Come viene assemblato un pacco batteria al litio: nichel, saldatura a punti, isolamento

Un pacco batteria al litio è un insieme di decine o centinaia di celle identiche, collegate tramite delle strisce metalliche saldate a punti, isolate l'una dall'altra, monitorate da un BMS (Battery Management System) e protette da un alloggiamento. Ogni fase è importante: un collegamento sottodimensionato si surriscalda, un isolamento mancante provoca un cortocircuito, una cella mal mantenuta alla fine si rompe a causa delle vibrazioni. Questa guida descrive come viene costruito un pacco batteria, per imparare a riconoscere una batteria ben fatta. Non si tratta di una procedura operativa: l'assemblaggio di celle al litio è un lavoro che richiede un professionista attrezzato.

1. Selezionare e abbinare le celle

Tutto inizia con celle di marca, dello stesso modello, idealmente dello stesso lotto. Prima dell'assemblaggio, si controlla la loro tensione e, secondo le procedure del laboratorio, la loro resistenza interna o la loro capacità, per costituire gruppi omogenei. Una cella che si discosta dalle altre lavorerebbe di più, invecchierebbe più velocemente e limiterebbe l'intera batteria. La scelta delle celle è dettagliata nel nostro confronto Molicel P45B, Samsung 50S, P42A o 40T.

2. La disposizione e i supporti

Le celle sono posizionate in supporti in plastica che le mantengono a una distanza regolare. Questo spazio evita che le guaine si sfreghino l'una contro l'altra e lascia un po' d'aria tra di loro. La disposizione segue lo schema serie-parallelo: ad esempio, 20 gruppi in serie di 10 celle in parallelo per una batteria 20S10P. Su uno scooter elettrico, la forma del telaio impone spesso una disposizione personalizzata, in uno o più strati.

3. I collegamenti: nichel e rame

Le celle sono collegate tramite delle strisce metalliche. Il nichel puro è il materiale di riferimento: si salda bene ed è resistente alla corrosione. L'acciaio nichelato, più economico, conduce significativamente meno bene e si surriscalda più facilmente: non è adatto per una batteria ad alta potenza.

La sezione delle fasce viene calcolata in base alla corrente. Per correnti molto elevate, si raddoppia il nichel di una fascia di rame, che è un conduttore molto migliore, con il nichel che funge da interfaccia di saldatura con la cella. Un collegamento troppo sottile si surriscalda ad ogni accelerazione, causando l'invecchiamento delle celle vicine. I principi di dimensionamento sono simili a quelli descritti nella nostra guida sui cavi e connettori di potenza.

4. La saldatura a punti

Le nastri vengono fissati alle celle tramite saldatura a punti, nota anche come saldatura a resistenza. Due elettrodi premono sul nastro e inviano un impulso di corrente molto breve e molto intenso. Il metallo si fonde localmente nel punto di contatto, creando un collegamento solido in una frazione di secondo.

Perché non usare un saldatore? Perché una brasatura tradizionale riscalda la cella per diversi secondi: il calore può danneggiare la connessione, il separatore interno o la chimica della cella. La saldatura a punti fornisce un'energia significativa ma molto localizzata e breve. La sua qualità dipende dalla regolazione della macchina, dalla pressione degli elettrodi e dalle condizioni delle superfici: una saldatura troppo debole si stacca a causa delle vibrazioni, mentre una saldatura troppo forte può forare il fondo della cella.

5. L'isolamento

In una cella cilindrica, il polo positivo è un piccolo bottone al centro, e l'intera superficie dell'involucro metallico è collegata al polo negativo. Una striscia di nichel che scivola o una vibrazione che usura l'involucro può quindi causare un cortocircuito diretto. Si applicano delle rondelle isolanti sui poli positivi, della carta isolante tra i gruppi di tensioni diverse e sui bordi esposti, e si verifica che l'involucro in plastica di ogni cella sia intatto.

L'isolamento tra il pacco batteria e l'alloggiamento, spesso metallico negli scooter elettrici, è altrettanto importante. È una delle prime cose che si controlla quando si apre una batteria di scarsa qualità.

6. Il sistema di gestione della batteria (BMS) e il cablaggio

Il BMS è collegato a ciascun gruppo di celle tramite un filo di misura, chiamato filo di bilanciamento. Questi fili devono essere saldati nel punto corretto, nell'ordine giusto, e protetti dallo strappo. Dei sensori di temperatura sono posizionati tra le celle. I cavi di alimentazione in uscita sono saldati sulle estremità con una sezione adeguata, e poi protetti da una guaina. Il ruolo del BMS è spiegato nella nostra guida sul BMS e il bilanciamento.

7. Manutenzione, protezione e alloggiamento

Una batteria per monopattino è soggetta a vibrazioni e urti costanti. Il pacco batteria viene quindi mantenuto in posizione da schiume o distanziatori, protetto da una guaina termoretraibile o da un involucro, e poi installato nel telaio o in un alloggiamento dedicato. A seconda del modello, utilizziamo un alloggiamento in alluminio, come nel caso della nostra batteria Performance 80 V per Nami Burn-E, un involucro stampato in 3D, oppure un involucro personalizzato progettato per il modello specifico.

Controlli finali

• la tensione di ciascun gruppo di celle, che deve essere uniforme;
• Verifica del BMS: lettura di tutti i gruppi, controllo delle protezioni attive
• Test di carica e scarica, controllo del surriscaldamento dei collegamenti;
• controllo dell'isolamento tra il pacco batteria e l'alloggiamento.