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Guida sulle batterie al litio per monopattini elettrici

Discussioni per imparare tutto ciò che riguarda sulle batterie, l'elettronica e la meccanica dei monopattini elettrici
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Guida sulle batterie al litio per monopattini elettrici

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In questa guida tecnica imparerai tutto ciò che c'è da sapere sulle batterie dei monopattini elettrici, inclusi i tipi, i valori nominali di capacità, come prolungare la durata della batteria e il corretto utilizzo e conservazione.
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BATTERIE PER MONOPATTINI ELETTRICI
La batteria è il "serbatoio del carburante" del tuo monopattino elettrico. Fornisce l'energia consumata dal motore elettrico, alle luci, al controller centralina e ad altri accessori.

La maggior parte dei monopattini elettrici ha un tipo di batteria a base di ioni di litio per via dell'eccellente densità di energia e longevità. Molti monopattini elettrici per bambini e altri modelli economici contengono invece batterie al piombo. In un monopattino elettrico, il pacco batteria è costituito da singole celle e da un'elettronica chiamata sistema di gestione della batteria (BMS) che mantiene l'operatività della batteria in sicurezza sia durante la scarica che durante la ricarica.

I pacchi batteria più grandi hanno una capacità maggiore , misurata in wattora, e consentono a un monopattino elettrico di percorrere più chilometri. Tuttavia, essendo i monopattini elettrici fondamentalmente strutturati per poter essere agili, più il pacco batteria è grande e più ciò influirà sull'agilità del mezzo. Inoltre, le batterie sono uno dei componenti più costosi dello scooter e il costo complessivo aumenta di conseguenza proprio in virtù del tipo di batteria alloggiato sul monopattino elettrico.

TIPOLOGIE DI BATTERIE PER MONOPATTINI ELETTRICI
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I pacchi batteria dei monopattini elettrici sono costituiti da molte singole celle. Più specificamente, ogni singola cella (solitamente cilindrica) viene denominata con la sigla 18650 e solitamente le dimensioni di ogni singolo cilindro agli ioni di litio (Li-Ion) ha dimensioni di 18 mm x 65 mm. Ogni cella/cilindrica può generare un potenziale elettrico di soli 3,5 volt (3,5 V) e avente una capacità di 3 ampere ora (3 A * h) o circa 10 watt-ora (10 Wh).

Per costruire un pacco batteria con centinaia o migliaia di wattora di capacità, molte singole celle 18650 agli ioni di litio sono assemblate insieme in una struttura simile a un mattone. Il pacco batteria simile a un mattone è monitorato e regolato da un circuito elettronico chiamato sistema di gestione della batteria (BMS), che controlla il flusso di elettricità in entrata e in uscita dalla batteria.

IONI DI LITIO

Le batterie agli ioni di litio hanno un'eccellente densità di energia e la quantità di energia immagazzinata varia in base al loro peso fisico. Hanno anche un'eccellente longevità, il che significa che possono essere scaricate e ricaricate o "riciclate" molte volte pur mantenendo la loro capacità di stoccaggio.

Gli ioni di litio in realtà si riferiscono a molte sostanze chimiche della batteria che coinvolgono gli ioni di litio. Di seguito è riportato un breve elenco:

Ossido di litio manganese (LiMn 2 O 4 ); alias: IMR, LMO, Li-manganese
Litio manganese nichel (LiNiMnCoO 2 ); aka INR, NMC
Litio nichel cobalto ossido di alluminio (LiNiCoAlO 2 ); aka NCA, Li-alluminio
Ossido di litio nichel cobalto (LiCoO 2 ); aka NCO
Ossido di litio cobalto (LiCoO 2 ); noto anche come ICR, LCO, Li-cobalt
Fosfato di ferro di litio (LiFePO4 ); aka IFR, LFP, Li-fosfato

Ciascuna di queste caratteristiche chimiche della batteria rappresenta un compromesso tra sicurezza, longevità, capacità e uscita della corrente.

LITIO MANGANESE (INR, NMC)

Fortunatamente, molti monopattini elettrici di qualità utilizzano la chimica della batteria INR, una delle sostanze chimiche più sicure. Questa batteria offre capacità e corrente di uscita elevate. La presenza di manganese abbassa la resistenza interna della batteria, consentendo un'elevata uscita di corrente mantenendo basse le temperature. Di conseguenza, questo riduce le possibilità di fuga termica e incendi.

Alcuni monopattini elettrici con chimica INR includono i modelli WePed GT 50e e Dualtron .

PIOMBO ACIDO

Il piombo-acido è una chimica delle batterie molto antica che si trova comunemente nelle auto e in alcuni veicoli elettrici più grandi. Si trovano anche in alcuni scooter elettrici; in particolare, scooter per bambini economici di aziende come Razor .

Le batterie al piombo hanno il vantaggio di essere poco costose, ma soffrono di una densità energetica molto scarsa, il che significa che pesano molto rispetto alla quantità di energia che immagazzinano. In confronto, le batterie agli ioni di litio hanno circa 10 volte la densità di energia rispetto alle batterie al piombo.

VALUTAZIONE DELLA CAPACITA' DI UNA BATTERIA

La capacità della batteria di un monopattino elettrico è valutata in unità di misura espressa in wattora (abbreviato Wh). Questa unità è abbastanza facile da trovare scritta sui pacchi batteria. Ad esempio, una batteria con una potenza nominale di 1 Wh immagazzina energia sufficiente per fornire un watt di potenza per un'ora.

Maggiore capacità energetica significa maggiore wattora della batteria che si traduce in una maggiore autonomia dello scooter elettrico, per una data dimensione del motore. Un monopattino elettrico di medio livello ad esempio, può avere una capacità di circa 250 Wh e sarà in grado di percorrere circa 20 km ad una media di 25/30 km/h. I monopattini elettrici dalle prestazioni estreme possono avere una capacità che raggiunge le migliaia di watt ora e un'autonomia fino a 100/120 km.

PRINCIPALI MARCHE DI BATTERIE AL LITIO

Le singole celle agli ioni di litio in un pacco batteria per monopattini elettrici sono prodotte da poche aziende di fama internazionale. Le celle di altissima qualità sono prodotte da LG, Samsung, Panasonic e Sanyo. Questi tipi di celle sono presenti solo nei pacchi batteria degli scooter di fascia alta.

La maggior parte degli scooter elettrici economici e per pendolari hanno pacchi batteria realizzati con celle di produzione cinese generiche, che variano notevolmente in termini di qualità.

La differenza tra scooter con celle di marca e generici made in Cina hanno una maggiore garanzia di controllo qualità rispetto ai marchi affermati. Tuttavia negli ultimi anni, la Cina si è affermata sul mercato mondiale proprio per la sua propensione e risorse, nello sviluppare questi prodotti. Vi è semplicemente più scelta da parte del cliente finale sui prodotti made in Cina e, come in qualsiasi parte del mondo, si possono trovare prodotti made in Cina di scarsa fattura così come batterie agli ioni di Litio made in Cina di notevole fattura ad elevati standard prestazionali e di sicurezza.

Alcuni esempi di aziende che potrebbero avere un buon controllo di qualità sono Xiaomi e Segway.

SISTEMA DI GESTIONE DELLA BATTERIA (BMS)

Sebbene le celle del tipo 18650 agli ioni di litio abbiano vantaggi sorprendenti, sono meno indulgenti rispetto ad altre tecnologie di batteria e possono esplodere se utilizzate in modo improprio. È per questo motivo che sono quasi sempre assemblati in pacchi batteria dotati di un sistema di gestione della batteria denominato per abbreviazione, con l'acronimo di BMS (Battery Management System).

Il sistema di gestione della batteria (BMS) è un componente elettronico che monitora il pacco batteria e controlla la carica e la scarica. Le batterie agli ioni di litio sono progettate per funzionare tra circa 2,5 e 4,0 V. Il sovraccarico o lo scaricamento completo possono ridurre la durata della batteria o innescare pericolose condizioni di fuga termica. Il BMS dovrebbe impedire il sovraccarico. Molti BMS interrompono l'alimentazione prima che la batteria sia completamente scarica per prolungarne la durata. Nonostante ciò, molti monopattisti preferiscono ricaricare le batterie non scaricandole completamente e utilizzano anche caricatori speciali per controllare con precisione la velocità e la quantità di ricarica.

Sistemi di gestione della batteria più sofisticati monitoreranno anche la temperatura del pacco e attiveranno un taglio se si verifica un surriscaldamento.

DURATA DELLA BATTERIA AL LITIO

Una tipica batteria agli ioni di litio sarà in grado di gestire da 300 a 500 cicli di carica/scarica prima di diminuire la capacità. Per un monopattino elettrico medio, vuol dire un range tra circa 5000 e 20.000 chilometri! Tieni presente che scaricando completamente un pacco batterie al litio non significa "perdere per sempre tutto il potenziale di stoccaggio energia", ma queste pratiche possono comportare un notevole calo del 10-20% che continuerà a peggiorare nel tempo. I moderni sistemi di gestione della batteria (BMS) aiutano invece a prolungare la durata della batteria e non dovresti quindi preoccuparti troppo nell'utilizzare il tuo monopattino elettrico al massimo delle sue capacità proprio perchè il BMS viene tarato appositamente per evitare situazione estreme di scarica (e di ricarica).

Tuttavia, se desideri allungare il più possibile la durata della batteria, ci sono alcune cose che puoi fare per superare i 500 cicli. Ovvero:

- Non conservare lo scooter completamente carico o con il caricabatterie collegato per periodi prolungati. Mantenere la batteria carica alla massima tensione ne ridurrà la durata.
- Non conservare lo scooter elettrico completamente scarico. Le batterie al litio degradano quando scendono sotto 2,5 V . La maggior parte dei produttori consiglia di conservare gli scooter con una percentuale di batteria compresa tra il 30 e il 50% di carica e di ricaricarli periodicamente fino a questo livello per una conservazione a lungo termine.
- Non utilizzare la batteria dello scooter a temperature inferiori a 0° o superiori a 45°.
- Caricare il monopattino elettrico a una velocità C (valore C-RATE espresso sul caricabatteria) più basso possibile , ovvero caricare la batteria a una velocità inferiore rispetto alla sua capacità massima per preservare/migliorare la durata della batteria. La ricarica a una velocità "C-RATE" compresa tra 0,5C e 2C è ottimale. Alcuni dei caricabatterie più elaborati o ad alta velocità ti consentono di modificare la velocità di caricamento del caricabatteria.


COME SONO FATTE LE BATTERIE DEI MONOPATTINI ELETTRICI?
 


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