Batterie per monopattini elettrici
La batteria è il "serbatoio di carburante" del tuo monopattino elettrico. Immagazzina l'energia consumata dal motore a corrente continua, dalle luci, dal controller e dagli altri accessori.

La maggior parte dei monopattini elettrici è dotata di un pacco batterie agli ioni di litio, grazie alla loro eccellente densità energetica e alla lunga durata. Molti monopattini elettrici per bambini e altri modelli economici utilizzano batterie al piombo. In un monopattino, il pacco batterie è composto da singole celle e da un'unità elettronica, chiamata sistema di gestione della batteria, che ne garantisce il funzionamento in sicurezza.
Le batterie più grandi hanno una maggiore capacità, misurata in wattora, e consentono a un monopattino elettrico di percorrere distanze maggiori. Tuttavia, aumentano anche le dimensioni e il peso del monopattino, rendendolo meno portatile. Inoltre, le batterie sono uno dei componenti più costosi del monopattino e il costo complessivo aumenta di conseguenza.

Tipi di batterie
I pacchi batteria degli scooter elettrici sono composti da numerose celle individuali. Più precisamente, sono costituiti da celle 18650, una classificazione dimensionale per batterie agli ioni di litio (Li-Ion) con dimensioni cilindriche di 18 mm x 65 mm.

Ogni singola cella 18650 in un pacco batterie non è particolarmente performante: genera un potenziale elettrico di circa 3,6 volt (nominale) e ha una capacità di circa 2,6 ampere-ora (2,6 A·h) o circa 9,4 watt-ora (9,4 Wh).

Le celle della batteria funzionano da 3,0 volt (0% di carica) fino a 4,2 volt (100% di carica).

Ioni di litio
Le batterie agli ioni di litio hanno un'eccellente densità energetica, ovvero la quantità di energia immagazzinata in rapporto al loro peso. Hanno anche un'ottima durata, il che significa che possono essere scaricate e ricaricate, o "cicliche", molte volte mantenendo comunque la loro capacità di accumulo.

In realtà, il termine "ioni di litio" si riferisce a diverse tecnologie di batterie che utilizzano lo ione litio. Ecco un breve elenco:

Ossido di litio e manganese (LiMn2O4); noto anche come: IMR, LMO, Li-manganese
Litio manganese nichel (LiNiMnCoO2); noto anche come INR, NMC
Ossido di litio nichel cobalto alluminio (LiNiCoAlO2); noto anche come NCA, Li-alluminio
Ossido di litio nichel cobalto (LiCoO2); noto anche come NCO
Ossido di litio cobalto (LiCoO2); noto anche come ICR, LCO, Li-cobalto
Fosfato di ferro e litio (LiFePO4); noto anche come IFR, LFP, Li-fosfato
Ciascuna di queste tecnologie chimiche per batterie rappresenta un compromesso tra sicurezza, durata, capacità e corrente erogata.

Litio manganese (INR, NMC)
Fortunatamente, molti monopattini elettrici di qualità utilizzano batterie con tecnologia INR, una delle più sicure. Questa batteria offre elevata capacità e corrente di uscita. La presenza di manganese riduce la resistenza interna della batteria, consentendo un'elevata erogazione di corrente mantenendo basse temperature. Di conseguenza, si riducono le probabilità di surriscaldamento e incendio.

Alcuni monopattini elettrici con tecnologia INR includono i modelli WePed GT 50e e Dualtron.

piombo-acido
Le batterie al piombo-acido sono una tecnologia molto datata, comunemente utilizzata nelle automobili e in alcuni veicoli elettrici di grandi dimensioni, come i golf cart. Si trovano anche in alcuni monopattini elettrici, in particolare nei monopattini economici per bambini di aziende come Razor.

Le batterie al piombo hanno il vantaggio di essere economiche, ma soffrono di una densità energetica molto bassa, il che significa che pesano molto rispetto alla quantità di energia che immagazzinano. In confronto, le batterie agli ioni di litio hanno una densità energetica circa 10 volte superiore rispetto alle batterie al piombo.

Pacchi batteria
Per realizzare un pacco batterie con una capacità di centinaia o migliaia di wattora, numerose celle agli ioni di litio 18650 vengono assemblate singolarmente in una struttura a forma di mattone. Il pacco batterie viene monitorato e regolato da un circuito elettronico chiamato sistema di gestione della batteria (BMS), che controlla il flusso di elettricità in entrata e in uscita dalla batteria.
Le singole celle del pacco batterie sono collegate in serie (una dopo l'altra), sommando le loro tensioni. È così che è possibile avere scooter con pacchi batterie da 36 V, 48 V, 52 V, 60 V o anche di capacità superiore.

Questi singoli filamenti (molte batterie in serie) vengono poi collegati in parallelo per aumentare la corrente di uscita.

Regolando il numero di celle in serie e in parallelo, i produttori di scooter elettrici possono aumentare la tensione di uscita, la corrente massima e la capacità in ampere-ora.

Modificare la configurazione della batteria non aumenterà l'energia totale immagazzinata, ma consentirà di fatto alla batteria di offrire maggiore autonomia a una tensione inferiore e viceversa.

Tensione e % rimanente
In genere, ogni cella di un pacco batterie funziona con una tensione che va da 3,0 volt (0% di carica) fino a 4,2 volt (100% di carica).

Ciò significa che un pacco batterie da 36 V (con 10 batterie in serie) funziona da 30 V (0% di carica) fino a 42 V (100% di carica). Puoi vedere come la percentuale di carica residua corrisponde alla tensione della batteria (alcuni scooter la visualizzano direttamente) per ogni tipo di batteria nella nostra tabella delle tensioni delle batterie.

Calo di tensione
Ogni batteria è soggetta a un fenomeno chiamato calo di tensione.

Il calo di tensione è causato da diversi fattori, tra cui la chimica degli ioni di litio, la temperatura e la resistenza elettrica. Ne consegue sempre un comportamento non lineare della tensione della batteria.

Non appena viene applicato un carico alla batteria, la tensione cala istantaneamente. Questo effetto può portare a una stima errata della capacità della batteria. Se si leggesse direttamente la tensione della batteria, si potrebbe pensare di aver perso istantaneamente il 10% della capacità o anche di più.

Una volta rimosso il carico, la tensione della batteria tornerà al suo livello reale.

Il calo di tensione si verifica anche durante le lunghe scariche della batteria (come ad esempio durante un lungo tragitto). La chimica del litio nella batteria impiega del tempo per adattarsi al tasso di scarica. Ciò può comportare un calo ancora più rapido della tensione della batteria nella parte finale di un lungo tragitto.

Se si lascia riposare la batteria, questa tornerà al suo livello di tensione reale e corretto.

Valori nominali di capacità
La capacità delle batterie dei monopattini elettrici è espressa in wattora (abbreviati in Wh), un'unità di misura dell'energia. Questa unità è piuttosto semplice da comprendere. Ad esempio, una batteria con una capacità di 1 Wh immagazzina energia sufficiente a fornire un watt di potenza per un'ora.

Una maggiore capacità energetica si traduce in un numero maggiore di wattora della batteria, il che a sua volta si traduce in una maggiore autonomia per lo scooter elettrico, a parità di potenza del motore. Uno scooter medio ha una capacità di circa 250 Wh e può percorrere circa 16 km a una velocità media di 24 km/h. Gli scooter ad alte prestazioni possono raggiungere una capacità di migliaia di wattora e un'autonomia fino a 96 km.

Marche di batterie
Le singole celle agli ioni di litio che compongono le batterie degli scooter elettrici sono prodotte solo da un numero ristretto di aziende di fama internazionale. Le celle di qualità superiore sono prodotte da LG, Samsung, Panasonic e Sanyo. Questo tipo di celle si trova generalmente solo nelle batterie degli scooter di fascia alta.

La maggior parte dei monopattini elettrici economici e per pendolari ha pacchi batteria realizzati con celle generiche prodotte in Cina, la cui qualità varia notevolmente.

La differenza tra gli scooter con batterie di marca e quelli con batterie generiche cinesi sta nella maggiore garanzia di controllo qualità offerta dai marchi affermati. Se questo non rientra nel tuo budget, assicurati di acquistare uno scooter da un produttore affidabile che utilizzi componenti di qualità e adotti rigorose procedure di controllo qualità.

Alcuni esempi di aziende che probabilmente hanno un buon controllo qualità sono Xiaomi e Segway.

Sistema di gestione della batteria
Sebbene le celle agli ioni di litio 18650 offrano vantaggi straordinari, sono meno resistenti rispetto ad altre tecnologie di batterie e possono esplodere se utilizzate in modo improprio. Per questo motivo, vengono quasi sempre assemblate in pacchi batteria dotati di un sistema di gestione della batteria (BMS).

Il sistema di gestione della batteria (BMS) è un componente elettronico che monitora il pacco batterie e ne controlla la carica e la scarica. Le batterie agli ioni di litio sono progettate per funzionare con una tensione compresa tra circa 2,5 e 4,0 V. La sovraccarica o la scarica completa possono ridurre la durata della batteria o innescare pericolose condizioni di instabilità termica. Il BMS dovrebbe impedire la sovraccarica. Molti BMS interrompono anche l'alimentazione prima che la batteria sia completamente scarica, al fine di prolungarne la durata. Nonostante ciò, molti motociclisti continuano a trattare con cura le proprie batterie, evitando di scaricarle completamente e utilizzando caricabatterie speciali per controllare con precisione la velocità e la quantità di carica.

I sistemi di gestione della batteria più sofisticati monitoreranno anche la temperatura del pacco batterie e attiveranno un sistema di spegnimento automatico in caso di surriscaldamento.

Tasso C
Se stai facendo ricerche sulla ricarica delle batterie, è probabile che ti imbatti nel valore C-rate. Il valore C-rate descrive la velocità con cui una batteria viene caricata o scaricata completamente. Ad esempio, un valore C-rate di 1C significa che la batteria si carica in un'ora, 2C significa che si carica completamente in 0,5 ore e 0,5C significa che si carica completamente in due ore. Se caricassi completamente una batteria da 100 Ah utilizzando una corrente di 100 A, ci vorrebbe un'ora e il valore C-rate sarebbe 1C.

Durata della batteria
Una tipica batteria agli ioni di litio è in grado di sopportare da 300 a 500 cicli di carica/scarica prima che la sua capacità diminuisca. Per uno scooter elettrico medio, questo si traduce in una percorrenza di 3000-10000 miglia! È importante ricordare che "diminuzione della capacità" non significa "perdita totale della capacità", ma indica un calo percettibile del 10-20% che tenderà a peggiorare nel tempo.

I moderni sistemi di gestione della batteria contribuiscono a prolungarne la durata, quindi non c'è bisogno di preoccuparsi troppo di trattarla con cura.

Tuttavia, se desideri prolungare al massimo la durata della batteria, ci sono alcune cose che puoi fare per superare i 500 cicli di carica/scarica. Queste includono:

Non conservare il monopattino completamente carico o con il caricabatterie collegato per periodi prolungati.
Non conservare il monopattino elettrico completamente scarico. Le batterie agli ioni di litio si degradano quando la tensione scende al di sotto di 2,5 V. La maggior parte dei produttori raccomanda di conservare i monopattini con una carica del 50% e di ricaricarli periodicamente fino a questo livello per una conservazione a lungo termine.
Non utilizzare la batteria dello scooter a temperature inferiori a 0 °C o superiori a 45 °C.
Carica il tuo scooter a una corrente di scarica (C-rate) inferiore, ovvero carica la batteria a una velocità inferiore rispetto alla sua capacità massima per preservare/migliorare la durata della batteria. Una corrente di scarica (C-rate) inferiore a 1 è ottimale. Alcuni caricabatterie più sofisticati o ad alta velocità consentono di controllare questo valore.
Scopri di più su come ricaricare un monopattino elettrico.

Riepilogo

Il messaggio principale è: non abusate della batteria e durerà per tutta la vita utile del monopattino. Riceviamo segnalazioni da tantissime persone che lamentano la rottura dei loro monopattini elettrici, ma raramente il problema è dovuto alla batteria!