Come sono fatte le batterie 12V al litio su Audi e-tron
Sempre più spesso la tecnologia Piombo acido, adottata da anni per le batterie di trazione, sta venendo soppiantata da quella al litio, più leggera e a maggior densità energetica.
Audi, sta introducendo su alcuni veicoli della gamma e-tron delle batterie per l'impianto a 12 Volt, al litio. O meglio, del tipo Litio-Ferro, molto più sicure, affidabili e stabili delle batterie ai polimeri di litio.
Vediamo come sono fatte a partire da quella installata sulla Audi e-tron GT, il primo modello Audi dotato di una batteria agli ioni di litio che funge da batteria di avviamento e da fonte di alimentazione per il sistema a bassa tensione da 12 Volt. Questa batteria è una batteria al litio ferro fosfato (LiFePO4).
Le batterie LiFePO4
Una batteria al litio ferro fosfato è un tipo di batteria agli ioni di litio dove la tensione di ogni cella è di 3,3 V. L'elettrodo positivo è realizzato in litio ferro fosfato (LiFePO4). L'elettrodo negativo è realizzato in grafite con litio incorporato.
I Vantaggi di queste batterie rispetto alle batterie al piombo:
- Costruzione leggera: Riduzione del peso di ca. 50% rispetto a una batteria AGM con la stessa capacità.
- Maggiore capacità di recupero
- Meno spazio richiesto: Ingombro ridotto di ca. 20%
- Vita di servizio: Vita utile 2,5 volte più lunga; stabilità del ciclo 7 volte superiore
- Stabilità dell'alimentazione: Stabilità di tensione notevolmente superiore
L'alloggiamento della batteria LiFePO4 da 12 V contiene l'elettronica che include un sensore della batteria che misura la tensione, la corrente e la temperatura.
La diagnosi e l'adattamento della batteria vengono eseguiti tramite l'interfaccia diagnostica bus dati J533 (gateway).
La batteria 12 V LiFePO4 è una LIN slave di J533.
Nell'alloggiamento della batteria è integrato anche un relè. Rimane chiuso in condizioni normali ma può interrompere il collegamento tra le celle della batteria e il terminale positivo della batteria, se necessario, come in caso di incidente.
Le celle della batteria
Le 4 celle della batteria LiFePO4 sono disposte in una configurazione 4S2P. Ciò significa che 4 gruppi di celle sono collegati in serie, mentre ogni gruppo di celle è composto da 2 celle collegate in parallelo.
Dato che quando le celle sono in serie la tensione si somma, mentre quando sono in parallelo è la corrente a sommarsi, otteniamo che:
- Tensione = 4 x 3,3 V = 13,2 V
- Capacità = 2 x 20 Ah = 40 Ah
Stato di carica e tensione della batteria
La tensione nominale di questa batteria è di 13,2 V (non 12,6 come nelle piombo acido!). Quando lo stato di carica è dell'80 %, la tensione è di 13,4 V, mentre con uno stato di carica del 100 % è di 13,8 V. L'intervallo di funzionamento della batteria è compreso tra 10 V e 14,8 V
ATTENZIONE: Le batterie agli ioni di litio sono sensibili al sovraccarico e allo scaricamento completo. Entrambi devono essere evitati per proteggere le celle agli ioni di litio.
Per evitare questo il relè interno viene aperto e si richiude non appena lo stato di carica rientra nei limiti consentiti.
Il relè viene aperto per proteggere le celle agli ioni di litio quando si verifica quanto segue:
- Sovraccarico (Il relè si chiude di nuovo non appena la tensione rimane nell'intervallo 11 V < U < 14,8 V per circa 30 secondi. Il relè emette un clic udibile quando si chiude. Se la tensione era superiore a 16 V, il relè non può più essere chiuso.)
- Scarica profonda (protezione da scarica profonda) (Il relè si chiude di nuovo non appena la tensione rimane nell'intervallo di 11 V < U < 14,8 V per 10 - 30 secondi. Viene emesso un clic udibile. La batteria deve quindi essere caricata per almeno 30 minuti.)
- Cortocircuito (a seconda della gravità, il relè è stato aperto o il fusibile è saltato -> Batteria difettosa!)
- Surriscaldamento (Il relè non può più essere chiuso -> Batteria difettosa!)
Avviamento di emergenza
La batteria al litio viene ricaricata in automatico dal sistema HV ma solo se questo è operativo. In caso di scarica della batteria sarà sufficiente collegarla ad una fonte esterna a 12Volt, quindi accendere il veicolo per ottenere la ricarica della batteria.