A efectes de comparació, les piles AA habituals tenen el mateix format que les que s'utilitzen en els cotxes elèctrics, només una mica més petites, 14 mm de diàmetre i 50 mm d'alçada (14500).
El que anomenem una bateria de cotxe elèctric està format en realitat per un conjunt de milers de bateries estàndard 18650, anomenades cèl·lules, que s'agrupen en mòduls i es connecten en sèrie.
Cada cel·la té una tensió mitjana de 3,7 volts i per conduir un cotxe elèctric calen entre 300 i 600 volts. Només per fer-vos una idea del nombre de cèl·lules que utilitzen alguns cotxes elèctrics, el Tesla té 7.400 cel·les i el JAC Motors iEV40 en té 4.000.
La bateria d'ions de liti va ser desenvolupada per al sector de l'electrònica i es va utilitzar ràpidament en altres aplicacions, convertint-se en estàndard per a equips que requereixen una petita bateria recarregable, substituint les bateries per níquel-cadmi (NiCd) i níquel hidrur metàl·lic (Ni). -MH).
El principi de funcionament de la bateria de ions de liti és fer circular electrons creant una diferència de potencial entre dos elèctrodes, un negatiu i un positiu, que estan implicats en un líquid iònic conductor. En ús, els electrons acumulats a l'elèctrode negatiu s'alliberen a través d'un circuit a l'elèctrode positiu. Quan la bateria es carrega mitjançant un carregador, els electrons viatgen de l'elèctrode positiu al negatiu.
Comparant la bateria de plom-àcid de 12 volts que s'utilitza en un vehicle amb un motor de combustió, té un electròlit que conté ions de plom i elèctrodes a base de plom, i la bateria de ions de liti utilitza ions de liti (Li +) donant assolir el nom d'aquesta tecnologia.
L'ús a gran escala de la bateria d'ions de liti es deu essencialment a la densitat d'emmagatzematge i aquest concepte de densitat fa referència a la relació entre la capacitat d'emmagatzematge i el seu volum o pes. En comparació amb una bateria d'ions de liti que ofereix una densitat de 300 a 500 Wh/kg, això correspon a deu vegades més que una bateria de plom-àcid.
Alguns fabricants dominen el mercat de les bateries d'ions de liti, com ara el poderós Samsung, que subministra bateries amb una capacitat d'alimentació d'uns 3.000 mAh a JAC Motors, amb xifres que superen els 50 milions de cèl·lules en només un any.
Les bateries de cotxes elèctrics actuals tenen algunes limitacions de funcionament i una de les principals es troba en el rang de temperatura ideal de treball, que hauria de ser de fins a 25 graus centígrads. Aquesta temperatura s'assoleix ràpidament durant l'ús del vehicle i també durant la recàrrega, això s'observa quan la bomba d'aigua elèctrica i el ventilador del radiador funcionen de manera autònoma, fins i tot amb el cotxe apagat durant el període de recàrrega.
El sistema de refrigeració de la bateria és molt eficient i capaç de refredar i escalfar quan calgui.
El flux d'energia que entra o surt de la bateria provoca escalfament i com més gran sigui el flux de corrent, més gran serà la generació de calor.
La temperatura de la bateria d'ions de liti afecta directament el seu rendiment i no funciona bé quan fa massa fred o massa calor, cosa que pot provocar danys permanents a les cèl·lules o una degradació accelerada.
A més de refredar, també pot ser necessari escalfar les cèl·lules a les regions de temperatura més baixa per evitar danys durant la càrrega ràpida, perquè la resistència interna de les cèl·lules augmenta quan estan fredes. La majoria de les bateries d'ió de liti no es poden carregar ràpidament quan estan per sota dels 5 ºC i no es poden carregar quan estan per sota dels 0 ºC. Les cèl·lules d'ió de liti també comencen a degradar-se ràpidament quan la seva temperatura és superior a 45 ºC.
En els vehicles s'utilitzen tres sistemes de gestió tèrmica de bateries i el més pràctic és el sistema de refrigeració utilitzat en motors de combustió interna, que utilitza aigua amb un additiu anticorrosió i reductor de conductivitat elèctrica.
El cotxe elèctric pot tenir dos sistemes de refrigeració independents, un per al motor elèctric i la PCU que generen molta calor durant el funcionament i un altre sistema més especial per a la bateria que pot escalfar o refredar.
L'escalfador és elèctric, funciona amb alta tensió, és trifàsic i el que fa circular l'aigua per les galeries internes de la bateria és una altra bomba d'aigua elèctrica, dedicada només al control tèrmic de la bateria. Per refredar s'utilitza un radiador amb ventilador i, quan necessita més reducció de la temperatura, utilitza el sistema d'aire condicionat que es comparteix amb l'aire condicionat de l'habitacle del cotxe.
El sistema és autònom i es pot activar fins i tot quan el cotxe està apagat per satisfer la necessitat de control tèrmic de la bateria.
Per a molts reparadors experts d'aire condicionat, aquesta és la primera vegada que un cotxe utilitza un sistema d'aire condicionat compartit, dividint les canonades d' alta i baixa pressió només per controlar la temperatura de la bateria.
En la recerca de solucions eficients i de baix cost, els fabricants utilitzen els anomenats sistemes de refrigeració passiva, que aprofiten el desplaçament del cotxe, dirigint el flux d'aire per eliminar la calor generada a la bateria sense utilitzar sistemes addicionals com com a fans.
El sistema de refrigeració passiu és de baix cost i eficient energèticament, ja que no requereix energia del cotxe, però no és capaç de mantenir una bateria dins de les temperatures de refrigeració ideals per a un ús d' alt rendiment i viatges de llarga distància amb múltiples recàrregues ràpides.
En el sistema de refrigeració actiu, l'estratègia és utilitzar un ventilador amb aire forçat que passa per les bateries per eliminar la calor. Aquest sistema allarga la durada de la bateria en comparació amb la refrigeració passiva mantenint les bateries a una temperatura de funcionament més controlada.
És més barat i lleuger que la refrigeració líquida i no necessita integrar-se amb altres sistemes de refrigeració de vehicles. La dificultat rau a controlar el flux d'aire dins de les galeries de l'interior de la bateria, a través de les innombrables cel·les agrupades en mòduls per mantenir una temperatura uniforme a tota la matriu de cel·les.
Tot i que la refrigeració per aire activa és millor que la refrigeració passiva per mantenir unes temperatures de funcionament òptimes, la manera més eficaç de mantenir una temperatura uniforme dins d'un paquet i complir els requisits de la garantia és la refrigeració líquida.
La refrigeració líquida és la manera més eficaç d'eliminar la calor de la bateria. També és millor que el refredament per aire actiu per mantenir la bateria a temperatures de funcionament òptimes. Dissenyar un sistema que refredi totes les bateries de manera uniforme condueix a un millor rendiment i durada de la bateria. La refrigeració líquida també permet que la bateria funcioni amb càrregues de potència màxima més altes, ja que dissipa més calor que altres mètodes de refrigeració.
Hi ha tres enfocaments principals per a la refrigeració líquida.
Tubs de refrigeració agrupats en forma de cinta serpentina, plaques de refrigeració amb canals de refrigeració al seu interior i refrigeració directa/immersiva.
L'ús del tub de refrigeració és més efectiu per mantenir temperatures uniformes de les cel·les, però és més difícil de fabricar i pot provocar caigudes de pressió més grans. L'ús de la placa de refrigeració és raonablement senzill d'implementar, però pot provocar grans variacions de temperatura a les bateries individuals. El sistema de refrigeració directa pot ser el mitjà més eficaç per eliminar la calor, però és relativament nou i requereix refrigerants dielèctrics cars en lloc de fluids de refrigeració convencionals.
Pot ser més difícil dissenyar un sistema de refrigeració per líquid perquè s'ha d'integrar amb altres sistemes elèctrics i fluids del vehicle. També s'ha de considerar la possibilitat de fuites de fluids, ja que pot provocar un curtcircuit. Els sistemes de refrigeració líquida solen ser més pesats, més cars i més complicats de reparar.
No obstant això, les compensacions poden valer la pena perquè els sistemes refrigerats per líquid proporcionen una vida útil més llarga i un rendiment superior en comparació amb els paquets refrigerats per aire i refrigerats passivament de la mateixa mida.
Al Tesla Model S, el sistema de refrigeració de la bateria consisteix en un tub de refrigeració serpentí patentat que travessa el paquet de bateries i transporta un flux de refrigerant a base d'aigua i etilenglicol i el contacte tèrmic amb les cèl·lules es fa mitjançant calor. transferir material.
Després que el refrigerant flueix a través del paquet de bateries, es fa circular a través d'un intercanviador de calor, on la calor es transfereix al corrent d'aire ambiental que és bufat per un ventilador, de vegades s'utilitzarà l'aire condicionat del sistema de refrigeració per aconseguir menys refrigeració, això és important si el vehicle està pensat per a ser utilitzat globalment, on la temperatura ambient pot acostar-se a la temperatura màxima acceptable per a la bateria.
Es requereix un refredament bifàsic per permetre que la bateria es mantingui a una temperatura òptima independentment de la temperatura ambient.
Es requereixen intercanviadors de calor tot i que la quantitat de calor emesa per un vehicle elèctric és un 90% inferior a la d'un vehicle de combustió interna, això significa que el consum d'energia del sistema de refrigeració de la bateria pot ser un dels consums d'energia paràsit més elevats de vehicles elèctrics i està molt lligat al rendiment i l'autonomia del vehicle.
Els vehicles elèctrics utilitzats en climes més càlids poden perdre la capacitat de la bateria una mica més ràpidament que els que s'utilitzen a les regions temperades. La calor extrema és l'enemic de la química dels ions de liti, per això molts cotxes elèctrics vénen amb bateries refrigerades per líquid.
L'ús excessiu d'estacions de càrrega ràpida de CC de nivell 3 públiques, que poden recarregar les bateries d'un cotxe elèctric fins al 80% de la seva capacitat en només 30 minuts, també pot degradar el rendiment de la bateria a llarg termini, perquè com més ràpid és un Els cotxes elèctrics es carreguen, com més calor fa i, de nou, això no és saludable per a la bateria.
