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La sostituzione delle batterie ha un impatto fondamentale sulla longevità, sulle prestazioni e sui costi dei veicoli commerciali elettrificati. Sistemi specializzati di batterie ad altissima energia potrebbero fornire la risposta.

Rispetto alle auto elettriche, i veicoli commerciali elettrificati (eCV) richiedono priorità significativamente diverse alle loro batterie. Per le auto, il costo di acquisto iniziale, l’energia e la densità di potenza sono considerazioni primarie, ma per gli eCV, il costo totale di proprietà è fondamentale e dipende in gran parte dal numero di sostituzioni della batteria durante la vita del veicolo. Robustezza meccanica, longevità, dimensioni compatte e peso della batteria sono più importanti per un utilizzo continuo e a lungo termine, mantenendo al tempo stesso la capacità di carico utile del veicolo quanto più elevata possibile.

BorgWarner ha sviluppato un sistema di batterie ad altissima energia (UHE) per applicazioni di trasmissione elettrica ad alta intensità energetica che funzionano fino a 750 V. La durata della batteria arriva fino a 4.000 cicli e, rispetto alla tecnologia attualmente in uso, aumenta significativamente l’autonomia dei veicoli elettrici. Le celle possono essere ottimizzate per l'energia per consentire la ricarica occasionale per il traffico urbano, o ottimizzate per la densità energetica per il traffico a lunga percorrenza che si ricarica durante la notte.

I moduli batteria a celle cilindriche (CYC) di BorgWarner fungono da fonte di alimentazione nel pacco batterie UHE. Ogni modulo CYC contiene 600 celle agli ioni di litio che forniscono una densità di energia di circa 221 Wh/kg; nove moduli sono collegati in serie per creare un pacco batterie da 9 AKM che fornisce 98 kWh fino a 750 V. Con un peso di soli 560 kg e una dimensione di 1.720x700x300 mm, questa soluzione compatta e ad alta densità energetica può equipaggiare autobus urbani e interurbani con capacità del sistema di batterie di 400-1.000 kWh a seconda delle dimensioni del veicolo, il doppio rispetto all’attuale generazione di batterie.

Il sistema di gestione della batteria comprende un'unità di gestione della batteria sviluppata internamente e circuiti di supervisione delle celle oltre al software corrispondente. Fornisce funzioni di sicurezza primarie tra cui protezione da sovratemperatura, sovra/sottotensione e sovracorrente ed esegue inoltre una diagnosi dettagliata di tutti gli attuatori e sensori, nonché funzioni innovative di alto livello come la stima dello stato della batteria.

Il pacco batteria UHE è dotato di un raffreddamento a liquido estremamente efficace a livello di modulo per fornire una distribuzione uniforme della temperatura e un funzionamento all'interno dell'intervallo di temperature preferito, garantendo un'elevata disponibilità di potenza ed energia e contribuendo al lento invecchiamento delle celle della batteria.

La massima protezione contro la propagazione dell'incendio derivante da un evento termico si ottiene con una combinazione di dispositivi di sicurezza attivi e passivi sia a livello del modulo CYC che del pacco batteria.

Ogni cella del modulo CYC è separata dalla successiva da uno spazio attentamente calcolato e ricoperta da un composto di impregnazione ottimizzato. Se un evento termico dovesse verificarsi a livello di cella, la propagazione termica tra celle vicine verrebbe impedita e i gas caldi verrebbero dissipati in modo sicuro e controllato. Non avviene l'attivazione delle celle adiacenti all'interno del modulo o nel modulo adiacente; non cambiano nemmeno il loro stato di carica. Come misura di sicurezza aggiuntiva in caso di cortocircuito interno o esterno, i fili che collegano le celle ai PCB laterali fungerebbero da fusibili per gruppi di celle. I moduli CYC sono separati gli uni dagli altri da materiali ignifughi per prevenire la propagazione dell'incendio tra i moduli.

A livello del pacco batteria, sono presenti elementi di sicurezza aggiuntivi all'interno dell'hardware e del software. La rigida struttura in acciaio del modulo CYC è completata da ulteriori rinforzi tra i moduli, mentre un robusto alloggiamento in acciaio inossidabile protegge l'intero pacco batteria dai danni in caso di incidente del veicolo. Il materiale di isolamento termico circonda le celle della batteria per proteggerle dai rischi ambientali come un incendio di carburante. Ulteriori livelli di sicurezza sono forniti dall’efficiente sistema di raffreddamento e dagli algoritmi predittivi integrati nel software del sistema di gestione della batteria.

Utilizzando le funzionalità di ricarica rapida, la batteria UHE può essere caricata a una velocità massima di 1°C. È compatibile anche l’infrastruttura di ricarica rapida fino a 500 kW. Tutti i principali componenti elettronici, ad eccezione dei moduli CYC, sono alloggiati in una scatola contattore rimovibile, consentendo la sostituzione del vano elettronico sul campo senza la necessità di tecnici addestrati all'alta tensione o senza la necessità di smontare il pacco batteria dal veicolo.