Un primer sulle batterie delle apparecchiature elettriche, parte 2: tecnologie avanzate

Nota dell'editore: quanto segue è stato fornito in esclusiva a Power Progress dal produttore di batterie EnerSys, Reading, Pa., e modificato per lunghezza e stile. Fa parte di una serie in tre parti di EnerSys sulla comprensione della tecnologia delle batterie per apparecchiature e veicoli elettrici.

Negli ultimi decenni, le preoccupazioni relative alle emissioni, ai prezzi del carburante, ai costi di manutenzione e all'efficienza complessiva hanno portato le apparecchiature industriali elettriche a batteria (BE) a sostituire gradualmente quelle alimentate da motori a combustione interna (ICE).

Come discusso di recente , le tradizionali batterie al piombo allagate sono state fonti di energia comprovate per molte applicazioni industriali, come carrelli elevatori e attrezzature per la cura dei pavimenti. Tuttavia, presentano alcune limitazioni per quanto riguarda la densità di potenza e la manutenzione.

Per risolvere queste carenze, sono emerse di recente tecnologie di batterie più avanzate. Tra queste, le batterie al piombo puro a piastra sottile (TPPL) e agli ioni di litio, entrambe sempre più diffuse per molte applicazioni industriali e di e-commerce. Possono supportare applicazioni più esigenti in cui le tradizionali batterie al piombo sono carenti.

Eliminando la manutenzione e garantendo prestazioni più elevate rispetto alle tradizionali batterie al piombo, le batterie TPPL e agli ioni di litio stanno diventando sempre più le fonti di energia preferite per carrelli elevatori, macchine per la cura dei pavimenti e altre apparecchiature di pubblica utilità.

Tecnologia TPPL comprovata

Sebbene la batteria TPPL sia relativamente nuova nelle applicazioni dei veicoli industriali, è una tecnologia collaudata fin dagli anni '70. Le piastre in piombo puro al 99 percento accelerano il trasferimento di energia durante periodi di carica più brevi. Nel frattempo, le piastre più sottili forniscono la massima superficie per un trasferimento di energia più rapido e guadagni, nonché un aumento della densità di accumulo di energia.

Una varietà di batterie TPPL. (Foto: EnerSys)

La tecnologia TPPL è stata originariamente sviluppata per applicazioni militari mission-critical che richiedevano alimentazione affidabile e ricarica più rapida. Come tali, queste batterie sono state rapidamente adottate per applicazioni di movimentazione dei materiali e di stoccaggio.

Oggi, le batterie TPPL sono disponibili in una gamma di capacità di potenza e configurazioni. Hanno una densità di potenza leggermente superiore rispetto alle batterie al piombo allagate, quindi sono consigliate per applicazioni da leggere a medie.

I maggiori vantaggi delle batterie TPPL sono le loro capacità di ricarica rapida e la mancanza di manutenzione. Ad esempio, le batterie TPPL non richiedono irrigazione, lavaggio o lunghe equalizzazioni, il che le rende ideali per i proprietari di flotte che vogliono ridurre il consumo di acqua ed eliminare la manodopera per la manutenzione.

Inoltre, durante lunghi periodi di inutilizzo, è solitamente necessario ricaricarle ogni 6 mesi, senza che la durata della batteria ne risulti compromessa.

Infine, le batterie TPPL non richiedono lunghi periodi di ricarica. Possono essere collegate ogni volta che l'attrezzatura non è in uso, come durante le pause, tra i turni e in altri periodi di inattività.

La durata di vita tipica di una batteria TPPL è di 4-5 anni, a seconda dell'intensità di utilizzo.

Tutto sugli ioni di litio

Sebbene rappresentino una tecnologia relativamente nuova nelle applicazioni dei carrelli elevatori e delle attrezzature per la cura dei pavimenti, le batterie agli ioni di litio sono ben note per il loro utilizzo nell'elettronica di consumo e nei veicoli elettrici.

Esistono molteplici approcci alla chimica degli ioni di litio, con le versioni principali utilizzate nelle apparecchiature di movimentazione dei materiali e nelle applicazioni industriali che sono il litio ferro fosfato (LFP) e il nichel manganese cobalto (NMC). L'industria automobilistica si affida principalmente all'NMC per la sua capacità superiore di assorbire e immagazzinare energia, consentendo una ricarica più rapida e tempi di funzionamento più lunghi tra una ricarica e l'altra.

Le batterie agli ioni di litio sono particolarmente adatte per un uso intensivo in applicazioni di apparecchiature grazie alla loro efficienza di carica notevolmente superiore rispetto alle tradizionali batterie al piombo allagate. Come le TPPL, le batterie agli ioni di litio sono progettate per la carica di opportunità ogni volta che l'apparecchiatura non è in uso. Inoltre, non richiedono manutenzione di routine, come l'aggiunta di acqua o l'equalizzazione.

Tuttavia, una delle sfide più grandi nell'uso delle batterie agli ioni di litio è anche ciò che le rende così attraenti: la loro elevata densità energetica. Questo, unito alla loro elevata capacità di throughput energetico, potrebbe richiedere un'infrastruttura elettrica più robusta per supportare una carica adeguata.

Richiedono anche controlli specifici per un funzionamento sicuro. Un sistema di gestione della batteria (BMS), che è un piccolo computer di bordo progettato per la batteria specifica, in genere monitora e controlla l'attività della batteria. È essenziale per la sicurezza delle batterie agli ioni di litio.

È noto che le batterie agli ioni di litio mal progettate con controlli BMS discutibili creano rischi per la sicurezza. Il modo migliore per evitare questi problemi è utilizzare un sistema progettato in modo olistico, composto da batteria, BMS e caricabatterie. Inoltre, tutti i componenti del sistema devono essere chiaramente designati come certificati da gruppi di terze parti comprovati, come Underwriters Laboratories (UL), Conformité Européenne (CE), l'Organizzazione internazionale per la normazione (ISO) e altri.

I potenziali rischi per la sicurezza potrebbero indurre alcune compagnie assicurative a rifiutare la copertura o a richiedere clausole aggiuntive, ispezioni o verifiche prima di assicurare una struttura che utilizza apparecchiature dotate di batterie agli ioni di litio.

Le batterie agli ioni di litio hanno una durata media di 5-7 anni, a seconda dell'utilizzo.

Nella terza parte di questa serie di articoli verranno analizzate le considerazioni da fare per scegliere le tecnologie di batterie più adatte alle diverse applicazioni.

Introduzione alle batterie per apparecchiature elettriche, parte 1: tecnologie tradizionali La tradizionale batteria al piombo acido è ancora una tecnologia affidabile per una varietà di applicazioni su veicoli e attrezzature industriali.

Batterie TPPL nelle applicazioni di movimentazione dei materiali: oggi e domani Max Khabur di OneCharge esamina le batterie al piombo puro a piastre sottili (TPPL) per carrelli elevatori elettrici e analizza il loro futuro in competizione con le controparti al litio.