Johnson Matthey Battery Systems: tendenze attuali e future nell'e

Una batteria è parte integrante di qualsiasi bicicletta elettrica e contribuisce a determinare autonomia, prestazioni e durata. In questo articolo esamineremo alcune delle tendenze attuali e future nelle batterie per e-bike.

Le celle più popolari utilizzate nelle batterie delle bici elettriche hanno il fattore di forma 18650 e 21700 con chimica NMC. Sempre più batterie utilizzano celle di dimensioni maggiori, per alcuni importanti motivi. Il principale tra questi è il fatto che sono necessarie meno celle per raggiungere la capacità desiderata. Per raggiungere una capacità prossima a 10 Ah nel 18650, sono necessarie tre celle collegate in parallelo, mentre il 21700 richiederà due celle. La differenza di massa non è trascurabile: il peso del 18650 in configurazione 10S3P è di circa 1,5 kg, mentre il 21700 nella stessa configurazione è più leggero di circa 0,1 kg. In una batteria con tensione più elevata, la differenza è maggiore.

Inoltre, la capacità nominale teorica più grande per il fattore di forma 18650 è 3,5 Ah, mentre per il 21700 è 5,0 Ah. Al giorno d'oggi, la massima densità di energia gravimetrica per la chimica NMC è 250-260 Wh/kg. Sono state annunciate celle con una capacità maggiore, ma solo nella dimensione 21700. L'obiettivo è raggiungere 5,5-5,65 Ah, e forse anche fino a 6 Ah, che consentiranno l'estensione della capacità totale o dei cicli della batteria, dopo aver ridotto l'intervallo di tensione. Attualmente, i fornitori stanno cercando di utilizzare nuovi elementi nelle celle, come il silicio, per ottenere una capacità maggiore, nonché il sodio per ottimizzare i costi.

Ogni parte meccanica aumenta il peso e le dimensioni della batteria. Le batterie integrali, nascoste nel telaio, molto spesso hanno una struttura a moduli a blocchi. Un blocco contiene i supporti delle celle superiori e inferiori e 4-10 celle collegate nella configurazione corretta e connettori con terminali per il collegamento alla sezione successiva. Di solito sono presenti anche isolamenti aggiuntivi, sbarre o cavi che causano punti caldi e cadute di tensione.

Il posizionamento delle celle trasversalmente all'asse più lungo richiede solo due portacelle, con la corrente che scorre solo attraverso i connettori delle celle. È possibile montare un BMS aggiuntivo su un lato del corepack con facile accesso a ogni punto di tensione, garantendo che non siano necessari set di cavi. La batteria è più leggera poiché contiene meno componenti, inoltre il montaggio è più semplice e veloce.

Anche l'alloggiamento ha un'influenza significativa sul peso. Attualmente i materiali più utilizzati sono l’alluminio e la plastica. Ma l’uso della fibra di carbonio dovrebbe ridurre la massa della batteria, anche se ciò comporta un aumento dei costi di costruzione.

Attualmente, le normative europee si stanno muovendo per rendere le batterie più riparabili e garantire che abbiano una lunga durata, per ridurre l’impatto ambientale. Pertanto, è probabile che le batterie nuove siano più facili da riparare da parte di terzi.

Al giorno d'oggi, i sistemi di gestione delle batterie sono dispositivi più complessi con varie funzioni. Quasi tutti i BMS nelle batterie delle e-bike contengono funzioni come:

Inoltre, i BMS sono ora più sicuri che mai. Sono dotati di doppia protezione e in più contengono elementi come l'analisi delle modalità e degli effetti di guasto (FMEA) e l'analisi funzionale della sicurezza.

L’anno prossimo verranno ampliati gli standard di sicurezza per le batterie agli ioni di litio. Ad esempio, potrebbe esserci un sensore di gas montato sul BMS per rilevare la potenziale rottura della cella o un accelerometro per spegnere le uscite della batteria in caso di incidente.

Inoltre, è probabile che presto vedremo l'uso di tecnologie intelligenti, come la connettività Bluetooth, nonché la crittografia delle comunicazioni end-to-end per una maggiore sicurezza. Le modalità intelligenti potrebbero essere utilizzate anche per prolungare la durata della batteria, limitando, ad esempio, il SoC e la potenza massima. È quasi certo che le modifiche alle normative europee imporranno anche altri cambiamenti, come l’accesso aperto per terzi ad alcune informazioni del BMS.

Negli ultimi anni i produttori di caricabatterie hanno aggiunto nuove funzionalità alle loro soluzioni standard. Attualmente la batteria e il caricabatterie comunicano tramite un bus aggiuntivo. Ciò aumenta la sicurezza, poiché parametri critici come tensione e corrente vengono misurati da entrambe le parti del sistema e possono essere confrontati tra loro. Se la differenza è significativa, la ricarica viene interrotta poiché si presume un guasto. Un caricabatterie intelligente può caricare a una tensione limitata per prolungare il ciclo di vita. Se vogliamo conservare una batteria per un lungo periodo senza utilizzarla, è possibile caricare la batteria al 50-60% SoC per ridurre il naturale degrado delle celle.