Due anni fa ho raccontato del mio esperimento di
retrofit di un motorino elettrico con batterie al litio polimeri. Il motorino è risultato di colpo più leggero di circa 50 chili, praticamente come non avere un secondo passeggero invisibile, che prima ti portavi dietro. Posso affrontare la salita al 15% che mi porta all'osservatorio con tutta la potenza dei miei 1800 watt, circa un metro al secondo di dislivello, da manuale di fisica.
Le batteria sono in grado di assorbire senza batter ciglio tutta l'energia che il motore ritrasforma in corrente in discesa (anche 2 kW), e al termine della giornata la batteria è appena più scarica che se avessi fatto gli stessi chilometri in piano, anziché arrampicarmi su una collina e poi ridiscenderne.
Ma le cose belle in teoria hanno sempre degli spiacevoli contrattempi, come
ha scoperto a sue spese il mio amico Ugo Bardi, che ha ritentato l'esperimento. Le batterie al piombo scambiano due elettroni per atomo, quelle al litio solo uno. Il risultato è che l'escursione di tensione risulta circa il doppio per il litio rispetto al piombo. Le mie vanno da 54 a 42 volt, quelle al piombo da 53 a 46. L'elettronica di controllo, tarata per le batterie al piombo, si confonde parecchio a vedere tensioni "strane", e quella del motorino di Ugo, più sofisticata, arrivata a 46 volt si spegne, anche se le batterie hanno ancora un bel po' di carica.
Le batterie arrivano con un circuito di protezione (PCM), che le stacca quando sono troppo cariche o troppo scariche. All'inizio ho usato il caricabatteria interno, che continua a caricare le batterie fino a che il PCM non le stacca. Ma se a questo punto rallento, il motore fa da dinamo e tenta di caricare batterie già piene fino al collo, e il PCM mi spegne tutto. L'energia prodotta dal motore non ha un posto dove andare, e mi ha bruciato un po' di accessori.
Ho risolto la cosa usando un caricabatterie tarato in modo da lasciare un po' di margine nelle batterie In pratica perdo circa un 5% della capacità. Il caricabatteria non è ottimale, ma per ottenerlo ho dovuto litigare con la ditta produttrice. Ho proposto di modificare io il loro software, per metterci dentro la curva di carica suggerita per le mie batterie, ovviamente cedendo loro gratis i risultati e con un accordo di non disclosure, ma niente, non divulgano i preziosissimi 8 kilobyte di codice del microprocessore.
La prima versione del caricabatterie è stato ordinato dal sig. Falci (il gradioso tecnico che mi ha installato il tutto) con un margine un po' troppo ampio, perdevo oltre il 10% della capacità. Ho quindi ordinato una scheda di controllo con la tensione di fine carica un po' più alta, ma nel frattempo hanno ovviamente cambiato la meccanica, e la scheda non "torna" più. Pazienza, ci si adatta.
Le batterie non reggono bene le alte temperature. Ho quindi costruito uno schermo con il mylar che uso per isolare l'interno dei dewar. Se tiene al freddo (250 sottozero) i miei ricevitori radio, funzionerà anche con le batterie sotto il sole estivo. Funziona, ma va rimesso ogni anno, come si vede dalla foto qui sopra.
A questo punto volevo vedere come funzionavano le mie nuove batterie. Mi sono comprato un
DrWattson, un simpatico aggeggio che misura tutto quel che vorresti sapere di una batteria, e così ho verificato che il caricabatteria funziona come dovrebbe, e che il PCM mi stacca le batterie quando la tensione all'uscita del pacco è scesa a circa 43 volt. Considerati i margini di carica lasciati ai due estremi, il pacco viene usato per circa 36 Ah, il 90% del valore di targa.
Ma il drWattson va inserito nel cavo di carica, ed io volevo avere sul cruscotto un'indicazione di quel che succede. Ho finalmente trovato un altro oggetto simile, il
Cycle Analyst, prodotto da un hobbista canadese (ma la qualità della realizzazione è veramente professionale). Glie lo ordini, lui te lo costruisce e te lo spedisce a casa.
Il DrWattson in serie al caricabatteria. Notare la scritta "20.0A" all'incontrario, la nuova scheda del caricabatteria aveva i fori che corrispondevano a quelli della vecchia, ma rovesciati.
Ho dovuto inserire un grosso shunt vicino alla batteria, una presa stagna sul frontale del motorino, e ora posso vedere in tempo reale quanti watt consumo, quanti wattora e quanti amperora ho consumato in totale, qual'è la tensione attuale del pacco, e se metto un magnetino alla ruota (non avendo i raggi sto studiando come fissarlo) posso anche rapportare il tutto alla velocità.
Il Cycle Analyst montato sullo specchietto retrovisore
Bene, niente di più facile, con quello davanti, che misurare la curva di scarica della batteria in condizioni reali. L'ho fatto a settembre di due anni fa, con le batterie praticamente nuove, e l'ho ripetuto ora, con le batterie che hanno due anni e 11 mila km. Il risultato è nel grafico qui sotto. Le croci verdi sono i punti misurati un anno e mezzo fa, quelli rossi li ho finiti di misurare oggi. Le curve sono quelle che il manuale della batteria danno per scariche (dall'alto) a 20, 40 e 80 ampere (in piano consumo circa 25A, al massimo arrivo a spunti di 50-55A).
Ci sono delle differenze, ma molto piccole. Ho spostato le curve misurate in orizzontale in modo da finire la scarica dove finisce quella a 20 ampere (un po' pessimistico) ma le ho dovute spostare in modo leggermente differente. Ho perso circa il 3% della capacità, il che tornerebbe con un dato che ho sentito riguardo l'invecchiamento di queste batterie, con una perdita di circa il 20% in 10 anni di uso. Fossero così le batterie dei telefonini (usabili per 20-25 anni) ci farei la firma.
Il PCM invece non è altrettanto buono. Già la prima estate ha cominciato a dare di matto. Ogni tanto, senza ragione apparente, staccava le batterie durante la carica. E le lasciava staccati finché non scollegavo tutto, e aspettavo qualche minuto. Significava armarsi di cacciavite, aprire il vano batteria, staccare il connettore principale (a riguardo ho adottato come connettore universale gli ottimi PowerPole, che hanno anche l'interessante caratteristica di essere ermafroditi). E sopratutto ritrovarsi la mattina il motorino scarico, a sorpresa.
La seconda estate ha cominciato a dare grossi problemi. Delle volte non si voleva proprio riprendere, se non dopo mezz'ora di estenuante attesa. E a un certo punto basta, non ricaricava proprio più. L'ho smontato e ho scoperto che il transistore che controllava la carica era letteralmente esploso. Ho provato a sostituirlo, ma niente, e dopo un po' ha smesso di funzionare pure la parte che controlla la scarica. Ho passato 6 mesi con le batterie sprotette, e per sicurezza, prima di rimontare un PCM di seconda mano gentilmente concesso da un amico di ASPO, ho controlato l'allineamento delle batterie. Be', non volevano credermi, dopo due anni di uso sono cariche uguali, entro un percento circa.
In conclusione le batterie sono veramente una bomba, e probabilmente dureranno più del motorino. Visto quanto le ho pagate, è una buona notizia.