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Industrial Modular Battery Pack Concept Addressing High Energy Density, Environmental Friendliness, Flexibility and Cost Efficiency for Automotive Applications

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Un nuovo pacco batteria ad alta energia e a lunga durata per l’industria automobilistica

Le batterie non sono destinate a sparire molto presto, in particolare quelle agli ioni di litio. Con l’ascesa dei veicoli elettrici, la messa a punto dei pacchi batteria è necessaria per ridurre i costi di fabbricazione, migliorare la progettazione e ridurre al minimo la loro impronta ecologica.

Trasporti e Mobilità

La tecnologia delle batterie agli ioni di litio (Li-ion, Lithium-ion) ha una forte presenza nel mercato globale che sarà ampiamente confermata negli anni a venire. Le batterie ricaricabili agli ioni di litio sono comunemente utilizzate nei veicoli elettrici e nei dispositivi elettronici portatili. La sfida è ottimizzare la densità energetica, ridurre i costi e prolungare il ciclo vitale dei pacchi batteria (BP, Battery Pack) agli ioni di litio. Un modo per migliorare la densità energetica è ridurre il peso dei BP mantenendone l’integrità strutturale, la facilità di assemblaggio e la fabbricazione. Il progetto iModBatt, finanziato dall’UE, ha concepito e prodotto un BP modulare ad alta densità energetica, abbastanza flessibile per il suo impiego nel settore automobilistico e in applicazioni fisse compatte, con un minimo impatto ambientale. «Questo BP è perfettamente adatto per l’assemblaggio industriale automatizzato ed è progettato per essere smontato facilmente, il che ne rende possibile il passaggio dalle applicazioni principali a quelle secondarie e agevola la sua riciclabilità o la sostituzione dei propri componenti, se necessario», spiega Iosu Cendoya, coordinatore del progetto.

Pacchi batteria più leggeri e ad alta energia

È possibile ottenere una maggiore densità energetica di un BP sulla base della sua riduzione di peso, accorpando strategie elettriche e termiche e ottimizzandone la progettazione complessiva. Il peso del BP di iModBatt equivale a quello della serie di BP della Renault Zoe (REN Zoe) (290 kg rispetto ai 291,21 kg dell’iModBatt). Si tratta di un’importante traguardo poiché il BP della serie REN ZOE è un prodotto ottimizzato, il risultato di un processo di produzione in serie, e il BP iModBatt REN è ancora un prototipo in fase iniziale, con margini di miglioramento una volta prodotto in serie. Il gruppo, in base alle analisi dei componenti del BP di iModBatt che contribuiscono al peso complessivo, ha concluso che una riduzione di 36 kg su 291,21 kg è fattibile. «La progettazione di iModBatt, dopo la corretta evoluzione in prodotto finale per mezzo della produzione in serie, è in grado di fornire un dispositivo di 255,21 kg, il 12 % in meno rispetto al peso del BP della serie di veicoli REN Zoe», aggiunge Cendoya. Inoltre, l’energia nominale a bordo del BP della serie REN Zoe è di 44,6 kWh rispetto a 44,95 kWh del BP di iModBatt. Il BP di iModBatt ha ottenuto una riduzione di energia e peso con un miglioramento della densità energetica del 14,52 % rispetto al BP di riferimento (176,13 Wh/kg rispetto a 153,8 Wh/kg). Inoltre, è stata condotta un’accurata analisi del ciclo di vita per la valutazione dei parametri di progettazione ecocompatibile. L’estensione della durata di un prodotto, alla base della concezione di iModBatt, è stata quantificata e si è dimostrata vantaggiosa dal punto di vista dell’impatto ambientale.

Un pacco batteria più economico con una drastica riduzione del tempo di assemblaggio

iModBatt presenta costi di fabbricazione ridotti grazie all’introduzione di un’unità di produzione modulare intelligente del BP progettata, realizzata e convalidata nel corso del progetto. Questo concetto di modularità agevola l’attività automatizzata e la rende flessibile per l’aggiunta e la modifica di strumenti, ai fini dell’ulteriore personalizzazione. Inoltre, poiché è previsto che il BP duri più a lungo (tramite riutilizzo e seconda vita), il suo costo complessivo dovrebbe diminuire. «Il costo in termini di tempo per la fabbricazione e la convalida è stato drasticamente ridotto nella catena di montaggio automatizzata del modulo e il tempo di assemblaggio del BP è stato ottimizzato da 13,78 a 2,86 ore (una riduzione pari quasi all’80 %)», conclude Cendoya.

Parole chiave

iModBatt, BP, densità energetica, pacco batteria, Li-ion, ioni di litio, veicoli elettrici, industria automobilistica

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