Chiarimenti sulla ricarica in parallelo per le batterie LiPO

[Archi]

Originalmente inviato da marcodef

Stai migliorando Archi, un post intero senza un diodo dentro mostra un certo progresso!!

se questo e' il modello per spiegare i meccanismi della ricarica in parallelo (come sostenete tu e Carlo):



l'unica conclusione a cui puoi arrivare e' che una volta che la ricarica viene interrotta l'energia accumulata da ogni ramo (cioe' da ogni batteria) dipende SOLO dalla resistenza del ramo, anche se i valori di capacita' fossero uguali.

Dal momento che questa conclusione e' errata (visto che le batterie si caricano tutte) ci deve essere qualcosa che non va...

L'unico modo semplice per spiegare il fenomeno e' quello di metterci un condensatore, non c'e' altra via, mi spiace. E ancora mi spiace ma non credo che sarebbe di un valore trascurabile. Probabilmente non e' un modello perfetto, ma almeno ha un senso e spiega in qualche modo l'evidenza sperimentale.

Rimane che se le resistenze interne delle batterie sono di qualche milliohm, non e' che lo SOC delle batterie possa essere tanto sbilanciato: sarebbe quello corrispondente a qualche mV. Quindi le batterie si caricano in maniera proporzionale alla capacita', e il resto e' trascurabile.

sulla sicurezza concordo con Dex, come mi sembra di aver scritto piu' volte.

Nel tuo schema, non consideri che la tensione dei generatori varia in base allo stato di carica della batteria, è quello in definitiva che interrompe la corrente di carica, non certamente la resistena interna della batteria.

[marcodef]

Originalmente inviato da CarloRoma63

Tu continui a mischiare il rigore della matematica, che ho già detto porta a risultati non misurabili strumentalmente, con una teoria basata solo sulla esperienza sperimentale.

Rimane il fatto che il circuito equivalente che ho mostrato ed il cui comportamento è matematicamente esposto nel file excel che ho pubblicato, funziona così e non c'è verso di farlo funzionare in modo diverso, indipendentemente dalle definizioni.

Se non ti ci trovi da un punto di vista sperimentale, il motivo te l'ho già spiegato ma te lo riassumo:
1 - le misure non possono essere fatte sulla cella ideale senza includerci anche la Ri, quindi sono falsate all'origine
2 - le differenze calcolate matematicamente sono al di sotto della soglia di sensibilità della maggior parte degli strumenti in nostra dotazione.

Infine, per tua conoscenza, qualsiasi elemento che produce una tensione è assimilabile ad un generatore ideale (di tensione o di corrente) con la sua resistenza interna. Qualsiasi elemento che assorbe energia, indipendentemente da come poi la smaltisca (calore, luce o reazione chimica) si può assimilare ad una resistenza. Qualsiasi elemento reattivo (condensatore o induttanza) si può assimilare ad una reattanza con in serie o in parallelo la sua resistenza interna. Qualsiasi circuito, visto da due suoi nodi, può essere assimilato ad un generatore con la sua resistenza interna. Qualsiasi maglia ha tensione totale uguale a zero, qualsiasi nodo ha corrente totale uguale a zero.

Questo non lo dico io, lo dicono persone dai nomi ormai noti: MILLMAN, TEVENIN, NORTON, etc.

Comunque, visto che continui a fare il parallelo tra celle e condensatori, perché non provi a vedere l'andamento della tensione ai capi di due condensatori, di capacità diversa, con due resistenze in serie, anch'esse di valore diverso e calcolate in modo tale che il prodotto RC sia diverso nei due casi, quando le colleghi ad un alimentatore a cui hai posto in serie una resistenza Ra?
Forse ti accorgerai che il tuo modello con i condensatori rispecchia esattamente quello che dico io: ogni condensatore si caricherà alla tensione V secondo la costante di tempo RC, dove la R e la V sono quelli che vede ai suoi capi secondo Tevenin. Ti accorgerai che, secondo Tevenin, il calcolo del generatore equivalente include la tensione dell'altro condensatore, quindi il calcolo si complica abbastanza e dovrai fare una integrale, ma il risultato confermerà quanto mostrato dal mio foglio excel.
Ti accorgerai che più aumenta la resistenza Ra e più la tensione sui due condensatori aumenta in modo simile, più diminusci la Ra e più si evidenzia la differenza. Se arrivi a Ra = 0 (alimentatore a tensione costante controllato in controreazione), ti accorgerai che ogni condensatore si carica esclusivamente secondo la propria costante di tempo RC, in modo indipendente dall'altro condensatore.

Poi fai tu.

Carlo

Carlo, siamo su un forum dove le persone si scambiano le proprie opinioni. Non sta scritto da nessuna parte ce dobbiamo essere d’accordo, per cui possiamo fare i gentiluomini e accettare che abbiamo opinioni differenti.

Io rimango della mia, la ho spiegata abbastanza.

Secondo me un condensatore con in serie una resistenza che viene ricaricato da una sorgente di corrente non ha alcuna costante di tempo. E si carica sempre alla stessa velocita’ indipendentemente dalla resistenza ma in maniera proporzionale alla corrente e inversamente proporzionale alla capacita’.
Mettine due in parallelo e l’unica costante di tempo e’ quella che determina la transizione a regime costante, da li in poi la Ri non c’entra nulla. Poiche’ la Ri e’ piccola e le differenza tra due ancora di piu’, questa costante di tempo e’ molto piccola.
In fase CV non cambia molto dal momento che ci arriviamo con quel piccolo transitorio gia' esaurito da tempo.

Una sorgente di corrente e’ una sorgente di corrente, non c’e’ alcuna resistenza variabile, sarebbe un modo un bel po’ sconveniente per farla. Il modello lo ho spiegato piu’ volte e me basta cosi’ perche’ spiega l’evidenza sperimentale.


Ti diro’ di piu’, questo principio e’ usato in fase di produzione per assemblare le celle “matchate” per capacita effettiva (la maggior parte di quelle che usiamo noi). Le celle appena prodotte vengono messe in parallelo, ricaricate a corrente fissa e poi scrinate in base alla corrente che assorbono perché essa e’ proporzionale alla capacita’.
Questo per due motivi:

ricaricare e scaricare ogni cella impiegherebbe troppo tempo e costerebbe un botto

ricaricare e scaricare completamente annullerebbe l’effetto degli stabilizzatori chimici che permettono alle batterie nuove di conservarsi a lungo senza deteriorarsi.

C’e’ tutto un thread si RCGroups su questo fatto dagli ingegneri di Revolectrix, che di mestiere progettano le batterie. E' una lettura interessante.


Vi ringrazio sulla spiegazione su cosa e’ un componente reattivo. Purtroppo continuo a sostenere che anche una batteria lo sia, e sembra che wikipedia sia d’accordo con me.
Tra l’altro proprio per questo fatto, in ambito industriale la chimica di una batteria per una determinata applicazione vengono scelte in base alla impedenza della batteria e non dalla Ri:

“Two methods are used to read the internal resistance of a battery: Direct current (DC) by measuring the voltage drop at a given current, and alternating current (AC), which takes reactance into account. When measuring a reactive device such as a battery, the resistance values vary greatly between the DC and AC test methods, but neither reading is right or wrong. The DC reading looks at pure resistance (R) and provides true results for a DC load such as a heating element. The AC reading includes reactive components and provides impedance (Z). Impedance provides realistic results on a digital load such as a mobile phone or an inductive motor.”

Pertanto mi sta bene che se vuoi risolvere un circuito usi un generatore con una resistenza in serie per rappresentare la batteria, quando non e’ la batteria che ti interessa. Ma se vuoi spiegare i transitori di carica o scarica questo non basta piu’ ed e’ lecito usare un condensatore in prima approssimazione.

Tra l’altro tenere in conto della Ri sarebbe estremamente complesso dal momento che essa cambia moltissimo con lo SoC (nelle litio e’ molto piu’ alta quando sono cariche e scariche e piu’ bassa in mezzo) e con la temperatura (al contrario di quello che dice Archi la Ri scende, e di tanto, ma proprio tanto, all’aumentare della temperatura).


Io la penso cosi’ e non ci guadagno nulla a convincerti, ma non ho cambiato idea. Il fatto che Archi non sia d’accordo con me mi da’ ulteriore conforto. Ho esposto la mia idea, ho dato anche alcune delle mie fonti e credo che il mio contributo qui sia finito.

Buoni voli
marco

[marcodef]

Originalmente inviato da Archi

Nel tuo schema, non consideri che la tensione dei generatori varia in base allo stato di carica della batteria, è quello in definitiva che interrompe la corrente di carica, non certamente la resistena interna della batteria.

quello non e' il mio circuito ma il tuo.

Originalmente inviato da Archi

Sicurissimo.

sem appost

Originalmente inviato da Archi

Questa deriva dall'esperienza sui grandi pacchi batteria, se succedesse in contrario il sistema sarebbe intrinsecamente instabile e lo sarebbe anche all'interno di una stessa batteria, perchè avresti una parte delle armature che si scaldano più delle altre e quindi una parte della batteria più carica delle altre.

Archi,

non so in che mondo vivi ma evidentemente e’ diverso dal mio.

Non so neanche che film hai visto ma forse conviene che lo riguardi perche’ evidentemente ti sei perso qualcosa.

Non esiste alcuna batteria di alcuna chimica che aumenta la Ri all’aumentare della temperatura.Puoi chiedere a Google, c’e’ un’infinita’ di grafici su prove sperimentali a riguardo.

Le nostre batterie hanno un Ri a 10 gradi quasi tre volte superiore che a 25, e a 45 gradi si dimezza ancora.



Chissa perche’ nelle gare di F5B si usano fornetti per scaldare le batterie prima di un volo. Tra l’altro si usa anche comprimerle per migliorarne ulteriormente la resa.

Questa estate c’e’ stata una gara di elicotteri da velocità al mio campo volo. Non li avevo mai visti prima. Per regolamento le batterie dovevano essere consegnate alla direzione gara che le poneva in un forno a 40 gradi in modo che fossero uguali per tutti e che i concorrenti non esagerassero a scaldarle.

Sono felice che sei sicurissimo di quello che dici

[CarloRoma63]

Concordo sul rispetto delle opinioni, che sono come le palle: ognuno ha le sue e se le tiene..

Solo una precisazione sulla parte che hai citato, relativa alla componente reattiva della batteria.

Premesso che finora non ci ha interessato, in quanto abbiamo sempre considerato di lavorare in regime di correnti continue e sufficientemente costanti nel tempo per annullare qualsiasi effetto reattivo (nel senso di induttori e condensatori), la componente reattiva di cui parla l'articolo riguarda proprio le parti capacitive ed induttive parassite che la cella presenta in virtù della sua costruzione. Ogni volta che hai due conduttori affiancati hai una capacità parassita ed ogni volta che hai un conduttore hai una induttanza parassita. Finché siamo in regime di corrente continua costante, gli effetti di questi componenti non sono presenti, ma l'esempio che viene citato è quello di un carico fortemente impulsivo, come ad esempio l'alimentazione in PWM di un motore o l'alimentazione di un circuito che comunque al suo interno esegue switching a frequenze elevate (convertitori DC-DC, ad esempio). In queste condizioni la corrente erogata dalla batteria si presenta come una componente continua a cui è sommata una componente in alternata, il cui spettro di frequenze dipende dalla forma d'onda (analisi di Fourier). La componente continua ovviamente non provoca alcuna interazione con le capacità ed induttanze parassite, ma la componente alternata ne provoca moltissime. Da quì la necessità di testare le batterie sia in regime di correnti realmente costanti che impulsive.

“Two methods are used to read the internal resistance of a battery: Direct current (DC) by measuring the voltage drop at a given current, and alternating current (AC), which takes reactance into account. When measuring a reactive device such as a battery, the resistance values vary greatly between the DC and AC test methods, but neither reading is right or wrong. The DC reading looks at pure resistance (R) and provides true results for a DC load such as a heating element. The AC reading includes reactive components and provides impedance (Z). Impedance provides realistic results on a digital load such as a mobile phone or an inductive motor.”

La frase che viene evidenziata, in cui si parla di componenti reattivi, fa riferimento proprio a questo e non alla natura reattiva della batteria in quanto oggetto che assorbe o produce energia.

Non per nulla esistono componenti a bassa componente reattiva parassita. Leggi, ad esempio, il paragrafo "Tipi di condensatori" della pagina di Wikipedia https://it.wikipedia.org/wiki/Conden...elettrotecnica), in cui è ben chiaro che i condensatori hanno una componente parassita di natura induttiva:

Ceramico: a seconda del materiale ceramico usato si ha un diversa relazione temperatura-capacità e perdite dielettriche. Bassa induttanza parassita per via delle ridotte dimensioni.

Analogo discorso per gli induttori, che hanno giocoforza delle componenti capacitive parassite.


Carlo

[CarloRoma63]

Originalmente inviato da Archi

Questa deriva dall'esperienza sui grandi pacchi batteria, se succedesse in contrario il sistema sarebbe intrinsecamente instabile e lo sarebbe anche all'interno di una stessa batteria, perchè avresti una parte delle armature che si scaldano più delle altre e quindi una parte della batteria più carica delle altre.

Si chiama "effetto valanga" ed è temutissimo in campo elettronico ove ci sono componenti che lavorano in parallelo (come ad esempio i transistor o i mosfet di potenza, messi in parallelo per distribuire un carico pesante), ove i progettisti pongono in essere degli schemi progettuali ad-hoc (tipicamente qualche forma di controreazione) per ridurne gli effetti.

Ad esempio si mettono delle piccole resistenze in serie ai led di potenza, quando questi sono in parallelo e sono pilotati in blocco in corrente costante da un unico alimentatore (come nella mia torcia sub), oppure si mettono delle piccole resistenze sull'uscita degli stabilizzatori 7805 quando vengono messi in parallelo per alimentare un carico superiore alle capacità di un singolo integrato. In entrambi i casi le resistenze fungono da controreazione ad ogni possibile sbilanciamento e riportano il circuito a funzionare in modo sufficientemente bilanciato.

Non ho conoscenze specifiche sulle caratteristiche degli elettroliti, ma la fonte citata da Marco mi pare abbastanza autorevole, anche se si riferisce alla LiFePo4 e non alle LiPo standard.

In realtà una batteria è autostabile, a mio avviso, per un motivo molto semplice: se una zona della batteria si scarica più di un'altra, la sua tensione a vuoto diminuisce e quindi diminuisce anche la corrente che eroga sul carico, autoriducendo di conseguenza la velocità con cui si scarica e ristabilendo l'equilibrio della cella. Se ci pensi, è esattamente lo stesso comportamento delle due celle in parallelo, dove un iniziale squilibrio porta le celle ad autobilanciarsi nel giro di qualche tempo.

Carlo

[CarloRoma63]

Originalmente inviato da marcodef

...

Secondo me un condensatore con in serie una resistenza che viene ricaricato da una sorgente di corrente non ha alcuna costante di tempo. E si carica sempre alla stessa velocita’ indipendentemente dalla resistenza ma in maniera proporzionale alla corrente e inversamente proporzionale alla capacita’.
Mettine due in parallelo e l’unica costante di tempo e’ quella che determina la transizione a regime costante, da li in poi la Ri non c’entra nulla. Poiche’ la Ri e’ piccola e le differenza tra due ancora di piu’, questa costante di tempo e’ molto piccola.
In fase CV non cambia molto dal momento che ci arriviamo con quel piccolo transitorio gia' esaurito da tempo....

Se l'alimentatore a cui colleghi un circuito RC è a corrente costante hai certamente ragione tu, ma io intendevo un generatore a tensione costante....
Se poi sostieni che un gruppo RC non ha una costante di tempo, allora ci rinuncio completamente..
https://it.wikipedia.org/wiki/Costan...un_circuito_RC


Carlo