Batteria agli ioni di litio per veicoli elettrici

Batteria del veicolo elettrico

Una batteria per veicoli elettrici (EVB, nota anche come batteria di trazione) è una batteria utilizzata per alimentare i motori elettrici di un veicolo elettrico a batteria (BEV). Queste batterie sono generalmente batterie ricaricabili e sono in genere batterie agli ioni di litio. Queste batterie sono progettate specificamente per un'elevata capacità di amperora (o kilowattora).

Le batterie dei veicoli elettrici differiscono dalle batterie di avviamento, illuminazione e accensione (SLI) in quanto sono progettate per fornire energia per periodi di tempo prolungati e sono batterie a ciclo profondo. Le batterie per veicoli elettrici sono caratterizzate da un rapporto peso/potenza relativamente elevato, energia specifica e densità di energia; batterie più piccole e leggere sono desiderabili perché riducono il peso del veicolo e quindi ne migliorano le prestazioni. Rispetto ai combustibili liquidi, la maggior parte delle attuali tecnologie delle batterie ha un'energia specifica molto più bassa e questo spesso ha un impatto sulla massima autonomia completamente elettrica dei veicoli.

Cronologia della batteria del veicolo

Il tipo di batteria più comune nei moderni veicoli elettrici sono agli ioni di litio e ai polimeri di litio, a causa della loro elevata densità di energia rispetto al loro peso. Altri tipi di batterie ricaricabili utilizzate nei veicoli elettrici includono piombo-acido ("allagato", a ciclo profondo e regolato da valvole), nichel-cadmio, nichel-metallo idruro e, meno comunemente, zinco-aria e sodio nichel batterie al cloruro ("zebra").[1]La quantità di elettricità (cioè la carica elettrica) immagazzinata nelle batterie viene misurata in amperora o in coulomb, con l'energia totale spesso misurata in kilowattora. Dalla fine degli anni '90, i progressi nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio sono stati guidati dalle richieste di elettronica portatile, computer portatili, telefoni cellulari e utensili elettrici. Il mercato BEV e HEV ha raccolto i benefici di questi progressi sia in termini di prestazioni che di densità di energia. A differenza dei prodotti chimici delle batterie precedenti, in particolare al nichel-cadmio, le batterie agli ioni di litio possono essere scaricate e ricaricate quotidianamente e in qualsiasi stato di carica.

Batteria per la batteria del veicolo a bassa velocità elettrica pura

Componenti interni

I design dei pacchi batteria per i veicoli elettrici sono complessi e variano ampiamente in base al produttore e all'applicazione specifica. Tuttavia, incorporano tutti una combinazione di diversi semplici sistemi di componenti meccanici ed elettrici che svolgono le funzioni di base richieste del pacchetto.

Le effettive celle della batteria possono avere diverse caratteristiche chimiche, forme fisiche e dimensioni, come preferite dai vari produttori di pacchi. I pacchi batteria incorporeranno sempre molte celle discrete collegate in serie e in parallelo per soddisfare i requisiti di tensione e corrente totali del pacco. I pacchi batteria per tutti i veicoli elettrici a trazione elettrica possono contenere diverse centinaia di celle singole. Ogni cella ha una tensione nominale di 3-4 volt, a seconda della sua composizione chimica.

Per facilitare la produzione e l'assemblaggio, la grande pila di celle è generalmente raggruppata in pile più piccole chiamate moduli. Molti di questi moduli verranno inseriti in un unico pacchetto. All'interno di ogni modulo le celle sono saldate insieme per completare il percorso elettrico per il flusso di corrente. I moduli possono anche incorporare meccanismi di raffreddamento, monitor di temperatura e altri dispositivi. I moduli devono rimanere entro un intervallo di temperatura specifico per prestazioni ottimali. Nella maggior parte dei casi, i moduli consentono anche di monitorare la tensione prodotta da ciascuna cella della batteria nello stack utilizzando un sistema di gestione della batteria (BMS).

La pila di celle della batteria ha un fusibile principale che limita la corrente del pacco in una condizione di cortocircuito. È possibile rimuovere una "spina di servizio" o "scollegamento di servizio" per dividere la batteria in due metà elettricamente isolate. Con la spina di servizio rimossa, i terminali principali esposti della batteria non presentano un potenziale pericolo elettrico elevato per i tecnici dell'assistenza.

Il pacco batteria contiene anche relè, o contattori, che controllano la distribuzione dell'energia elettrica del pacco batteria ai terminali di uscita. Nella maggior parte dei casi ci saranno almeno due relè principali che collegano lo stack di celle della batteria ai terminali di uscita positivi e negativi principali del pacco, che quindi forniscono corrente elevata al motore di azionamento elettrico. Alcuni modelli di pacchetti includeranno percorsi di corrente alternati per la precarica del sistema di azionamento tramite un resistore di precarica o per l'alimentazione di un bus ausiliario che avrà anche i propri relè di controllo associati. Per motivi di sicurezza questi relè sono tutti normalmente aperti.

La batteria contiene anche una varietà di sensori di temperatura, tensione e corrente. La raccolta dei dati dai sensori del pacco e l'attivazione dei relè del pacco vengono effettuati dall'unità di monitoraggio della batteria (BMU) o dal sistema di gestione della batteria (BMS) del pacco. Il BMS è anche responsabile delle comunicazioni con il veicolo al di fuori del pacco batteria.

Parità di portata

La parità di autonomia significa che il veicolo elettrico ha la stessa autonomia di un veicolo a combustione media, con batterie di energia specifica superiore a 1 kWh/kg. Un'autonomia maggiore significa che i veicoli elettrici percorrerebbero più chilometri senza ricarica.

Riduzione dei costi

In termini di costi operativi, il prezzo dell'elettricità per far funzionare un BEV è una piccola frazione del costo del carburante per motori a combustione interna equivalenti, riflettendo una maggiore efficienza energetica.