Sali sul tuo veicolo elettrico, lo accendi e il cluster ti mostra il numero di miglia che puoi percorrere. In base a questo intervallo, decidi i pit stop che farai per raggiungere la tua destinazione, ma ti sei mai chiesto come fa il tuo veicolo a calcolare la distanza che può percorrere?
Bene, il sistema di gestione della batteria o il BMS tiene d'occhio il pacco batteria che alimenta il tuo veicolo elettrico e stima l'autonomia per te. Inoltre, il sistema monitora lo stato di salute del pacco batteria e garantisce che sia sicuro da usare.
Comprensione dei pacchi batteria e delle celle agli ioni di litio
Prima di entrare nei sistemi di gestione della batteria, è essenziale capire come sono realizzati i pacchi batteria.
Un pacco batteria su un veicolo elettrico è costituito da celle agli ioni di litio e queste celle sono collegate tra loro per creare un modulo pacco batteria. Questi moduli sono ulteriormente collegati ad altri moduli per creare un pacco batteria. Questo design modulare aiuta a gestire in modo efficiente il pacco batteria e migliora la manutenzione. Grazie a questa architettura di progettazione, il produttore del pacco batteria può sostituire un modulo difettoso anziché sostituire l'intero pacco batteria.
In termini di vantaggi, le celle agli ioni di litio offrono diverse caratteristiche come un elevato rapporto peso/potenza rapporto, alta efficienza energetica, basse caratteristiche di autoscarica e buona temperatura elevata prestazione. A causa di queste caratteristiche, le celle agli ioni di litio sono la scelta ideale per i veicoli elettrici, ma queste batterie non sono impeccabili e tecnologia delle batterie allo stato solido sta cercando di risolvere i problemi che derivano dalle batterie agli ioni di litio.
Un'altra cosa da notare qui è che le celle agli ioni di litio possono offrire i vantaggi sopra menzionati solo se vengono utilizzate entro limiti specificati. Di seguito una breve panoramica di questi limiti operativi.
- Specifiche di tensione: La batteria di un veicolo elettrico è composta da più celle agli ioni di litio. Per mettere le cose in prospettiva, la Tesla Roadster è stata fornita con 6.831 celle e ciascuna di queste celle deve funzionare entro un intervallo di tensione impostato. Per la maggior parte delle celle, questo intervallo è compreso tra 3,0 e 4,1 volt. Se le celle vengono utilizzate al di fuori di questi intervalli, la durata del pacco batteria e le prestazioni che offre si deteriorano.
- Limiti di temperatura: Oltre ai limiti di tensione, è necessario monitorare anche la temperatura delle batterie agli ioni di litio. Per la maggior parte delle celle, questo intervallo è compreso tra -4 e 131 gradi Fahrenheit (-20 e 55 gradi Celsius). Se le celle vengono utilizzate al di fuori di questi intervalli di temperatura, le prestazioni e la durata del pacco batteria possono diminuire drasticamente.
- Assorbimento attuale: È inoltre necessario monitorare la quantità di corrente assorbita dalle celle. Se la quantità di corrente assorbita dalle celle è al di fuori dei limiti prescritti, la vita delle celle si degrada in modo esponenziale.
- Corrente di carica: Anche il pacco batteria deve essere monitorato durante la carica. Ciò è dovuto al fatto che elevate quantità di corrente vengono pompate nel pacco batteria in un breve periodo di tempo, e questo di solito si verifica durante ricarica rapida utilizzando caricabatterie di livello 3. A causa di questo flusso di corrente elevato nel pacco batteria, le celle possono sovraccaricarsi, provocandone il riscaldamento, degradando la durata e le prestazioni delle celle.
Poiché è necessario monitorare diversi parametri per le prestazioni ottimali di un pacco batteria, è necessario un sistema di gestione della batteria. Questo sistema di gestione è un dispositivo informatico che monitora diverse caratteristiche di ciascuna cella e garantisce che il pacco batteria funzioni entro i limiti specificati.
Cosa succede se le cellule non funzionano entro i limiti prescritti?
Se le celle di un pacco batteria vengono fatte funzionare a temperature elevate o se ne viene assorbita troppa corrente, può verificarsi un fenomeno noto come runaway termico.
Vedete, una batteria agli ioni di litio fornisce energia attraverso una serie di reazioni chimiche. Queste reazioni generano calore e, se le batterie non vengono fatte funzionare in intervalli adeguati, la quantità di calore generata da queste reazioni aumenta esponenzialmente.
A causa di questo aumento della generazione di calore, le celle possono prendere fuoco e causare una reazione a catena nel pacco batteria. Pertanto, è essenziale monitorare la temperatura di ciascuna cella per prevenire l'instabilità termica.
Come funziona un sistema di gestione della batteria e cosa fa?
Il sistema di gestione della batteria è un computer collegato a diversi sensori. Questi sensori monitorano la tensione, la corrente e la temperatura di ciascuna cella e la inviano al BMS.
Il sistema di gestione della batteria analizza quindi questi dati per garantire che ciascuna cella funzioni entro i limiti prescritti. Se questo non è il caso, allora cerca di risolvere il problema.
Se le celle all'interno del pacco batteria sono troppo calde, il BMS gestisce il sistema di raffreddamento per ridurre la temperatura del pacco batteria.
In caso di variazioni della tensione delle celle, il Battery Management System esegue il bilanciamento delle celle. Per bilanciare le celle, trasferisce energia da una cella all'altra per garantire che tutte le celle funzionino allo stesso livello di tensione.
Oltre alle attività sopra menzionate, il BMS registra i dati che riceve per calcolare lo stato di carica e la salute della batteria.
In che modo un sistema di gestione della batteria calcola l'autonomia?
Uno dei sensori collegati al BMS misura la quantità di corrente in entrata e in uscita dal pacco batteria. Sulla base di questi dati, il sistema di gestione della batteria stima la quantità di corrente del pacco batteria e la distanza che il tuo veicolo può percorrere, tenendo a bada l'ansia da range.
I sistemi di gestione della batteria sono davvero necessari?
Il sistema di gestione della batteria su un veicolo elettrico monitora attentamente ogni cella del pacco batteria. Garantisce che il pacco batteria sia sicuro da usare e protegge l'auto se le celle non funzionano correttamente.
Inoltre, stima l'autonomia che il veicolo può percorrere e aiuta a migliorare il ciclo di vita complessivo del pacco batteria. Pertanto, un sistema di gestione della batteria è una parte fondamentale di un veicolo elettrico e un buon sistema di gestione della batteria può migliorare la vita di un veicolo elettrico di diversi anni.