Bateria li-ion – testowanie

Testowanie baterii – czy jest to konieczne?

Tak! Bateria litowo jonowa wymaga sprawdzenia poprawności działania tuż po zbudowaniu oraz co pewien czas podczas eksploatacji.
Charakterystyka pracy ogniw li-ion oraz łatwość ich uszkodzenia wymaga odpowiedniego zabezpieczenia baterii np poprzez zastosowanie BMSa (Battery Management System). To urządzenie jak każde potrafi się popsuć lub posiadać wadę fabryczną, która może spowodować uszkodzenia akumulatora lub doprowadzić do pożaru! Dlatego konieczne jest sprawdzenie działania podstawowych funkcji zabezpieczenia.

Co sprawdzić?

Ogniwa litowo jonowe nie lubią przede wszystkim:

  • nadmiernego naładowania – powyżej 4.25V
  • nadmiernego rozładowania – poniżej 2.5V (przyjmuje się 3V ponieważ pomiędzy 3V i 2.5V pozostało bardzo mało pojemności, a jest bezpieczniej)
  • nadmiernej temperatury – powyżej 65 stopni Celsjusza

Dodatkowo warto wiedzieć jaką pojemność ma nasza bateria. Jak wiadomo z biegiem czasu i kolejnych cykli ładowania i rozładowania nasza bateria będzie miała coraz mniejszą pojemność, a w pewnym momencie może się okazać, że jest ona niewystarczająca.

Jak to zrobić najprościej?

Na tym blogu poruszam kwestię rowerów elektrycznych dlatego będę się do nich odnosił. Baterię możemy przetestować bezpośrednio w rowerze z zachowaniem odpowiednich środków ostrożności i częstej kontroli napięcia miernikiem. Podczas ładowania kontrolujemy napięcia każdej z sekcji na wtyczce przy BMSie i pilnujemy czy żadna nie przeładuje się powyżej 4.25V . Finalnie BMS musi odłączyć ładowarkę, gdy któraś z sekcji osiągnie niebezpiecznie wysoki poziom naładowania

Dalej podczas jazdy co kilka kilometrów zatrzymujemy się i sprawdzamy napięcia na każdej z sekcji i gdy osiągniemy poziom ok 3.3V / sekcję zagęszczamy częstotliwość pomiarów, aby sprawdzić czy BMS nam odetnie zasilanie w okolicy 3V/sekcję.

Można też spróbować wyjąć jeden z przewodów z wtyczki BMSa. To zasymuluje nagły spadek napięcia na sekcji baterii i w tym momencie nie powinno trafiać napięcie do sterownika silnika. 

Większość BMSów posiada zabezpieczenie termiczne, które przymocować należy bezpośrednio do ogniwa baterii. Jeżeli tego nie ma to możemy dołożyć własny termostatyczny bezpiecznik i wpiąć go na przykład w obwód stacyjki sterownika. Po przekroczeniu maksymalnej temperatury bezpiecznik odetnie nam zasilanie sterownika, a tym samym pobór prądu z ogniw i tym samym zapobiegnie dalszemu nagrzewaniu poprzez rozładowanie.

Jak ja testuję baterię?

Niestety testowanie podczas jazdy na rowerze trwa długo, wymaga naszego ciągłego zaangażowania i jest nieprzyjemne. Można tak przetestować jedną baterię, ale gdy robimy więcej rowerów/baterii to już musimy pójść o krok dalej. Ja postanowiłem zbudować własną rozładowarkę. Dzięki temu mogę przetestować baterię bez wychodzenia z domu.  Dodatkowo rozładowarka przydaje się w momencie, gdy chcemy w jakimś celu rozładować baterię, a nie chcemy wyjeżdżać (np w celu przechowania roweru przez zimę lub, gdy wykonujemy ładowania konserwacyjne w celu wyrównania sekcji baterii)

Rozładowarka zapisuje na karcie SD wyniki pomiarów z których można wygenerować wykres przebiegu rozładowania.  Jest możliwość monitorowania temperatury z czterech czujników, a dla każdego można ustawić inny próg odłączenia rozładowania. Przerwanie procesu testowania następuje również po osiągnięciu przez pakiet napięcia mniejszego niż ilość sekcji *2.5V (BMS powinien odciąć baterię wcześniej)

Moją rozładowarkę zbudowałem w oparciu o:

  • mikro-kontroler Arduino Nano wraz z modułami wyświetlacza i karty SD
  • czujnik prądu ACS712 30A
  • rezystory mocy 50W 4,7Ohm (25sztuk 5s5p) razem 1250W
  • przełącznik na tranzystorze MOSFET (obecnie mam zastosowany IRF 3205, ale jego max napięcie to 55V dlatego nadaje się do max pakietu 13S. Planuję zmienić tranzystor, aby móc testować pakiety powyżej 13S. Uaktualnię ten opis gdy znajdę odpowiedni tranzystor i go przetestuję)

Koszt budowy wyniósł około 200zł

Posiadam schemat, projekt PCB i kod do arduino, ale jest to wszystko w wersji mocno wczesnej beta dlatego narazie nie będę ich tutaj umieszczał.

Poniżej film, na którym pokazuję proces testowania baterii z wykorzystaniem rozładowarki.

 

7 myśli na temat “Bateria li-ion – testowanie”

  1. Witam,
    Bardzo ciekawy wpis i film, dobrze się go ogląda, widać ilość włożonej pracy w realizacje oraz sprzęty które konstruujesz.
    Do czego służy trzeci przewód (szary kilku żyłowy)? Czy BMS komunikuje się z „komputerem pokładowym” roweru?

    1. Dziękuję! Trzeci przewód jest podłączony do czujnika prądu ACS712, który umieściłem obok BMS’a . Używam go do monitorowania pobieranego prądu i do zliczania pozostałej pojemności baterii. Używam do tego watomierza własnej konstrukcji, który niebawem też postaram się opisać/pokazać. (Podłączenie czujnika pokazuję i omawiam na filmie w odcinku o podłączaniu BMSa)

      1. Mam kilka pytań odnośnie testowania twojej baterii również innych . Rozumiem że bateria ma swoje maxymalne napiecie..Posłuże się przykładem baterii 24V li-ion 10Ah maxymalne napięcie takiej baterii to 29,4 v a BMS przy rozładowaniu odcina baterię 21v . Jak to ma się do twojego testu wyniku jeżeli baterię poddamy obciążeniu 8 Amper 200W czy wynik wyjdzie np 9-10 Ah ? pod koniec baterioa dostaje temperatury która dużo wpływa ba baterie ciepło bateria szybciej traci moc . Czy taki pomiar np twojej baterii jest realny ., Jeżeli obciążę baterie 12Amper 400W test wyjdzie że bateria ma zdecydowanie mniej Amper

        1. Nie skupiajmy sie na całym pakiecie tylko na jednym ogniwie.

          Każde ogniwo ma swoją wydajność prądową – czyli maksymalny prąd rozładowania ciągłego.
          Nie mozemy przekraczać tego prądu podczas eksploatacji w pojezdzie elektrycznym.
          Dodatkowo fakt ze duzo ogniw znajduje sie obok siebie powoduje problemy z oddawaniem ciepła, a ciepło szkodzi ogniwom najbardziej.
          Dlatego przyjmujemy, ze w pakiecie ciągły prąd rozładowania musi miec ok 60% wartosci katalogowego prądu rozładowania.

          Pojemnosc ogniwa producent przyjmuje dla podanego prądu rozładowania, oraz pomiędzy podanymi napięciami (powiedzmy od 4,2V do 2,5V).
          Jeżeli będziemy rozładowywać ogniwo większym prądem to pojemność będzie mniejsza.
          Tak samo jeżęli odłączymy rozładowanie wcześniej czyli powiedzmy przy 3V to pojemność zmierzona również będzie mniejsza.

          Z doświadczenia zauważyłem, że w rowerze pojemność ogniwa to ok 90% katalogowej pojemności.

    1. Ten czujnik jest jak najbardziej godny polecenia!
      Sam takiego używam tylko w wersji 50A.
      Cena, którą podałeś jest zbyt wysoka.
      Ja kupiłem na allegro za 13zł wersję 50A (bez płytki i płytkę sam zrobiłem)

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *