Come scegliere la batteria al litio per sostituire le vecchie batterie al piombo?

2 Giu

vedi anche: dove comprare in Europa batterie/celle LiFePO4

Esistono in circolazione ancora molti vecchi scooter elettrici dotati di batterie al piombo, e probabilmente ancora di più ne esistono non circolanti, ma sepolti in qualche garage in attesa di un cambio di batterie; sì, perchè uno scooter elettrico può stare fermo in cantina anche per 30 anni, e al momento di rimetterlo in strada basterà mettergli batterie nuove e, forse, pneumatici nuovi, e sarà… come nuovo: non essendoci altre parti in movimento che il motoruota (niente cambio, cinghia, pistoni, ventole,….), nè lubrificanti, nè carburanti, nè tubi di gomma che fanno circolare i vecchi liquidi, non c’è niente che può degradarsi nel tempo.

Il problema sono proprio le batterie: in passato costavano così tanto che molti, dopo aver speso 2-3000 euro (anzi, 4-6 milioni di lire) per uno scooter, che peraltro era poi risultato avere metà dell’autonomia promessa (è così che funziona col piombo…) e prestazioni molto scarse, difficilmente decidevano di spendere altri 1000 euro di batterie per un rinnovo!

Ora i tempi sono cambiati.

Sul mercato sono comparse le batterie al litio, già da diversi anni: quanto basta per essere già arrivati a una seconda generazione di batterie al litio, le LiFePO4 (lifepoquattro), o litio-ferro-fosfato, talvolta abbreviate in litio-ferro o LFP.

Le prime batterie al litio usavano la stessa tecnologia di quelle dei cellulari, ed erano note, semplicmente, essendo le prime al litio, come batterie a ioni di litio, o li-ion. Oggi le varianti di batterie al litio sono almeno 5 (LiCoO2, LiPo, LiFePO4, LiFeYPO4, MNC,…), con notevoli differenze le une dalle altre.

Visto che lo scopo di questo blog è la divulgazione in modo semplice della “cultura elettrica” non mi dilungherò in dettagli tecnici, ma mi limiterò a una breve rassegna facile da ricordare:

  1. MNC (manganese-litio-cobalto): ancora troppo nuove e sperimentali;
  2. LiPo (litio-polimeri): pericolose, infiammabili, da evitare; (utilizzabili solo nel modellismo)
  3. Li-ion (contenenti LiCoO2 – lithium cobalt oxide): scarse, al massimo 500 cicli di ricarica in condizioni ottimali, ma più realisticamente 100 cicli, meno del piombo;
  4. LiFePO4: Le migliori attualmente sul mercato, le più sicure, e con durata di  oltre 2000 cicli;
  5. LiFeYPO4: perfezionamento delle LiFePO4;
  6. Ai nanofosfati: sono un tipo particolare di LiFePO4, più costose ma migliori.

La scelta non può quindi che cadere sulle LiFePO4.

Ma come sceglierle? Quanto costano? Dove le trovo? Chi me le monta?

Eh, quante domande…

Per adesso iniziamo con “come sceglierle” e “quanto costano”, per il “dove le trovo” mi sto documentando su dove trovare quelle più adatte a una sostituzione diretta di quelle vecchie al piombo senza bisogno dell’intervento di un tecnico.

Iniziamo a parlare di prezzi:

  • le batterie al piombo per autotrazione costano intorno ai 15-20 cent a Wh, quelle al litio 50, ma quest’ultime richiedono un’elettronica di controllo che porta il prezzo finale a 60 cent a Wh.

La domanda che sorge subito spontanea è: vale la pena di spendere il triplo per le batterie al litio? Che vantaggi portano?

Molteplici:

prestazioni migliori in accelerazione e in salita: un grave cruccio dei possessori di mezzi elettrici al piombo è il poco scatto in partenza (una minicar elettrica può impiegare 15-20  secondi solo per arrivare da 0 a 50 km/h! uno scooter intorno ai 15), e la bassa velocità in salita. Questo perchè le batterie al piombo sono, com’è facile immaginare, estremamente pesanti; per l’esattezza, dalle 3 alle 5 volte più pesanti di quelle al litio. Tecnicamente si dice che il piombo ha densità di energia di 30 Wh/kg, il litio 100-150 Wh/kg. Purtroppo solo le LiPo da modellismo arrivano a 150, per le LiFePO4  bisogna accontentarsi di 100 Wh/kg (che però sono comunque il triplo del piombo). Una minicar equipaggiata con batterie al litio può andare da 0 a 50 km/h in 6 secondi.

Non è solo una questione di “voler correre”, la differenza tra litio e piombo si nota pesantemente agli incroci: poter sgomberare un incrocio in 1 o 2 secondi piuttosto che in 5 può fare la differenza tra una situazione tranquilla e una pericolosa, e i mezzi al piombo, con le loro partenze lentissime, fanno davvero fatica a sgombrare un incrocio al momento della partenza.

autonomia reale: l’autonomia dei vecchi scooter al piombo era sempre falsa, risultando sempre inferiore nella realtà rispetto a quanto dichiarato. Questo per due motivi: il primo è che era riferita a condizioni di laboratorio e velocità di 40 km/h; il secondo è che quello che è scritto sulle batterie al piombo… non corrisponde più al vero se vengono utilizzate su un mezzo elettrico! Sulle batterie si indicano infatti gli  amperora (Ah) che essa contiene: più ce ne sono, maggiore è l’autonomia. Purtroppo, la regola vuole che gli Ah siano riferiti a utilizzo su sistemi a bassissimo consumo, che scaricherebbero la batteria in 20 ore. In quelle situazioni, gli Ah indicati sull’etichetta sono pari a quelli reali. Ma su un mezzo elettrico le cose sono molto diverse, l’utilizzo della batteria è così intenso da causarne lo scaricamento completo nel giro di 1, al massimo 2 ore. In queste condizioni, per motivi fisici che non stiamo qui a spiegare (si chiama “Effetto Peukert”), il contenuto (“capacità in Ah”) della batteria risulta pari al 60% di quello indicato in etichetta! Nel caso del litio, l’Effetto Peukert è minimo, e anche su un mezzo elettrico la disponibilità di Ah è quasi pari al 100% (intorno al 92-95%).

– durata: una batteria al litio di tipo LiFePO4, se usata nel modo corretto, dura come minimo 2000 cicli di carica, ed eventualmente anche di più. Il piombo può invece durarne al massimo 500, nel caso di batterie particolarmente pregiate e costose, e trattate particolarmente bene e con molta attenzione durante l’utilizzo.

L’unico inconveniente è il prezzo: come abbiamo visto, una batteria al litio costa il triplo di una al piombo.

Ma, in realtà, non è proprio vero: si tratta solotanto di una spesa iniziale maggiore, ma alla lunga si equivale a quella per le batterie al piombo, o può essere addirittura inferiore. Una batteria al piombo, infatti, se in teoria, trattata al minimo delle sue possibilità, potrebbe permettere di percorrere 20.000 km, in realtà risulta non permetterne più di7-8000 (c’è chi si lamenta di averle “bruciate” dopo solo 2000 km). Infatti, difficilmente si riesce a far durare una batteria 500 cicli, in genere si riesce ad arrivare a 300, e in media uno scooter al piombo può percorrere 30 km reali con una batteria al piombo, quindi non più di 9000 nella vita della batteria.

Invece, come detto, una batteria al litio può arrivare a durare 2000 cicli, e uno scooter al litio ha autonomia garantita e reale, in genere, di almeno 50 km (ma alcuni più costosi arrivano anche a 100), quindi parliamo di 100.000 km di autonomia nel migliore dei casi; anche fossero in realtà solo 50.000, sarebbero comunque oltre 5 volte di più rispetto al piombo.

Diciamo quindi che per percorrere, ad esempio, 50.000 km, si possono usare 5 pacchi-batteria al piombo da 10.000 km / 300 euro ciascuno (totale: 1500 euro), oppure un singolo pacco-batteria al litio da 50.000 da 1000 euro.

Vediamo come si arriva a questi numeri:

Nel caso tipico di scooter elettrico con motore a 48V, si possono usare dei numeri di riferimento facili da ricordare:

  • litio: “1 km di autonomia per ogni Ah”: questo numerino semplicissimo racchiude infatti i consumi tipici di 40Wh/km di un “cinquantino elettrico” e una scarica delle batterie all”80%.
  • piombo:  1/3 di km (=0.3) per ogni Ah, per considerare la resa a 1C (60%) e a DoD 50%, che garantisce 4-500 cicli. (0.6×0.5=0.3). Quindi bisogna moltiplicare i km per 3 per ottenere gli Ah necessari.

Quindi, nota l’autonomia necessaria, si possono calcolare facilmente gli Ah necessari.

Supponiamo di necessitare di 30 km di autonomia reale; avremo:

  • litio: 30 x 1 = 30Ah
  • piombo: 30×3 = 90 Ah

Una volta che si hanno gli Ah necessari, ad esempio 30, basta moltiplicarli per 50V (per semplicita’) per avere i Wh:

  • litio: 30 x 50 = 1500Wh
  • piombo: 90 x 50=4500 Wh

Per calcolare il prezzo: per il litio bisogna “dividere per 2 eaumentare un po’ “, per considerare il prezzo di 60 centesimi a Wh; per il piombo bisogna solo dividere per 5:

  • litio: 1500/2 = 750 , “aumento un po’” = 850 euro
  • piombo: 1500/5 = 300 euro

Infine, mettiamo in conto il numero di volte che potrà essere utilizzata la batteria: 2000 il litio, 500 il piombo.

  • litio: 2000×30 = 60.000 km
  • piombo: 500×30 = 15.000 km

Con una semplice divisione otteniamo il costo effettivo per km dei due tipi di batterie:

  • litio: 850 / 60.000 = 1,4 cent/km
  • piombo: 300/15000 = 2 cent/km

Un valore  di 300 cicli, più realistico per il piombo, porterebbe a un prezzo di 3,3 cent/km.

E non tralasciamo il fatto che 30Ah di litio pesano 15 kg, e 90Ah di piombo pesano 150 kg, impossibili da caricare su uno scooter.

 

Un ultimo consiglio è di non scegliere mai batterie al litio più piccole di 30 Ah, perchè per motivi tecnici qui non spiegati, se sono troppo piccole si danneggiano prima, quindi durano meno di 2000 cicli (anche la metà).

Per lo stesso motivo sarebbe opportuno , nel caso di scooter con dopppia batteria estraibile come ne stanno uscendo tanti sul mercato, usare le due batterie contemporaneamente, cosa però in genere sconisgliata dal manuale, perchè richiederebbe l’intervento tecnico di aggiungere un diodo di blocco che non tutti i costruttori fanno. Due batterie da 30Ah corrispondono infatti a una batteria da 60Ah, che verrà sforzata la metà dal motore rispetto alla singola batteria.

 

 

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2 Risposte to “Come scegliere la batteria al litio per sostituire le vecchie batterie al piombo?”

  1. enzo 2014/01/19 a 12:29 #

    ok spiegazione molto esauriente, penso proprio che valga la pena affrontare la spesa

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  1. Dove comprare batterie al litio LiFePO4 n europa? | Guida all'auto elettrica - 2016/05/31

    […] un precedente post fa ho illustrato come scegliere il tipo di celle per costruire una nuova batteria per il proprio […]

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