Energipakke med LiFePO4-celler

At lave et transportabelt energilager på ca. 500 Wh, gerne som en lille robust kuffert med håndtag. Altså en “power bank”, væsentlig større end de gængse i lommeformat.

Strømkilden skal være LiFePO4-celler, og der skal være udtag til 12 V DC.

At få erfaring med at bruge/anvende LiFePO4-batterier (og tilhørende elektronik!). At omsætte hvad jeg har læst til en brugbar ting.

Mange mindre parallelkoblede celler én stor celle for sig?

Med mange små celler, kan der indsætte smeltesikringer i serie med hver celle, der gør det muligt for en kortsluttet celle at trække så meget strøm at celle-sikringen brænder over og kobler cellen ud af pakken. På den måde fortsætter batteriet med at virke, bare med lavere kapacitet. Godt for pålideligheden, men mere omstændigt at forbinde cellerne og samle batteriet.

At lave én streng uden parallelkoblinger er lette at samle.

Jeg foretrak celler af en type og fra en serie, der kan bruges til at drive køretøjer fra havetraktorer og opefter. På den måde kan den erfaring jeg får, lettere bruges til at bygge noget større og kraftigere (vildere) bagefter .

Jeg foretrak celler som andre har testet og delt testresultater af., og som jeg bedst kunne forvente være af en konsistent god kvalitet, der overholder lovede spec. osv.

Derfor blev mit valg CALB CA-series, hvor jeg valgte de mindste cellestørrelser jeg kunne købe i EU, dem på 40 Ah. Så jeg købte seks af disse: http://www.ev-power.eu/CALB-40Ah-400Ah/CALB-CA40FI-Lithium-Cell-LiFePO4-3-2V-40Ah.html?cur=1 . Jeg har valgt at købe to ekstra celler, så jeg ikke står på bar bund, hvis én er eller bliver defekt, fx hvis der går noget galt i håndteringen af en celle.

4 stk. giver ca. 500 Wh, da producenten angiver kapaciteten til 40 Ah, 128 Wh per celle.

Informationerne på webstedet ev-power.eu er meget spredt, og visse ting er selvmodsigende, fx nævnes der forskellige værdier for strømmen og spændingen man bør bruge til første opladning. Så informationerne fra dette firma vækker ikke min tillid. Til gengæld gik handlen som smurt. Jeg brugte bankoverførsel af et beløb i euro (kostede mig 20 DKK til Jyske bank for at flytte penge til udlandet), og cellerne blev sendt med TNT. Fragten kostede knap 60 € inkl. 21 % tjekkisk MOMS og inkl tillæg for “ADR class 9”/dangerous goods“.

Hvad angår specifikationer, så er hverken CALB selv eller EV-power.eu særlig detaljerede, og mangler forklaringer på hvordan tallene er fremkommet. Her er beskrivelsen fra EVTV mere konsistent og troværdig: http://media3.ev-tv.me/cellcare.pdf

Første udgave af en plan

1. Giv cellerne korte ID-numre, der gør det let af aflæse dem og skive dem ned, sammen med de målinger man kommer til at foretage.
2. Første opladning
3. Test kapaciteten med en komplet afladning.
4. Test for selvafladning (tegn på indre kortslutninger)
5. Balancér 'state of charge' (SoC) nær bunden, fx på 2,75 V
6. (Test evt. impedansen?)

Foreløbige antagelser om hvad der kan sænke kapaciteten unødigt, hurtigere end ved nænsom brug

• Det slider at lade dem for højt op
• Det slider at aflade dem for meget
• Strømstyrke over 1 C langvarigt og for afladning 2 C kortvarigt, ifølge EW-Power.eu (De større celler i serien har været specificeret til 2 C kontinuert (tidligere 3 C) hos EVTV.)
• EVTV sælger samme celle til modtagere i Nordamerika, og specificerer max 10 C i max 30 sekunder for den samme CALB CA40FI-cellemodel.
• Overophedning

Først og fremmest er der brug for kortslutningsbeskyttelse. Serien er kendt for med lethed at levere 10C, dvs. 400 A i dette tilfælde (en pæn god svejsestrøm).

Det kunne være rart med et display indbygget i batteriboksen, der kan vise SoC i procent, Wh eller Ah. Detkræver måle-elektronik og hukommelse, og et display. Displayet behøves kun at være aktivt og trække strøm mens man holder en tryknap inde.

Hmm, hvad skal man vælge?

Et par interessante måle-chips med IIC-bus:

• IC'en LTC2946 http://www.linear.com/product/LTC2946
• Færdigt printkort med ovenstående: https://www.tindie.com/products/ceech/power-monitor-with-ltc2946/
• God måle-IC til batteripakker med shuntmodstand. Måler shunt-spændingen i trin af 2,5 uV (-81 mV til + 81 mV med 16 bit ADC): http://www.ti.com/product/ina226#descriptions

For at lave langtidsholdbare forbindelser, er det en fordel at vælge materialer der korroderer mindst muligt på kontaktfladerne.

På de valgte celler skal de elektriske forbindelser boltes fast med M6-maskinbolte, og de skal sikres mod at løsne sig. Der findes specielle selvlåsende spændeskiver fra firmaet Nord-Lock, der fastholder friktionen selv efter at metallet sætter sig og under vibration. Spændeskive er todelt, og når de drejes fra hinanden udvider de sig hurtigere end bolten kommer ud, og dermed spændes bolten fast igen når den drejes udad. Det betyder så et der skal et ret stort moment til at at løse en bolt man lige har spændt godt fast, som demonstreret i denne video: https://youtu.be/iwk844Sl2Ng . Denne reklamevideo forklarer også et par ting: https://www.youtube.com/watch?v=cDlmbMV9ICU

Kobber og aluminium er relativt bløde metaller, sammenlignet med rustfrit stål

Man kan få fedt/pasta til at smøre på kontaktflader, der skulle hindre korrosion og dermed bibeholde en god kontakt. En person der afprøvede ét af disse produkter, fandt ud af at når kontaktfladerne blev smurt før de blev samlet, øgede det modstanden igennem samlingen, sammenlignet med en ren overflade.

Cellernes terminaler er støbt ind i plastikhuset, og forbundet til de tynde lag af kobber og aluminium ind i cellerne. Folierne tåler formentlig ikke noget større mekanisk stress i form af vrid, træk og tryk. Jeg har ingen empiri for konkrete problemer, men jeg forestiller mig det er bedst ikke at ruske for meget i terminalerne. En måde at undgå mekanisk stress er for forbinde cellerne med fleksible metaldele (a.k.a. “battery straps”) fremfor stive kobberstykker.

/Nikolai Beier