Pur non frequentando attivamente il forum, mi è capitato di dare un’occhiata alle discussioni inerenti le batterie ed ho notato una certa confusione sul tema, con sprazzi di nozioni corrette, alcune vere e proprie castronerie (senza offesa), negazionismo scientifico o (legittimo e comprensibile) menefreghismo pratico.
Ho quindi pensato di scrivere due righe per dare qualche informazione sull’argomento a chi fosse interessato ad una migliore gestione delle batterie o semplicemente a chi volesse apprendere qualche nozione sul tema, applicabile non solo alle eBike, ma alla mobilità elettrica ed alla transizione energetica in generale.
Se e quando cambieranno le tecnologie di accumulo probabilmente alcune di queste tematiche, se non tutte, potranno essere auspicabilmente superate, ma al momento, e verosimilmente per ancora diversi anni avvenire, questa (quella degli accumulatori “agli ioni di litio”) è la tecnologia con cui ci dobbiamo, volenti o nolenti, quotidianamente confrontare.
Non inserirò immagini illustrative, perché non ho tempo di produrne ad-hoc e vorrei evitare di creare problemi di violazione di copyright al forum.
Premessa n°1:
Per molteplici motivi in questa “guida” verranno usate terminologie non sempre rigorose dal punto di vista tecnico, a volte gergali, ma (nelle intenzioni) comprensibili da parte di tutti coloro che leggeranno.
Nei limiti del possibile tratteremo le questioni senza entrare nel dettaglio scientifico.
Premessa n°2:
Le batterie (dove per “batterie” andremo ad intendere genericamente l’attuale generazione di accumulatori Li-Ion, intesi sia come cella singola, sia come gruppo di celle assemblate) si rovinano, sia che vengano utilizzate, sia che non vengano utilizzate.
Dal momento della fabbricazione inizia un processo di degrado inevitabile, inesorabile ed irreversibile. Allo stesso modo, durante l’utilizzo, le batterie si usurano (sempre inevitabilmente, inesorabilmente ed irreversibilmente…).
Conoscere il perché, il quando, il come, il quanto ed in quali condizioni avviene questo degrado può essere d’aiuto a massimizzare la loro resa e la loro durata nel tempo.
È importante sottolineare che si tratta di deterioramento, non di guasti. Il deterioramento è lento e progressivo; e spesso di difficile percezione proprio perché c’è tutto il tempo di abituarsi al peggio…
Se vostro cuggino una volta ha scaricato la batteria a zero facendo impennate in cortile o l’ha dimenticata in carica per un mese in un Sukala del Burkina Faso a luglio “e non è successo niente” non fa testo, oltre ad essere tecnicamente falso.
Premessa n°3:
Una batteria per eBike di qualità standard, dotata di un BMS (Battery Management System) ben progettato ed utilizzata in modo “ignorante” dall’utilizzatore medio, salvo eventi particolari o errori di gestione colossali, sarà in grado di assolvere il suo compito per alcuni anni, con un livello di efficienza residua minimo già previsto (ma purtroppo non garantito, come avviene nel settore automotive) dal costruttore.
Quindi chi non avesse voglia di approfondire la questione, preferendo pensare solo a pedalare ed upgradare ha tutta la mia comprensione e può tranquillamente smettere di leggere subito dopo la premessa n°4.
Premessa n°4:
Una batteria Li-Ion ha una tensione minima superata la quale viene danneggiata in modo definitivo e conclusivo.
Non corrisponde allo “0%” formulato dal BMS e visibile a display, è sempre di alcuni decimi di volt inferiore. Un più o meno lungo (dipende dalle condizioni delle celle, da fenomeni variabili di autoscarica, dal consumo basale dei circuiti elettronici di bordo) stoccaggio a partire dallo “0%” di carica residua, tale da portare ad un abbassamento ulteriore della tensione, può portare alla morte elettrochimica della batteria, nuova o vecchia che sia.
L’eventuale garanzia del costruttore sarà giustamente negata.
Contesto:
Una “batteria” è composta da due elettrodi (anodo e catodo), una membrana separatrice ed un elettrolita, generalmente in forma liquida.
Durante la carica e nell’utilizzo, quindi durante la scarica della batteria, si creano delle reazioni elettrochimiche di ossidazione e riduzione che favoriscono la cessione di energia o il suo accumulo con un flusso di ioni dall’elettrodo positivo al negativo e viceversa (super-omissis, che Stanley Whittingham non mi fulmini!).
Questo flusso di elettricità all’interno della batteria (durante cariche e scariche, come detto), oltre a rappresentare la base del funzionamento di qualsiasi accumulatore, è importante da considerare perché non è ad “impatto zero” sulla salute della batteria.
Possiamo sintetizzare oltremodo dicendo che ad ogni migrazione elettrica da un polo all’altro vengono lasciate delle “scorie” nei pressi degli elettrodi (spero anche nella clemenza di Giove!).
Queste scorie, mano a mano che si accumulano, sono responsabili della diminuzione della capacità reale della batteria e dell’aumento della resistenza interna che si oppone al flusso elettrico. Vengono quindi progressivamente compromesse sia la capacità di scarica della batteria, ossia la propensione a fornire la potenza (Ampère) richiesta dal motore elettrico, sia la massima velocità di carica ottenibile.
Ecco che nel tempo le “prestazioni” della batteria nel suo complesso tendono a diminuire, sia in termini di quantità di energia accumulata, sia in termini di potenza istantanea erogabile o ricaricabile.
Compreso questo, possiamo andare brevemente a considerare quali sono le condizioni che accelerano il deterioramento delle batterie e quali sono i comportamenti che è possibile adottare per minimizzare tale degrado, così da aumentare la longevità delle nostre batterie.
N.B. Le Li-Ion sono disponibili in numerose composizioni chimiche, alcune delle quali hanno caratteristiche peculiari che le differenziano dalle altre. Non avrebbe senso fare dei distinguo, nella maggior parte delle valutazioni che andremo a fare la tipologia di chimica è sostanzialmente ininfluente.
Il riferimento di massima è comunque alle celle di tipo NMC (o equivalenti) che credo rappresentino la totalità delle batterie per eBike, così come sono la quasi totalità delle batterie del settore automotive.
Un ciclo di carica, per gli standard attuali, può essere considerato veloce al di sopra di 0.5C*, mentre al di sotto di questa soglia può essere considerato lento.
*Il C-rate rappresenta la corrente (A) necessaria per scaricare (o caricare) la batteria in 1h. Una batteria con capacità da 10Ah, (s)caricata a 10A in un’ora è stata (s)caricata a 1C. Con 20A si parla quindi di 2C. Con 5A, 0.5C.
Le batterie da eBike mi pare siano tutte a 36v di tensione nominale, quindi una generica 500Wh ha una capacità di circa 13Ah e potrebbe essere caricata a 13A, considerando 1C come veloce senza essere estrema, ma direi che tutti i caricabatterie sono ampiamente sotto quella soglia, quindi opportunamente dimensionati per non stressare troppo le celle.
Io, ad esempio, uso un charger standard da 4A per 750Wh di batteria (circa 20Ah) quindi una carica a circa 0.2C. Il modello “rapido” è da 6A, quindi ancora lontano da 0.5C (0.33C)
In soldoni, “Eco” rovina meno la batteria di “Turbo”, ma anche in questo caso la massima potenza di un motore medio eBike non eccede (o eccede di poco) una scarica da 1C (es batteria 500Wh, motore 500W a manetta = 1C), quindi non si tratta di un assorbimento estremo.
...segue
Ho quindi pensato di scrivere due righe per dare qualche informazione sull’argomento a chi fosse interessato ad una migliore gestione delle batterie o semplicemente a chi volesse apprendere qualche nozione sul tema, applicabile non solo alle eBike, ma alla mobilità elettrica ed alla transizione energetica in generale.
Se e quando cambieranno le tecnologie di accumulo probabilmente alcune di queste tematiche, se non tutte, potranno essere auspicabilmente superate, ma al momento, e verosimilmente per ancora diversi anni avvenire, questa (quella degli accumulatori “agli ioni di litio”) è la tecnologia con cui ci dobbiamo, volenti o nolenti, quotidianamente confrontare.
Non inserirò immagini illustrative, perché non ho tempo di produrne ad-hoc e vorrei evitare di creare problemi di violazione di copyright al forum.
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Premessa n°1:
Per molteplici motivi in questa “guida” verranno usate terminologie non sempre rigorose dal punto di vista tecnico, a volte gergali, ma (nelle intenzioni) comprensibili da parte di tutti coloro che leggeranno.
Nei limiti del possibile tratteremo le questioni senza entrare nel dettaglio scientifico.
Premessa n°2:
Le batterie (dove per “batterie” andremo ad intendere genericamente l’attuale generazione di accumulatori Li-Ion, intesi sia come cella singola, sia come gruppo di celle assemblate) si rovinano, sia che vengano utilizzate, sia che non vengano utilizzate.
Dal momento della fabbricazione inizia un processo di degrado inevitabile, inesorabile ed irreversibile. Allo stesso modo, durante l’utilizzo, le batterie si usurano (sempre inevitabilmente, inesorabilmente ed irreversibilmente…).
Conoscere il perché, il quando, il come, il quanto ed in quali condizioni avviene questo degrado può essere d’aiuto a massimizzare la loro resa e la loro durata nel tempo.
È importante sottolineare che si tratta di deterioramento, non di guasti. Il deterioramento è lento e progressivo; e spesso di difficile percezione proprio perché c’è tutto il tempo di abituarsi al peggio…
Se vostro cuggino una volta ha scaricato la batteria a zero facendo impennate in cortile o l’ha dimenticata in carica per un mese in un Sukala del Burkina Faso a luglio “e non è successo niente” non fa testo, oltre ad essere tecnicamente falso.
Premessa n°3:
Una batteria per eBike di qualità standard, dotata di un BMS (Battery Management System) ben progettato ed utilizzata in modo “ignorante” dall’utilizzatore medio, salvo eventi particolari o errori di gestione colossali, sarà in grado di assolvere il suo compito per alcuni anni, con un livello di efficienza residua minimo già previsto (ma purtroppo non garantito, come avviene nel settore automotive) dal costruttore.
Quindi chi non avesse voglia di approfondire la questione, preferendo pensare solo a pedalare ed upgradare ha tutta la mia comprensione e può tranquillamente smettere di leggere subito dopo la premessa n°4.
Premessa n°4:
Una batteria Li-Ion ha una tensione minima superata la quale viene danneggiata in modo definitivo e conclusivo.
Non corrisponde allo “0%” formulato dal BMS e visibile a display, è sempre di alcuni decimi di volt inferiore. Un più o meno lungo (dipende dalle condizioni delle celle, da fenomeni variabili di autoscarica, dal consumo basale dei circuiti elettronici di bordo) stoccaggio a partire dallo “0%” di carica residua, tale da portare ad un abbassamento ulteriore della tensione, può portare alla morte elettrochimica della batteria, nuova o vecchia che sia.
L’eventuale garanzia del costruttore sarà giustamente negata.
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Contesto:
Una “batteria” è composta da due elettrodi (anodo e catodo), una membrana separatrice ed un elettrolita, generalmente in forma liquida.
Durante la carica e nell’utilizzo, quindi durante la scarica della batteria, si creano delle reazioni elettrochimiche di ossidazione e riduzione che favoriscono la cessione di energia o il suo accumulo con un flusso di ioni dall’elettrodo positivo al negativo e viceversa (super-omissis, che Stanley Whittingham non mi fulmini!).
Questo flusso di elettricità all’interno della batteria (durante cariche e scariche, come detto), oltre a rappresentare la base del funzionamento di qualsiasi accumulatore, è importante da considerare perché non è ad “impatto zero” sulla salute della batteria.
Possiamo sintetizzare oltremodo dicendo che ad ogni migrazione elettrica da un polo all’altro vengono lasciate delle “scorie” nei pressi degli elettrodi (spero anche nella clemenza di Giove!).
Queste scorie, mano a mano che si accumulano, sono responsabili della diminuzione della capacità reale della batteria e dell’aumento della resistenza interna che si oppone al flusso elettrico. Vengono quindi progressivamente compromesse sia la capacità di scarica della batteria, ossia la propensione a fornire la potenza (Ampère) richiesta dal motore elettrico, sia la massima velocità di carica ottenibile.
Ecco che nel tempo le “prestazioni” della batteria nel suo complesso tendono a diminuire, sia in termini di quantità di energia accumulata, sia in termini di potenza istantanea erogabile o ricaricabile.
Compreso questo, possiamo andare brevemente a considerare quali sono le condizioni che accelerano il deterioramento delle batterie e quali sono i comportamenti che è possibile adottare per minimizzare tale degrado, così da aumentare la longevità delle nostre batterie.
N.B. Le Li-Ion sono disponibili in numerose composizioni chimiche, alcune delle quali hanno caratteristiche peculiari che le differenziano dalle altre. Non avrebbe senso fare dei distinguo, nella maggior parte delle valutazioni che andremo a fare la tipologia di chimica è sostanzialmente ininfluente.
Il riferimento di massima è comunque alle celle di tipo NMC (o equivalenti) che credo rappresentino la totalità delle batterie per eBike, così come sono la quasi totalità delle batterie del settore automotive.
- Velocità di carica
Un ciclo di carica, per gli standard attuali, può essere considerato veloce al di sopra di 0.5C*, mentre al di sotto di questa soglia può essere considerato lento.
*Il C-rate rappresenta la corrente (A) necessaria per scaricare (o caricare) la batteria in 1h. Una batteria con capacità da 10Ah, (s)caricata a 10A in un’ora è stata (s)caricata a 1C. Con 20A si parla quindi di 2C. Con 5A, 0.5C.
Le batterie da eBike mi pare siano tutte a 36v di tensione nominale, quindi una generica 500Wh ha una capacità di circa 13Ah e potrebbe essere caricata a 13A, considerando 1C come veloce senza essere estrema, ma direi che tutti i caricabatterie sono ampiamente sotto quella soglia, quindi opportunamente dimensionati per non stressare troppo le celle.
Io, ad esempio, uso un charger standard da 4A per 750Wh di batteria (circa 20Ah) quindi una carica a circa 0.2C. Il modello “rapido” è da 6A, quindi ancora lontano da 0.5C (0.33C)
- Profondità di carica
- Velocità di scarica
In soldoni, “Eco” rovina meno la batteria di “Turbo”, ma anche in questo caso la massima potenza di un motore medio eBike non eccede (o eccede di poco) una scarica da 1C (es batteria 500Wh, motore 500W a manetta = 1C), quindi non si tratta di un assorbimento estremo.
- Profondità di scarica
...segue
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