Sviluppo di moduli batterie litio-ioni per avviamento - Enea

9. Problematiche di progettazione modulo 12V d’avviamento
Per la progettazione del modulo standard, SLI che per trazione occorrerà tenere in conto tutte
le tematiche evidenziate per questo tipo di applicazione:
1) il problema della tensione e dell’equalizzazione. E’ stato osservato come le uniche batterie al
litio oggi sul mercato con abbondanza di fornitura (escludendo quindi le TiLi) sono le Litio-Ferro
-Fosforo, comunemente indicate come LFP. I moduli conterranno quindi 4 celle LFP in serie. E’
stato inoltre osservato come la caratteristica di funzionare per lunghi periodi in tampone rende
particolarmente auspicabile l’adozione di un sistema di equalizzazione attiva, per ragioni di
efficienza energetica, anche tenuto conto che esigenza di economicità del modulo portano ad
evitare una preselezione rigorosa per uniformità delle celle da disporre in serie.
2) il problema della CCA. Le batterie LFP si presentano con un rapporto potenza
massima/energia massima abbastanza favorevole all’applicazione SLI, con rapporto fra la
corrente di scarica ad un minuto ed un’ora almeno pari a 5: I1m/I1h 5. Per l’avviamento di
motori con correnti di spunto molto elevati in taluni casi si utilizzano batterie ad alta potenza
in grado di realizzare rapporti I1m/I1h superiori a 10. Per queste applicazioni risulta necessario
sovradimensionare la batteria al litio, ad esempio adottando una capacità nominale doppia
rispetto a quella strettamente necessaria per le scariche lente
3) il problema della calendar life Le batterie LPF presentano una vita in cicli tipicamente
abbondantemente superiore a quella delle batterie al piombo. Per poter sfruttare questo
vantaggio, però, è opportuno che la calendar life di a almeno pari a 8 anni, in modo da
utilizzare un’unica batteria per l’intera vita del veicolo, invece di prevedere una sostituzione
dopo 4 anni. Al momento i costruttori non forniscono informazioni adeguate sulla calendar life,
forse anche per la giovane età della tecnologia LPF, ma è un dato che risulterà importante
nella valutazione della competitività economica del modulo
4) il problema della gestione termica. La gestione termica delle batterie al litio è alquanto più
delicato di quello delle batterie al piombo. Normalmente i costruttori raccomandano che le celle
non superino in alcun momento la temperatura di 60°C, per la possibilità di innescarsi di
problemi di sicurezza. Questo potrebbe implicare la necessità di raffreddamento a liquido per
veicoli che operino in ambienti particolarmente caldi (temperatura ambiente di 40°C o più), e
impone di valutare attentamente l’ubicazione del modulo nel veicolo, lontano quindi da
importanti fonti di calore quale il motore a combustione interna
5) Scelta della taglia. Notevoli vantaggi si possono ottenere dalla progettazione di moduli
standard di taglia assegnata. E’ ben noto che le batterie SLI convenzionali sono reperibili sul
mercato con valori di capacità nominali (taglie) molto differenti le une dalle altre, e questo non
comporta particolari limitazione alla loro diffusione. Occorre però notare come la progettazione
dei moduli al litio sia più complessa, per le suddette necessità di monitoraggio, equalizzazione
e condizionamento termico, e pertanto una limitazione del numero di taglie disponibili
comporterebbe sicuramente un miglioramento della loro competitività. Dall’analisi delle celle
LFP esistenti sul mercato, nonché delle esigenze di ambito automobilistico appare molto
interessante la possibilità di realizzare una o due taglie standard. Il valore della taglia più
piccola potrebbe essere di 30 Ah, per la quale esistono celle LFP sul mercato, che consente di
alimentare le autovetture più piccole e, connettendone in parallelo 2 o 3, le autovetture più
grandi. Ad essa si potrebbe eventualmente associare una taglia superiore, ad es. da 100 Ah,
per la quale esistono celle LFP sul mercato, per l’alimentazione di veicoli di grossa taglia.
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