Calcolo del degrado della batteria e della perdita di capacità
| Condizione | Capacità totale | Perdita (%) | Perdita di capacità (kWh) | Energia al 100% | Calcolo delle perdite | Gamma | Tempo di ricarica stimato a 150 kW di ricarica rapida CC |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Nuova batteria | 60kWh | 0 | 0 kWh | 60kWh | — | 450 chilometri | ~24 minuti |
| Perdita di capacità del 10% | 54 kWh | 0.1 | 6 kWh | 54 kWh | 60 kWh x 0,10 = 6 kWh | 450 − (450×0,10) = 405 km | 54 / 150 × 60 = ~22 minuti |
| Perdita di capacità del 20% | 48kWh | 0.2 | 12 kWh | 48kWh | 60 kWh x 0,20 = 12 kWh | 450 − (450×0,20) = 360 km | 48 / 150 × 60 = ~19 minuti |
📌 Questa tabella si basa su un veicolo con una batteria da 60 kWh e un'autonomia nominale di 450 km. I calcoli presuppongono velocità e consumo costanti, con autonomia calcolata linearmente. Nell'uso reale, fattori come il tempo, la velocità di guida, la pendenza della strada, le condizioni degli pneumatici e l'efficienza del sistema possono causare deviazioni nell'autonomia e nei consumi.
⚡ I calcoli del tempo di ricarica indicano il tempo minimo teorico. Negli scenari di ricarica CC reali, il sistema di gestione della batteria (BMS) può ridurre gradualmente la potenza di ricarica in base allo stato di carica (SOC), alla temperatura e allo stato della cella. Inoltre, la potenza massima supportata dalla stazione di ricarica e dal veicolo influisce sul tempo. Pertanto, i tempi di ricarica effettivi potrebbero essere più lunghi di quelli calcolati.
🔍 🔍 Spiegazione: chimica della batteria, BMS e degrado nel tempo
I cicli di carica/scarica, la temperatura, l'elevata potenza di carica e la conservazione causano l'invecchiamento della batteria. La struttura chimica interna si degrada → le cellule perdono la capacità di immagazzinare energia.
Mostra sempre la capacità massima attuale. Quindi se c'è una perdita del 10%, 100% = 54 kWh; se la perdita è del 20%, 100% = 48 kWh. Pertanto, anche se il display indica 100%, non contiene più la stessa energia di prima (meno energia immagazzinata).
Il tempo di ricarica diminuisce leggermente perché è necessaria meno energia da riempire.
Una batteria non è un circuito elettronico; pertanto, il suo stato interno non può essere conosciuto esattamente. I calcoli si basano su corrente, tensione, energia e flusso di elettroni in entrata e in uscita dalla batteria. Vengono valutati anche dati come il numero di ore di carica della batteria e la sua età per stimare il tempo di utilizzo, mentre il display del veicolo mostra lo stato energetico come% o autonomia. Il sistema di gestione della batteria (BMS) monitora continuamente il flusso di elettroni, il calore, la tensione e la corrente; limita la batteria dal sovraccarico, dallo scaricamento eccessivo e dal surriscaldamento. Genera inoltre dati stimati sullo stato della batteria (SOH) dai cicli di carica-scarica.
il fluido elettrolitico si degrada, si formano gas, il calore aumenta, si verifica un rigonfiamento delle cellule, si verifica il rischio di incendio e la durata della batteria si riduce notevolmente.
Nella struttura chimica si verificano reazioni inverse, gli elettrodi collassano, la cellula muore completamente e diventa irrecuperabile.
La potenza visualizzata sulla stazione di ricarica e sullo schermo del veicolo è quasi identica (ad esempio 11 kW CA, 150 kW CC). Tuttavia, la potenza effettiva che entra nella batteria è inferiore del 5–12% per la corrente alternata e del 3–7% per quella CC a causa delle perdite di cavi e connettori. Il BMS considera sempre questa piccola differenza e protegge la batteria dalla carica eccessiva o insufficiente.
Corregge le incertezze derivanti dai cambiamenti chimici nella batteria e dagli squilibri tra le celle, garantendo che il display del veicolo mostri in modo accurato lo stato energetico e la salute della batteria. Durante la ricarica normale, l'energia in entrata e in uscita potrebbe non essere perfettamente precisa a causa di errori di misurazione, invecchiamento e perdite di cavi/connettori; la calibrazione consente al BMS di vedere la capacità reale e l'SOH.
La perdita del primo anno è rapida a causa della "decantazione chimica e del bilanciamento cellulare"; successivamente la batteria si stabilizza e la perdita rallenta (circa 95%→92%). Nei primi cicli di carica-scarica si forma lo strato SEI (Solid Electrolyte Interphase); questo strato consuma energia chimicamente. La batteria è nuova, le superfici degli elettrodi e l'elettrolito non sono completamente stabili. Si depositano anche piccoli squilibri e differenze di resistenza tra le cellule. Da qui il rapido calo iniziale.
Lo strato SEI si è stabilizzato, le strutture chimiche sono stabili, le cellule sono equilibrate. A parità di utilizzo, i cicli di carica-scarica causano meno perdite. Risultato: la perdita di capacità annuale è inferiore e non lineare e procede lentamente.