Batteria


A Tesla battery pack being assembled.

L'augmentation de la densité énergétique entraine une augmentation de l'autonomie
Increasing energy density means increasing range.

La batteria della Tesla Roadster è il risultato di applicazioni ingegneristiche innovative e di 20 anni di progressi nella tecnologia delle batterie agli ioni di litio. L'ingegnosa architettura della batteria Tesla rende possibile un'accelerazione, una sicurezza, un'autonomia e un'affidabilità senza pari. La batteria non tossica delle vetture Tesla viene prodotta presso la sede centrale Tesla, nel Nord della California.

Il pacco batteria pesa 450kg, accumula 56kWh di energia elettrica ed eroga fino a 215 kW di potenza. Le batterie Tesla hanno la più alta densità di energia dell'industria automobilistica. Per raggiungere tale densità di energia, Tesla assembla migliaia di celle agli ioni di Litio all'interno di un unico pacco batteria raffreddato a liquido, avvolto in un involucro di metallo molto resistente. La batteria è progettata ed ottimizzata per ottime performance, sicurezza, longevità e costo.

LA BATTERIA CON MAGGIORE DENSITÁ DI ENERGIA NELL'INDUSTRIA AUTOMOBILISTICA

Le celle utilizzate in una Roadster rappresentano la combinazione chimica ideale per i veicoli elettrici.

Le Batterie Ibride al Nichel-Idruro di Metallo (NiMH) sono comunemente utilizzate nelle auto ibride. Tuttavia, una batteria NiMH da 56kWh peserebbe più del doppio rispetto alla batteria della Roadster. La Tesla utilizza invece batterie agli ioni di Litio; queste celle riducono drasticamente il peso della batteria della Roadster e migliorano l'accelerazione, la maneggevolezza e l'autonomia.

Con la formula agli ioni di Litio non è necessario scaricare la batteria prima di una nuova ricarica, in quanto non viene a crearsi "l'effetto memoria". Il proprietario di una Roadster non deve fare altro che "rabboccare" ogni notte la batteria.

SOLO LE CELLE MIGLIORI

Le celle utilizzate in una batteria Roadster vengono definite "fattore forma 18650" a causa delle loro misure: 18mm di diametro per 65mm di lunghezza. Questo fattore forma rappresenta un prodotto primario nel mercato dell'elettronica (ogni anno vengono prodotte più di un miliardo di celle 18650). Tesla utilizza una versione modificata di queste celle appositamente per i suoi veicoli elettrici.

Allo scopo di assicurare la più elevata affidabilità e sicurezza della batteria, Tesla utilizza soltanto le celle migliori sul mercato. Le compagnie alle quali Tesla si rivolge non solo hanno una grande esperienza nella produzione delle celle ma hanno anche interpretato un ruolo fondamentale nella realizzazione di una batteria sicura ed affidabile. Sebbene Tesla non specifichi quali celle vengano utilizzate(come alcune compagnie di laptop), alcune relazioni tra Tesla e fornitori di batterie sono state rese pubbliche.

La dimensione ridotta delle celle permette un'efficiente trasferimento di calore, permette una gestione migliore della carica, migliora l'affidabilità ed aumenta il periodo di vita dell'intero pacco batteria. Ogni cella è racchiusa all'interno di un involucro di acciaio che allontana il calore dalle celle con grande efficacia. La piccola dimensione rende le celle isotermiche e la loro superfice allargata permette loro di diffondere il calore nell'ambiente circostante.

ARCHITETTARE UN SISTEMA INTELLIGENTE E SICURO

Sessantanove celle sono collegate insieme in parallelo come per formare dei mattoncini. Novantanove mattoncini sono connessi in serie come per formare delle lastre e infine 11 lastre formano un unico involucro. In totale, una batteria è composta da 6831 celle. Un sistema di raffreddamento a liquido, che comprende dei sensori all'interno della stessa batteria e che vengono monitorati dal firmware, mantiene appropriati i livelli di temperatura delle celle. Il fluido di raffreddamento viene pompato all'interno della batteria garantendo l'efficiente trasferimento di calore da e verso ogni singola cella. Il sistema di raffreddamento è così efficiente che le celle ai margini della batteria hanno solo pochi gradi di differenza le une dalle altre. Tutto ciò è di fondamentale importanza per aumentare la durata di vita della batteria, ottimizzare le performance e garantire la sicurezza.

Tesla ha deciso di concentrare gran parte dei suoi sforzi sulla sicurezza di tutto il pacco batteria attraverso le proprie conoscenze ingegneristiche e industriali. Tesla inoltre opera nel campo dell'industria come membro attivo di SAE 2464 e SAE 2929, le due più importanti commissioni che si occupano della sicurezza delle batterie. Un impegno attivo in questo senso non solo permette a Tesla di mettere in atto le procedure più corrette ma che ha anche portato alla creazione di un forum per tutti gli ingegneri Tesla, al fine di informare gli altri sui livelli di sicurezza che ci si aspetta per i Veicoli Elettrici.

I sistemi ad alto voltaggio della Tesla Roadster sono protetti da qualsiasi contatto accidentale anche se scoperti dai loro involucri protettivi. Infatti, è possibile accedere ai componenti ad alto voltaggio soltanto tramite degli strumenti speciali. In caso di impatto significativo o rovesciamento dell'auto, la fornitura di energia ad alto voltaggio all'interno della batteria viene automaticamente interrotta per ridurre il rischio di esposizione a componenti ad alto voltaggio. L'attivazione dell'airbag causa lo spegnimento automatico di tutti i circuiti ad alto voltaggio del veicolo. I sistemi ad alto voltaggio sono sigillati, etichettati e contrassegnati da un colore che permette ai tecnici Tesla di riconoscerli.

L'intero involucro è stato progettato per resistere a forti urti del veicolo e per mantenere al contempo l'integrità dei componenti interni. L'intero pacchetto è parte integrante del telaio e permette di aumentare la rigidità della parte posteriore del veicolo. La Roadster è stata testata per impatti frontali, posteriori e laterali secondo le norme FMVSS, come specificato dalla United States National Highway Transportation and Safety Administration. I rapporti attuali sulle collisioni che hanno coinvolto veicoli Tesla confermano che il pacchetto della batteria è molto ben protetto in situazioni come quelle sopra descritte.

ALTE PERFORMANCE IN QUALSIASI SITUAZIONE

In generale, le celle agli ioni di Litio non possono essere caricate con una temperatura inferiore ai 0 gradi Celsius, il che significherebbe l'impossibilità di ricaricare una vettura in ambienti freddi. Per superare questo ostacolo, la Roadster è stata dotata di un piccolo impianto di riscaldamento che riscalda le celle (quando il connettore per la ricarica viene inserito) fino ad una temperatura ottimale. Se non ci fosse l'impianto di riscaldamento, tutti coloro che vivono in ambienti freddi avrebbero grosse difficoltà nel ricaricare la vettura e godere delle sue meravigliose performance.

Allo stesso modo, le celle sono progettate per operare perfettamente anche in ambienti molto caldi. Guidare con performance straordinarie è possibile anche nel più caldo ambiente del mondo. Se la temperatura supera una soglia definita, l'unità dell'aria condizionata invia un fluido refrigerante che scorre attraverso l'intero pacchetto. Simile alla ventola del radiatore delle vetture a combustione interna, il fluido refrigerante continua la sua azione anche dopo che il motore è stato spento per mantenere la temperatura ad un livello appropriato. Raffreddare l'intero pacchetto permette al conducente di caricare l'auto velocemente anche dopo avere guidato in ambienti caldi. Senza un simile sistema di raffreddamento, ricaricare una vettura dopo avere guidato in ambienti caldi richiederebbe più tempo.

RICICLARE

Alla fine del ciclo di vita, il pacco contenente le celle potrebbe essere gettato in una normale discarica. Il pacco infatti non contiene nè metalli pesanti nè materiali tossici. Mentre molti componenti potrebbero essere gettati via, Tesla ha messo a punto una strategia di riciclo che permette di riutilizzare o riciclare più del 60% della batteria. Con l'aumento dei volumi di produzione, i passaggi di riciclaggio diventeranno sempre più profittevoli, portando la percentuale di riciclo fino al 90%. I componenti recuperati dal riciclaggio hanno un grande valore, grazie al quale vengono creati incentivi finanziari per il riciclaggio.


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