29 dic. 2016

Ampliando la duración de la batería de la bici: Añadiendo dos celdas en el portaequipajes


La batería de mi bici constaba de 8 celdas en serie de 6 baterías LiFePo4 A123 en paralelo cada una, y me dí cuenta que podía tener algo más de velocidad punta y autonomía añadiendo dos celdas con las baterías LiFePo4 A123 que me sobraron y cambiando el BMS al que encontré de 10S y 60A (mucho mejor que el anterior de sólo 15Ah):

BMS/Control de carga de la batería LiFePo4 para 10 celdas y 60A máximo.
NOTA IMPORTANTE: Ampliar el número de celdas de una batería existente sólo se puede hacer si las celdas que añadimos son del mismo tipo de baterías, capacidad y estado de las mismas, es decir, si pueden dar el mismo amperaje sin dañarse, y durante el mismo tiempo. En caso contrario, se nos desbalancearán rápidamente y necesitaremos un BMS muy bueno para corregir las diferencias (y con probabilidad unas celdas se dañarán mucho antes que las otras). Se pueden mezclar baterías pero siempre que la capacidad por celda sea la misma, y que su rendimiento, con los amperios que demandemos, sea el mismo que el de las otras celdas. 
No me cansaré de repetir de que si montáis vosotros mismos una batería de Iones de Litio, que pongáis BMS, pues éste corta el paso de la corriente tanto en la sobrecarga como en la sobredescarga en cualquiera de las celdas, protegiéndolas.
Actualización 7/02/17: He podido comprobar que el balanceo se realiza de forma independiente cada 5 celdas, si os fijáis en el circuito, esto es así porque el control lo realizan de forma separada dos microprocesadores. Puede servir si las baterías son nuevas y no hay mucha diferencia entre celdas, pero es otro ejemplo de falsas especificaciones por parte del fabricante chino, que dará lugar, con el tiempo y las recargas, a que 5 baterías de un lado tengan diferente voltaje con las otras 5, y que si no se rectifica con un balanceo real cada X recargas, producirá a la larga un contraproducente desbalanceo (menor capacidad y duración). He pedido otro que realmente balancee, y además con cortes sobrecarga/descarga programables. Lo barato... sale caro.

Por otro lado, al aumentar sólo en 6V la carga máxima, puedo seguir utilizando la configuración del control del motor para 24V (al tener corte automático en caso de que baje demasiado el voltaje el propio BAC-281P, nos cortaría prematuramente la alimentación si usamos una batería de 33V con una configuración de 36V).

Características del BMS 10S LifePo4 60A con balanceo en carga ref. BMS-10SQZ6060LF375:


Datos importantes:
  • Para 10 Celdas LiFe de 3,6V, 36V total.
  • Pico de corriente máxima: 90A
  • Corriente constante aprox. sin disipador: 30A
  • Consumo en espera: 0,1 mAh (100 microAmperios/hora).
  • Para que el balanceo sea efectivo con sólo 70mAh de balanceo por celda, la carga debe ser lo más lenta posible (en función de la diferencia de carga de celdas), recomendada <500mAh.
Como pude comprobar, cabían las 12 en una vieja carcasa de disco duro estropeada de aluminio. 


Quedaba algo de holgura, pero podía resolverlo con espuma de caucho adhesiva, para amortiguar además los golpes:


Así que me puse manos a la obra. Para meterlas tienen que ir de cuatro en cuatro, con las que quedan en el centro repartidas dos a un lado y dos a otro, por lo que hay que tener cuidado de no equivocarse y conectar, ayudándonos de cable de 2,5 mm. al menos en el conexionado de las centrales con los polos correctos de los otros lados.

Lo primero es unir las de los extremos, positivos con positivos para poner las cuatro en paralelo, soldando los polos con pletina de cobre lo suficientemente ancha para que soporte el amperaje previsto (estas baterías son del 2007 de segunda mano, y ya no dan más de 7Ah instantáneos por su alta resistencia interna cada una, aunque todavía conservan entre 1900 y 2000 mAh de sus 2300 mAh originales):


Las pletinas las obtuve en su día de baterías viejas de taladro; sólo hay que lijarlas un poco para que el estaño (con flux interno) se adhiera bien; para ello usé la multi-herramienta Proxxon:


Y como ya expliqué en este vídeo, soldé las celdas:


Con lo que quedan así los dos packs laterales:

Les puse cinta kapton de alta temperatura allí donde pudiera, por el calor, hacer cortocircuito una con otra
Tenemos que llegar a esto; es decir, un pack de 6 pilas en paralelo unido en serie con el otro pack, pero colocándolas de 4 en cuatro:

Importante proteger con cinta kapton de alta temperatura todas las zonas en contacto con los cables

Para ello uní los dos packs con las del centro, dejando suelta la unión de las 4 con las 2 siguientes para poder plegarlas como en la imagen siguiente:

 (fijaos que las del centro sólo se une el lado positivo al negativo para hacer la serie)
De esta forma se pueden plegar, pero falta unir el otro lado mediante cableado:


Hay que tener mucho cuidado de proteger los dos lados donde cambian los polos y que corresponden a la otra celda, o tendréis cortocircuito asegurado, como se ve en la siguiente imagen, donde ya he soldado el cable que une el positivo de las dos centrales al positivo de las 4 del extremo:


A falta de soporte, me ayudé de las piernas ;)


Y finalmente soldé dos cables de 2,5 mm o más a polo positivo y negativo (azul positivo), además de uno verde fino que sólo es para que el BMS controle el voltaje de la primera celda, y se envuelve en cinta de plástico, yo usé de PVC adhesiva:


Antes de introducirlas en su sitio, aislé también la parte superior de la caja con cinta de PVC ancha, para que el roce de las vibraciones no provoque cortocircuitos con el aluminio al descastarse el aislante con el tiempo:


Y ya las metemos en su sitio, quedó muy justo, pero por suerte por el otro lado había hueco de sobra y quedó bien ajustado:


Ya sólo se colocan las tapas, con un agujero practicado para los cables, y pegadas con silicona:


Y voilà, ya tenemos una potente batería LiFePo4 33V con 10Ah!, 0,33kW almacenados en 4 kg de peso! Y más de 1000W de potencia punta, ¡Qué salidas! (Próximamente añado un vídeo).

Este es el BMS anterior, que lo tenía amarrado a la tapa (sólo lo usaba para cargar por lo que, si me despistaba, descargaba demasiado la batería, dañándola parcialmente):

Y el esquema de conexionado del BMS nuevo con balanceo es el siguiente:


Para conectarlo, tenemos que tener los cables de cada celda conectados e identificados:


Le he pegado cinta de PVC que agarra muy bien por detrás:


Y luego con silicona (que aguanta altas temperaturas) lo he pegado en el hueco central de la batería:


En este caso, al ser de 60A pico el control y como rara vez subo de 30A de consumo, el control, tras subir cuesta del 10% de 300 mt apenas se ha calentado, así que no veo necesario añadir disipadores o unirlo a la tapa para disipar el exceso de calor:


Y lo he terminado tapando todo con cinta de carrocero (papel adhesivo), que aísla suficientemente, adhiere mejor que la cinta Kapton y también aguanta altas temperaturas:



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