INTRODUZIONE
Con l'aumentare dell’impiego di tecnologie sempre più ecologiche, cresce anche l'utilizzo di batterie agli ioni di litio come principale dispositivo di accumulo dell'energia; applicazioni come i moderni veicoli elettrici stanno diventando sempre più comuni, e in queste installazioni si verificano forti urti e vibrazioni.
Con la crescita del mercato delle batterie agli ioni di litio, deve crescere anche la nostra comprensione dell'effetto provocato dagli urti e dalle vibrazioni meccaniche sulle prestazioni elettriche e sulle proprietà meccaniche di queste batterie. Studi recenti hanno analizzato l'effetto delle vibrazioni sulla degradazione e sulla fatica dei materiali delle celle delle batterie, nonché l'effetto delle vibrazioni sulla struttura del pacco batterie stesso. I risultati di questi studi dimostrano che il degrado meccanico prodotto dalle vibrazioni riduce la longevità delle batterie al litio.
Un altro requisito importante da considerare sono le forze che vengono trasferite al pacco batteria in caso di urti. È fondamentale che le forze eccessive non raggiungano le celle della batteria e non provochino crepe.
STANDARD PER L’INSTALLAZIONE DI BATTERIE
Per questo motivo e per evitare l'usura prematura di questi componenti vitali e costosi, i produttori di batterie richiedono agli utenti finali di conformarsi a diverse normative che stabiliscono i limiti di velocità, accelerazione e spostamento delle vibrazioni.
Esempi di queste norme sono la R100r2, UN38.3, IEC 62133, IEC 62619 o UL 1642, per citarne alcune.
La R100r2 è specifica per i veicoli a trasmissione elettrica. Questa norma richiede un test di verifica in cui viene eseguito un ciclo specifico di vibrazioni da 7Hz a 50Hz ogni 15 minuti. Questo ciclo viene ripetuto 12 volte per un totale di 3 ore.
La normativa UN 38.3 riguarda la sicurezza durante il trasporto delle batterie al litio. La vibrazione è una forma d'onda sinusoidale con uno sweep logaritmico tra 7 e 200 Hz e ritorno a 7 Hz in 15 minuti; la lunghezza d'onda utilizzata è di 0,8 mm (ampiezza da picco a picco 1,6 mm). Questo ciclo viene ripetuto per 12 volte per un totale di 3 ore; devono essere analizzate tre differenti posizioni di montaggio reciprocamente perpendicolari della cella. Questa norma richiede anche un test per gli urti, in cui viene applicato un urto semisinusoidale con un'accelerazione di 15 G di picco per 6 millisecondi. Per le celle più grandi si applicano 50 G per 11 millisecondi. Ogni cella della batteria deve essere sottoposta a tre urti in direzione positiva seguiti da tre urti in direzione negativa nelle tre differenti posizioni di montaggio reciprocamente perpendicolari, per un totale di 18 urti.
Soluzione di AMC
Tenendo conto dei molteplici e differenti assi di urti e vibrazioni richiesti, gli Ingegneri di AMC-MECANOCAUCHO hanno sviluppato un supporto in grado di lavorare in più direzioni e che presenta un fine corsa integrato per il contenimento degli spostamenti quando sottoposto a carichi estremi.
Di seguito è riportata un'immagine dei supporti CB di AMC-MECANOCAUCHO®
L'immagine seguente mostra l'installazione tipica di un pacco batteria al litio.
Immagine in sezione del supporto CB installato.
Per scegliere il supporto CB adeguato, è necessario prendere in considerazione il carico totale, il baricentro dell’applicazione e la posizione dei supporti antivibranti. Un calcolo delle vibrazioni in 6 gradi di libertà può permetterci di conoscere le frequenze naturali del sistema e di avere una previsione del livello di isolamento, che sarà fondamentale per sapere se le normative di cui sopra potranno essere soddisfatte.
Gli Ingegneri applicativi di AMC-MECANOCAUCHO possono eseguire tali calcoli e aiutare gli uffici tecnici a scegliere la soluzione corretta.
Articoli di riferimento:
Effect of dynamic loads and vibrations on lithium-ion batteries - Xia Hua, Alan Thomas, 2021 (sagepub.com)
Effects of vibrations and shocks on lithium-ion cells - ScienceDirect
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