giovedì 12 settembre 2013

Ancora una misura di durata sulle batterie al Litio-polimeri

Sul blog di Gianni Comoretto ("Riflessioni in liberta'), potete leggere un interessante contributo sulla durata delle batterie a Litio-polimeri. L'autore effettua periodicamente misure sulla capacita' della batteria del suo scooter elettrico Oxygen Lepton e all'ultimo rilevamento, effettuato dopo oltre 26000 km e circa 450 cicli completi di carica e scarica, ha misurato una carica sostanzialmente invariata rispetto alla precedente misura di circa tre anni fa. E' un risultato decisamente interessante che lascia ben sperare sulla capacita' di mantenimento della carica delle batterie a base di Litio.
Gianni riporta un consumo che "sfiora i 2 km/Ah"; ad una tensione nominale di 48 V, fanno quindi circa 25 Wh/km, un ottimo valore! Questo valore e' comunque confrontabile con la mia misura di 30.4 Wh/km; la differenza e' giustificata dalla differente potenza: l'Oxygen Lepton ha circa 1800 W, mentre l'Etrpolis Bel Air ne ha 3000.  



sabato 7 settembre 2013

Scooter elettrico: autonomia e consumi reali misurati

Dopo aver installato e collaudato la centralina Cycle Analyst sul mio scooter eTropolis Bel-Air, ho deciso di fare di fare una sorta di “crash-test” per misurarne l’autonomia reale: in altre parole, andare avanti fino a quando non si rimane a piedi!
Per il mio primo test ho scelto un percorso extra-urbano pianeggiante, su strade a bassa densita’ di traffico e con pochi semafori, in modo da poter viaggiare a velocita’ costante in modo da ridurre l’impatto degli stop-and-go. Mi sono quindi mosso da casa mia (Settimo Torinese) verso Chivasso e Cavagnolo.  Il test e’ stato effettuato sabato 30/08/2013, con una pressione atmosferica di 995 hPa ed una temperatura ambiente di circa 18-20C. Alla partenza il kilometraggio dello scooter era di circa 1177 km. Ho misurato la distanza e la pendenza totale con un GPS Garmin Montana.  La pendenza complessiva e' risultata di circa 258m. Con lo stesso GPS ho anche calibrato con precisione il contakm/tachimetro del Cycle Analyst. BTW, ho anche verificato che il contakm/tachimetro dello scooter e’ piuttosto sballato e d indica circa l’11% in meno! Ho mantenuto i settaggi del Cycle-Analyst ai valori di default, quindi con la corrente massima limitata a 50.0A.
Alla partenza, la tensione della batteria a piena carica era di 70.0V. In tabella ho riportato i dati piu’ salienti misurati ogni mezz’ora circa ed i valori misurati a fine test (quando cioe’ sono rimasto a piedi!).
Devo dire che la sorte mi e’ stata propizia e lo scooter mi ha mollato a piedi a poco diu’ di 100 m da casa ;-)
Tempo
Km
V [1]
Vmin [2]
Ah [3]
Vmax (km/h)
Vmedia (km/h)
Imax (I) [4]
Wh [5]
Wh/km
Note
30’07”
24.34
66.2
62.6
11.77
57.1
48.4
50.30
771.2
31.9

59’44”
48.31
63.1
59.1
23.43
57.1
48.5
50.30
1495.2
31.0

1h30’07”
70.30
59.7
55.6
34.84
57.1
46.8
50.43
2168.9
30.9

1h51’40”
81.50
54.1
10 [6]
40.40
57.1
43.9
50.44
2476.4
30.4
STOP!

In conclusione
In conclusione: con una carica completa della batteria ho percorso 81.50 km in ambito extraurbano, decisamente un buon valore, sicuramente sufficiente a coprire le esigenze di molti potenziali utenti. La capacita’ della batteria ( a Litio-polimeri) e’ risultata pari a 40.40 Ah, anche questo superiore al valore nominale di 36 Ah. Il consumo specifico medio e’ risultato pari a 30.4 Wh/km, un ottimo valore! Per confronto basta pensare che uno scooter “tradizionale”, con motore a scoppio a 4 tempi, con un consumo di 40 km/litro, ha un consumo specifico di circa 240 Wh/km, cioe’ 8 volte superiore! Senza contare i vantaggi ambientali in termini di assenza di emissioni nocive e di silenziosita’!
Addendum: consumi urbani
Successivamente ho rifatto (quasi…) lo stesso test, ma in ambito urbano e senza rimanere a piedi ;-): ho percorso 64 km e ho estrapolato l’autonomia sulla base dei consumi misurati e della capacita’ della batteria misurata in precedenza: in questo caso, il consumo specifico e’ risultato pari a circa 34.2 Wh/km, con una percorrenza stimata di circa 72 km.
Note
[1] tensione misurata alla batteria ad ogni fermata parziale
[2] abbassamento di tensione in corrispondenza della potenza massima erogata (“sag”)
[3] amper-ora progressivi
[4] corrente massima (A) – corrisponde approssimativamente al valore settato sul Cycle Analyst
[5] watt-ora progressivi

[6] valore riportato dal Cycle Analyst – la batteria in realta’ ha smesso di erogare energia ad una tensione di circa 52V

giovedì 5 settembre 2013

Monitoraggio delle prestazioni dello scooter elettrico

Per monitorare lo stato della batteria del mio scooter elettrico e per misurare i consumi, ho pensato di installare una centralina ad hoc. Dopo un po’ di ricerche su internet, ho individuato come candidato ottimale fra i pochi disponibili il Cycle Analyst della canadese eBikes, una piccola azienda specializzata in prodotti e accessori per bici elettriche. Si tratta di una centralina che consente di misurare i parametri elettrici (tensione, corrente, potenza) e, tramite un sensore magnetico, anche la velocita’ del veicolo elettrico. Grazie a questo, oltre a velocita’ e distanza percorsa, e’ possibile misurare il consumo in termini di Wh/km (watt-ora al kilometro). I parametri elettrici vengono misurati con una sonda da interporre fra la batteria ed il controller, senza modificare l’impianto elettrico. Questa centralina consente inoltre di limitare la corrente massima erogata dalla batteria e di fissare una tensione minima al di sotto della quale la batteria cessa di erogare energia. Va detto che questo compito viene usualmente effettuato dal Battery Management System (BMS) della batteria.  La sonda comprende uno “shunt” (una resistenza calibrata di piccolo valore utilizzata per misurare una corrente tramite una misura di tensione ai suoi capi). L’installazione e’ quindi relativamente semplice, ma richiede qualche accortezza, dati gli alti valori delle correnti in gioco (fino a 50 A e oltre). Il Cycle Analyst viene proposto in tre versioni: per essere sicuro di fare la scelta giusta, ho contattato direttamente la eBikes, che mi ha confermato la versione Stand-Alone come quella adatto al caso mio. Si tratta infatti di prodotti destinati essenzialmente a bici elettriche, ma che possono essere utilizzati anche su mezzi elettrici di piccola potenza. Cycle Analyst costa circa 150 euro. Ho deciso di installare il Cycle Analyst in modo tale che potesse essere escluso dall’impianto in modo semplice e veloce: per questo ho anche acquistato dei connettori identici a quelli gia’ utilizzati per collegare la batteria al controller. Con qualche ricerca, ho verificato che nel mio caso si tratta di connettori della americana Anderson Power Products . Questi connettori hanno la interessante caratteristica di poter essere utilizzati indifferentemente come maschio o femmina.
I connettori maschio-femmina APP
Come saldare i connettori APP 
  
La APP produce una gamma di connettori progettati ad hoc per veicoli elettrici. Anche questi connettori si possono trovare su internet al prezzo di circa 6-8 euro la coppia.
Questi connettori possono essere “crimpati” ai conduttori con una apposita pinza, oppure, con una soluzione piu’ casalinga ma altrettanto efficace, possono essere saldati con il trucchetto che vi descrivo. Per saldare i connettori ai cavi, ho piazzato un po’ di stagno nei connettori e li ho scaldati su un normale fornello a gas, fino a fondere completamente lo stagno. Ho quindi inserito i cavi direttamente nello stagno fuso ed ho atteso qualche istante che lo stagno si solidificasse.
Il blocchetto con un connettore saldato
Collaudo dei connettori
              Verificate bene la tenuta dello stagno e misurate con un multimetro che la resistenza ai capi del blocchetto sia sufficientemente bassa (diciamo < 1 ohm).
Il blocchetto connettorizzato inserito

Il display del Cycle-Analyst montato
    
Si inserisce quindi la conchiglia facendo attenzione che le mollette del guscio plastico si blocchino correttamente sui terminali saldati. Occhio anche a montare i gusci in modo che la polarita’ dei conduttori sia rispettata alle estremita’ del blocchetto. A questo punto si interpone il blocchetto fra la batteria ed il controller. Prima di procedere con l’installazione e’ opportuno che tutto funzioni correttamente: e’ opportuno percorrere qualche km assicurandosi che il blocchetto non si stacchi,  i contatti si dissaldino e che il blocchetto si surriscaldi: in condizioni di esercizio normali il blocchetto si scalda leggermente, ma non deve mai scottare (cioe’ deve comunque potersi toccare con le mani).    
Ora si tratta di posizionare il display in modo che sia facilmente visibile e che i due pulsanti siano facilmente raggiungibili a mano. Io ho scelto di piazzarlo davanti al tachimetro dello scooter.
Prima di questa fissare definitivamente il display controllate che la lunghezza del cavetto da collegare al blocchetto sia sufficiente a raggiungere il blocchetto stesso; eBikes produce comunque una “prolunga” da interporre tra blocchetto e display nel caso in cui la distanza da coprire sia eccessiva. Il passaggio dei cavi all’interno della struttura dello scooter e’ un’altra operazione un po’ difficoltosa: nel mio caso mi sono servito di un vecchio cavo frizione da moto a mo’ di sonda.

Il magnetino incollato sul mozzo

La sonda magnetica del tachimetro/contakm      
Passiamo quindi a fissare il sensore del tachimetro. Il sensore magnetico per il tachimetro e’ stato progettato per essere utilizzato su bici con ruote a raggi, per cui richiede qualche adattamento per essere utilizzato su uno scooter con ruote a razze.  Il magnetino va incollato alla ruota con resina a due componenti, mentre il sensore andra’ fissato alla forcella con una staffa d’alluminio o simile.
Occhio! La distanza fra sensore e magnete e’ piuttosto critico e va mantenuta entro i 2 mm. Il passaggio dei cavi all’interno della struttura dello scooter e’ un’altra operazione un po’ difficoltosa: nel mio caso mi sono servito di un vecchio cavo frizione da moto a mo’ di sonda.
L’ultima operazione da fare e’ inserire nella configurazione di setup del Cycle Analyst la circonferenza della ruota dello scooter, in modo che lo strumentino possa misurare correttamente la distanza percorsa; la tecnica “classica” e’ quella di segnare con il gesso un punto della gomma e misurare sul terreno la distanza percorsa da una rotazione completa. Se pero’ si dispone di un GPS, e’ possibile fare una misura di gran lunga piu’ precisa. Nel mio caso (circonferenza misurata 1512mm) ho ottenuto una precisione migliore dello 0.1%.

Et voila’, la centralina Cycle Analyst e’ pronta all’uso!