Automobile ibrida: un cambio batteria

[Pike]

ChrisFix qualche giorno fa ha pubblicato il video dove cambia il pacco batterie ad una Prius di seconda serie.

Aiutato dallo sponsor del video (un ricondizionatore di batterie per auto ibride con base in California, che gli ha fornito un pacco batterie garantito per tre anni a circa 500 dollari), ChrisFix ha "denudato" una delle più "vecchie e semplici" incarnazioni di auto ibride, illustrando secondo me molte cose interessanti.
(seguono screenshot del video)
In primis, il posizionamento e la dimensione del pacco batterie

Ma in secundis, e per me non meno importante, i sensori come è monitorato, come è ventilato e fatta espellere l'aria, come sono separati i vapori che vengono emessi dalle celle, come sono connesse tra di loro le celle stesse, e come vengono assemblate nel pacco batteria.
Dal sito del revisionatore di pacchi batteria ha prelevato anche le istruzioni di come si fa a sostituirlo
https://drive.google.com/file/d/1uJugxiaOxYkH5rlPiANhUI0FkhpDVsHP/view
(spero che la moderazione le possa integrare in IlPuntoManutenzione)
ma nel video è chiaro che con sufficienti competenze di elettricità e meccanica, molte persone potrebbero in autonomia svolgere questo cambio. Molta utenza attiva di questo forum per me ci riuscirebbe senza grossi problemi. Fitness di sollevamento a parte, credo che @Loryz non avrebbe nessuna difficoltà.

Qualche info in più (proveniente da WikiPedia in inglese) sul battery pack:
28 celle al NiMh, ciascuno operante a 7,2 v per una capienza di 6,5ah, gestiti dal computer interno per poter operare tra il 40 e 80% di carica, in modo tale da garantire circa 320.000km (200.000 miglia) di durata.
Sono connessi in serie, 201,6 volt di tensione e circa 1,3kw di capienza; tanto per intenderci, una Nissan Leaf (elettrica pura, non ibrida) ha un pacco batterie da 40kw, tecnologia Litio/nickel/manganese/cobalto composto da 192 celle ora disposte in 4 moduli da 48 celle ognuno.

Veniamo alle considerazioni...
Una ibrida di "appena" 14 anni fa permette a qualsiasi persona di buonsenso di cambiarsi il pacco batterie, purchè qualcuno glielo revisioni ad hoc in modo tale da gestirlo al meglio (in fondo, basta una cella morta nella Prius per far fuori l'intero pacco batterie, vista la connessione in serie).
Però è dannatamente facile cambiarla, più che altro perchè sono montate "in aria", con pochi sensori e, stando al video, senza specifiche procedure di OBD per poter dire all'auto "goditi la tua nuova batteria".
Non credo sarà tanto facile in futuro, più che altro perchè diversi produttori di auto elettriche hanno sommerso i moduli in liquido refrigerante, per garantire alle batteria la miglior condizione possibile ove operare (sovratemperature e sottotemperature non aiutano), inoltre l'intelligenza dei moduli sarà in costante aumento, anche se spero che si arrivi specie per le elettriche pure a delle connessioni parallele dei moduli, più che altro per scongiurare che la rottura di una sola cella possa azzoppare per intero l'auto. Molto poco gradevole.
Inoltre, per quanto laboriose, ho visto connessioni a dir poco... facili. Idem la gestione della temperatura.
Per non parlare del raffreddamento...
Io non sono un ingegnere nè un elettrotecnico, ed onestamente son rimasto sbigottito di quanto "poco" sia necessario per tenere in corretta temperatura un pacco batterie della prius. Ok che forma di condotti e ventola di movimento aria sono stati calcolati ad hoc, nonchè termo-attivati da un computer che monitora lo stato delle batterie (ed onestamente mi domando quanto abbia senso il consiglio di ChrisFix durante il rimontaggio sensori), perchè spesso a gabolare le gestioni automatiche (posto che si sappia come funzionino) ci si da' la zappa sui piedi.

Beh, buona visione, e spero che ne parleremo qui.

 

[motom121]

Durante i corsi ho smontato e rimontato il pacco batterie della mia Prius ( 1.8 del 2011 ) svariate volte, l'operazione non presenta particolari difficolta, più complicato è intervenire all'interno del pacco se si devono effettuare riparazioni ( operazione vietata da Toyota alla sua rete ) ammesso comunque di riuscire a reperire i moduli di ricambio.

 

[gioe]

Qualche info in più (proveniente da WikiPedia in inglese)
28 celle al NiMh, ciascuno operante a 7,2 v per una capienza di 6,5ah, gestiti dal computer interno per poter operare tra il 40 e 80% di carica, in modo tale da garantire circa 320.000km (200.000 miglia) di durata.
Sono connessi in serie, 201,6 volt di tensione e circa 1,3kw di capienza; tanto per intenderci, una Nissan Leaf (elettrica pura, non ibrida) ha un pacco batterie da 40kw

Non ho controllato su Wikipedia inglese, ma qui qualcuno sta confondendo i kW (unità di misura della potenza) con i kWh (unità di misura dell'energia) con tutti gli annessi e connessi.

 

[Pike]

Probabilmente sono stato io.
In ogni caso i siti di auto parlano di pacchi batteria indicando la sigla kW e non la sigla kWh, che secondo me dovrebbe essere più corretta in quanto indica il quantitativo di energia, non la potenza massima.

 

[gioe]

Con 1,3 kW saresti di poco sopra un Ciao Piaggio

P.S. ho controllato e wikipedia scrive correttamente kWh (anche con la maiuscola)

 

[voglioimparare]

interessante, darò un'occhiata al video per curiosità, tuttavia credo che la questione manutenzione batterie sarà ampiamente superata dall'approccio "batteria in leasing" come sulla twizy

 

[Pike]

O ancora dall'auto noleggiata quando occorre... Qualcuno sostiene che si supererà l'auto di proprietà a favore di un sistema di trasporti fatto di mezzi versatili e condivisi.

 

[Maurigno]

Wow, altro punto a favore di questo sistema.
Oltre il fatto che è statisticamente davvero raro che si guasti la batteria delle ibride Toyota, le stesse sono coperte da garanzia fino a 10 anni se si esegue il controllo annuale/15.000 Km in Toyota.

Per il discorso delle auto condivise...la cosa mi renderebbe davvero triste...

 

[Pike]

le stesse sono coperte da garanzia fino a 10 anni se si esegue il controllo annuale/15.000 Km in Toyota.

Però questo comporta l'erogare 100-150 euro a botta...

 

[Maurigno]

Se non fai il tagliando in Toyota sono circa 70 euro.
Altrimenti è "gratuito".

Il tagliando sulle ibride Toyota è previsto ogni 15.000 Km

 

[Pike]

Conosci già i prezzi di adesso per le due "fasce" di tagliando? Di solito ne fanno uno "light" ed uno più ciccione come cifre... Grazie intanto per le info di prima mano.

 

[Maurigno]

No no, l'Hybrid Health Check è solo il controllo che si fa sul sistema ibrido, non è il tagliando.

Faccio un esempio. Allo scadere della garanzia se dovessi decidere di andare a fare il tagliando dal meccanico sotto casa, per avere la garanzia sul sistema ibrido dovrei andare ogni anno/15.000 Km in Toyota a fare l'Hybrid Health Check al costo di circa 70 euro.
Se invece continuassi a fare i tagliandi in Toyota, se il tagliando dovesse costare 200 euro, in questi 200 euro sarebbe compreso anche il controllo, senza pagare i 70 euro.
Sul sito però c'è la possibilità di conoscere già i prezzi dei tagliandi.

Ora, sta al proprietario scegliere cosa fare. Se dal meccanico sotto casa un tagliando gli costa 100 euro, alla fine risparmierebbe comunque 30 euro sul totale.

Anche se ora la Toyota sta facendo una bella cosa...

https://www.toyota.it/mondo-toyota/news-eventi/2018/toyota-hybrid-service-10-anni-garanzia.json

Ancora non è chiaro però quali auto sono comprese, se quelle ancora in garanzia, o addirittura le auto che sono state immatricolate entro i 10 anni e che rispettano le caratteristiche del servizio (manutenzione regolare sempre in Toyota)

 

[Loryz]

Dato che ho fatto il primo tagliando a marzo, ad un anno e 8700km posso dirvi che ho pagato € 151,50 comprensivi di:

• filtro olio - 10,42
• olio toyota 3,7l - 64,38
• guarnizione (?) - 1,38
• manodopera - 48
• IVA

L'hybrid health check è indicato nell'elenco dei lavori ma senza prezzo, quindi penso spalmato nel tagliando stesso. A testimonianza del fatto che è stato effettuato mi hanno rilasciato un foglio chiamato "Convalida del controllo dello stato di salute del sistema ibrido" che mostra i vari test e che allego.

 

[voglioimparare]

@Loryz

• guarnizione (?) - 1,38

è la guarnizione del tappo di scarico olio direi

 

[superfede]

Veniamo alle considerazioni...
Una ibrida di "appena" 14 anni fa permette a qualsiasi persona di buonsenso di cambiarsi il pacco batterie, purchè qualcuno glielo revisioni ad hoc in modo tale da gestirlo al meglio (in fondo, basta una cella morta nella Prius per far fuori l'intero pacco batterie, vista la connessione in serie).
Però è dannatamente facile cambiarla, più che altro perchè sono montate "in aria", con pochi sensori e, stando al video, senza specifiche procedure di OBD per poter dire all'auto "goditi la tua nuova batteria".

Metterei qualche puntino sulle i. E' dannatamente facile cambiarla se la si prende per un componente al pari di una frizione, la cui unica pericolosità viene dal fatto che possa caderti sul piede. In realtà quel coso è un accumulatore da 200V e parecchi Ampere, che una volta estratti vanno maneggiati con molta cura ed è per questo che Toy impone alla rete di non metterci mano dentro, ma solo di staccare connettori e viti ed estrarre/reinfilare il pacco intero. Quindi andrei un pelo cauto nel definire facile la gestione del pacco batteria come ricambio, si tratta di un componente potenzialmente mortale se, per esempio, ci cadesse sopra del liquido o se un qualche urto ne portasse allo scoperto i contatti elettrici. Noto pure come il pacco batterie sia stato messo all'interno del veicolo (quindi all'asciutto) e in una posizione protetta dagli urti, per danneggiarlo causa incidente bisogna picchiare sull'auto con un'energia tale che difficilmente lascerebbe vivi gli occupanti, e questo fa pensare che gli ingegneri Toy temessero un'ipotesi del genere. Notare anche le staffe che bloccano il pacco in posizione, quello da lì non si muoverà mai...
Altra considerazione, con una vita utile di almeno 300000km (che si sta sommariamente dimostrando veritiera), significa che con 15000km annui questo pacco arriva ancora funzionante su un'auto di 20 anni, il che ne rende la sostituzione un evento decisamente raro. A 300000km la sostituzione del pacco batteria diventa qualcosa che con tutta probabilità si aggiungerebbe ad altre operazioni al telaio o al motore, quindi ok, buono a sapersi ma anche qui ritengo che in buona parte le HSD che arriveranno a quel chilometraggio con la batteria esausta finiranno in pressa.
Riguardo al tenere in temperatura la batteria della Prius... La tecnologia è NI-MH, molto meno delicata rispetto al litio in fatto di temperatura, il sistema di ventilazione prende aria dall'abitacolo (quindi climatizzata) e fa perciò in modo di tenerle a temperatura ambiente, riscaldandole se fredde e raffreddandole se surriscaldate con aria che, quando soffia, sta circa a 20° salvo i primi minuti di funzionamento dell'auto. Il controller che tiene il pacco fra il 30% e l'80% è il trucco per garantirne la durata e l'affidabilità, le batterie non lavorano mai al limite.

 

[voglioimparare]

ecco quella cosa non mi è molto chiara: il 30-80%

prendendo come dogma che sia meglio non scendere sotto il 30%,
e prendendo come valida anche l'informazione trovata altrove che dichiara: "una batteria non va stockata a piena carica ma all'80% per il suo corretto stockaggio (di lungo termine)"

mi chiedo però come mai una batteria in corso di utilizzo non venga caricata oltre l'80% o meglio, sicuramente ci sono validi motivi ma così il 20% rimanente si butta. non ci sarà più l'effetto memoria di un tempo ma quella parte non sfruttata comunque penso proprio che ne risenta

 

[superfede]

80% della carica non significa che viene caricato al massimo l'80% delle celle, mentre il 20% che resta rimane secco. Non è un serbatoio. Nelle batterie, insistere per salire oltre l'80% della carica implica fornire più energia causando surriscaldamento e guastando, un pò alla volta, la purezza degli elementi chimici delle celle, che così perderanno lentamente capacità di assorbire elettroni. Per questo il sistema di controllo della Prius fa in modo che al massimo le batterie arrivino all'80% della loro capacità massima, non di più, un pò come se la farfalla di un motore potesse aprirsi solo all'80% per non surriscaldare la testata.
Questa tecnica viene usata anche da un portatile Samsung che abbiamo in casa, la pila non sale mai oltre l'80% della carica. Sarà un caso che negli ultimi 8 anni io ho cambiato due pacchi batteria al mio Acer, sempre attaccato all'alimentatore, mentre la signora con il Samsung (anch'esso sempre attaccato) usa ancora la batteria originale con durata più che soddisfacente.
Per il 30-40% di minimo invece non so granchè, immagino che venga tenuta una riserva minima di corrente perchè il sistema HSD ha bisogno di un minimo di energia elettrica anche a motore termico funzionante, non si può viaggiare senza pacco batteria. Quest'ultimo serve ad avviare il motore e per la regolazione del rapporto di trasmissione del PSD, quindi magari hanno calcolato che quel 30-40% è una riserva di sicurezza per consentire comunque l'avviamento e funzionamento del veicolo anche dopo dei mesi di sosta al freddo. Avevo comunque letto che per le Prius con batteria completamente scarica (non la 12v che si cambia o carica con un normale caricatore, intendo il pacco trazione) c'è una procedura apposita per riportare il pacco di trazione a livello sufficiente, non si mette in moto il termico e poi via...

 

[voglioimparare]

quindi vuoi dire che anche uno smartphone dovrebbe essere caricato all'80% ? delle due è una:
1) si
2) no perché il 100% da display corrisponde in realtà ad un 100% su un 80% delineato dalla casa costruttrice e non visibile ai nostri occhi.

sono più propenso per la seconda a questo punto... ho due smartphone di cui il più antico è un iphone 4 del 2012. ancora in attività e sempre caricato al 100% e sfruttato spessissimo ben sotto al 10%

potrebbe sembrare un off topic ma tutto sommato non lo è

 

[superfede]

Non so se l'indicazione dello smartphone corrisponda all'effettiva capacità. Nel pc di casa sì, anche perchè questa modalità di sicurezza della batteria è disabilitabile da bios: se voglio avere la batteria che si carica tutta e fregacaz della vita utile, sul pc posso farlo, sulla Prius no.

 

[Maurigno]

Il margine del 20% di carica massima serve anche nei casi in cui l'auto dovesse percorrere una lunga discesa in rilascio, una lunga frenata parzializzata o comunque in una qualunque condizione che provochi la ricarica della batteria senza l'utilizzo del termico. Questo anche nel tentativo di "buttare" quanta meno energia recuperata è possibile.
L'energia che secondo il sistema è in eccesso viene utilizzata subito aiutando in maniera importante il termico a spingere l'auto per portare il livello di carica all'80% e riprendere il funzionamento standard.

P.s.: nel caso di batteria carica oltre l'80% i consumi sono davvero strepitosi.