La batteria ad alta tensione è uno dei componenti più critici e costosi di un veicolo elettrico. Il suo stato influisce direttamente sulle caratteristiche più importanti del veicolo, inclusa la capacità di movimento. I produttori si sforzano molto di proteggere le batterie ad alta tensione (HVB) da fattori esterni e interni, ma i proprietari di automobili devono comunque affrontare problemi. Con l'aumento del numero di veicoli elettrici e ibridi, servizi come la riparazione e il ripristino delle batterie stanno diventando sempre più popolari.

Struttura delle Batterie dei Veicoli Elettrici

Le batterie dei veicoli elettrici sono costituite da piccole celle con una tensione di 1,2 o 3,7V, a seconda del tipo. Poiché la potenza di uscita richiesta è di diverse decine di kW e la tensione può raggiungere fino a 800V, è necessario un gran numero di fonti di alimentazione. Queste sono assemblate in moduli (celle) di diversi pezzi (di solito da 4 a 12). Sia il sistema di gestione della batteria standard (BMS) che l'attrezzatura per il recupero delle batterie lavorano con moduli nelle batterie al nichel e con singole celle nelle batterie al litio.
Le auto utilizzano diversi tipi di batterie, i più comuni sono:
● Nichel-metallo idruro (Ni-MH)● Ioni di litio (Li-ion)
Il primo tipo è considerato obsoleto e veniva utilizzato principalmente negli ibridi. Tuttavia, oggi, anche gli ibridi (come la batteria ibrida della Toyota Prius Prime) utilizzano il litio. Ogni tipo ha i suoi pro e contro. Le batterie Ni-MH sono meno efficienti, quasi inutilizzabili quando caricate sotto il 20% e difficili da caricare oltre l'80%. Sono più soggette all'autoscarica. Tuttavia, le Ni-MH sono relativamente sicure – possono esplodere solo senza prendere fuoco.
Le batterie agli ioni di litio superano significativamente le Ni-MH in termini di prestazioni. Durano più a lungo, l'autoscarica è quasi inesistente e non c'è effetto memoria (cioè possono essere caricate da qualsiasi punto). Le batterie al litio hanno una densità energetica più elevata. Lo svantaggio principale è l'eccezionale pericolo di incendio del litio. Quando si incendiano, è molto difficile spegnerle. Tuttavia, il litio può essere controllato dal BMS (Battery Management System), un sistema di controllo della batteria equipaggiato in tutti i veicoli elettrici con questo tipo di batteria.
E sebbene i parametri dei due tipi di batterie differiscano, i problemi principali sono pressappoco gli stessi.

Principali Problemi della Batteria

La degradazione di qualsiasi batteria è un processo inevitabile dettato dalle leggi della fisica. Anche con l'uso corretto di un veicolo elettrico, si verifica una perdita media di circa il 2% di capacità all'anno. Poiché una batteria è considerata inutilizzabile quando circa il 30% della sua capacità è perso, ciò garantisce circa 10-15 anni di funzionamento. Tuttavia, ci sono fattori che possono accelerare significativamente la degradazione.

Surriscaldamento
Il pericolo di surriscaldamento di una batteria ad alta tensione non risiede solo nella possibilità di incendio o esplosione – questo accade piuttosto raramente. La temperatura eccessiva è anche stressante per le celle, portando a una perdita di capacità prematura. Oltre al surriscaldamento generale, c'è anche il surriscaldamento locale quando, in una batteria sbilanciata, le celle più cariche sopportano un carico maggiore e la tensione della batteria del veicolo ibrido o elettrico diminuisce.

È necessario l'equilibrio, ma il BMS del veicolo può equalizzare le celle solo se sono in ottime condizioni, con una piccola differenza tra di loro. E mentre le batterie Ni-MH consentono una variazione di tensione di 1,5V, nelle batterie al litio, il massimo è 50mV. Il BMS spesso non riesce a bilanciare la batteria in tempo.

Le batterie al nichel sono più tolleranti al surriscaldamento; per un funzionamento bilanciato, devono solo essere caricate al 100%. Ma l'elettronica standard si spegne all'80% per motivi di sicurezza. È necessaria una tecnica speciale: una carica a bassa corrente. Questa è già una sorta di ripristino della batteria ibrida, possibile solo con l'uso di attrezzature speciali.

Danni Fisici
Le batterie dei veicoli elettrici sono più spesso posizionate sotto il pavimento dell'auto. Questo migliora l'equilibrio e la maneggevolezza ma aumenta il rischio di danni. Le situazioni in cui le batterie ad alta tensione possono subire danni variano:

Incidenti
Impatto con ostacoli
Danni da forche di carrelli elevatori durante il trasporto marittimo (rilevante per auto provenienti dagli Stati Uniti)
Utilizzare un veicolo con una batteria danneggiata è pericoloso. È necessaria un'ispezione obbligatoria con un tester per batterie al litio o Ni-MH.

Nei veicoli ibridi, le batterie sono spesso situate sotto il sedile posteriore, quindi vengono installate prese d'aria nell'abitacolo. Attraverso di esse, l'umidità (ad esempio, condensa o neve sciolta) può entrare nella batteria, causando corrosione dei contatti e sbilanciamento della batteria. In generale, l'ingresso di umidità all'interno della batteria è un problema molto serio. In questo caso, è necessario un tester per batterie agli ioni di litio.

Problemi di Chimica della Batteria
I veicoli elettrici variano in qualità, così come le loro batterie. Ad esempio, le batterie Tesla raramente falliscono, mentre le batterie ad alta tensione cinesi spesso non sono della migliore qualità. Questo si manifesta nel fatto che, dopo un certo periodo – circa sei mesi – alcuni moduli iniziano ad accettare peggio la carica, il che porta anche allo sbilanciamento e al guasto della batteria. Per determinare quali devono essere bilanciati in tempo, è ancora una volta necessario un tester di capacità delle batterie agli ioni di litio.

Come Affrontare i Problemi della Batteria

Le batterie ad alta tensione non falliscono completamente e immediatamente. Nella maggior parte dei casi, i problemi iniziali sorgono in singoli moduli, che l'elettronica del veicolo elettrico non riesce a gestire da sola. Se non affrontati, i problemi locali possono trasformarsi in grandi problemi. Il proprietario deve trovare modi per ripristinare la batteria ibrida o sostituire le celle della batteria ad alta tensione nel veicolo elettrico.

Per monitorare lo stato della batteria, diagnosticare e riparare in tutte le fasi, inclusi:● Determinazione della capacità● Preparazione della batteria ad alta tensione per l'installazione nel veicolo● Preparazione per lo stoccaggio
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