Batteria per veicoli elettrici

Una batteria per veicoli elettrici (EVB) o una batteria di trazione è una batteria utilizzata per alimentare la propulsione dei veicoli elettrici a batteria (BEV). Le batterie del veicolo sono solitamente una batteria secondaria (ricaricabile). Le batterie di trazione sono utilizzate su carrelli elevatori, carrelli da golf elettrici, impianti di lavaggio a terra, motocicli elettrici, auto elettriche, camion, furgoni e altri veicoli elettrici.

Le batterie dei veicoli elettrici differiscono dalle batterie di avviamento, illuminazione e accensione (SLI) perché sono progettate per fornire energia per periodi di tempo prolungati. Per queste applicazioni vengono utilizzate batterie a ciclo continuo invece di batterie SLI. Le batterie di trazione devono essere progettate con una capacità di ampere-ora elevata. Le batterie per veicoli elettrici sono caratterizzate da un rapporto potenza / peso relativamente elevato, energia specifica e densità di energia; batterie più piccole e leggere riducono il peso del veicolo e migliorano le sue prestazioni. Rispetto ai combustibili liquidi, la maggior parte delle attuali tecnologie di batterie hanno energia specifica molto inferiore, e questo spesso influisce sulla gamma massima di veicoli elettrici. Tuttavia, le batterie metallo-aria hanno un’elevata energia specifica perché il catodo è fornito dall’ossigeno circostante nell’aria. Le batterie ricaricabili utilizzate nei veicoli elettrici comprendono piombo-acido (“allagato”, ciclo profondo e VRLA), NiCd, idruro di nichel-metallo, litio-ione, polimero Li-ion e, meno comunemente, zinco-aria e fuso- batterie di sale. La quantità di elettricità (cioè la carica elettrica) immagazzinata nelle batterie viene misurata in ore ampere o in coulomb, con l’energia totale spesso misurata in wattora.

La batteria costituisce un costo sostanziale dei BEV, che a differenza delle auto a combustibili fossili si manifesta profondamente come un prezzo di autonomia. A partire dal 2018, le poche auto elettriche con oltre 500 km di autonomia come la Tesla Model S sono saldamente nel segmento del lusso. Dalla fine degli anni ’90, i progressi nella tecnologia delle batterie sono stati guidati dalle richieste di elettronica portatile, come computer portatili e telefoni cellulari. Il mercato BEV ha raccolto i benefici di questi progressi sia in termini di prestazioni, che di densità energetica. Le batterie possono essere scaricate e ricaricate ogni giorno. Forse il più notevole, i costi della batteria sono crollati, e il costo delle batterie dei veicoli elettrici è stato ridotto di oltre il 35% dal 2008 al 2014.

Il mercato previsto per le batterie per la trazione automobilistica è di oltre 37 miliardi di dollari nel 2020.

In termini di costi operativi, il prezzo dell’elettricità per gestire un EV è una piccola frazione del costo del carburante per equivalenti motori a combustione interna, che riflette una maggiore efficienza energetica. Il costo della sostituzione delle batterie domina i costi operativi.

Tipi di batteria

Al piombo
Le batterie al piombo-acido allagate sono le batterie di trazione più economiche e in passato più comuni disponibili. Esistono due tipi principali di batterie al piombo: batterie di avviamento del motore dell’automobile e batterie a ciclo profondo. Gli alternatori di automobili sono progettati per fornire alle batterie di avviamento elevate velocità di carica per le cariche veloci, mentre le batterie a ciclo profondo utilizzate per veicoli elettrici come carrelli elevatori o golf cart e come batterie ausiliarie negli RV richiedono una ricarica multi-stadio diversa. Nessuna batteria al piombo dovrebbe essere scaricata al di sotto del 50% della sua capacità, in quanto riduce la durata della batteria. Le batterie allagate richiedono l’ispezione del livello dell’elettrolito e la sostituzione occasionale dell’acqua che fuoriesce durante il normale ciclo di carica.

Tradizionalmente, la maggior parte dei veicoli elettrici utilizzava batterie piombo-acido a causa della loro tecnologia matura, alta disponibilità e basso costo (eccezione: alcuni primi EV, come la Detroit Electric, usavano una batteria di ferro nichel.) Come tutte le batterie, questi hanno un impatto ambientale attraverso la loro costruzione, uso, smaltimento o riciclaggio. Al rialzo, i tassi di riciclaggio delle batterie dei veicoli superano il 95% negli Stati Uniti. Le batterie al piombo a ciclo continuo sono costose e hanno una durata inferiore rispetto al veicolo stesso, che in genere richiedono la sostituzione ogni 3 anni.

Le batterie piombo-acido nelle applicazioni EV finiscono per essere una porzione significativa (25-50%) della massa finale del veicolo. Come tutte le batterie, hanno un’energia specifica significativamente inferiore rispetto ai combustibili del petrolio, in questo caso 30-40 Wh / kg. Mentre la differenza non è così estrema come sembra a causa del treno di guida più leggero in un EV, anche il le migliori batterie tendono a portare a masse più elevate se applicate a veicoli con portata normale. L’efficienza (70-75%) e la capacità di memorizzazione dell’attuale generazione di batterie al piombo a ciclo profondo comuni diminuiscono con temperature più basse e la potenza di deviazione per far funzionare una batteria di riscaldamento riduce l’efficienza e la portata fino al 40%. I recenti progressi in termini di efficienza della batteria, capacità, materiali, sicurezza, tossicità e durata probabilmente permetteranno di applicare queste caratteristiche superiori in veicoli elettrici di grandi dimensioni.

Il caricamento e il funzionamento delle batterie di solito provocano l’emissione di idrogeno, ossigeno e zolfo, che sono naturalmente presenti e normalmente innocui se opportunamente ventilati. I primi proprietari di Citicar scoprirono che, se non venivano scaricati correttamente, gli odori sgradevoli di zolfo si riversavano nella cabina immediatamente dopo la ricarica.

Le batterie piombo-acido alimentavano questi EV precocemente come le versioni originali di EV1 e RAV4 EV.

Idruro di metallo nichelato
Le batterie al nichel-metallo idruro sono ora considerate una tecnologia relativamente matura. Sebbene meno efficienti (60-70%) nella carica e nello scarico rispetto all’acido di piombo, hanno un’energia specifica di 30-80 Wh / kg, molto più elevata rispetto all’acido di piombo. Se utilizzate correttamente, le batterie al nichel-metallo idruro possono avere una vita eccezionalmente lunga, come è stato dimostrato nel loro uso nelle auto ibride e nei veicoli sopravvissuti NiMH RAV4 EV che funzionano ancora bene dopo 100.000 miglia (160.000 km) e oltre un decennio di servizio. I lati negativi includono la scarsa efficienza, l’alto livello di autoscarica, i cicli di carica molto difficili e le scarse prestazioni in condizioni climatiche fredde.

GM Ovonic ha prodotto la batteria NiMH utilizzata nell’EV-1 di seconda generazione e Cobasys produce una batteria quasi identica (dieci celle NiMH da 1,2 V 85 Ah in serie in contrasto con undici celle per batteria Ovonic). Questo ha funzionato molto bene con l’EV-1. L’ingombro dei brevetti ha limitato l’uso di queste batterie negli ultimi anni.

Zebra
La batteria di sodio o “zebra” utilizza un elettroneito di cloroalluminato di sodio (NaAlCl4) fuso. Talvolta questa chimica viene anche definita “sale caldo”. Una tecnologia relativamente matura, la batteria Zebra ha un’energia specifica di 120 Wh / kg e una ragionevole resistenza in serie. Dal momento che la batteria deve essere riscaldata per l’uso, il freddo non influisce molto sul suo funzionamento, tranne che per l’aumento dei costi di riscaldamento. Sono stati usati in diversi veicoli elettrici. Le zebre possono durare per alcune migliaia di cicli di carica e non sono tossiche. I lati negativi della batteria Zebra includono uno scarso peso-potenza (<300 W / kg) e la necessità di dover riscaldare l'elettrolita a circa 270 ° C (520 ° F), che spreca energia e presenta difficoltà a lungo stoccaggio a termine di carica. Le batterie Zebra sono state utilizzate nel veicolo commerciale Modec da quando è entrato in produzione nel 2006. Agli ioni di litio Le batterie agli ioni di litio (e polimeri di litio simili), ampiamente conosciute tramite il loro utilizzo nei laptop e nell'elettronica di consumo, dominano il più recente gruppo di veicoli elettrici in sviluppo. La tradizionale chimica agli ioni di litio comprende un catodo di ossido di cobalto di litio e un anodo di grafite. Questo produce cellule con un'impressionante energia specifica di 200 Wh / kg e una buona potenza specifica, e un'efficienza di carica / scarica dell'80-90%. I lati negativi delle tradizionali batterie agli ioni di litio includono vite a ciclo breve (da centinaia a qualche migliaio di cicli di carica) e un degrado significativo con l'età. Anche il catodo è alquanto tossico. Inoltre, le tradizionali batterie agli ioni di litio possono rappresentare un rischio per la sicurezza antincendio se forate o caricate in modo improprio. Queste celle portatili non accettano o forniscono la carica quando sono fredde e quindi in alcuni climi possono essere necessari riscaldatori per riscaldarle. La maturità di questa tecnologia è moderata. La Tesla Roadster (2008) utilizza "lame" delle tradizionali batterie "laptop battery" agli ioni di litio che possono essere sostituite singolarmente secondo necessità. La maggior parte degli altri veicoli elettrici utilizza nuove variazioni sulla chimica agli ioni di litio che sacrificano energia specifica e potenza specifica per fornire resistenza al fuoco, compatibilità ambientale, cariche molto rapide (anche di pochi minuti) e durate molto lunghe. Queste varianti (fosfati, titanati, spinelli, ecc.) Hanno dimostrato di avere una durata molto più lunga, con A123 che prevede che le batterie al litio ferro fosfato durino almeno 10 anni e 7000 cicli di carica e LG Chem si aspettino il loro litio - batterie di spinello manganese fino a 40 anni. Molto lavoro è stato fatto sulle batterie agli ioni di litio in laboratorio. L'ossido di litio e vanadio si è già fatto strada nel prototipo G4e di Subaru, raddoppiando la densità di energia. Nanofili di silicio, nanoparticelle di silicio e nanoparticelle di stagno promettono più volte la densità di energia [chiarificazione necessaria] nell'anodo, mentre i catodi compositi e superlattici promettono anche miglioramenti significativi della densità. specifiche Componenti interni I design delle batterie per veicoli elettrici (EV) sono complessi e variano notevolmente dal produttore e dall'applicazione specifica. Tuttavia, tutti incorporano una combinazione di diversi semplici componenti meccanici ed elettrici che eseguono le funzioni base richieste del pacchetto. Le celle della batteria effettive possono avere diverse caratteristiche chimiche, fisiche e di dimensioni, come preferito dai vari produttori di pacchi. Il pacco batterie incorpora sempre molte celle discrete collegate in serie e in parallelo per raggiungere i requisiti di tensione e corrente totali del pacco. I pacchi batteria per tutte le EV di azionamento elettrico possono contenere diverse centinaia di singole celle. Per facilitare la produzione e il montaggio, la grande pila di celle è generalmente raggruppata in pile più piccole chiamate moduli. Molti di questi moduli verranno inseriti in un unico pacchetto. All'interno di ciascun modulo le celle vengono saldate insieme per completare il percorso elettrico per il flusso di corrente. I moduli possono anche incorporare meccanismi di raffreddamento, monitor della temperatura e altri dispositivi. Nella maggior parte dei casi, i moduli consentono anche di monitorare la tensione prodotta da ciascuna cella della batteria nello stack dal sistema di gestione della batteria (BMS). La pila di celle della batteria ha un fusibile principale che limita la corrente del pacco in condizioni di cortocircuito. Un "plug di servizio" o "disconnessione di servizio" può essere rimosso per suddividere il pacco batteria in due metà elettricamente isolate. Con la spina di servizio rimossa, i terminali principali esposti della batteria non presentano un alto potenziale pericolo elettrico per i tecnici dell'assistenza. Il pacco batteria contiene anche relè o contattori che controllano la distribuzione dell'alimentazione elettrica del pacco batteria ai terminali di uscita. Nella maggior parte dei casi ci sarà un minimo di due relè principali che collegano lo stack di celle della batteria ai principali terminali di uscita positivi e negativi del pacchetto, quelli che forniscono corrente elevata al motore di azionamento elettrico. Alcuni modelli di confezione includeranno percorsi di corrente alternata per la precarica del sistema di azionamento attraverso una resistenza di precarica o per l'alimentazione di un bus ausiliario che disporrà anche di propri relè di controllo associati. Per ovvi motivi di sicurezza questi relè sono tutti normalmente aperti. Il pacco batteria contiene anche una varietà di sensori di temperatura, tensione e corrente. La raccolta dei dati dai sensori del pacco e l'attivazione dei relè del pacco avvengono tramite il Battery Monitoring Unit (BMU) o il Battery Management System (BMS) del pacco. Il BMS è anche responsabile per le comunicazioni con il mondo al di fuori della batteria. ricarica Le batterie nei BEV devono essere periodicamente ricaricate. I BEV più comunemente vengono caricati dalla rete elettrica (a casa o utilizzando un punto di ricarica di una strada o di un negozio), che è a sua volta generato da una varietà di risorse interne, come carbone, energia idroelettrica, nucleare e altri. Potrebbero anche essere utilizzati energia domestica o di rete, come pannelli solari fotovoltaici, microidro o vento e promossi a causa delle preoccupazioni relative al riscaldamento globale. Con alimentatori adeguati, una buona durata della batteria viene generalmente raggiunta a velocità non superiori a "0,5 ° C" o circa, prendendo da due a tre ore per una carica completa, ma è possibile eseguire una ricarica più rapida. Il tempo di ricarica è spesso limitato dalla capacità della connessione alla rete. Una normale presa domestica eroga 1,5 kilowatt (negli Stati Uniti, in Canada, in Giappone e in altri paesi con alimentazione a 110 volt) e 3 kilowatt (nei paesi con alimentazione a 230 V). Nel 1995, alcune stazioni di ricarica caricavano BEV in un'ora. Nel novembre del 1997, Ford acquistò un sistema di carica rapida prodotto da AeroVironment chiamato "PosiCharge" per testare le sue flotte di Ranger EVs, che caricavano le loro batterie al piombo acido tra i sei ei quindici minuti. Nel febbraio 1998, General Motors annunciò una versione del suo sistema "Magne Charge" che poteva ricaricare batterie NiMH in circa dieci minuti, fornendo un'autonomia di sessanta a cento miglia. Nel 2005, i progetti di batterie per dispositivi portatili di Toshiba sono stati ritenuti in grado di accettare una carica dell'80% in soli 60 secondi. Il ridimensionamento di queste specifiche caratteristiche di potenza fino allo stesso pacchetto EV da 7 kilowatt / ora comporterebbe la necessità di un picco di 340 kilowatt di potenza da una fonte per quei 60 secondi. Non è chiaro che tali batterie funzioneranno direttamente nei BEV in quanto l'accumulo di calore potrebbe renderli insicuri. Tempo di ricarica Le auto elettriche come la Tesla Model S, la Renault Zoe, la BMW i3, ecc. Possono ricaricare le loro batterie in stazioni di ricarica rapida nel giro di 30 minuti o l'80%. I ricercatori di Singapore hanno sviluppato nel 2014 una batteria che può essere ricaricata dopo 2 minuti al 70%. Le batterie si basano sulla tecnologia agli ioni di litio. Tuttavia, l'anodo e il polo negativo nella batteria non sono più fatti di grafite, ma un gel al biossido di titanio. Il gel accelera in modo significativo la reazione chimica, garantendo così una ricarica più rapida. In particolare, queste batterie devono essere utilizzate nelle auto elettriche. Già nel 2012 i ricercatori dell'Università Ludwig-Maximilian di Monaco hanno scoperto il principio di base. Gli scienziati della Stanford University in California hanno sviluppato una batteria che può essere caricata entro un minuto. L'anodo è fatto di alluminio e il catodo fatto di grafite (vedi batteria agli ioni di alluminio). L'auto elettrica Volar-e della società Applus + IDIADA, basata su Rimac Concept One, contiene batterie al fosfato di ferro litio che possono essere ricaricate in 15 minuti. Secondo il produttore BYD, la batteria al fosfato di ferro litio dell'auto elettrica e6 viene caricata in una stazione di ricarica rapida entro 15 minuti dall'80%, dopo 40 minuti al 100%. Connettori La potenza di ricarica può essere collegata all'auto in due modi. Il primo è un collegamento elettrico diretto noto come accoppiamento conduttivo. Questo potrebbe essere semplice come un cavo di alimentazione in una presa resistente alle intemperie attraverso speciali cavi ad alta capacità con connettori per proteggere l'utente da tensioni elevate. Il moderno standard per la ricarica dei veicoli plug-in è il connettore conduttivo SAE 1772 (IEC 62196 Tipo 1) negli Stati Uniti. L'ACEA ha scelto il VDE-AR-E 2623-2-2 (IEC 62196 Tipo 2) per l'installazione in Europa, che, senza un latch, significa inutili requisiti di alimentazione aggiuntivi per il meccanismo di blocco. Il secondo approccio è noto come carica induttiva. Una "pagaia" speciale è inserita in uno slot dell'auto. La pagaia è un avvolgimento di un trasformatore, mentre l'altro è integrato nell'auto. Quando la paletta è inserita, completa un circuito magnetico che alimenta il pacco batteria. In un sistema di ricarica induttivo, un avvolgimento è fissato sul lato inferiore dell'auto e l'altro rimane sul pavimento del garage. Il vantaggio dell'approccio induttivo è che non vi è alcuna possibilità di elettrocuzione in quanto non vi sono conduttori esposti, sebbene interblocchi, connettori speciali e rivelatori di guasti a terra possano rendere quasi sicuro l'accoppiamento conduttivo. La ricarica induttiva può anche ridurre il peso del veicolo, spostando più componenti di ricarica fuori bordo. Un sostenitore della carica induttiva della Toyota affermò nel 1998 che le differenze di costo complessive erano minime, mentre un sostenitore della carica conduttiva di Ford sosteneva che la carica conduttiva fosse più efficiente in termini di costi. Ricarica spot In Francia, Électricité de France (EDF) e Toyota stanno installando punti di ricarica per PHEV su strade, strade e parcheggi. EDF collabora inoltre con Elektromotive, Ltd. per installare 250 nuovi punti di ricarica nell'arco di sei mesi dall'ottobre 2007 a Londra e nel resto del Regno Unito. I punti di ricarica possono anche essere installati per usi specifici, come nei posteggi dei taxi. Portata di viaggio prima della ricarica L'intervallo di un BEV dipende dal numero e dal tipo di batterie utilizzate. Anche il peso e il tipo di veicolo, nonché il terreno, le condizioni meteorologiche e le prestazioni del conducente hanno un impatto, proprio come nel chilometraggio dei veicoli tradizionali. Le prestazioni di conversione dei veicoli elettrici dipendono da una serie di fattori, tra cui la chimica della batteria: Le batterie al piombo sono le più disponibili e poco costose. Tali conversioni generalmente hanno un intervallo da 30 a 80 km (da 20 a 50 mi). Gli EV di produzione con batterie al piombo-acido sono in grado di accumulare fino a 130 km (80 mi) per carica. Le batterie NiMH hanno un'energia specifica più elevata rispetto all'acido di piombo; I prototipi di veicoli elettrici trasportano fino a 200 km (120 mi) di autonomia. I nuovi EV dotati di batterie agli ioni di litio forniscono 320-480 km (200-300 mi) di autonomia per carica. Il litio è anche meno costoso del nichel. Le batterie al nichel-zinco sono più economiche e più leggere delle batterie al nichel-cadmio. Sono anche più economici (ma non così leggeri) rispetto alle batterie agli ioni di litio. Trovare l'equilibrio economico tra la gamma e le prestazioni, la capacità della batteria rispetto al peso e il tipo di batteria rispetto al costo sfida ogni produttore di EV. Con un sistema CA o sistemi DC avanzati, la frenatura rigenerativa può estendere la portata fino al 50% in condizioni di traffico estremo senza arresto completo. Altrimenti, il raggio d'azione è esteso di circa il 10-15% nella guida in città e solo in modo trascurabile nella guida in autostrada, a seconda del terreno. I BEV (compresi autobus e camion) possono anche utilizzare rimorchi per genset e rimorchi per spintori per estendere il loro raggio quando lo si desidera senza il peso aggiuntivo durante il normale utilizzo a corto raggio. I rimorchi scaricati della basetta possono essere sostituiti da quelli ricaricati in un punto del percorso. Se noleggiato, i costi di manutenzione possono essere rinviati all'agenzia. Tali BEV possono diventare veicoli ibridi a seconda del tipo di veicolo e di energia e del gruppo propulsore. La Tesla Roadster (costruzione 2008-2012) può percorrere 245 miglia (394 km) a tariffa; Tesla Model S con batteria da 85 kWh ha un'autonomia di 510 km (320 miglia). Tesla Model S è stata costruita dal 2012. Ha un prezzo di circa $ 100.000. La supercar Rimac Concept One con batteria da 82 kWh ha un'autonomia di 500 km. L'auto è costruita dal 2013. La pura auto elettrica BYD e6 con batteria da 60 kWh ha un'autonomia di 300 km. Il bestseller Nissan Leaf model year 2016 con batteria da 30 kWh ha un'autonomia di 172 km. rimorchi La capacità della batteria ascellare trasportata nei rimorchi può aumentare la gamma complessiva del veicolo, ma aumenta anche la perdita di potenza derivante dalla resistenza aerodinamica, aumenta gli effetti di trasferimento del peso e riduce la capacità di trazione. Effetti termici La resistenza interna di alcune batterie può essere aumentata in modo significativo a bassa temperatura, il che può causare una notevole riduzione della portata del veicolo e della durata della batteria. Scambio e rimozione Un'alternativa alla ricarica è di sostituire le batterie scariche o quasi scariche (o i moduli di estensione della batteria) con batterie completamente cariche. Questo è chiamato scambio di batterie e viene effettuato nelle stazioni di cambio. D'altra parte, MIRA ha annunciato un kit di conversione ibrida retrofit che fornisce pacchi batteria rimovibili che si inseriscono in una presa a muro per la ricarica. Anche XP Vehicles utilizza una batteria hot-swap di ricarica senza prolungamento (alimentatore rimovibile per ricaricare a casa senza prolunga). Le caratteristiche delle stazioni di scambio includono: Il consumatore non si occupa più del costo del capitale della batteria, del ciclo di vita, della tecnologia, della manutenzione o dei problemi di garanzia; Lo swapping è molto più veloce della ricarica: l'apparecchiatura di sostituzione delle batterie costruita dalla ditta Better Place ha dimostrato lo scambio automatizzato in meno di 60 secondi; Le stazioni di scambio aumentano la fattibilità dello stoccaggio di energia distribuita attraverso la rete elettrica; Le preoccupazioni sulle stazioni di scambio includono: Potenziale frode (la qualità della batteria può essere misurata solo su un ciclo di scarica completo, la durata della batteria può essere misurata solo su cicli di scarica ripetuti, quelli nella transazione di swap non possono sapere se stanno ottenendo una batteria usurata o ridotta efficacia; tempo, le batterie consumate saranno gradualmente forzate nel sistema) Incapacità dei produttori di standardizzare i dettagli di accesso / implementazione della batteria Problemi di sicurezza Re-riempimento Le batterie a flusso di bromo di zinco possono essere ricaricate utilizzando un liquido, invece di ricaricarle tramite connettori, risparmiando tempo. Leasing Tre società stanno lavorando a piani di leasing della batteria. Greenstop ha completato le prove della rete ENVI Grid Network che consente ai consumatori di monitorare e ricaricare facilmente le batterie dei veicoli elettrici. Think Car USA prevede di noleggiare le batterie per la sua auto elettrica della città per andare in vendita il prossimo anno. Better Place sta creando un sistema che consente ai consumatori di "abbonarsi" a un servizio che offre stazioni di ricarica e sostituzione della batteria. Le utility elettriche stanno prendendo in considerazione piani che includano la fornitura di veicoli elettrici agli utenti (a un prezzo basso) e ottengano i loro profitti dalla vendita di energia. V2G e afteruse La griglia intelligente consente ai BEV di fornire energia alla rete in qualsiasi momento, in particolare: Durante i periodi di carico massimo (quando il prezzo di vendita dell'elettricità può essere molto elevato, questi veicoli possono essere ricaricati durante le ore non di punta a prezzi più bassi contribuendo ad assorbire la generazione di notte in eccesso. potere tampone.) Durante i blackout, come backup La Pacific Gas and Electric Company (PG & E) ha suggerito che le utility potrebbero acquistare batterie usate a scopo di backup e livellamento del carico. Affermano che mentre queste batterie usate potrebbero non essere più utilizzabili nei veicoli, la loro capacità residua ha ancora un valore significativo. Durata Le singole batterie sono solitamente sistemate in grandi pacchi batteria di vari prodotti di voltaggio e ampere-ora per fornire la capacità di energia richiesta. La durata della batteria dovrebbe essere presa in considerazione quando si calcola il costo di proprietà esteso, poiché tutte le batterie alla fine si consumano e devono essere sostituite. La velocità con cui scadono dipende da una serie di fattori. La profondità di scarica (DOD) è la proporzione raccomandata della memoria totale disponibile per cui la batteria raggiungerà i suoi cicli nominali. Le batterie piombo-acido a ciclo continuo generalmente non dovrebbero essere scaricate a meno del 20% della capacità totale. Formulazioni più moderne possono sopravvivere a cicli più profondi. Nell'uso del mondo reale, alcune flotte di Toyota RAV4 EV, utilizzando batterie al nichel-metallo idruro, hanno superato le 100.000 miglia (160.000 km) con un minimo degrado nella loro portata giornaliera. Citando la valutazione conclusiva di quel rapporto: "Il test a cinque veicoli sta dimostrando la durata a lungo termine delle batterie all'idruro di nichel metallico e dei propulsori elettrici.Ancora solo un leggero deterioramento delle prestazioni è stato osservato fino a oggi su quattro veicoli su cinque .... I dati dei test EVTC forniscono una prova evidente che tutti e cinque i veicoli supereranno il marchio di 100.000 miglia (160.000 km) .L'esperienza positiva di SCE indica la fortissima probabilità di una batteria da 130.000 a 150.000 miglia (240.000 km) di idruro di metallo al nichel e la durata operativa del treno di guida. o superare le miglia del ciclo di vita di veicoli a motore a combustione interna comparabili. "Nel giugno 2003 i 320 RAV4 EV della flotta SCE sono stati utilizzati principalmente da lettori di contatori, gestori di servizi, rappresentanti sul campo, pianificatori di servizi e gestori di posta, e per pattuglie di sicurezza e carpool. In cinque anni di attività, la flotta RAV4 EV aveva più di 6,9 milioni di miglia, eliminando circa 830 tonnellate di inquinanti atmosferici e prevenendo più di 3.700 tonnellate di emissioni di anidride carbonica dallo scarico.A causa del successo dei suoi EV fino ad oggi, SCE prevede di continuare a utilizzarli bene dopo aver registrato 100.000- miglia." Le batterie agli ioni di litio sono deperibili in una certa misura; perdono parte della loro capacità massima di stoccaggio all'anno anche se non vengono utilizzati. Le batterie all'idruro di nichel metallo perdono molto meno capacità e sono meno costose per la capacità di stoccaggio che danno, ma hanno inizialmente una capacità totale inferiore per lo stesso peso. Il Baker Electric di Jay Leno del 1909 (vedi Baker Motor Vehicle) funziona ancora sulle sue celle originali Edison. I costi di sostituzione delle batterie dei BEV possono essere parzialmente o completamente compensati dalla mancanza di manutenzione periodica, come i cambiamenti di olio e filtro richiesti per ICEV, e dalla maggiore affidabilità dei BEV dovuta al minor numero di parti mobili. Inoltre, eliminano molte altre parti che normalmente richiedono manutenzione e manutenzione in un'auto normale, ad esempio sul cambio, sul sistema di raffreddamento e sulla messa a punto del motore. E nel momento in cui le batterie hanno finalmente bisogno di una sostituzione definitiva, possono essere sostituite con quelle di ultima generazione che potrebbero offrire migliori prestazioni. Le batterie al fosfato di ferro di litio raggiungono, secondo il produttore, più di 5000 cicli a una rispettiva profondità di scarica del 70%. BYD, il più grande produttore al mondo di batterie al fosfato di ferro, ha sviluppato una vasta gamma di celle per applicazioni a ciclo profondo attraverso la produzione di precisione . Tali batterie sono in uso in sistemi di stoccaggio fissi. Dopo 7500 cicli, con uno scarico dell'85%, hanno ancora una capacità inutilizzata di almeno l'80% a una velocità di 1 C; che corrisponde a un ciclo completo al giorno per una durata di min. 20,5 anni. La batteria al fosfato di ferro di litio Sony Fortelion ha dopo 10.000 cicli al 100% di livello di scarica ancora una capacità residua del 71%. Questo accumulatore è dal 2009 sul mercato. Utilizzato nelle batterie solari Le batterie agli ioni di litio hanno in parte una resistenza al ciclo molto elevata di oltre 10.000 cicli di carica e scarica e una lunga durata di servizio fino a 20 anni. Plug-in America ha tra i conducenti della Tesla Roadster (2008), un'indagine condotta per quanto riguarda la durata della batteria installata. Si è constatato che dopo 100.000 miglia = 160.000 km, la batteria aveva ancora una capacità residua dall'80 all'85 percento. Questo è stato indipendentemente da quale zona climatica viene spostata l'auto. La Tesla Roadster è stata costruita e venduta tra il 2008 e il 2012. Per le sue batterie da 85 kWh nel Tesla Model S Tesla sono garanzia di 8 anni con chilometraggio illimitato. Varta Storage abbandona la sua famiglia di familiari [chiarificazione necessaria] e procura a casa una garanzia di 14.000 cicli completi e una durata di servizio di 10 anni. A dicembre 2016, l'auto elettrica più venduta al mondo di tutti i tempi è la Nissan Leaf, con oltre 250.000 unità vendute dalla sua nascita nel 2010. Nissan ha dichiarato nel 2015 che fino ad allora solo lo 0,01 percento delle batterie doveva essere sostituito a causa di fallimenti o problemi e quindi solo a causa di danni inflitti dall'esterno. Ci sono alcuni veicoli che hanno già percorso più di 200.000 km; nessuno di questi ha avuto problemi con la batteria. Raccolta differenziata Alla fine della loro vita utile, le batterie possono essere riciclate. Sicurezza I problemi di sicurezza dei veicoli elettrici a batteria sono ampiamente trattati dallo standard internazionale ISO 6469. Questo documento è diviso in tre parti che trattano questioni specifiche: Stoccaggio di energia elettrica a bordo, ovvero la batteria Mezzi di sicurezza funzionale e protezione contro i guasti Protezione delle persone contro i rischi elettrici. I vigili del fuoco e il personale di soccorso ricevono un addestramento speciale per affrontare le tensioni e le sostanze chimiche più elevate riscontrate negli incidenti con veicoli elettrici e ibridi elettrici. Mentre gli incidenti di BEV possono presentare problemi insoliti, come incendi e fumi derivanti da una rapida scarica della batteria, molti esperti concordano sul fatto che le batterie BEV sono sicure nei veicoli commercialmente disponibili e nelle collisioni posteriori, sono più sicure delle auto a benzina con un serbatoio posteriore di benzina . Di solito, il test delle prestazioni della batteria include la determinazione di: Stato di carica (SOC) Stato di salute (SOH) Efficienza energetica Il test delle prestazioni simula i cicli di guida per i treni di trazione di veicoli elettrici a batteria (BEV), veicoli elettrici ibridi (HEV) e veicoli elettrici ibridi a innesto (PHEV) secondo le specifiche richieste dei costruttori di automobili (OEM). Durante questi cicli di guida, è possibile eseguire il raffreddamento controllato della batteria, simulando le condizioni termiche della vettura. Inoltre, le camere climatiche assicurano condizioni ambientali costanti durante la caratterizzazione e consentono di eseguire la simulazione per l'intera gamma di temperature automobilistiche che copre le condizioni climatiche. brevetti I brevetti possono essere usati per sopprimere lo sviluppo o il dispiegamento di questa tecnologia. Ad esempio, i brevetti relativi all'uso di celle di idruro di metallo di nichel nelle automobili erano detenuti da una filiale di Chevron Corporation, una compagnia petrolifera, che mantenne il potere di veto su qualsiasi vendita o licenza della tecnologia NiMH. Ricerca, sviluppo e innovazione I prestigiosi R & D 100 Awards della rivista R & D - denominati anche "Oscar dell'invenzione" - per il 2008: L'Argonne National Laboratory ha ricevuto un premio per la batteria agli ioni di litio ad alta potenza EnerDel / Argonne per veicoli elettrici ibridi: un dispositivo estremamente affidabile ed estremamente sicuro, più leggero, più compatto, più potente e più duraturo rispetto all'idruro di metallo nichel (Ni-MH) batterie che si trovano nei veicoli elettrici ibridi di oggi. Laboratorio nazionale Lawrence Berkeley: elettrolita polimerico nanostrutturato per batterie al litio ricaricabili - un elettrolita polimerico che consente lo sviluppo di batterie ricaricabili al litio metallico con un'energia specifica sufficientemente elevata "per consentire la tecnologia di trasporto a batteria elettrica". Futuro Si prevede che i veicoli a batteria (come la Nissan Leaf) abbiano un fatturato annuo nel 2020 di 100.000 unità negli Stati Uniti e 1,3 milioni in tutto il mondo - l'1,8% dei 71 milioni di automobili che si prevede saranno venduti nel 2020. Altri 3,9 milioni di plug-in e gli ibridi saranno venduti in tutto il mondo, portando il totale del mercato elettrico e ibrido a circa il 7% di tutte le auto vendute nel 2020. Bolloré, un gruppo francese di componenti automobilistici, ha sviluppato una concept car "Bluecar" utilizzando batterie ai polimeri di metalli al litio sviluppata da una controllata Batscap. Aveva un'autonomia di 250 km e una velocità massima di 125 km / h.