Interconnessione Batterie: Metodi per una Durata Ottimale
Tabella dei Contenuti
Il Problema delle Connessioni Tradizionali: Analisi dei Rischi e degli Svantaggi
Due cose che ho notato nei miei (più di) 20 anni in questo settore sono che:
A. Molti “esperti” semplicemente ti dicono… “fallo in questo modo, questo è il modo corretto” senza mai mostrare il motivo per cui lo considerano il modo corretto, e spesso non lo è, il che forse è il motivo per cui non possono mostrarti il motivo(!)
B. Alcune cose sono state fatte per così tanto tempo, in un certo modo, che sembra che debbano essere il modo migliore di farlo. Altrimenti, perché non è emerso un altro metodo?
Qui a Wanroy mostriamo sempre il motivo per cui un metodo è migliore. Non ci aspettiamo che tu accetti le nostre parole senza alcuna dimostrazione. Useremo volentieri esempi pratici, teoria, matematica o qualsiasi altra cosa sia necessaria per mostrare i risultati di vari modi di fare le cose.
Interconnettere più batterie per formare una banca più grande è un esempio. Sebbene in questo caso siano emersi nel corso degli anni metodi più nuovi, purtroppo non sono ancora perfetti.
Ecco un diagramma che mostra il vecchio modo di interconnettere 4 batterie per formare una banca più grande. Questo è un metodo che vediamo ancora in molte installazioni.
Calcoli Dettagliati: Valutare l’Impatto delle Resistenze nelle Interconnessioni
Notate che i collegamenti all’installazione principale sono tutti prelevati da un’estremità, cioè dalla batteria finale.
I cavi di interconnessione avranno una certa resistenza. Sarà bassa, ma esiste comunque, e a livello di correnti di carica e scarica che vediamo in queste installazioni, la resistenza sarà significativa, avendo un effetto misurabile.
Tipicamente, le batterie sono collegate tra loro con cavi da 35 mm in una buona installazione (spesso molto più piccoli in una cattiva installazione). Il cavo di rame da 35 mm ha una resistenza di circa 0,0006 ohm al metro, quindi la lunghezza di 20 cm tra ogni batteria avrà una resistenza di 0,00012 ohm. Questo, ammettiamolo, è vicino a zero. Ma aggiungiamo a questo i 0,0002 ohm per ciascuna interfaccia di connessione (cioè cavo a crimpare, crimpare a polo della batteria, ecc.) e scopriamo che la resistenza tra ciascun polo della batteria è di circa 0,0015 ohm.
Se preleviamo 100 ampere da questa batteria, stiamo effettivamente prelevando 25 ampere da ciascuna batteria. O almeno così pensiamo. In realtà, ciò che scopriamo è che viene prelevata più corrente dalla batteria inferiore, con la corrente che diminuisce progressivamente man mano che ci avviciniamo alla parte superiore del diagramma.
L’effetto è maggiore di quanto ci si aspetterebbe.
Nonostante questo diagramma sembri semplice, il calcolo è incredibilmente difficile da fare completamente perché la resistenza interna delle batterie influisce così tanto sul risultato.
Tuttavia, guardate dove sarebbe collegato il carico. È chiaro che la potenza proveniente dalla batteria inferiore deve passare solo attraverso i cavi di connessione principali. La potenza dalla batteria successiva deve passare attraverso gli stessi cavi di connessione principali, ma in aggiunta deve passare attraverso i 2 cavi di interconnessione alla batteria successiva. La batteria successiva deve passare attraverso 4 set di cavi di interconnessione. Quella superiore deve passare attraverso 6 set di cavi di interconnessione. Quindi la batteria superiore fornirà molto meno corrente rispetto a quella inferiore.
Durante la carica, accade esattamente la stessa cosa: la batteria inferiore viene caricata con una corrente più elevata rispetto alla batteria superiore.
Il risultato è che la batteria inferiore è lavorata più duramente, scaricata più duramente, caricata più duramente. Fallisce prima. Le batterie non vengono trattate in modo equo.
Ora, per essere onesti, molte persone dicono “ma la differenza è trascurabile, le resistenze sono così piccole, quindi l’effetto sarà anche piccolo”.
Il problema è che in circuiti a resistenza molto bassa (come abbiamo qui) enormi differenze di corrente possono essere prodotte da variazioni minime di tensione della batteria. Non presenterò i calcoli qui perché sono davvero terrificanti. Ho effettivamente utilizzato un simulatore basato su PC per produrre questi risultati perché fare tutto a mano richiederebbe troppo tempo.
Resistenza interna della batteria = 0,02 ohm Resistenza del cavo di interconnessione = 0,0015 ohm per collegamento Carico totale sulle batterie = 100 ampere La batteria inferiore fornisce 35,9 ampere di questo. La successiva fornisce 26,2 ampere. La successiva fornisce 20,4 ampere. La batteria superiore fornisce 17,8 ampere. Quindi la batteria inferiore fornisce più del doppio della corrente della batteria superiore.
Questa è un’enorme squilibrio tra le batterie. La batteria inferiore è lavorata più del doppio rispetto alla batteria superiore. Gli effetti di ciò sono piuttosto complessi e non significano che la vita della batteria inferiore sarà la metà di quella della batteria superiore, perché man mano che la batteria inferiore perde capacità più rapidamente (a causa di un lavoro più intenso), le altre tre batterie inizieranno a prendere più del carico. Ma l’effetto netto è che la banca batterie, nel suo complesso, invecchia molto più velocemente rispetto a un bilanciamento corretto.
Una Semplice Modifica, Risultati Sorprendenti: Metodo 2 in Azione
Tutto ciò che è cambiato in questo diagramma è che i collegamenti principali al resto dell’installazione sono ora prelevati da poli diagonalmente opposti.
È semplice da realizzare, ma la differenza nei risultati è veramente sorprendente per una modifica così semplice.
I cavi di connessione, di fatto, tutto il resto nell’installazione rimane identico.
Inoltre, non importa quale cavo (positivo o negativo) venga spostato, quello che è più facile è quello corretto da spostare.
I risultati di questa modifica, confrontati con il diagramma originale, sono mostrati di seguito. È stato spostato solo quel singolo collegamento.
Dopo questa semplice modifica, con la stessa carico di 100 ampere…
La batteria inferiore fornisce 26,7 ampere di questo. La successiva fornisce 23,2 ampere. La successiva fornisce 23,2 ampere. La batteria superiore fornisce 26,7 ampere. Questo è chiaramente un enorme miglioramento rispetto al primo metodo. Le batterie sono molto più vicine a essere correttamente bilanciate. Tuttavia, non sono ancora perfettamente bilanciate.
Fino a che punto è necessario arrivare per ottenere una perfetta corrispondenza?
Beh, maggiore è la qualità delle batterie, più diventa importante. Più bassa è la resistenza interna delle batterie, più è importante ottenerle correttamente bilanciate.
Ora rimane la domanda se esiste o meno un metodo di cablaggio per bilanciare perfettamente le batterie.
Prima di arrivare a questo, va sottolineato che non è effettivamente necessario fare il calcolo per arrivare al metodo di interconnessione finale. Li ho fatti semplicemente per mostrare l’entità del problema.
Per ottenere un bilanciamento migliore, è semplicemente necessario avere il numero di collegamenti di interconnessione il più possibile uguale tra ogni batteria e i carichi finali.
Nel primo esempio, la potenza dalla batteria inferiore non passava attraverso nessun collegamento di interconnessione. La batteria superiore passava attraverso 6 collegamenti.
Nel secondo esempio (quello notevolmente migliorato), la potenza dalla batteria superiore e inferiore passava entrambe attraverso un totale di 3 collegamenti. Quella dalle batterie centrali passava anche attraverso 3 collegamenti, il che pone la domanda “perché non erano quindi perfettamente bilanciate?”. La risposta è che alcuni collegamenti devono far passare più corrente totale e ciò aumenta la caduta di tensione lungo la loro lunghezza.
E ora arriviamo alla versione correttamente cablata in cui tutte le batterie sono perfettamente bilanciate.
Superando le Limitazioni: Metodo 3 per un Bilanciamento Migliore
Questo sembra più complicato.
In realtà è abbastanza semplice da realizzare ma richiede due collegamenti di interconnessione aggiuntivi e due morsetti terminali.
Notate che è importante che tutti e 4 i collegamenti su ciascun lato siano della stessa lunghezza, altrimenti uno dei principali vantaggi (quello di avere una resistenza uguale tra ciascuna batteria e i carichi) va perso.
Le differenze nei risultati tra questo e il secondo esempio sono molto più piccole rispetto alle differenze tra il primo e il secondo (che sono enormi), ma con batterie costose potrebbe valere la pena del lavoro aggiuntivo. La maggior parte delle persone (me compreso) non considera il costo e il tempo come valori utili a meno che non vengano installate batterie costose o se il numero di batterie supera 8.
Questo metodo non è sempre così facile da installare a causa dei morsetti terminali richiesti. In alcune installazioni, semplicemente non c’è spazio per inserirli. Quindi, grazie a un collega, possiamo presentare anche un altro metodo di cablaggio che garantisce un bilanciamento perfetto delle batterie.
Soluzioni Alternative: Metodo 4 per una Perfetta Equità tra Batterie
Ed eccolo qui.
Questo sembra strano, ma in realtà è piuttosto semplice. Ciò che è stato fatto qui è iniziare con 2 coppie di batterie. Ognuna collegata nel corretto metodo “cross diagonal”. Quindi ogni coppia è collegata insieme, di nuovo nel metodo cross diagonal.
Notate che per ogni singola batteria, la corrente passa sempre attraverso un totale di un collegamento lungo e un collegamento corto prima di raggiungere i carichi.
Questo metodo raggiunge anche un bilanciamento perfetto tra tutte e 4 le batterie e potrebbe essere più facile da cablare in alcune installazioni.
Evidentemente, non c’è alcuna scusa valida (a parte, forse, l’incapacità o la pigrizia) per utilizzare il primo esempio fornito in cima a questa pagina.
Gli altri tre metodi permettono un bilanciamento molto migliore, con gli ultimi due che raggiungono un bilanciamento perfetto tra tutte e quattro le batterie.
Credo di poter affermare con certezza che questo è l’unico esempio che mi sia mai capitato dove fare qualcosa nel modo corretto sembra meno elegante che farlo in modo scorretto.
Infine, se hai solo 2 batterie, collegarle insieme e prendere i collegamenti principali da angoli opposti in diagonale non può essere migliorato.
Una volta che il numero di batterie supera 3 o più, è necessario esaminare questi altri metodi.
Con un gran numero di batterie potrebbe essere necessario passare al terzo metodo mostrato sopra.
Anche con 8 batterie è possibile ottenere un bilanciamento ragionevole posizionando i collegamenti principali “take off” da qualche parte lungo la catena invece che dalle batterie finali. Ricorda di contare il numero di collegamenti che ogni batteria deve attraversare per raggiungere i carichi finali e cerca di renderli il più possibile uguali.
Consigli Pratici: Applicare i Metodi di Interconnessione nella Tua Installazione
Infine, se il tuo banco batterie ha vari punti di prelievo su diverse batterie, cambialo ora! È estremamente cattiva pratica. Non solo crea problemi nel bilanciamento delle batterie, ma complica molto di più la risoluzione dei problemi e sembra terribile.
E infine, finalmente, continuiamo a ricevere domande su dove dovrebbero essere collegate le cariche. Non abbiamo affrontato questa domanda perché sembrava così ovvio dove dovessero essere collegate che non ci è mai venuto in mente che qualcuno potesse essere incerto. Le cariche dovrebbero essere sempre collegate agli stessi punti dei carichi. Senza eccezioni.