Teoria e prática do cabo Y para unir duas baterias da Shineray SHE em paralelo

[Pincipi]

No YouTube tem uns vídeos de quem fez os testes do cabo Y:

No caso dele observei que ele montou o cabo usando fios de 10 mm2 sendo que, teve que cortar metade do cabo para caber no interior do plug do conector Anderson 50A e isso me deixou pensativo pois no caso dos cabos prontos que são vendidos na internet, utilizam fios de 5 mm2 para caber no plug:

Inclusive em diversos designes diferentes como acima, o que me fez pensar mais ainda sobre teorias ou princípios que deveriam ser aplicados no caso prático e pelo que entendi estes cabos são utilizados em outras aplicações diferentes do caso da moto elétrica. Imaginei outros designers em T, M e em estrela de três pontas.

As espessuras e comprimentos dos fios devem obedecer a alguma norma ou padrão específico os quais não sei se existem e apenas imagino que o fabricante Chinês deve adotar uma norma diferente da que seria utilizada ou aceita aqui no Brasil.

Então, observei de perto a moto e anotei tudo o que considero importante para o caso prático a começar pela bateria:

Que é um PAC 24S 1P sendo que na etiqueta aparece como Lithium-Ion mas, quem abriu afirma categoricamente que as células são de LifePO4. Esta bateria tem uma BMS cuja entrada de carga utiliza fios finos ligados ao conector C13 10A, este conector é utilizado para a recarga direto na bateria:

A medida destes fios é desconhecida mas, os fios de saída que se ligam ao conector Anderson 50A são de medida 8 AWG.

Neste ponto se encaixa o cabo Y unindo as duas baterias e derivando através do conector Anderson 50A a um fio de 10 mm2 ligado a um disjuntor de 63A curva B o qual em tese deveria desarmar entre 189 a 315 amperes.

Dai para frente o fio vai para a controladora Votol EM50 (que trabalha em tese com até 50A) e depois vai para o motor que o fabricante alega ter 3.000 W mas, na tampa do motor vem estampado o número 2.000 que dá a entender que o motor tem 2.000 W reais. Não encontrei nada de documentação sobre cada uma das partes e peças sendo certo que além do consumo do motor também tem o painel, farol e outros itens.

As pessoas dizem que na fiação entre a bateria e a controladora correm 60A e que ao utilizar o referido cabo Y cada bateria fornece 30A e tudo funciona muito bem até que uma das controladoras venha a desligar por algum motivo, momento em que a bateria que ainda esteja fornecendo energia dê um salto de 30 para 60 A o que fritaria alguma coisa.

Veja bem, eu não tenho nenhum instrumento que possa ser usado para medir o que realmente acontece nestes fios, até achei um alicate amperímetro capaz de medir corrente continua até 100A que custa em torno de R$ 500,00 e assim ficou fora de meu orçamento.

Outra coisa que observei no funcionamento normal desta moto é que o conector Anderson aquece entre 4 a 10 graus centígrados a mais que a temperatura ambiente, bem como a bateria idem, enquanto que todo o resto não se aquece com exceção da controladora e do motor os quais ainda não fiz medições.

Outro fator a ser considerado é que o painel da moto só mostra uma bateria. Em comparação com outra moto de outro fabricante, a EVS, esta mostra no painel as duas baterias com suas respectivas amperagens, ou seja, o seu projeto foi desenvolvido para usar uma ou duas baterias ao mesmo tempo, diferente do projeto da SHE que foi desenvolvido para utilizar uma bateria por vez.

Meu objetivo seria montar meu próprio cabo Y dentro de alguma segurança visando evitar aquecimento ou perda térmica, além de outros eventuais danos que poderiam ocorrer nas partes da moto.

Por enquanto estou no campo da teoria tentando determinar qual seria a grossura dos fios e também imaginando cortar uma placa de cobre ou adaptar um barramento de cobre no lugar dos fios.

Nas pesquisas que fiz eu não consegui encontrar uma forma ou fórmula fácil de se compreender e imagino que quanto mais grosso o fio terei menos resistência e consequentemente menos perda de energia em forma de calor.

Na parte dos possíveis danos que podem ocorrer eu não encontrei nada.

Há, antes que me esqueça; qual seria a vantagem de usar duas baterias ao mesmo tempo? Dizem que no caso de uma viagem longa não precisaria parar para trocar as baterias, no caso de uma ladeira teria maior desempenho e no contexto geral as duas baterias juntas demorariam mais para descarregar ou renderiam mais alguns quilômetros do que cada uma individualmente.

Qualquer ajuda nesta empreitada é bem vinda.

[Pincipi]

Chegaram os conectores ou plugs. Dando prosseguimento no projeto:

O interior mede 5 mm.

Usei uma serra para cortar os pedaços de cobre, tomando o cuidado de fazer todos no mesmo tamanho, depois desbastei as rebarbas e arredondei as pontas (Existe uma norma para arredondar as pontas):

Finalizei com uma lixa fina e em teoria caberiam três barras bem apertadas dentro do plug:

Acontece que eu só comprei uma barra e só deu para fazer dois pares de barras, depois cortei o plástico:

E parti para cortar as capas dos plugs:

Apenas com uma serra é mais difícil e com a rotomatic é bem mais fácil:

Corte com a serra e acabamento com a ponta diamantada:

Até chegar no acabamento final:

O problema agora está em resolver como fixar os plugs no barramento:

Não tem espaço ou ângulo para prensar no alicate nem para soldar as partes. Uma alternativa seria furar e parafusar mas, também não achei um ângulo, a não ser que remova as capas plásticas.

Por enquanto a solução mais viável seria bater a ponta de um prego para ir prensando o plug.

[Pincipi]

Continuando na confecção; optei por colocar um pedaço de cobre para dar mais pressão e também, depois ter uma área vazia para amassar o conector e assim deixar mais firme:

Usar três barras seria mais fácil entretanto, não tinha mais disponível.

Escolhi uma morsa para ir apertando lentamente:

Um problema encontrado foi empenamento por conta da resistência:

Com muita paciência e jeito bastava ir desempenando e prosseguir até o limite:

Então removia o conector que não tinha jeito e colocava outro. Cabe observar que se der uma raspada nas bordas do cobre, fica mais fácil de entrar ou encaixar.

Outro problema encontrado foi o esmagamento da ponta do terminal:

Que também não ocorreria se lixar ou desbastar a parte do cobre que entra em contato com o conector.

Outra observação interessante é que a solda por estação de solda elétrica fica superficial, não consegue se firmar mesmo raspando o cobre ou usando pasta de solda. Acredito que a área ou superfície a ser aquecida é muito grande e a ponta do ferro de solda não dá conta. Se usar um maçarico igual fazem com canos de cobre acho que dá certo a solda.

[Pincipi]

Prosseguindo, bati um prego nas partes onde acredito que dariam maior firmeza no aperto:

E lateralmente prensei no torno de bancada, parece ter ficado bem firme, depois passei as fitas isolantes vermelha e preta, montando o conjunto que finalizado ficou assim:

A fita preta é a termo, aquela que estica e a vermelha é a normal. Do outro lado os terminais ficaram assim:

No destaque em vermelho o detalhe de que todos eles não se travaram na mola, faltou um pouquinho. Quem sabe se desbastar na capa plástica do barramento eu consiga o travamento. Considerando que se tirar mais um pouco da capa plástica do conector SB50 vai chegar na mola.

Toda a peça ficou firme, sem folga e bem dura.

Existem muitas considerações negativas neste projeto e literalmente eu condeno o uso de barramento de cobre para confeccionar o cabo Y, passo a considerar que na prática deve-se utilizar os fios porque não modifica o conector, a crimpagem é mais segura e se tem alguma folga para movimentar os cabos.

A impressão que tenho é que ao conectar nas baterias e na moto vai ficar travado e não vou conseguir soltar por conta dos pinos estarem muito rígidos, de qualquer forma só mesmo testando para saber.

[Pincipi]

Entrando na prática do uso deste meu cabo Y com barramento de cobre, ou então, cabo 3 ou cabo M ou M3, sei lá, talvez possa chamar ele de conector M ou até seria melhor nomeá-lo com barraeme ou "/M" mas, o melhor nome acho que seria "emedoisbarrado", M seria a forma da barra, dois seria a quantidade de barras por polo e barrado seria reprovado no processo de inspeção de qualidade, estilo barrado no baile em paródia com barramento:

O primeiro teste foi apenas de conector, sem energia elétrica, apenas a conexão física do três terminais que ficaram realmente muito firmes e difíceis de conectar bem como de desconectar, sendo necessário maior esforço físico que na conexão normal com fios, no qual eu enfatizo dois detalhes que devem estar causando isto:

1-Mola não corretamente encaixada.

2-Pinos ou plugs sem mobilidade elástica, no caso dos fios os pinos conseguem se movimentar com mais elasticidade e no caso do barramento os pinos não conseguem se movimentar.

Para prosseguir nos testes a recomendação inicial é que as tensões de uma bateria para outra tenham muito pouca diferença, em torno de 0,3V ou menos.

A medição pode ser pelo painel da moto ou por multímetro, resolvi usar o meu velho Fuke e fiz as seguintes medições:

Na B1 1234~5 e na B2 1214~5:

No meu caso prático eu estava usando um multímetro com defeito ou irregularidade o qual mediu 1235 na B1 e 1215 na B2, como não consegui interpretar corretamente a leitura imaginei que estava marcando respectivamente 12,35V e 12,15V quando na realidade a leitura mostrada seria 123,5V e 121,5V ou seja, uma diferença de 2V e não de décimos de Volts, que no caso eu deveria colocar a de maior tensão na moto e usar algo até consumir uns dois volts para deixar menor a diferença.

Como na realidade prática as coisas ocorrem um pouco diferente da realidade teórica eu achei que estava tudo bem e uni as baterias e na medição delas juntas deu 124,5V.

Após 15 minutos o pessoal do grupo alertou que algo está errado na medição e troquei o multímetro:

Neste momento eu percebi que não tinha a menor noção do que eu estava fazendo porque não fui capaz de compreender a leitura errada do primeiro multímetro e um usuário do grupo me alertou que não se pode carregar pela porta de descarga porque a BMS pode não desarmar.

A principio eu não entendi nada sobre este conceito de porta separada ou não e resolvi ligar o carregador original nos 110V na B1, a ventoinha e o LED vermelho foram acionados por dois minutos e quarenta e cinco segundos, sendo que a tensão medida pulou dos 86,0V para 89,6~7.

Deixei o carregador ligado por mais uma hora e não foi possível medir a tensão, só dava o número 1 na tela do multímetro, acredito eu que as BMS desarmaram, desconectei tudo e após 15 minutos consegui obter a leitura de tensão, cada bateria deu 86,4V.

No dia seguinte medi de novo e deu apenas 1 na tela, parece que o padrão é a BMS permanecer desarmada quando não está em uso ou está desconectada.

Primeira parte do teste concluída, agora falta fazer o teste de descarga.

 

[Pincipi]

Deixei os testes meio de lado porque surgiu uma informação nova no grupo:

Pelo que consta no anúncio ele permite a carga e descarga simultânea de duas baterias ao mesmo tempo já que age como balanceador do tipo que retira energia da bateria que está com mais energia naquele momento, poupando a outra e vice versa conforme vai descarregando, mesmo coisa na recarga, envia energia para a bateria com menor carga e deixa de enviar energia para a bateria de maior carga. Eu perguntei ao vendedor e a espessura dos fios é a mesma espessura dos fios da bateria 8AWG.

Por enquanto ninguém testou e já coloquei ele na minha lista de compras:

Também surgiu um vídeo de fabricação de bateria muito parecida com a bateria da Shineray:

No print que fiz dá para notar o detalhe da ausência de furos nos polos para os prisioneiros, a dúvida é se a célula original tem o furo e este é recoberto pela plaquinha com os riscos paralelos para depois vir com a solda ponto nas plaquinhas que unem as baterias ou então a célula original vem sem furo mesmo, do jeito que aparece nas imagens.

[Pincipi]

Consegui falar com alguém que trabalhou num projeto de unir estas duas baterias e ele aprovou o cabo paralelizador ou balanceador do Ali com uma ressalva no carregamento; que as baterias devem ser carregadas em separado para se proteger o carregador.

Toda a teoria e prática em resumo é o seguinte:

1-Tem que evitar que uma bateria veja a outra, no caso o diodo faz o serviço.

Ele desenhou um esquema no estilo mostrado pelo vendedor e demonstrou que ao se unir uma bateria na outra com o cabo Y direto causa as seguintes situações; a bateria 1 vai enviar energia para o motor e também para a bateria 2 causando calor e perda de eficiência, isso explica porque com duas baterias a minha SHE-S sobe a ladeira a 24 Km/h com duas baterias e com apenas uma sobe a 36 Km/h.

2-Não se sabe todos os parâmetros da BMS porque os fabricantes não forneceram as especificações.

O projeto não seguiu adiante porque não encontraram um meio de ajustar o regulador de tensão ou usar um microcomparador.

Sabe-se que a BMS da SHE-S limita a entrada de carga em 15A e limita a descarga em 85A e que tecnicamente tudo funciona a não ser que um pico de saída estrague o modulo/motor.

Na prática uma bateria com a BMS defeituosa estava permitindo a saída deste pico e queimando os módulos, com ela separada o evento não ocorreu mais.

Outro evento que ocorreu na prática foi acelerar para subir a ladeira enquanto o veículo se deslocava para trás, neste caso em específico se somou a energia mandada pela controladora com a energia gerada pelo motor no modo de gerador, esta soma ultrapassou o limite dos mosfets e fumaçou.

Fato análogo ocorre com um guindaste que não aguenta o peso e o operador continua mandando energia para subir e o motor gira ao contrário por conta de não aguentar o peso.

Mais especificamente sobre a ressalva no processo de carregamento, nos testes as células de LIFePo4 incharam com cargas acima de 12A.

O recomendando é uma carga lenta de 5A, desta forma as células vão durar todos os ciclos esperados e cada bateria carregada individualmente pois, se usar um carregador mais forte, como por exemplo o da Watts que tem 12 A, na teoria enquanto as duas baterias estiverem carregando irão 6A para cada uma e no momento em que a BMS de uma cortar a carga, a outra vai sofrer o pico de tensão, passando a receber de 6A para os 12A, numa paulada só.

E se usar o original de 5A para carregar as duas ao mesmo tempo também vai estressar o carregador que vai trabalhar por mais de oito horas seguidas.

Este surto inicial não é visto por nós mas, o carregador sente e pode ser que ali na hora ele não queime mas, com o uso constante destes surtos ele vai apresentar problemas no regulador de tensão e no comparador de tensão.

Cada bateria custa R$ 6.000,00 e cada carregador custa R$ 900,00. O cabo está em torno de R$ 400,00.

Segundo ele a opção do cabo paralelizador de 120A é um exagero para usar na SHE-S e a opção de 80A é a mais adequada.

Todo o assunto envolve a lei de Ohm;

P=VXI ou I= P/V, no caso em questão são 60V na bateria, 2000W no motor trabalhando em 33A. Esta é uma conta matemática em que  equipamento vai durar por muito tempo, todos os seu componentes viverão dentro da expectativa.

Os Chineses montaram a moto dentro desta conta e qualquer coisa que nós modificarmos, vai acabar na mudança da conta e uma ou outra parte da moto vai ter a vida útil reduzida.

Tudo no mundo tem o seu limite de uso e quando se fala em condição nominal de uso não existe um estresse mas, quando se ultrapassa o limite de uso em 10X da condição nominal existe o estresse, a tendência é estragar o componente a curto ou longo prazo entretanto, quando se ultrapassa em 100X a condição nominal o limite entra no destrutivo.

Tendo em vista o exposto, a condição nominal de uso é a moto sem o cabo Y emendando as baterias, seja ele o direto ou o paralelizador.

Quando se usa o Y paralelizador na descarga se mantém a condição nominal mas, quando se usa na recarga, entra na condição de estresse e quando de usa o Y direto, tanto na descarga como na carga está presente a condição de estresse.

Nesta condição de estresse um ou outro componente vai mudar o comportamento, ou vai permitir menos corrente ou permitir mais corrente e é nessa hora que outro componente passa a entrar também na condição de estresse.

Esse assunto é muito abstrato para mim e confesso que não entendi muito bem, espero que tenha transmitido a mensagem e que você não tenha algum prejuízo ao usar seu cabo Y.