Šiandien teko atlikti autopsiją. Miręs pacientas – Thundersky celė. LiFePO4, 3.2V, 90Ah. Celė išimta iš Mindaugo Hondos 3E. Mirties priežastis labai elementari: akumuliatorius naudotas be BMS. Kol dar nesuskubote kritikuoti komentaruose, pasiaiškinsiu. :) 3E yra Mindaugo asmeninis projektas ir jame dirbanti sistema yra (buvo) jo vieno kūrinys, įskaitant akumuliatoriaus priežiūros sistemą (BMS). Sistema veikė puikiai, tačiau prireikė į Hondą bandymams sumontuoti mūsų įmonės sistemą Emus BMS. Viskas buvo gražu, pakeitėme visus 45 celių modulius. Tačiau… Kad pilnai veiktų, reikėjo sujungti dar kelis laidus, kuriems tuo metu jau nebebuvo laiko. Taip ir važinėjo Mindaugas kelis mėnesius su naujai sumontuotu, bet nefunkcionuojančiu BMS. Ką BMS darė:

• Matavo bendrą akumuliatoriaus įtampą
• Matavo energijos kiekį
• Valdė krovimą
• Valdė apsaugas
• Šuntavo celes, joms pasiekus 3.65V

Ko BMS nedarė:

• Nestebėjo kiekvienos celės įtampos atskirai

Kitaip tariant, krovimas ir iškrovimas vyko atsižvelgiant tik į bendrą akumuliatoriaus įtampą, o ne į pavienes celes: pavyzdžiui, vienos celės įtampai nukritus nuo 3V iki 1V, bendra akumuliatoriaus įtampa pasikeičia iš 145V į 143V, kas yra praktiškai nieko visam akumuliatoriui, tačiau visiška mirtis pavienei celei. T.y. valdymas vyko beveik aklai.

Prieš pasakojant toliau norėčiau atkreipti dėmesį, kad ankstesnė, originali, 3E sistema veikė puikiai ir visos celės buvo subalansuotos, taipogi jos registruoti duomenys rodė, kad visos celės yra praktiškai identiškos būklės.

Dabar kodėl aš jums apie tai rašau. Pilnas internetas visokiausių nuomonių apie BMS, forumuose knibžda veikėjai, kuriems “viskas veikia be jokio BMS” ir BMS poreikį jie vadina absurdišku. Pasak jų, jei celės nepažeistos, akumuliatorius savaime susibalansuoja ir joks BMS jam nereikalingas. Taigi, pasak kai kurių asmenų, toks akumuliatorius visiškai nebalansuojamas turėtų ilgą laiką veikti be jokių problemų. Mūsų atveju celės buvo balansuojamos, nebuvo tik pavienių celių apsaugos – palankesnis atvejis nei visiškai jokios kontrolės.

Bet ką gi mes turime? Po kelių tokio naudojimo mėnesių viena celė mirė – rodo 0V. Ji tiesiog užsitrumpino viduje. Tai pastebėjome tik sutvarkę visą sistemą.

Kadangi celė jau mirus ir tėra tinkama tik utilizavimui, buvo įdomu kas gi jos viduje. Atsargiai prapjovus plastmasinį korpusą atsivėrė visas (ne)gražumas – foto dešinėje. Nieko labai išskirtinio nepamačiau – labai primena plėvelinį kondensatorių su dielektriko plėvele ir laidininko folijos lapeliais tarpuose. Tik čia, kaip ir kitose LiFePO4 celėse, vienas polius (neigiamas) yra varinis, o kitas – aliuminis (teigiamas). Nustebino plastmasinių sienų storumas – juk ta plastmasė užima labai daug vietos, daug sveria ir dar kainuoja nemažai. Taipogi šiek tiek šokiravo vidinė konstrukcija: sluoksniai tiesiog šriubais susukti tarpusavyje ir prie masyvių metalo luitų, kurie, manyčiau, irgi yra nepigūs, gan daug sveria ir užima daug vietos. Nustebino ir labai dideli nepanaudotos erdvės plotai…

Nuotraukoje kairėje matote konstrukciją kitu kampu ir trumpo jungimo epicentrą – susilydžiusį dielektriką ir užsitrumpinusias priešingų polių folijas.

Tai yra seno modelio (2-3 metų senumo) Thundersky celė. Turime sandėly ir porą apynaujų (metų senumo) šio gamintojo celių pavyzdžių: talpa ta pati (90 Ah), tačiau celės storis mažesnis. Matyt gamintojas sugalvojo kaip geriau išnaudoti tuščią erdvę ir, gal būt, tikiuosi, suplonino sieneles. Kad ir kaip ten bebūtų, progresas ženklus. O ir kaina bemaž dvigubai mažesnė, nei buvo prieš 2-3 metus.

Apibendrinimas

Čia mano pastebėjimai būtų tokie:

1. Be BMS ličio celių naudoti negalima. Ir ne, celės savaime nesusibalansuoja, tai turi daryti BMS.
2. Apturėjome brangią pamoką (~300 Lt), kad geriau viską sutvarkyti iki galo.
3. Celių gamintojams dar yra kur pasispausti.
4. Su veikiančia sistema buvo atvažinėta beveik du metai kasdien ir visos celės po to laiko atitiko gamintojo specifikacijas (buvo kaip naujos), net pravažinėjus per -20°C siekiančius šalčius – elektromobilius galima ramiai eksploatuoti ir žiemą!

Įmonėje organizuojame 20Ah A123 celių užsipirkimą, taigi yra siūlymas prisidėti prie užsakymo ir taip pasidalinti siuntimo ir išmuitinimo mokesčius. Apytikslė kaina su visais mokesčiais (siuntimas, išmuitinimas, muitas, taršos mokestis, PVM) – 115Lt/cell ±5 Lt. Tiksli kaina bus žinoma kai turėsim tikslų kiekį.

Iš šio tiekėjo esame anksčiau užsisakę 4 vnt. pavyzdžių – kokybė gera.

Tai tos pačios celės kaip aš naudojau savo motoroleryje, tik kokybiškesnės. Ar bus norinčių prisijungti? Apsispręsti reikėtų per keletą dienų. Apsisprendusieji rašykite man elektroniniu paštu: sarunas [prie] e-motion [taškas] lt. Reikės avanso.

EDIT: pasirodo tiekėjas nebeturi šių B grade celių. Šiuo metu yra galimybė įsigyti A grade tiesiai iš A123 atstovo. Deja kaina gaunasi ~240 Lt/vnt… :(

EDIT#2: Atkapstėm naują tiekėją. B grade celės su siuntimu ir visais mokesčiais kainuotų apie 180 Lt/vnt. Taip pat, atsiradus pakankamai norinčių, gal būt galėčiau pasiūlyti ir BMS, tokį kaip mano motoroleryje. BMS kaina būtų apie 700 Lt (labai grubiai). Taigi, 48V 20Ah akumuliatorius su BMS kainuotų apie 3600 Lt. Čia kaina tik už celes ir BMS atskirai, susirinkti reikėtų patiems. Arba gal būt būtų galimybė įsigyti jau surinktus, bet tai pakeltų kainą. Daugiau informacijos apie celes (citata iš vieno mano emeilų):

Gamintojo puslapis: http://a123systems.com/products-cells-prismatic-pouch-cell.htm
Tik deja ten paprastiems žmogeliams charakteristikos nėra pateikiamos. O jos yra tokios (gautos iš neoficialių šaltinių ir patikrintos mūsų):
Chemija: LiFePO4 su nanodalelėm
Talpa: 20Ah
Darbinė įtampa: 3,3V
Maksimali krovimo įtampa: 3,65V
Minimali iškrovimo įtampa: 2V
Vidinė varža: 1mΩ
Laikoma apkrova:
- ilgalaikė 300A be papildomo aušinimo
- ilgalaikė 600A su aušinimu
- trumpalaikė (15s) 1000A (pvz. bėgėjantis transporto priemonei)
Rekomenduojamas greitas krovimas: 80A (15 min)
Įmanomas greitas įkrovimas: 200A (6 min)
Iškrovimo temperatūra: -30..+65°C
Įkrovimo temperatūra: 0..+50°C.
Numatomas kalendorinis tarnavimo laikas: 10-20 metų
Numatomas įkrovimo/iškrovimo ciklų skaičius dirbant su vidutine 1C (20A) apkrova: >15’000.
Svoris: 480g
Matmenys: 165*230*6,8mm (be kontaktų)

Tai pratęsimas mano ankstesnio straipsnelio, kuriame rašiau kaip sukalibruoti kompiuterio akumuliatoriuje integruotą valdiklį, kitaip tariant kaip kompiuteriui pasakyti kiek tiksliai gyvybės yra likę akumuliatoriaus celėse.

Anksčiau parodžiau kaip akumuliatoriuje esantis valdiklis prisitaiko prie pasenusių celių. T.y., tarkime, gamyklinė akumuliatoriaus talpa yra 50Wh, valdiklis galvoja kad ji yra 45Wh, o realiai pasenusios celės telaiko tik 30Wh. Dabar įrodysiu kad valdiklis gali prisitaikyti ir prie “padidėjusios” talpos.

Žodžiu, turiu čia tokį naują (refurbished) žaisliuką darbui (ir pramogoms):
Tai DELL Latitude XT2 su 12″ ypatingai ryškiu LED apšviestu ir 4 taškų multi-touch talpiniu (capacitive) lietimui jautriu ekranu. T.y. galima keisti paveikslėlių dydį per ekraną braukant dviem pirštais (keičiant atstumą tarp jų), scrollinti puslapius, taip pat back, forward funkcijos. Ai, na ir paišyti specialiu pieštuku, turinčiu 256 spaudimo lygmenis. Na ir ten daug GB RAM, SSD diskas ir panašiai.

Bet grįžtant prie temos… Akumuliatorius raportavo kad jo talpa yra tik 30Wh, nors gamyklinė talpa turėtų būti 42Wh (refurbished vis tik reiškia kad daiktas buvo naudotas, bet “atstatytas” į gamyklinį stovį). Taigi OS baterijos energijos nustatymuose “critical level action” pakeičiau į “no action“, išjungiau maitinimą ir laukiau. Po kelių valandų OS pranešė kad liko vos 10% akumuliatoriaus talpos. Dar po kurio laiko liko 7%. Čia įdomu tai, kad tarp tų 7% ir išsijungimo, kompiuteris dirbo dar valandą laiko. Kompiuteris išsijungė kai akumuliatoriaus įtampa nukrito iki 9V (3V vienai celei) – suveikė akumuliatoriaus valdiklio apsauga. Prijungus maitinimą ir užsikrovus OS kompiuteris jau rodė padidėjusią akumuliatoriaus talpą – 33 Wh, tačiau nusprendžiau kalibravimą prasukti dar kartelį, nes ties tais 7% stovėjo tikrai per ilgai. Taigi, po antro karto talpa buvo jau 37Wh. Na o po trečio – 40 Wh!

Tai štai, kompiuterio darbą nutolus nuo elektros tinklo pasiilginau valanda. Tikiuosi šis eksperimentas jums pravers. Tik laukiant kada kompiuteris “užges” nepamirškit išsisaugot dokumentų. Sėkmės!

#Papildymas#

Ne visiems kalibravimas veikia. Sprendimo būdo nežinau. Jei išsiaiškinsit – parašykit komentarą… Ačiū.

Šiek tiek pasikrapščiau rūsy kol viską nurinkau nuo dviračio (pasirodo, absoliučiai viskas nusiėmė su vienu 5 mm šešiakampiu) ir parsinešiau namo rėmą.

Pamažu dėliojuosi kaip gi geriau būtų tas celes sukrauti ir įtvirtinti. Celes reikia ne tik gerai įtvirtinti kad nejudėtų, bet ir apsaugoti nuo pažeidimo griūnant. Taip pat dar vienas reikalavimas – jas rekomenduojama suspausti tarpusavyje. Kol kas manau geriausia būtų gaminti dėžes iš 2,5-3 mm diuraliuminio plokščių. Diuraliuminis yra paprastas aliuminis su silicio priemaišomis – žymiai standesnis. Apsižiūrėjau rūsyje, turiu tik nedidelį tokio lakšto gabaliuką. Gal atsirastų koks vilnietis, turintis diuralio lakštą? Reikia maždaug kvadratinio metro. Atsiskaitau aliuminio supirkimo kaina arba alumi :)

Celių kontaktus tarpusavyje susukinėsiu su aliuminėm šynom, nes kitos išeities nėra: vienas kontaktas aliuminis, kitas neaiškus, dengtas nikeliu. Pastarasis turėtų lengvai virintis, bet su aliuminiu kontaktu per daug vargo. Žodžiu, sujunginėsiu mechaniškai.

Dar laukia BMS (Batterry Management System) gamyba… Bet ten jau elektronika, bus paprasčiau. Gal… :)

Šiandien yra viena geriausių mano gyvenimo dienų, nes pagaliau parkeliavo ilgai lauktos A123 celės! Jau ne kartą (ir ne du!) minėjau kuo šios celės ypatingos, taigi labai nesikartodamas trumpai priminsiu: kiekvienos celės darbinė įtampa yra 3,3 V, deklaruojama talpa yra 20 Ah, maksimali ilgalaikė iškrovimo srovė 600 A (30 C), o maksimali įkrovimo srovė – 100 A (5 C arba 12 min) . Šias celes dėsiu į dviratį, 20 nuosekliai (20s1p konfigūracija), taigi bendras akumuliatorius gausis 66 V 20 Ah (1,3 kWh). Su tokiu akumuliatoriumi dviratyje, lygiu keliu važiuodamas maždaug 35 km/h greičiu, galėsiu nuvažiuoti maždaug 80 km atstumą. Aišku tokiu greičiu aš dažniausiai nesivelku ir važiuoju gatve su visu eismu, taigi realiomis sąlygomis (vidutinis greitis ~55 km/h) tas atstumas, manau, bus apie 35 km. Tiesa, į mopedą jų nedėsiu, nes jam reikėtų bent trigubai tiek – su dviračiu bent parminti galiu, o mopedą jau tektų stumt… O aš stumt nemėgstu :)

Iš viso parkeliavo 22 celės, nes dvi paėmiau atsargai – iš Kinijos vis tik tolimas kelias, o jie gerais prekių pakavimo sugebėjimais tikrai nepasižymi. Ir mano nuogąstavimai pasitvirtino – dvi kraštinės celės sulenktais galais (foto kairėje). Mano nuostabai tos celės labai lengvai atsilenkė atgal, panaudojus vos porą pirštų. Kol kas nelabai įsivaizduoju kaip tai įtakojo pažeistų celių darbą, bet pamatavus įtampas viskas atrodo idealiai: visos celės yra 3,340-3,343 V ribose. Įtartinas celes pasižymėjau ir būtinai testuosiu ir lyginsiu su kitomis.

Maloni staigmena: tiekėjas pasistengė, kad man netektų ilgai vargti parenkant celes – visos turi lipdukus su išmatuota vidaus varža ir talpa. Kiek kol kas mačiau, užrašyta talpa yra apie 20,5 Ah, o varža 1 mΩ. Bet kokiu atveju, celėms ši kelionė truko visą mėnesį ir buvo gana sunki, taigi būtinai jas visas testuosiu.

Vienos celės matmenys yra 160*225*7 mm, o svoris – 480 g. Kad geriau įsivaizduotumėte celių matmenis, dešinėje pateiktas paveikslėlis.

Dabar laukia ilgas ir varginantis darbas šias celes sukabinti ant dviračio rėmo…