Se l'idea può interessare ho bisogno delle misure meccaniche per realizzare il tutto. Se invece ho detto l'ennesima stupidaggine, siete autorizzati a reindirizzare tutti i miei messaggi da oggi all'eternità a \dev\null

Ciao Thico e grazie per il tuo interessamento.

A mio avviso non val la pena di investire tempo per lo sviluppo di un contenitore/ deflettore per il circuito di prova. Varrebbe la pena se si trattasse di produrlo per venderlo, ma è un oggetto troppo di nicchia per avere un mercato degno di interesse.

Ma la tua disponibilità è preziosa, per progetti futuri per quanto riguarda la stampa 3D, ed anche per questo progetto se ti interessa effettuare test in prima persona.

 

[Thico]

Certo che mi interessa dare un contributo, vale dai test al preparare i caffè per chi ci sta studiando sopra...