Litigio tra motore a spazzole e batteria al litio

[RS_mo]

Buongiorno a tutti
 

Prima volta che scrivo su questo forum, grattacapo banale ma per me che in materia sono completamente ignorante sta diventando insormontabile nonostante abbia tentato di "studiare" quanto possibile tra siti, forum e schede tecniche di componenti.

 

Prologo:
Dispongo di un motore cc a spazzole che muove una puleggia, il motore a regime assorbe 1.5A e ho misurato una corrente allo spunto di ~15A.

Alimento il motore con una batteria agli ioni di litio da 14,8V 2600mAh dotata di una elettronica che offre diverse protezioni e gestisce la carica.

(nello schema finale ci sarebbe anche un fusibile e un interruttore on/off che escludo da questa trattazione in quanto con o senza di loro il problema è identico)

Problema
Allo spunto la protezione della batteria interviene in una frazione di secondo e non eroga più corrente fino a che non tolgo il carico.

 

Soluzione(?)
Vi evito la miriade di prove fatte prima di trovare all'oscilloscopio (non ne sono un esperto utilizzatore) un picco di tensione inversa appena prima dell'intervento della protezione della batteria.
Il picco è istantaneo e di ~20V.

Non ho esperienza in questo tipo di problema e dopo alcuni tentativi ho inserito un diodo che per puro caso avevo in un cassetto.
Il diodo l'ho inserito in serie (tra polo positivo batteria e polo positivo del motore) e il problema si è risolto.
Ho collegato 4 motori di questo tipo in parallelo tra loro (ma sempre con il diodo) per escludere che non fosse invece un problema di eccessivo assorbimento allo spunto e partono tranquillamente.

Ho dedotto che il problema era effettivamente questa "contro corrente" che pare risolversi con un diodo a caso (quello che avevo nel cassetto era un N4007).

Ho provato anche a mettere il diodo in parallelo, cosi come a mettere dei piccoli condensatori ceramici tra i poli del motore e la cassa ma senza nessun successo...

Domanda
Le domande che ora vi vorrei porre e sulle quali spero possiate darmi una mano sono:
-è un problema noto? Se si come viene di solito trattato? Il diodo è la soluzione?
-il diodo immagino mi faccia perdere qualche V e spreca qualche W, che diodo mi consigliate per limitare questi scompensi?

Spero possiate aiutarmi, se possibile con gergo comprensibile da un mero metalmeccanico  .

Grazie in anticipo!

[RS_mo]

Qui la foto di quello che ho potuto rilevate all'oscilloscopio,

[Livio Orsini]

Mi sembra che manche qualche cosa.

Ricapitoliamo a grandi linee il funzionamento di un motore cc.

Presumo che si tratti di un motore cc a magneti permanenti.

La corrente assorbita da un motore cc è direttamente proporzionale alla coppia erogata. Addirittura nei datasheets dei motori a magneti permanenti viene indicata la costante di coppia espressa in Ampere per Nm.

Quindi se alla partenza l'assorbimento è circa 10 volte la corrente di targa, significa che c'è un carico inerziale o c'è un forte attrito di primo distacco.

 

2 ore fa, RS_mo ha scritto:

Alimento il motore con una batteria agli ioni di litio da 14,8V 2600mAh dotata di una elettronica che offre diverse protezioni e gestisce la carica.

 

Bisogna avere informazioni precise su questa elettronica per capire l'influenza del diodo in serie, che altrimenti non avrebbe alcun senso

[RS_mo]

Buongiono Livio

 

Grazie dell'attenzione, come detto sono di estrazione metalmeccanica e sicuramente mi mancano le basi per comprendere il problema.

 

Corretto il motore è a magneti permanenti e non parte a vuoto ma ha appunto una massa da dover muovere della quale però non ho l'informazione di quanti Nm (potrei provare a calcolarlo).

 

Ho omesso che su entrambi i cavi del motore erano presenti due(una per cavo) induttanze con scritto sopra 220K, il problema si presenta sia con che senza questi componenti (ho provato a bypassarli)

 

L'elettronica a protezione della batteria è proprietaria e non posso naturalmente agire su questa, riporto le informazioni che ho trovato, spero siano sufficienti.

 

 

Come detto credo non sia un problema legato allo spunto in quanto la batteria è in grado di far spuntare 4 motori dello stesso tipo tutti a carico senza problemi (sempre se aggiungo questo diodo "magico" in serie).

 

 

 

 

[Lorenzo-53]

Una domanda banale, quei motori possono fare da generatori?

[ilguargua]

6 ore fa, RS_mo ha scritto:

un picco di tensione inversa appena prima dell'intervento della protezione della batteria.

Secondo me il picco inverso avviene appena dopo l'intervento della protezione della batteria, è un fenomeno normale dovuto al collassamento del campo magnetico dell'avvolgimento. Per evitarlo devi usare un diodo in antiparrallelo al motore, cioè catodo al positivo ed anodo al negativo (come per altro è sempre bene fare).

Per il resto credo che il "povero"  1N4007 riesce a mitigare il fenomeno solo perchè non è in grado di far scorrere la corrente di spunto massima richiesta dal motore, abbassando quindi l'assorbimento di quel poco che basta ad evitare l'intervento della protezione. Se i diodi non scaldano troppo nell'uso normale puoi anche lasciare tutto così, tieni conto però che sei al limite (anzi, decisamente oltre) la corrente massima sopportabile ( che sarebbe un ampere). Se usi un diodo più "robusto" probabilmente riottieni l'intervento della protezione.

L'ideale sarebbe usare una sorta di soft start che crei un avvio dolce, ma non è così semplice da realizzare.

 

Ciao, Ale.

[Livio Orsini]

3 ore fa, RS_mo ha scritto:

Come detto credo non sia un problema legato allo spunto in quanto la batteria è in grado di far spuntare 4 motori dello stesso tipo tutti a carico senza problemi (sempre se aggiungo questo diodo "magico" in serie).

 

Scusa ma torno a ripetere: bisogna avere tutti i dati di quella che tu chiami batteria, perchè non credo sia solo una batteria.

Non fornire il link del datasheet, modello marca del dispositivo.

Il diodo in serie, se si trattasse di una semplice batteria non avrebbe senso se non quello di "mangiarsi" 0.7V.

 

6 ore fa, RS_mo ha scritto:

Allo spunto la protezione della batteria interviene in una frazione di secondo e non eroga più corrente fino a che non tolgo il carico.

 

E evidente che c'è qualche cosa che disturba le protezioni della "batteria".

Da quanto hai scritto deduco che il motore parte a gradino.

Non hai descitto come avviene l'inserzione del motore; c'è un interruttore di aviamento interposto tra motore e "batteria"? c'è un comado di start che agisce direttamente sulla batteria?

Se non si hanno tutte le informazioni non si possono formulare ipotesi sensate.

 

 

39 minuti fa, Lorenzo-53 ha scritto:

Una domanda banale, quei motori possono fare da generatori?

 

 

Tutti i motori in continua sono delle dinamo. E una macchina completamente reversibile.

Però all'avviamento è praticamente impossibile che si comportino da generatori.

 

[Livio Orsini]

19 minuti fa, ilguargua ha scritto:

Secondo me il picco inverso avviene appena dopo l'intervento della protezione della batteria, è un fenomeno normale dovuto al collassamento del campo magnetico dell'avvolgimento.

 

Concordo, ma vorrei saperne di più sull'elettronica della "batteria".

22 minuti fa, ilguargua ha scritto:

Per il resto credo che il "povero"  1N4007 riesce a mitigare il fenomeno solo perchè non è in grado di far scorrere la corrente di spunto massima richiesta dal motore,

 

E stato fortunato anche perchè è un diodo "lento"; ho la sensazione che non dureranno tanto.

[RS_mo]

Ciao a tutti, grazie ancora

 

Allora cerco di rispondere a tutto

 

ilguargua

Ok, è possibile in effetti che quel picco inverso di 20V sia dopo l'intervento della protezione, non sono in gradi di stabilirlo.

Però mi sembra strano che sia cosi istantaneo e sia di 20V, la tensione generata dal motore che rallenta stile dinamo me la aspetto più come di vede dall'oscilloscopio dopo il picco, come una curva discendente e non appunto un picco.

 

Io lo avevo interpretato, il picco, come una sorta di disturbo che inganna l'elettronica.

 

Il picco è quello che mi ha fatto scattare l'idea del diodo e forse è stata solo una coincidenza, il diodo in realtà non elimina questo picco ma bensi "limita la corrente di spunto", vedo di procurarmi un diodo più "capace" e faccio una prova.

 

Il diodo in parallelo non sortisce nessun effetto. Cosi come i condensatorini ceramici da me provati.

 

Se si dimostrasse che il problema è lo spunto, esiste un altro componente in grado di fare da "filtro" per le sovra correnti da utilizzare in modo più opportuno rispetto ad un diodo?

 

Livio Orsini

Si c'è un interruttore on/off, ne ho provati di diverse tipologie per escludere che potesse essere quello ho anche fatto prove unendo a mano i conduttori (fissati a lamelle per favorire il contatto) e il problema si presenta con costanza.

 

Qui sotto riporto tutto quello che sono riuscito a trovare e una foto di una pcb che ho smontato per capire come fosse fatta.

Unica cosa di cui non sono sicuro è lo schema della pcb (in rosso) che nella scheda tecnica che mi hanno fornito è rettangolare mentre sulla mia batteria è quadrato, mi han detto che è equivalente ma non so se sia effettivamente cosi purtroppo. Come detto le batterie sono un prodotto commerciale sul quale non ho gran spazio di manovra.

 

 

 

 

 

 

 

 

[Livio Orsini]

Sicuramente il "litigio" è dovuto al complesso circuito di controllo della batteria.

Se tu alimentassi il motore direttamente dalla batteria "nuda" non avresti alcun problema.

Altra soiluzione può essere una partenza graduale del motore, non a gradino come ora.

Anche se l'inerzia del carico rimane costante, diminuendo l'accelerazione diminuisce la richiesta di coppia.

banalmente puoi mettere in serie un resistore da pochi ohm e di adeguata potenza, che poi cortocircuiti dopo circa 0.5"

[RS_mo]

Ok, ho intuito il senso ma non ho idea di come temporizzare questa azione, esiste un componente unico che possa assolvere a questa funzione di limitazione della corrente oltre un certo amperaggio?

 

Ho dimenticato di aggiungere un informazione, forse perchè l'ho voluta incosciamente rimuovere.... , inizialmente interponendo un amperometro in serie il problema spariva magicamente ma subito non ci avevo dato troppo peso, fatto sta che provai anche lasciando i 2 cavi del multimetro connessi tra loro eliminando il multimetro. Ebbene il problema spariva, cioè con 90cm di cavo di bassa sezione (0.5mm2) il problema non si presentava più. Al tempo bollai l'evento come magia nera.

 

Ad ogni modo, oltre alla soluzione del resistore e del "temporizzatore" esiste una soluzione alternativa anche se meno "pulita" per assolvere al compito con un singolo componente "statico"?

 

Probabilmente faccio domande assurde o troppo pretenziose ma essendo completamente ignorante in materia mi escono naturali 😃

 

 

 

 

 

 

[Lorenzo-53]

Un amperometro interpone uno shunt cioè una resistenza

[Livio Orsini]

Puoi provare con un'induttore, componente  che tende a limitare la corrente iniziale; ha un comportamento duale a quello di un condensatoreche, quando è scarico, rappresenta un corto circuito.

Io proverei con un resistore di potenza da 0.33 ohm, dovrebbe essere già suffciente.

 

se tu, però, descrivessi cosa movimentano quei 4 motori, magari si potrebbe anche scogitare una soluzione più elegante.

[Darlington]

max initial discharge current = 2C. Secondo te 15A sono 2C???

[Nik-nak]

Prova con un circuito come questo:

Eventualmente puoi variare la costante di tempo cambiando il valore di C1/R1/R2.

 

 

[Lorenzo-53]

1 ora fa, Darlington ha scritto:

max initial discharge current = 2C. Secondo te 15A sono 2C???

Non si capisce, sembra che quando vede 10 A stacca in 10 mS anche se la batteria potesse erogare 10 C per un breve periodo verrebbe comunque tagliata fuori

[Lorenzo-53]

Insomma per capire, dopo tante tabelle, abbiamo una batteria 4 celle 2600 mA con un BMS non si sa perché con 6 MOSFET da 12 A che limita a 10 A la corrente, e 4 motori sconosciuti che mandano in crisi il limitatore a meno che non si limiti appuntoi la corrente di spunto con una resistenza (lo shunt dell'amperometro) 

Una volta partiti frapponendo l'amperometro si presume che si possa cortocircuitare lo shunt e continueranno a girare alla grande

[Livio Orsini]

28 minuti fa, Lorenzo-53 ha scritto:

si presume che si possa cortocircuitare lo shunt e continueranno a girare alla grande

 

Guarda un po' cosa avevo scritto ieri:

 

22 ore fa, Livio Orsini ha scritto:

banalmente puoi mettere in serie un resistore da pochi ohm e di adeguata potenza, che poi cortocircuiti dopo circa 0.5"

 

[Darlington]

2 ore fa, Lorenzo-53 ha scritto:

sembra che quando vede 10 A stacca in 10 mS

 

non credo che veda la corrente, più probabilmente vede il crollo di tensione causato dal picco di assorbimento fuori da ogni specifica ed entra in azione la LVD

[ilguargua]

45 minuti fa, Darlington ha scritto:

non credo che veda la corrente

A me sembra di si, RT1 e RT2 (in parallelo) formano uno shunt sul negativo.

 

Ciao, Ale.

[Livio Orsini]

13 ore fa, ilguargua ha scritto:

A me sembra di si, RT1 e RT2 (in parallelo) formano uno shunt sul negativo.

 

Sicuramente servono a misurare la corrente, anche se la rete è un po' strana.

Che l'intervento della protezione dipenda dalla corrente di spunto del motore è indubbio.

Se RS_mo si decidesse a descrivere più completamente l'applicazione si potrebbe capire anche da cosa deriva l'assorbimento anomalo iniziale. Un'assorbimento di oltre 10 volte la corrente di regime, significa una richiesta di coppia di oltre 10 volte la coppia a regime. 

Tra l'altro, a lungo andare, un assorbimento così elevato potrebbe procurare seri danni ahi motori: consumo anomalo di colelttore e spazzole ed anche alla demagnetizzazione dei magneti di campo. Uso il condizionale perchè non conosco le caratteristiche dei motori.

[Lorenzo-53]

Si risolve eliminando il circuito e alimentando direttamente i motori con un fusibile su ogni motore e un caricabatterie 4,2 volt 500 mA

[RS_mo]

Eccomi di ritorno, scusate ma ieri non ho potuto rispondere, sto leggendo e rileggendo i vostri consigli e cercando di comprenderli.

 

La prima cosa che vorrei specificare, non vorrei essermi espresso male e aver causato confusione, specificando anche meglio il funzionamento a Livio:

• il problema si presenta con un solo motore e si l'assorbimento istantaneo che riesco a misurare è 15A, condivido sia superiore alle specifiche.
• il motore a doppio albero (anteriore e posteriore) monta delle masse eccentriche, a breve cerco di fornire anche i Nm che chiedeva Livio.
• il singolo motore senza il "diodo magico" fa ~ una mezza rotazione e poi si ferma. Con il "diodo magico" parte inesorabilmente anche aumentanto il carico all'albero enormemente
• solo per prova, mi volevo togliere il dubbio dello spunto, ho collegato prima 2 poi 3 e fino a 4 (il 5°non mi sono attentato) motori in parallelo, tutti dotati delle stesse masse eccentriche e con il diodo sul cavo rosso della batteria partono tutti e 4 senza problemi. Questo mi aveva indotto a pensare che in realtà non fosse un problema di assorbimento allo spunto e mi aveva fatto protendere per "disturbi/sporcizia/correnti parassite" che ingannassero la pcb.

Il processo di prove empiriche mi aveva portato ad escludere lo spunto iniziale e fatto andare verso l'idea di "disturbi" il fatto di aver visto il picco negativo e il fatto che il diodo risolvesse mi hanno dato ancora più convinzione.

Questo però può essere tranquillamente colpa della mi ignoranza in materia e visto che cercavo una causa ogni evento mi ha fatto convincere della mia teoria ma senza forse avere le giuste basi.

 

Detto questo vorrei anche dettagliare meglio che ho provato anche con delle resistenze da qualche ohm ma senza successo, lunedi mi procuro resistenze da 0,33 e riprovo!

 

L'induttore di cui parlava Livio di che capacità dovrebbe essere cosi vedo di procurarmelo e fare na prova!

 

Nik_nak, grazie per lo schema, cerco di rimediare i componenti per provare anche se agli occhi di un profano (quindi scusate la blasfemia) se riuscissi a risolvere con una soluzione monocomponente più semplice lo preferirei.

 

 

 

[Lorenzo-53]

Anche perchè le caratteristiche delle batterie non hanno niente a che fare con quelle del circuito

[olometabolo]

Altrimenti si puo usare un NTC in serie al motore

Unico inconveniente se il motore va acceso e spento a intervalli rapidi l'NTC non ha il tempo di raffredarsi