Sulle batterie agli ioni di litio. Chiedo agli esperti.

[The Homemade Man]

Ciao.
In questi giorni mi sto intrippando con una serie di test e prove per capire come funziona la gestione delle batterie da parte degli elettroutensili.
Parliamo di batterie agli ioni di litio.
Di solito il modulo base di questi apparecchi è la 18650 da 3.7 volt, combinata variamente per ottenere le tensioni che si trovano sul mercato.
Nello specifico ho eseguito alcuni test con utensili a 18V, che quindi hanno batterie da 6 elementi 18650 (o 12 collegati a 2 a 2).
In particolare mi incuriosiva il modo in cui questi utensili riconoscono la soglia di tensione minima oltre la quale disattivare il motore per evitare danni alla batteria.
La maggior parte di essi hanno 3 contatti. Oltre al positivo e negativo, un terzo contatto (bms?) che legge la tensione e fa sì che il motore si spenga se la tensione scende sotto una certa soglia.
Infatti, collegando in modo "volante", con tre fili, le batterie ai rispettivi utensili, e staccando il terzo contatto, la maggior parte degli utensili testati si spengono.
Ma in due casi non succede
Ho due utensili con motore brushless, di marca cinese Teccpo, che continuano imperterriti a funzionare anche senza il terzo contatto.
Mi chiedevo quindi come leggessero la tensione della batteria.
Ho provato ad alimentarli con un alimentatore da banco e far scendere gradualmente la tensione.
Uno si è spento raggiunti i 14.1 V, l'altro a 15.1 volt, il che corrisponde ad una tensione, per singolo elemento 18650, rispettivamente di 2.35 e 2.52 Volt.
Qual'è la soglia di sicurezza sotto la quale un elemento 18650 subisce danni irreversibili?
E mi chiedo anche come mai esista il terzo contatto se la tensione può essere letta anche solo dal + e -?
So che alcuni utensili, tipo DeWalt hanno molti contatti per leggere la tensione di ogni elemento, per esempio, ma un solo contatto che utilità ha?

 

[The Homemade Man]

Ho modificato il titolo, magari così qualcuno si fa avanti.

 

[Pike]

Hai chiesto di esperti... Io al massimo faccio il cazzabubbolaro.

 

[buonsm]

Le batterie agli ioni di litio, a causa della loro pericolosità, hanno bisogno di lavorare sempre entro determinati valori di tensione, corrente e temperatura. Di tenere sotto controllo tutto ciò (e intervenire se necessario), si occupa il BMS.
Generalmente il BMS si trova all'interno del pacco batterie. Talvolta, per questioni di spazio o perché integrato in altri circuiti di controllo dell'apparecchiatura, può essere "delocalizzato", ma in questo caso, fra la batteria e l'utensile, ci dev'essere un numero sufficiente di contatti per poter controllare ogni singola cella più il segnale della termocoppia che in ogni caso si trova a contatto con le celle, anche se il BMS è fisicamente altrove.

Nel caso dei tuoi utensili Teccpo, sicuramente il BMS vero e proprio si trova nel pacco batterie, mentre a bordo degli utensili c'è il circuito di controllo della tensione minima (solitamente è integrato nel BMS, ma non è una regola fissa): questo spiegherebbe sia il fatto che gli utensili funzionano anche senza la loro batteria, sia il fatto che si spengono al di sotto di una certa tensione.

Il tuo ragionamento sulla tensione minima distribuita su ogni cella è corretto, tieni però presente che un pacco batterie da 18V dovrebbe contenere 5 celle (o gruppi di celle) in serie (3.7V nominali x 5 = 18.5V; se fossero 6 la tensione nominale sarebbe di 22.2V), quindi dividendo 14.1V e 15.1V per 5 si ottiene rispettivamente 2.82V e 3.02V: questi valori coincidono con la tensione minima al di sotto della quale le celle vengono considerate "morte" dal BMS, il quale non tenta più di ricaricarle.
E arriviamo dritti dritti a una domanda molto interessante:

Qual'è la soglia di sicurezza sotto la quale un elemento 18650 subisce danni irreversibili?

In base a quanto detto, sembrerebbe che questa soglia sia circa 2.8V-3V. In realtà è solo una soglia di sicurezza: quando la tensione della singola cella è troppo bassa (diciamo al di sotto dei 3V), un tentativo di ricarica potrebbe surriscaldarla e farla esplodere.
Tuttavia, per esperienza diretta posso affermare che raramente una buona cella si danneggia quando raggiunge quella soglia. E', lo ripeto, solo una questione di sicurezza.
A mio rischio e pericolo (ma con un caricabatterie specifico e tanta prudenza -e sarebbe meglio non provarci se non si conosce realmente cosa si sta maneggiando e i rischi che si corrono-) recentemente ho recuperato ben 6 celle 18650 (su un totale di 10, tutte fabbricate nel 2011) provenienti dalla batteria di un notebook, che presentavano ai capi una tensione compresa fra 0.6 e 0.9V.
Quindi non c'è una vera e propria soglia minima di tensione sotto la quale la cella si danneggia irreversibilmente.

 

[TwinTurbo]

l'hai trovato l'esperto homemade man!!
Io l'unica cosa che riesco a fare con le batterie al litio e cambiarle dai recenti smartphone con batteria integrata,mi sono comprato il kit per lo smontaggio ho visto dei video di sostituzione batteria su YouTube e ho già cambiato 3 batterie,al Samsung A8 della moglie,al mio Note 10 lite e ad un iphone 8 di un mio collega,tutti con esito positivo,questa nelle foto è la batteria del mio Samsung note 10 lite che ho sostituito un mese fa,i costi sono del 60/70% in meno rispetto a far sostituire la batteria in un centro assistenza, è un lavoro che mi intriga fare.

 

[Antonioys]

Le batterie agli ioni di litio, a causa della loro pericolosità, hanno bisogno di lavorare sempre entro determinati valori di tensione, corrente e temperatura. Di tenere sotto controllo tutto ciò (e intervenire se necessario), si occupa il BMS.
Generalmente il BMS si trova all'interno del pacco batterie. Talvolta, per questioni di spazio o perché integrato in altri circuiti di controllo dell'apparecchiatura, può essere "delocalizzato", ma in questo caso, fra la batteria e l'utensile, ci dev'essere un numero sufficiente di contatti per poter controllare ogni singola cella più il segnale della termocoppia che in ogni caso si trova a contatto con le celle, anche se il BMS è fisicamente altrove.

Nel caso dei tuoi utensili Teccpo, sicuramente il BMS vero e proprio si trova nel pacco batterie, mentre a bordo degli utensili c'è il circuito di controllo della tensione minima (solitamente è integrato nel BMS, ma non è una regola fissa): questo spiegherebbe sia il fatto che gli utensili funzionano anche senza la loro batteria, sia il fatto che si spengono al di sotto di una certa tensione.

Il tuo ragionamento sulla tensione minima distribuita su ogni cella è corretto, tieni però presente che un pacco batterie da 18V dovrebbe contenere 5 celle (o gruppi di celle) in serie (3.7V nominali x 5 = 18.5V; se fossero 6 la tensione nominale sarebbe di 22.2V), quindi dividendo 14.1V e 15.1V per 5 si ottiene rispettivamente 2.82V e 3.02V: questi valori coincidono con la tensione minima al di sotto della quale le celle vengono considerate "morte" dal BMS, il quale non tenta più di ricaricarle.
E arriviamo dritti dritti a una domanda molto interessante:

In base a quanto detto, sembrerebbe che questa soglia sia circa 2.8V-3V. In realtà è solo una soglia di sicurezza: quando la tensione della singola cella è troppo bassa (diciamo al di sotto dei 3V), un tentativo di ricarica potrebbe surriscaldarla e farla esplodere.
Tuttavia, per esperienza diretta posso affermare che raramente una buona cella si danneggia quando raggiunge quella soglia. E', lo ripeto, solo una questione di sicurezza.
A mio rischio e pericolo (ma con un caricabatterie specifico e tanta prudenza -e sarebbe meglio non provarci se non si conosce realmente cosa si sta maneggiando e i rischi che si corrono-) recentemente ho recuperato ben 6 celle 18650 (su un totale di 10, tutte fabbricate nel 2011) provenienti dalla batteria di un notebook, che presentavano ai capi una tensione compresa fra 0.6 e 0.9V.
Quindi non c'è una vera e propria soglia minima di tensione sotto la quale la cella si danneggia irreversibilmente.

Aggiungo una sola cosa , se si vuole sapere in quale intervallo deve lavorare la cella basta digitare il seriale e vedere il datasheet .
Mediamente il valore minimo di tensione di dovrebbe aggirare a 2.8-2.9 per cella e 4.2-4.3 come valore di carica al 100% per le 18650 al litio.

 

[The Homemade Man]

l'hai trovato l'esperto homemade man!!

Lo volevo taggare, ma non volevo fare torto a nessuno.

Grandissimo @buonsm !!!

 

[buonsm]

Beh, ci sono quasi riuscito a finire sul giornale a causa di un pacco batterie di quel tipo, per cui...

 

[The Homemade Man]

Nel caso dei tuoi utensili Teccpo, sicuramente il BMS vero e proprio si trova nel pacco batterie, mentre a bordo degli utensili c'è il circuito di controllo della tensione minima (solitamente è integrato nel BMS, ma non è una regola fissa): questo spiegherebbe sia il fatto che gli utensili funzionano anche senza la loro batteria, sia il fatto che si spengono al di sotto di una certa tensione

Una cosa però non mi è ancora chiara.
Faccio una premessa.
L'obiettivo è quello di creare degli adattatori che permettano di utilizzare batterie di una marca, su un'altra marca di utensili.
In particolare, le economiche Parkside sugli utensili Teccpo.
Entrambe queste marche dispongono di 3 contatti, +,- e un "terzo filo" che però ha effetti diversi a seconda dell'utensile.
Su tutti i parkside e sui teccpo con motore a spazzole, se il terzo filo è scollegato, il motore non parte.
Sui teccpo brushless, invece, l'utensile funziona, ma solo fino alla tensione che avevo indicato, cioè 14.1 per il trapanino e 15.1 per l'avvitatore svitabulloni da 350Nm.
Quindi immagino che questi due utensili leggano la tensione direttamente da + e -. Ma allora perché è comunque presente il terzo contatto anche su questi due attrezzi?

 

[buonsm]

Controdomanda: le batterie dei vari utensili Teccpo (sia coi motori a spazzole che senza) sono tutte fisicamente compatibili fra loro?

 

[Antonioys]

Le batterie tra teccpo a spazzole e quello da 350 sono intercambiabili?
Edit : lo abbiamo scritto insieme hahaha

 

[The Homemade Man]

Sì, sì, fanno tutti parte della stessa linea di prodotto e le batterie sono tutte perfettamente intercambiabili.

Naturalmente la domanda successiva è se, con un adattatore, si possano utilizzare batterie di altre marche senza rischiare danni.

 

[Antonioys]

Per la storia della presenza del PIN centrale è perché la batteria copre più modelli di utensile .
Se potessi misurare se c'è qualche voltaggio nel pin centrale si potrebbe capire se è un qualche cavo per il bilanciamento, un sensore di temperatura, o un cavo che esce dalla bms come "consenso" ,o qualcosa di questo genere

 

[The Homemade Man]

Se potessi misurare se c'è qualche voltaggio nel pin centrale

Sì, scusa non l'ho scritto e quindi non potevate sognarvelo
Ne pin centrale c'è la stessa tensione che tra + e -

 

[buonsm]

La stessa tensione rispetto a cosa? Hai tensione positiva fra il terzo pin e massa o fra il positivo e il terzo pin? Che resistenza misuri fra il terzo pin e gli altri due?

 

[The Homemade Man]

Tra - e + e tra - e terzo pin misuro la stessa tensione. Tra + e terzo pin, tensione zero.
La resistenza non l'ho misurata perché ho paura a mettere i puntali del multimetro sui poli di una batteria, specie al litio, con una impostazione diversa da V.
Se mi dici che non corro rischi lo faccio

 

[buonsm]

A parte un'esplosione in grado di annientare il 95% delle specie viventi e di spostare l'asse terrestre di 15-20°, non penso ci siano grossi rischi.
Scherzi a a parte, il ruolo del terzo pin, in questo caso, potrebbe essere un consenso elettrico verso l'utensile oppure un contatto per aumentare la superficie conduttiva.
Fossi in te, in preda a una stramaledetta curiosità, smonterei la batteria per analizzarla.

 

[Antonioys]

Posso azzardare un ipotesi molto stupida?
Non è che l'attacco è lo stesso ma si sposta il positivo in base al modello?...

 

[buonsm]

L'ipotesi è tutt'altro che stupida. Magari il positivo non si "sposta" ma, molto più semplicemente, è la stessa lamella. Per quello chiedevo un test di resistenza/continuità…

 

[Pike]

Scusate se tiro su la manina tonta... cercare un teardown delle batterie Teccpo?