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Effetti delle scariche intense/veloci sulle batterie al litio

Posted in Uncategorized by jumpjack on 9 dicembre 2015

I datasheet delle batterie al litio in genere riportano il numero di cicli di ricarica possibili al variare della profondità di scarica (DoD), che può variare tra 500 e 2000 cicli rispettivamente per DoD del 100% o 30%.

Quasi nessun datasheet riporta però come varia il numero di cicli al variare dell’intensità di corrente prelevata (discharge rate), che invece ha un impatto notevole secondo questa ricerca:  Capacity fade study of lithium-ion batteries at high discharge rates – Gang Ning, Bala Haran, Branko N Popov.

Le auto elettriche utilizzano batterie da 300 Volt  e almeno 16 kWh/50Ah per alimentare motori da 50kW/167A di picco, ma è anche vero che per far muovere un’auto a 130 km/h costanti bastano 15 kW/50A, quindi si parla di scariche continue di 1C.

Diverso il discorso per gli scooter elettrici, che devono necessariamente basarsi su batterie piccole, per problemi di spazio e di peso: abitualmente si usano batterie tra i 20Ah e i 40 Ah, arrivando in rari casi a 60Ah; le tensioni usate sono in genere 48V o 60V, e più raramente 72V, arrivando a 130V nell’unico caso del Vectrix Vx-1.

Tensioni tipiche e potenze/correnti continue:

  • 48V:
    • ciclomotori (max 4kW/83A)
  • 60V:
    • ciclomotori (max 4kW/67A)
    • motocicli (max 6kW/100A)
  • 72V:
    • motocicli (max 6kW/83A)
    • quadricicli (max 6kW/83A)

Considerando il caso migliore per quanto riguarda la capacità, cioè 60Ah, risulta per le varie tensioni:

  • 48V/60Ah:
    • 83A=1,24C
  • 60V/60Ah:
    • 67A=1,12C
    • 100A=1,67C
  • 72V:
    • 83A=1,38C

Veniamo invece al mio caso particolare: un Ecoumbo 5000 con motore da 5kW e due batterie in parallelo da 18Ah, per un totale di 36Ah. Per andare a 90 km/h sono necessari tutti i 5 kW, cioè 83A continui, che equivalgono a 2,31C; una scarica molto intensa, che lascia supporre che difficilmente le batterie dureranno i 1000 cicli (*) che speravo, ma forse 500. Considerando che una carica completa mi garantisce 40 km sicuri e 50 andando piano, posso contare non su 40.000 ma 20.000 km di “vita” delle batterie. 20.000 km di benzina a 1,30 euro/litro e 15 km/litro fanno 1730 euro… che è più o meno il costo delle due batterie, quindi “andrei a pari”.

Se però aggiungessi oggi la terza batteria da 18Ah che in realtà avevo programmato per l’anno prossimo, arriverei a 54Ah, 2400 euro spesi, 1,54C di scarica e 70 km di autonomia; ovviamente il tutto non durerebbe più 500 cicli ma qualcosa di più, sia perchè la terza batteria sarebbe nuova, sia perchè diminuerei la corrente di scarica; ipotizziamo  700 cicli totali (conteggiati però dall’acquisto delle prime due batterie): avrei 700×70 =49000 km di vita, cioè 4200 euro di benzina. Cioè, a fronte di una ulteriore spesa di 800 euro risparmierei 1800 euro in più!

Estrapolazione delle curve di capacità di una batteria scaricata a vari rate:

grafico-scarica-veloce-batterie-itio

(*)Un pao d’anni fa il venditore delle batterie mi ha fornito un file Word che dovrebbe essere il datasheet delle batterie; scritto in cin-inglese e senza niente che lo faccia sembrare un documento ufficiale, dice che queste batterie hanno 1000 cicli con scariche di 1C.

 

Una Risposta

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  1. ccriss said, on 12 gennaio 2016 at 10:39

    Non avevo letto questo post, interessante vedere quanto incide la scarica rispetto ai cicli di utilizzo. Tieni presente che quei test prevedono un utilizzo continuativo, mentre se usi lo scooter in città molto spesso sei fermo al semaforo. Io ad esempio avevo fatto un test nel quale si evince che il 43% del mio tragitto le celle vengono scaricate tra 0 e 5A. Difficile estrapolare gli effetti del capacity fade in un contesto cittadino rispetto a quei grafici….
    A tempo debito ci fai sapere come stanno le celle, ma prima devi montare la nuova centralina😉


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