Nell'articolo precedente abbiamo confrontato la densità di energia di molti pacchi batteria utilizzati dalle popolari auto elettriche. La maggior parte delle batterie erano NCM 523 o NCM 622 e in media avevano una densità di energia gravimetrica compresa tra 140 e 150 Wh/kg, il che è deludente considerando che è molto inferiore a quella che otteniamo a livello di cella (230-250 Wh/kg).
La scarsa densità di energia gravimetrica delle attuali batterie per veicoli elettrici può essere spiegata da una complessità non necessaria e in questo articolo vedremo una soluzione semplice per rendere i pacchi batteria più semplici, più sicuri, più economici e più densi di energia.
Innanzitutto, per darti un po' di contesto, vedremo a che punto siamo ora.
Attualmente i pacchi batteria sono come bambole matrioske, al loro interno abbiamo moduli e dentro i moduli abbiamo le cose importanti che immagazzinano energia, le celle della batteria. Ciò significa che il peso delle celle della batteria rappresenta solo una parte del peso totale delle batterie.
Vediamo alcuni esempi di GCTPR (rapporto gravimetrico cell-to-pack) per capire meglio quanto siano inefficienti dal punto di vista del peso gli attuali pacchi batteria.
Renault ZOE (vecchia batteria ZE 40)
Questa batteria pesa 305 kg, di cui 185 kg (61%) provengono dalle celle. I restanti 120 kg (39%) del peso provengono da custodie metalliche, cablaggio, BMS (sistema di gestione della batteria) e TMS (sistema di gestione termica).
Renault ZOE (nuova batteria ZE 50)
Questa batteria pesa 326 kg, di cui 206 kg (63%) provengono dalle celle. I restanti 120 kg (37%) del peso provengono da custodie metalliche, cablaggio, BMS (sistema di gestione della batteria) e TMS (sistema di gestione termica).
Nissan LEAF (batteria da 40 kWh)
Questa batteria pesa 303 kg, di cui 175 kg (58%) provengono dalle celle. I restanti 128 kg (42%) del peso provengono da custodie metalliche, cablaggio, BMS (sistema di gestione della batteria) e TMS (sistema di gestione termica).
Nissan LEAF (batteria da 62 kWh)
Questa batteria pesa 410 kg (stima) di cui 263 kg (64%) provengono dalle celle. I restanti 147 kg (36%) del peso provengono da custodie metalliche, cablaggio, BMS (sistema di gestione della batteria) e TMS (sistema di gestione termica).
BMW i3 (batteria da 94 Ah)
Questa batteria pesa 256 kg, di cui 193 kg (75%) provengono dalle celle. I restanti 63 kg (25%) del peso provengono da custodie metalliche, cablaggio, BMS (sistema di gestione della batteria) e TMS (sistema di gestione termica).
BMW i3 (batteria da 120 Ah)
Questa batteria pesa 278 kg, di cui 215 kg (77%) provengono dalle celle. I restanti 63 kg (23%) del peso provengono da custodie metalliche, cablaggio, BMS (sistema di gestione della batteria) e TMS (sistema di gestione termica).
Come ho già detto molte volte, la batteria della BMW i3 è di gran lunga la mia batteria EV preferita.
Ecco perché:
Interno della batteria della BMW i3
Grazie alla sua semplicità, il pacco batteria della BMW i3 ha il più alto GCTPR (rapporto gravimetrico cellula-pacco) delle tradizionali batterie per veicoli elettrici. Poche grandi celle prismatiche, tutte collegate in serie richiedono meno cablaggi e contenitori per moduli.
Un GCTPR del 77 % è molto buono per un pacco batteria convenzionale, tuttavia potrebbe essere ancora migliore con la tecnologia CTP (cell-to-pack).
Con la tecnologia CTP invece di avere le celle della batteria all'interno dei moduli, quindi i moduli all'interno dei pacchi batteria, rimuoviamo del tutto i moduli. Finiamo con lunghe celle prismatiche della batteria collegate in serie che vengono messe in un array e quindi inserite in un pacco batteria, il che rende tutto più semplice possibile.
Vari produttori cinesi di celle per batterie come BYD, CATL e SVOLT hanno già le proprie versioni di pacchi batteria CTP.
BYD
Batteria BYD Blade con tecnologia CTP
La semplicità della batteria BYD Blade è visibile nell'immagine sopra. Immagina quanto sia semplice assemblare o sostituire le celle in questo pacco batteria. BYD dice che questa batteria ha almeno 100 celle (tutte collegate in serie).
Inoltre, con la tecnologia CTP i pacchi batteria realizzati con celle LFP/LFMP prive di cobalto raggiungono livelli di densità energetica di circa 140-160 Wh/kg, equivalenti a quelli che otteniamo attualmente con batterie EV realizzate con NCM 523 più costoso e meno sicuro e NCM 622 celle.
CTP è solo un'altra svolta tecnologica che aiuta il ritorno delle celle della batteria LFP alle auto elettriche. Penso che ora non ci siano dubbi sul fatto che le celle della batteria LFP/LFMP giocheranno un ruolo importante nella massificazione delle auto elettriche.
Caratteristiche principali della batteria BYD Blade:
Ciò significa che nella batteria BYD Blade, le celle della batteria rappresentano il 62,4 % del volume e l'84,5 % del peso. I pacchi batteria tradizionali realizzati con moduli hanno in media un VCTPR del 40 % e un GCTPR del 60 %.
BYD svela il rapporto volumetrico e gravimetrico cellula-pacco dei nuovi pacchi batteria
Tuttavia, la batteria BYD Blade non serve solo ad aumentare la densità di energia dei pacchi batteria. Per quanto riguarda la sicurezza, questa batteria è difficile da battere. Non solo le sostanze chimiche LFP/LFMP sono estremamente sicure da sole, la lunga forma rettangolare delle celle fornisce un'ampia area di raffreddamento e riduce la capacità di generare calore durante un cortocircuito.
Prova di penetrazione del chiodo mediante BYD di diverse celle della batteria
Inoltre, la cosa davvero interessante è che non dovremo aspettare anni per vedere implementata questa tecnologia. L'imminente auto elettrica BYD Han EV arriverà a giugno e sarà dotata di una batteria BYD Blade.
La Han EV, il modello di berlina di punta di BYD previsto per il lancio a giugno, sarà equipaggiata con la batteria Blade. Il nuovo modello guiderà la famiglia Dynasty del marchio, che vanta un'autonomia di crociera di 605 chilometri e un'accelerazione da 0 a 100 km/h in soli 3,9 secondi.
La BYD Han EV è un'auto elettrica davvero interessante, l'autonomia di 605 km nel NEDC dovrebbe tradursi in circa 450 km (280 miglia) nel ciclo di prova WLTP più realistico.
BYD Han EV con tecnologia batteria CTP
Sebbene le auto elettriche di BYD non siano ancora molto popolari al di fuori del mercato nazionale cinese, gli autobus elettrici di BYD sono già estremamente popolari in tutto il mondo e questi veicoli elettrici probabilmente riceveranno batterie CTP lungo la strada.
Obiettivi di densità energetica di BYD :140-160 Wh/kg per prodotti chimici LFP/LFMP senza cobalto
CATL
Tecnologia CATL CTP
Mentre BYD si concentra maggiormente sulle batterie LFP/LFMP prive di cobalto, CATL sta lavorando su due fronti e desidera applicare la tecnologia CTP non solo alle batterie LFP/LFMP prive di cobalto, ma anche a batterie NCM a maggiore densità energetica.
CATL sta già producendo pacchi batteria CTP per la casa automobilistica cinese BAIC.
BAIC EU5 EV con tecnologia batteria CTP di CATL
Obiettivi di densità energetica di CATL :145-160 Wh/kg per prodotti chimici LFP/LFMP senza cobalto e 200 Wh/kg per prodotti chimici NCM
SVOLT
Tecnologia SVOLT CTP
SVOLT si concentra sull'applicazione della tecnologia CTP a batterie NCMA più dense di energia. Purtroppo non ci sono molte informazioni disponibili al riguardo.
Obiettivi di densità energetica di SVOLT :superiore a 200 Wh/kg per i prodotti chimici NCMA
Riassumendo.
È solo questione di tempo prima che CTP diventi la tecnologia mainstream per costruire pacchi batteria più semplici, più sicuri, più economici e più ad alta densità di energia. Inoltre, non dobbiamo aspettare anni per ottenere pacchi batteria privi di cobalto con una densità di energia decente che siano estremamente sicuri ed economici. La batteria BYD Blade è davvero impressionante. Warren Buffett ha motivi per essere davvero felice della sua scommessa su BYD anni fa.
Inoltre, il costo in kWh delle batterie LFP/LFMP prive di cobalto è di circa il 20 % inferiore rispetto alle batterie ad alto contenuto di nichel come NCM 811. Tuttavia, anche senza le batterie LFP/LFMP, Volkswagen ha già un costo in kWh inferiore a 100 euro, il che dimostra che le case automobilistiche potrebbero rendere accessibili auto elettriche con un'autonomia decente in questo momento se fossero interessate a venderle.
Tabella di marcia dei costi della batteria di Volkswagen
Ad ogni modo, sono davvero interessato a saperne di più sulle implementazioni SVOLT e CATL della tecnologia CTP. Per il momento abbiamo maggiori dettagli sulla versione di CTP di BYD.
Inoltre, mi chiedo anche quanto tempo impiegheranno i produttori coreani di batterie per realizzare l'importanza delle batterie prive di cobalto e iniziare a produrle. In questo momento aziende cinesi come BYD e CATL sono gli esperti incontrastati in queste sostanze chimiche. Tuttavia, sarebbe fantastico vedere LG Chem e Samsung SDI lavorare per migliorare la chimica LFMP.
Infine, sono molto ottimista e mi aspetto che nel prossimo futuro (uno o due anni) la maggior parte delle auto elettriche sarà disponibile con pacchi batteria LFMP (ottimizzato per il costo) e NCMA (ottimizzato per l'autonomia) realizzati con la semplice tecnologia CTP.
