Il mercato delle auto elettriche è in piena espansione, quindi è importante conoscere meglio il funzionamento del “cuore” di un’auto elettrica, il pacco batterie agli ioni di litio.
Il pacco batterie è un dispositivo intelligente che immagazzina ed eroga energia attraverso i suoi moduli dotati di celle agli ioni di litio. Il processo di produzione delle batterie è fondamentale per garantire sicurezza e prestazioni ottimali ed essendo il componente più delicato dei nuovi motori “a emissioni zero”, richiede numerose precauzioni durante la produzione.
In questo articolo indagheremo: come vengono prodotte le batterie per le auto elettriche?
Per semplificare, si può dire che le linee di produzione sono in realtà composte da almeno tre aree distinte:
- nella prima, i moduli contenenti le celle agli ioni di litio vengono assemblati in gruppi di quattro con un contenuto di energia residua di circa il 20%.
- nella seconda vengono inseriti nell’involucro che li ospita e poi sigillati
- nel terzo, viene assemblata l’elettronica
Ma vediamo il processo in dettaglio:
I pacchi batteria vengono assemblati collegando tra loro diverse batterie in serie o in parallelo, combinando la loro tensione e il loro amperaggio per ottenere la corrente e la tensione desiderate, e allo stesso tempo disponendole in modo da poter essere alloggiate nello spazio riservato loro dalla macchina di produzione o dal dispositivo che devono alimentare. Attraverso la combinazione di celle o batterie appropriate, è quindi possibile costruire pacchi batteria di qualsiasi tensione e amperaggio complessivo, sfruttando sia il collegamento in serie che in parallelo; il pacco batteria diventa così una sorta di “batteria personalizzata”, che può avere specifiche e dimensioni assolutamente inesistenti sul mercato delle batterie standard.
I pacchi batteria sono utilizzati nei dispositivi e per le funzioni più diverse, dall’alimentazione di un utensile al mantenimento della memoria di programma di un tornio automatico. La possibilità di assemblarli secondo ogni specifica esigenza, anche variandone le dimensioni, unita alla possibilità di dotarli di tutti i circuiti di protezione che il progetto richiede, fa sì che i pacchi batteria possano essere costruiti per adattarsi davvero a qualsiasi funzione e condizione applicativa.
La costruzione di un pacco batterie inizia sempre con la scelta delle celle o delle batterie che verranno collegate per realizzarlo; queste vengono scelte in base a una serie di criteri, tra cui le dimensioni finali, la tensione e l’amperaggio complessivi e particolari requisiti operativi (come la capacità di funzionare in modo efficiente anche a particolari temperature). Segue l’assemblaggio di eventuali circuiti di protezione, come richiesto dal progetto, e dei connettori necessari per il collegamento al dispositivo. L’ultima fase è quella dell’assemblaggio vero e proprio, realizzato prima saldando i collegamenti elettrici tra le batterie e poi avvolgendole in una guaina termorestringente per rendere il pacco batterie più compatto e maneggevole.
È chiaro che le precauzioni di sicurezza sono necessarie fin dall’inizio del processo di produzione. Il primo passo consiste nel dotare il modulo di una speciale pellicola termoconduttiva che contribuisce a migliorare il raffreddamento dell’intero set di batterie. Tra i moduli viene inserito un dispositivo di raffreddamento chiamato cooler: una volta collegato, il liquido di raffreddamento scorre attraverso questo dispositivo. È inoltre fondamentale dotare tutti i dipendenti del luogo di lavoro di indumenti specifici che devono essere certificati ESD e devono essere regolarmente testati per verificare che proteggano dall’elettricità statica.
Dopo l’assemblaggio delle batterie, è necessario eseguire una serie di test finali.
Il primo è un test di tenuta del circuito di raffreddamento e della batteria nel suo complesso. Di tanto in tanto, tra le batterie testate compare un’unità dall’aspetto diverso: si tratta di un’unità campione che verifica il corretto funzionamento dell’apparecchiatura di prova di tenuta. Getti speciali possono simulare i difetti di tenuta, aggiungendo così un’ulteriore dimensione alla verifica della funzionalità dell’apparecchiatura di prova. Quando la batteria ha superato il test di tenuta, può passare al test elettrico. In questa seconda fase, gli addetti controllano le parti ad alta e bassa tensione. In particolare, controllano che l’isolamento funzioni correttamente. Una volta che la batteria ha superato tutti i test, viene caricata a circa il 37% della capacità.
Bonetto ha sviluppato stazioni modulari standardizzate (concetto LEGO) per l’assemblaggio dei moduli della batteria. La stazione standardizzata può essere integrata da diversi dispositivi a seconda delle attività da svolgere. Le stazioni stesse e l’automazione dei processi possono essere moltiplicate a seconda delle necessità, consentendo all’utente di scalare l’investimento in base alle esigenze di produzione.
A seconda del livello di automazione, la movimentazione del pacco batterie può avvenire anche tramite carrelli speciali o sistemi AGV.