Batteria "alleggerita"

Categoria principale: Moto Moto Guzzi V65 SP

Negli ultimi trent'anni la tecnologia degli accomulatori ha fatto passi da gigante, nei primi anni '80 le batterie al piombo erano l'unica soluzione per avere la corrente di spunto necessaria a far muovere il motorino d'avviamento di un Guzzi ed era necessaria una 30Ah. Oggi le cose sono cambiate e secondo me non ha senso continuare a portarsi dietro quasi 10kg di batteria.

A parità di capacità un attuale batteria al piombo ha solitamente più corrente di spunto di una "dell'epoca", di contro durano molto meno. Senza stravolgere nulla si può semplicemente utilizzare una batteria al piombo un po più piccola.

Tutti i Guzzi serie piccola montano una batteria da 30Ah con un peso di circa 8,5/9 kg (con le batterie "vecchie" anche di più, il piombo costa ed attuamente tendono a metterne sempre meno). Una buona alternativa può essere la Spark 600XT, una batteria da avviatore da 19Ah con 6,5 Kg è già un bel passo avanti, oltre a questo ha anche prestazioni notevoli, resiste fino a 5 scariche consecutive da 400A per 5 secondi o 38 scariche consecutive da 200A per 5 secondi (intervallate da pause da 30 secondi). Quste baterie sono molto usate su grosse moto come Guzzi/BMW e le versioni più potenti anche su piccole auto ad uso pista (tipo la Spark 600 sulla Mazda Mx5). Basta una rapida ricerca su google per trovare decine di forum che ne parlano.

Però a me piace sperimentare e l'unico modo per andare oltre è cambiare completamente tecnologia e passare alle Polimeri di Litio (Li-Po o LiPo da non confondere con le Ioni di Litio Li-Ion). Con queste batterie le cose si complicano un po, le tensioni nominali non coincidono con quelle "al piombo" e nemmeno il metodo di ricarica e ciliegina sulla torta in caso di sovraccarica, corto circuito, urti o foratura possono incendiarsi o esplodere.
Allora perché usarle? Beh, la batteria che ho preso per i test ha 5Ah di capacità ma eroga una corrente di spunto 175Ah con un peso di 600 grammi!!!
 

Maneggiare una batteria Li-Po è sconcertante, il peso è ridicolo e quello che si legge in giro su incendi ed esplosioni ti portano a maneggiarla come se fosse nitroglicerina. Non ho ancora esperienza diretta, ma "l'esplosione" dovrebbe essere come quella di un piccolo petardo , niente di che. Più preoccupante "l'incendio", ma per questo ci sono gli appositi sacchetti "LiPo Safe" in cui inserire la batteria.
 
La prima cosa che balza agli occhi sono i collegamenti, due grossi fili (rosso e nero) ed un piccolo connettore con vari fili. Le batterie LiPo come tutte le altre sono composte da varie celle messe in serie (in modo che la tensione si sommi), una cella al piombo ha tensione nominale di 2 volt, una LiPo 3,7 volt. Il problema è che le celle devono caricarsi tutte in modo equilibrato e l'unico modo è farlo separatamente. Il connettore piccolo serve a questo, nel caso di una 4S (serie di 4 celle) avremo 5 fili.
 
Presto scriverò un piccolo articolo per spiegare le basi di queste batterie, nel frattempo potete chiedere a google..
 
Sulle moto (e pure sule auto) i cavi che si collegano alla batteria svolgono due funzioni, prendono energia per i servizi e a motore acceso ricaricano la batteria stessa. Con una Li-Po questo può creare sbilanciamenti tra le celle e limitare notevolmente la durata della batteria. La mia idea è separare la parte di ricarica in modo da poterla controllare con un apposito circuito.
 
L'idea è molto semplice, sul positivo della batteria di serie arrivano due cavi, uno grosso diretto al solo motorino d'avviamento e l'altro più piccolo che alimenta "la moto" ed effettua anche la ricarica. In questo caso il cavo più piccolo è composto da due cavi separati, uno dei quali arriva dal regolatore per la ricarica, quindi volendo si potrebbe separare facilmente, ma la mia sperimentazione vuole essere il più generica possibile per adattarsi anche ad altri mezzi, quindi faccio finta di non averlo visto.
 
Per fare in modo che la corrente passi in una sola direzione basta un diodo, avremo una caduta di tensione di 0,5/0,7 volt, ma è pure comodo, visto che la tensione di una LiPo 4S in piena carica arriva a 16,8 volt. Il cavo verso il motorino d'avviamento va collegato direttamente (anche perché le correnti in gioco sono elevate). Per realizzare una connessione affidabile ho utilizzato un porta fusibili AFS (mini ANL). Ho saldato 4 diodi 1N4007 in parallelo ad un paio di occhielli ed ho assemblato il tutto. (i diodi hanno una corrente nominale di 7A l'uno, il parallelo in teoria dovrebbe reggere 28A, in pratica saranno meno, diciamo per sicurezza 20A). 

Il positivo della batteria si collega all'anodo del diodo e sullo stesso morsetto parte il cavo del motorino d'avviamento, sull'altro morsetto, corrispondente al catodo del diodo ho collegato il resto dell'impianto elettrico. In questo modo la moto è perfettamente funzionante ma la batteria non viene ricaricata.

Per la ricarica ho comprato un apposito "bilanciatore" che accetta in ingresso una tensione continua da 10 a 30 volt e tramite il cavetto di bilanciamento ricarica le singole celle in modo equilibrato. Anticipo già che questo metodo NON FUNZIONA.

Il primo problema che ho trovato è che il bilanciatore, appena collegato alal batteria si accende e continua a monitorarne le tensioni (totale e delle 4 celle), quindi a moto spenta scarica la batteria, ma non tutta, solo le prime due celle (perché probabilmente funziona a 5volt e quindi gli bastano le prime due). Per risolvere questo problema ho interrotto con un relé il terzo cavo (che corrisponde al positivo della seconda cella), il relé "collega" il caricatore solo a quadro acceso.

Fin qui tutto bene, la moto parte alla perfezione, anche dopo numerosi tentativi. dopo 20/30 accensioni la batteria tiene ancora ed è appena tiepida.

Per completare la parte di ricarica collego un positivo (sempre sotto quadro e sotto fusibile) all'ingresso del bilanciatore. Accendo la moto ed è a questo punto che la mia idea va in fumo, quasi letteralmente, il bilanciatore va in errore e suona allarmi di ogni genere. Dopo alcuni ragionamenti il problema è evidente, il bilanciatore carica in modo ciclico le singole celle e per farlo mette momentaneamente il negativo di ognuna a massa. Con la batteria collegata al resto dell'impianto questo si traduce in un corto secco della cella!!

Arrivato a questo punto so che la batteria resiste bene, resta il problema di come caricarla senza usare un normale caricatore/bilanciatore, sto valutando due possibilità:

1) Utilizzare un "protection circuit" da collegare sul connettore di bilanciamento, ed utilizzarlo solo per la ricarica (questi circuiti controllano anche la corrente di scarica, e non permetterebbero l'avviamento a causa del forte picco di corrente).

2) Costruire un "voltage clamp" per ogni cella, in pratica un piccolo circuito collegato sul connettore di bilanciamento che effettui il by-pass sulla singola cella quando la tensione sale oltre una certa soglia (tipicamente 4,2 volt). In questo caso  la ricarica sarebbe effettuata tramite i cavi di potenza (quindi senza tutta la modifica fatta fino ad ora).

In entrambi i casi per caricare tutte le celle equamente dovrei avere 4,2 Volt X 4 = 16,8 volt, cioè 2 in più di quanto fornito da un normale regolatore per batterie al piombo. Alzare la tensione fornita dallo statore non sarebbe un problema, ma dovrei comunque rifare il regolatore. Se scelgo l'opzione due, posso tarare il "clamp" ad una tensione più bassa, per esempio 3,7 volt con due vantaggi, la tensione sarebbe come una normale batteria al piombo e la batteria Li-Po sarebbe meno stressata (3,7 volt è la tensione nominale della cella). Come rovescio della medaglia perderei sicuramente in "potenza" per l'avviamento.

Dovrò fare ancora qualche esperimento..