Round trip efficiency

[richiurci]

Ciao a tutti,

sto testando le mie ormai vecchie LiFEYPO4, ed ho scoperto il round trip efficiency!

O meglio mi sto rendendo conto di averlo finora, di fatto, trascurato, anche perché avevo dedotto (ragionando solo sugli Ah anni fa) che l'efficienza chimica delle batterie fosse molto elevata.

Sui veicoli elettrici però le scariche intense e le eventuali ricariche ultraveloci potrebbero dare un pesi notevole alle dissipazioni interne e in generale alle inefficienze "interne" alle batterie.
Dai miei test ricavo che queste perdite dovrebbero dipendere, oltre che dalla temperatura (noto), anche da velocità di carica/scarica e pprofondità di scarica.

Volevo capire se qualcuno di vuoi, oltre ad aver studiato l'argomento, ci ha lavorato anche praticamente.

Mi vengono in mente i soliti mario_maggi e fpalone

Avete qualche documento da leggere, possibilmente qualitativo?

[stefanopc]

Di sicuro alcuni veicoli come la Tesla raffredda a liquido le batterie visto le alte correnti in campo sia in carica che in scarica per limitare le temperature delle celle a valori accettabili.
In piu le riscalda se a inizio carica le batterie fossero troppo fredde.
In pratica le batterie sono climatizzate.

Ciao Riccardo

[fpalone]

ciao richiurci,
me ne sono occupato in maniera intensiva alcuni anni fa, sia a livello lavorativo per i progetti di storage, che a livello normativo. Il tutto a livello stazionario, non automotive.

Quello che tu hai riscontrato è perfettamente ragionevole: il profilo (ciclo) di carica e scarica impatta molto sul rendimento round-trip.
Questo per due motivi:
- le batterie sono quasi tutte soggette ad auto-scarica: gli Ah che carichi in genere saranno superiori a quelli che scarichi.
- le perdite per ciclaggio dipendono dalla corrente e dalla resistenza interna della batteria, la quale a sua volta dipende sia dalla temperatura che dallo stato di carica.
- la temperatura della batteria dipende dalle perdite, dalla temperatura ambiente, dal sistema di raffreddamento.
- le perdite del sistema di raffreddamento della batteria (laddove presente) dipendono dalla temperatura della batteria e dalla temperatura ambiente.
A me viene intuitivo rappresentare la cosa con un sistema ingresso-stato uscita:

Ti riporto qui un link su un lavoro che avevamo pubblicato, relativo ad alcune prove sperimentali su batterie LiFePO4. Come vedi la resistenza varia secondo lo stato di carica, secondo la temperatura e secondo il verso della corrente.
https://www.mdpi.com/1996-1073/9/11/887

I nostri risultati, come trovato da tante altre fonti, mostravano un grande impatto del tipo di ciclo su rendimento ed invecchiamento della batteria.

[richiurci]

Wowwww grazie non avevo dubbi di poter contare su di te!

Anticipo quello che sto facendo, poi magari ci scriverò un articoletto e tu farai da revisore

Sto testando le mie LiFe come detto, e guarda caso (complice anche la nuova auto) alcune discussioni sui forum mi hanno spinto a non limitarmi agli Ah scaricati, come in passato, ma tentare una misura artigianale del RTE.

Quindi, allungando non poco le mie misure fatte in sala (con moglie a rischio esplosione manco fosse una LiPo) sto facendo i seguenti test:

- carica e scarica all' 80% di DOD e al 20% di DOD, sia a 20°C che a 5°C circa (fortuna volle che ho iniziato i miei test in pieno inverno)

- intensità di scarica pari a circa C/2 e C/6.

In tal modo tenterò di stimare l' RTE in uso automobilistico, la scarica a C/2 e C/6 dovrebbero corrispondere ad uso "intenso" (es autostrada) e uso medio (urbano).

La limitatezza dei miei strumenti artigianali potrebbe inficiare il risultato... vedremo.

Alcune considerazioni prettamente automobilistiche: difficile misurare (almeno per me) un reale ciclo di scarica, che comprende anche frenate regen quindi ricariche molto limitate ma intense,; questo lo lascio a chi fa le omologazioni WLTP.

Un altro aspetto è il seguente: sto cercando di verificare se è vero che Renault ha una efficienza del caricabatteria un po' bassina, ma IMHO tutte le misure fatte ai capi di un pacco batterie non riescono a separare il contributo del caricabatterie dal contributo delle perdite interne al pacco, a meno ovviamente di trovare dati precisi sul caricabatterie o sulle celle separatamente.

Grazie!

[richiurci]

fpalone scusa se ti faccio una domanda proprio da rookie

Nei primi test casalinghi di anni fa valutavo il SOC delle batterie basandomi solo sugli Ah immessi o prelevati, anche perché pure i costruttori forniscono grafici basati sugli Ah.

Nel vostro studio immagino invece il SOC sia più preciso, cioè basato su tensione e corrente, giusto?

[fpalone]

In effetti il modo piu diretto per misurare le variazioni di SoC è proprio integrare la corrente nel tempo.
Ovviamente come tutti i metodi integrali, integra anche l'errore!
La stima SoC può essere migliorata integrando l'informazione sulla carica trasferita con misure di corrente e tensione (ad esempio megiante inferenze con misure di tensione a vuoto, e/o tasso variazione di tensione con la corrente).
A seconda del tipo di batterie si usano metodi diversi: ad esempio le batterie LiFePO4 hanno una curva tensione a vuoto / SoC molto piatta, quindi la OcV di per sé non porta tanta informazione in più quando la batteria non è completamente carica o scarica.

[richiurci]

Ok grazie, chiaro.

comunque già anni fa durante i miei test avevo memorizzato tensioni a varie correnti di carica/scarica e a vuoto, dovrò solo trovare il tempo di recuperarle e riordinarle.

comunque le mie hanno vissuto 7 anni su un'auto, un discreto test di invecchiamento. Peccato che ormai come chimica sia un po' superata (almeno in automotive)

[stefanopc]

Se avessi la BM con ardu' con gli Ltc6811 e il data log non ti toccava smontare per fare le misure.
Sai che non ho ancora fatto bilanciamento dopo un anno...
Sssss non dirlo in giro.
Ciao Riccardo

[richiurci]

ni...nessun BMS può scaricare completamente la batteria e a correnti elevate...

I test che sto facendo li faccio per curiosità personale, altrimenti cambiavo un paio di celle e via