Perché le batterie al litio? - Parte 1

Sembra tutto ovvio. La batteria è scarica, basta accendere un caricabatterie, o spegnere il motore della vostra auto o barca e in poche ore la batteria sarà di nuovo carica. In modo che ci sia di nuovo molta energia disponibile. Un processo semplice ed efficace, ma non sempre veloce nel caso in cui sia installata una batteria al piombo-acido, il vantaggio è che si possono utilizzare apparecchiature di ricarica standard. In 9 casi su 10 non devi guardare la tua batteria e sono di nuovo pieni dopo una notte di sonno. Con le batterie al litio questa storia non si applica e dovrai prestare un’attenzione extra all’installazione di ricarica e al sistema a 12 o 24 VDC in generale. Perché una batteria al litio può essere pericolosa se usata in modo scorretto (leggi carica e scarica).

Perché le batterie al litio?

Una batteria agli ioni di litio è una batteria in cui gli ioni della batteria si spostano dall’elettrodo negativo a quello positivo e viceversa. La tecnologia delle batterie agli ioni di litio è ampiamente utilizzata nell’elettronica di consumo come i telefoni, i tablet e i computer portatili. Ma anche in altre apparecchiature portatili, strumenti a batteria e nei sistemi di trasporto elettrico e di trasporto interno, ecc. Per l’immagazzinamento di grandi quantità di energia, le batterie al litio sono anche sempre più utilizzate dove prima si usavano batterie standard aperte e chiuse al piombo acido, AGM o gel. Le ragioni più importanti: Le batterie al litio hanno una densità di energia molto alta e sono quindi compatte e leggere, non c’è effetto memoria che permette una ricarica più veloce e hanno un’autoscarica molto bassa, per citare solo alcuni vantaggi.

Diverse tecnologie di batterie al litio

Ci sono diversi tipi di tecnologie di batterie al litio sul mercato, ognuna con proprietà specifiche. Le più importanti sono:

Il litio ferro fosfato (LiFePO4 o LFP) è considerato il più sicuro sul mercato. Questo è precisamente il motivo per cui noi di WhisperPower forniamo questo tipo di batteria nelle varie versioni. Siamo consapevoli che gli altri tipi hanno altri vantaggi come una densità di energia leggermente superiore, come nel caso della batteria NMC, ma questi tipi sono significativamente meno sicuri. Alla Whisper Power, la sicurezza viene prima di tutto.

L'applicazione è determinante

È estremamente importante sapere qual è l’applicazione prima di acquistare una batteria al litio. In altre parole, dove verrà collocata la batteria, come verrà utilizzata, quanti cicli di carica/scarica saranno previsti, ecc. L’applicazione più importante di cui ci occupiamo nelle batterie Lithium ION è nei sistemi ibridi di propulsione e/o alimentazione, che vengono sempre più spesso installati in un veicolo o in un’imbarcazione. Le batterie sono spesso utilizzate nella situazione con molti cicli di carica-scarica, o uso ad alto ciclo. Per uso ciclico intendiamo che scarichiamo profondamente la batteria e poi la ricarichiamo rapidamente, che sarà anche caricata durante la scarica (uso del sistema). In un’auto elettrica, per esempio, la batteria viene scaricata durante la guida. Durante la carica la batteria non sarà guidata. In altre parole, durante la carica, non c’è uso dell’energia della batteria nel sistema. Tutti questi parametri sono presi in considerazione quando si sceglie la giusta batteria e la tecnologia della batteria. Vedrete che per le auto la compattezza e il peso sono più importanti c’è una situazione di pressione condizionata. Quindi in questa applicazione scegliamo una batteria di tecnologia diversa. Torniamo a scegliere la giusta batteria ION. Dopo aver determinato la giusta capacità della batteria e il sistema totale AC e DC, si dovranno determinare i componenti del sistema corrispondenti. La tensione nominale di una cella LFP è di 3,2V (con una batteria al piombo standard si tratta di 2V per cella). Una batteria LFP da 12 Volt è in realtà una 12,8 Volt composta da 4 celle collegate in serie da 3,2 Volt = 12,8 Volt.

Proprietà del litio

La tensione di una singola cella della batteria è di 3,2 Volt. Questa è chiamata la tensione nominale. Tuttavia, la tensione effettiva durante l’uso può variare da 2,5 a 4,2 Volt. Quando la tensione scende sotto i 2,5 Volt, la cella si danneggia. La cella è quindi troppo scarica e sarà danneggiata irreparabilmente. Quando la tensione supera i 4,2 Volt, anche la cella si danneggia. La cella viene quindi sovraccaricata e sarà irrimediabilmente danneggiata. Le celle di una batteria LFP non si bilanciano da sole, come avviene generalmente con l’acido di piombo. Le celle della batteria non sono mai identiche al 100%, quindi nel tempo le celle avranno una carica disomogenea. Per risolvere questo problema è necessario bilanciare le celle in modo che siano tutte ugualmente cariche. Le batterie al litio Whisper Power hanno questa funzionalità di bilanciamento incorporata. Con le batterie al litio più economiche questa funzione di bilanciamento deve essere aggiunta. Questo avviene spesso attraverso un circuito sciolto che deve essere collegato alle celle. Con le batterie al piombo-acido c’è sempre una corrente che scorre durante la carica di mantenimento. A causa di questo, le celle che sono meno piene saranno ancora completamente piene e così il bilanciamento viene fatto automaticamente senza che noi ce ne accorgiamo. Con le batterie al litio non c’è più corrente quando la batteria è piena. Per questo motivo, il bilanciamento non avviene se le celle sono irregolari. Quindi è molto importante che le batterie siano adeguatamente condizionate e protette dalla scarica profonda e dal sovraccarico e le celle dovranno essere bilanciate.

Durata

Ciò che vediamo in pratica è che la maggior parte delle batterie al piombo-acido si guasta prematuramente a causa della solfatazione, cioè l’indurimento delle piastre nella batteria. Questo avviene perché l’utente ha lasciato la batteria parzialmente o completamente scarica per un periodo di tempo più lungo. Questo si vede spesso nelle applicazioni in cui le batterie vengono utilizzate solo una parte dell’anno, come ad esempio gli yacht, i camper e le roulotte. Poco sotto l’altro i vantaggi di una batteria Li-Ion:

Prezzo

Il prezzo d’acquisto è più alto di una batteria al piombo, ma tenete presente che la batteria ha una durata di vita molto più lunga. Per questo motivo la batteria al litio sarà più economica per tutta la vita contata.

Cosa è importante?

Abbiamo visto che la batteria al litio può essere pericolosa se usata in modo scorretto. Quindi è importante lavorare con un fornitore affidabile che possa configurare i sistemi giusti per l’applicazione dell’utente. Questo può costare un po’ di più per l’acquisto, ma il vantaggio è che il sistema è garantito per funzionare, essere affidabile e soprattutto essere sicuro. In modo che si possa fare un uso ottimale dell’energia dove e quando serve.

Ecco perché le batterie al litio LFP (LiFe PO4) sono l’unica scelta giusta per i sistemi in condizioni difficili e dove peso, dimensioni, prestazioni ed efficienza energetica sono importanti. WhisperPower fornisce le seguenti batterie al litio:

Le batterie Li Ion Basic sono estremamente adatte per l’uso in veicoli e imbarcazioni dove la corrente di scarica è limitata tra 50A e 100A a seconda del tipo esatto di batteria. È necessario prendersi un momento per considerare il processo di carica e scarica di una tale batteria. Niente è così fastidioso come una batteria vuota quando si ha bisogno di energia. Ecco perché è importante assicurarsi che la batteria venga ricaricata completamente subito dopo essere stata scaricata. Ma qual è il modo migliore per farlo? Come detto prima, una batteria Li-Ion non dovrebbe mai essere sovraccaricata. Se questo accade, la batteria comincerà a “stressarsi” e nel peggiore dei casi può prendere fuoco con tutte le conseguenze del caso. Pertanto, utilizzare sempre la giusta batteria al litio Whisper Power per la giusta applicazione con il corrispondente sistema di ricarica WhisperPower. La batteria agli ioni di litio ha un circuito di protezione speciale (BMS, Battery Management System), che assicura che la batteria non superi la tensione massima. Questo BMS assicura anche che la batteria non si scarichi troppo profondamente. Se la tensione è troppo bassa o troppo alta, il BMS assicura che la batteria non venga danneggiata.

Come si protegge la batteria

Con lo ION Basic abbiamo una tecnologia di disconnessione interna, raccomandiamo sempre un’opzione di disconnessione DC esterna come l’interruttore remoto per batterie tipo 12-500A o il 24-500A per sistemi a 24 Volt. Il DC Modular Remote Battery Switch (l’interruttore) è un interruttore intelligente a chiusura magnetica ad alta corrente, che può gestire correnti continue DC fino a 500 Ampere. L’interruttore può essere facilmente installato in una sala motori o in un vano batterie, mentre è controllato da una posizione più comoda da un piccolo interruttore montato sul pannello. Ma l’interruttore può anche essere controllato da un monitor di batteria o da una batteria al litio, per esempio, come protezione di scarica/sovraccarico. Con lo ION Power Plus abbiamo il WIB che si occupa della disconnessione, nel prossimo Tip lo spiegheremo più specificamente.

Durata della vita WhisperPower Lithium

La vita utile di una batteria diminuisce con l’età e con il numero di cicli di carica e scarica. In altre parole, più spesso la batteria viene caricata e scaricata, più breve è la sua vita utile. In breve: la vita della batteria dipende dal grado di carica e scarica. Per la ION power basic si tratta di più di 2000 cicli con 1C e 100% DoD (profondità di scarica). 1C di scarica significa che con una batteria LFP una batteria da 100Ah può essere scaricata con 100A per 1 ora. Questo è considerevolmente più lungo di una batteria al piombo-acido con una durata di 200-300 cicli con un DoD del 50%. Così vediamo che con le batterie al piombo la corrente di scarica è spesso molte volte inferiore alla capacità della batteria è una batteria molto usata rispetto alla C20. C20 è una scarica di 20 ore, quindi una piombo-acido da 100Ah con C20, significa una scarica di 5A per 20 ore. Dove noi possiamo scaricare la batteria solo per il 50%. In molti casi, la batteria al litio è la scelta migliore in termini di lunga durata e il costo più basso per tutta la durata della vita.

Come detto prima, le batterie Li-Ion hanno un’autoscarica minima. Il BMS ha bisogno di una piccola corrente, quindi un po’ di energia viene comunque consumata. Questo dovrà essere preso in considerazione, la batteria deve essere mantenuta per mezzo del giusto caricabatterie, pannello solare eolico o un’altra fonte di ricarica. Nel caso in cui la batteria non sarà usata per un lungo periodo di tempo, dovrete tenerne conto. Più la batteria è carica, più velocemente la batteria inizia a ossidarsi dall’interno e quindi la durata di vita diminuisce. Se non usi la batteria per un periodo di tempo più lungo, assicurati che ci sia ancora circa il 60-70% di capacità in essa e prendi misure che la batteria non venga scaricata dal BMS. Quindi non è del tutto imprudente monitorare la batteria con un battery monitor.