Ferrari Elettrica | Πλαίσιο & Ενσωματωμένη Δομή Μπαταρίας (Μέρος 2ο)

28 Δεκεμβρίου, 2025Last Updated: 28 Δεκεμβρίου, 2025

0 20 6 minutes read

Συνεχίζουμε με το δεύτερο μέρος για την αρχιτεκτονική του ηλεκτρικού συστήματος της Ferrari Elettrica.

Συστοιχία Υψηλής Τάσης Μπαταριών (High-Voltage Battery Pack)

Περιγραφή και θέση

Η συστοιχία μπαταριών του Ferrari Elettrica είναι η «καρδιά» του ηλεκτρικού συστήματος. Αποτελείται από 15 μονάδες (modules) λιθιο-ιοντικών κυψελών (τύπου pouch) – κάθε μονάδα (module) περιλαμβάνει 14 επίπεδες κυψέλες, συνολικά 210 κυψέλες στο pack. Οι κυψέλες προέρχονται από τον προμηθευτή SK On (Νότια Κορέα), αλλά η διαμόρφωση των modules και η ενσωμάτωσή τους σχεδιάστηκε εξ ολοκλήρου από τη Ferrari. Η ολική ενεργειακή χωρητικότητα αγγίζει τα 122 kWh, προσφέροντας στο Elettrica θεωρητική αυτονομία άνω των 530 km (WLTP). Η φυσική τοποθέτηση της συστοιχίας είναι εντός του δαπέδου του οχήματος: 13 modules βρίσκονται σε επίπεδη διάταξη κάτω από το πάτωμα ανάμεσα στους δύο άξονες, ενώ τα υπόλοιπα 2 modules είναι τοποθετημένα κάτω από τα πίσω καθίσματα.

Αυτή η διάταξη σημαίνει ότι περίπου 85% της μάζας της μπαταρίας βρίσκεται χαμηλά και κεντρικά στο αυτοκίνητο. Η επιλογή αυτή χαμήλωσε το κέντρο βάρους κατά ~80 mm και συνέβαλε στην επίτευξη της προαναφερθείσας κατανομής μάζας 47-53. Η ίδια η μπαταρία είναι εγκιβωτισμένη μέσα σε αλουμινένια περίβληματα δύο “κελυφών” (άνω και κάτω), που συνδέονται μονοκόμματα στο πλαίσιο με βίδες – πρακτικά, η μπαταρία αποτελεί μέρος του πατώματος του αυτοκινήτου. Το κατώτερο κέλυφος συμβάλλει στη δομική ακαμψία του αμαξώματος, ενώ το ανώτερο μέρος λειτουργεί ως προστατευτική ασπίδα και βάση στήριξης για τα στοιχεία της μπαταρίας. Αξίζει να σημειωθεί ότι το πακέτο αυτό έχει εξαιρετικά υψηλή ενεργειακή πυκνότητα ~195 Wh/kg, ρεκόρ για αυτοκίνητο παραγωγής. Αυτό σημαίνει ότι αποθηκεύει σχεδόν 200 Wh ανά κιλό βάρους του συστήματος – επίδοση που αντικατοπτρίζει την αγωνιστική έμφαση της Ferrari στην βελτιστοποίηση βάρους/απόδοσης.

Λειτουργία

Η μπαταρία υψηλής τάσης λειτουργεί ως η κύρια πηγή ενέργειας κίνησης. Αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια (ως χημική) όταν το όχημα φορτίζει και την αποδίδει ως ηλεκτρικό ρεύμα υψηλής τάσης συνεχούς ρεύματος (DC) προς τους μετατροπείς/inverters, οι οποίοι με τη σειρά τους τροφοδοτούν τους ηλεκτροκινητήρες.

Στο Ferrari Elettrica, η τάση του συστήματος είναι περίπου 800 V (210 κυψέλες σε σειρά) – αυτό επιτρέπει υψηλή ισχύ με χαμηλότερη ένταση ρεύματος, μειώνοντας τις θερμικές απώλειες στα καλώδια και τους ημιαγωγούς. Η μπαταρία επίσης λαμβάνει ενέργεια πίσω από το σύστημα κίνησης κατά το φρενάρισμα: οι ηλεκτροκινητήρες λειτουργούν ως γεννήτριες (αναγεννητική πέδηση) και ο μετατροπέας μετατρέπει το παραγόμενο ρεύμα σε DC για να επαναφορτίσει τη μπαταρία. Πέρα από την τροφοδότηση κίνησης, η συστοιχία παρέχει ισχύ και σε άλλα συστήματα του οχήματος μέσω μετατροπών: π.χ. υπάρχει ενσωματωμένος μετατροπέας DC/DC που κατεβάζει την υψηλή τάση σε 48 V για την ενεργή ανάρτηση και βοηθητικά συστήματα. Επιπλέον, η ίδια η μπαταρία αποτελεί μέρος της αρχιτεκτονικής του σασί, όπως προαναφέρθηκε – συμβάλλει στην ακαμψία και την ασφάλεια. Συνολικά, χωρίς τη μπαταρία, το Elettrica δεν θα διέθετε το «καύσιμο» του: είναι ισοδύναμο με το ρεζερβουάρ βενζίνης ενός συμβατικού supercar, αλλά με πολύ μεγαλύτερη επίδραση στην κατανομή βάρους και τη δυναμική συμπεριφορά λόγω της μάζας του. Η Ferrari, αξιοποιώντας πολυετή εμπειρία από τα υβριδικά της (ξεκινώντας από την F1 του 2009 και τα πρωτότυπα HY-KERS), φρόντισε ώστε αυτή η μπαταρία να είναι αποδοτική και ανθεκτική: διαθέτει ιδιόκτητα συστήματα ελέγχου (BMS) και πάνω από 60 πατέντες νέων τεχνολογικών λύσεων, διασφαλίζοντας ότι πληροί τα στάνταρ επιδόσεων Ferrari.

Πρακτική λειτουργία

Σε πραγματικές συνθήκες, όταν ο οδηγός επιταχύνει, η μπαταρία αποδίδει ρεύμα προς τους τέσσερις ηλεκτροκινητήρες μέσω των μετατροπέων. Σε πλήρη ισχύ (boost mode), μπορεί να παρέχει άνω των 1000 ίππων (περίπου 750 kW) προς τα μοτέρ, επιτρέποντας εκπληκτικές επιταχύνσεις (0–100 km/h <2,5 s). Η θερμότητα που αναπόφευκτα παράγεται εντός των κυψελών (λόγω εσωτερικών αντιστάσεων σε τόσο μεγάλες ροές ρεύματος) αντιμετωπίζεται από ένα ενσωματωμένο κύκλωμα ψύξης: μέσα στο battery pack υπάρχει δίκτυο σωληνώσεων ψυκτικού υγρού και τριών πλακών ψύξης – δύο πλάκες εφάπτονται στο κάτω μέρος των στοιχείων της μπαταρίας, ενώ ένας επιπλέον μικρότερος σωλήνας/πλάκα ψύχει τα επάνω modules.

Το ψυκτικό υγρό (μάλλον ένα μείγμα νερού/γλυκόλης) κυκλοφορεί με αντλία, διαχέοντας τη θερμότητα από τις κυψέλες. Αυτό το ειδικό κύκλωμα μπαταρίας δεν είναι ανεξάρτητο, αλλά ολοκληρώνεται στο γενικό σύστημα ψύξης του οχήματος, που ανταλλάσσει θερμότητα από όλα τα εξαρτήματα (κινητήρες, inverters κ.λπ.) από το εμπρός μέρος προς το πίσω και αντίστροφα. Έτσι εξασφαλίζεται ομοιόμορφη θερμοκρασία στις κυψέλες και αποφυγή θερμικών κορυφώσεων, μεγιστοποιώντας την απόδοση και τη διάρκεια ζωής τους. Κάθε module μάλιστα διαθέτει αισθητήρες και μια μονάδα ελέγχου (Cell Supervising Circuit) που επικοινωνεί με το κεντρικό BMS (Battery Management System) στο λεγόμενο “E-Box” ηλεκτρονικό κέντρο της Ferrari. Το BMS χρησιμοποιεί αλγορίθμους της Ferrari για να εξισορροπεί την φόρτιση των στοιχείων, να παρακολουθεί θερμοκρασίες και τάσεις και να διασφαλίζει ότι η παροχή ισχύος και η φόρτιση γίνονται με ασφαλή τρόπο. Σε περίπτωση ανωμαλιών ή σύγκρουσης, η μπαταρία διαθέτει διατάξεις απομόνωσης (πιθανολογείται πυροτεχνική ασφάλεια ή ρελέ) που ανοίγουν το κύκλωμα αν ανιχνευθεί βραχυκύκλωμα άνω των 2000 Α, αποτρέποντας επικίνδυνες καταστάσεις. Άλλη μια πρακτική πτυχή είναι η συντήρηση/αναβάθμιση: η Ferrari σχεδίασε τη συστοιχία ώστε τα επιμέρους modules να μπορούν να αντικατασταθούν αν κάποιο παρουσιάσει βλάβη, αντί να χρειάζεται αλλαγή ολόκληρης της μπαταρίας. Επιπλέον, η μπαταρία ως σύνολο μπορεί να αφαιρεθεί σχετικά εύκολα (σχετικά, δεδομένου ότι ζυγίζει εκατοντάδες κιλά) με 20 συνδέσεις από το πλαίσιο, επιτρέποντας μελλοντική αναβάθμιση σε νέα χημεία κυψελών όταν αυτή γίνει διαθέσιμη, αυξάνοντας αυτονομία ή απόδοση. Αυτό δείχνει προνοητικότητα: η Ferrari αντιμετωπίζει τη μπαταρία όπως ο κινητήρας ενός supercar – μπορεί να βελτιωθεί μελλοντικά.

Τέλος, κατά τη φόρτιση, το Elettrica υποστηρίζει ταχυφόρτιση (Fast Charging) – αν και δεν δίνονται νούμερα εδώ, αναφέρθηκε πως η μπαταρία είναι σχεδιασμένη για γρήγορη φόρτιση, πιθανώς αξιοποιώντας σύστημα 800 V ώστε να δέχεται υψηλές ισχύς φόρτισης (κοντά ή άνω των 250 kW).

Θεωρητική βάση

Η λειτουργία της μπαταρίας βασίζεται στην ηλεκτροχημεία των στοιχείων λιθίου. Κάθε κυψέλη Li-ion αποτελείται από μια άνοδο (συνήθως γραφίτης), μια κάθοδο (οξείδια μετάλλων του λιθίου όπως NCM) και έναν ηλεκτρολύτη που επιτρέπει στα ιόντα λιθίου να μετακινούνται. Κατά την εκφόρτιση, τα ιόντα λιθίου ρέουν από την άνοδο προς την κάθοδο μέσω του ηλεκτρολύτη, ενώ τα ηλεκτρόνια ρέουν μέσω του εξωτερικού κυκλώματος παρέχοντας ηλεκτρικό ρεύμα. Η ενέργεια που παράγεται είναι ανάλογη της τάσης (περίπου 3,7 V ονομαστική ανά στοιχείο) επί το ρεύμα. Στο Elettrica, με ~210 στοιχεία σε σειρά, η ονομαστική τάση αγγίζει ~800 V. Η υψηλή αυτή τάση είναι επωφελής λόγω του νόμου της ισχύος: για δεδομένη ισχύ, αυξημένη τάση σημαίνει χαμηλότερο ρεύμα (I = P/V), άρα μικρότερες απώλειες I²R και μικρότερη θέρμανση αγωγών και τρανζίστορ. Η ενεργειακή πυκνότητα 195 Wh/kg υποδηλώνει προηγμένα υλικά στην κατασκευή των κυψελών (πιθανώς υψηλή περιεκτικότητα σε νικέλιο στην κάθοδο για υψηλή χωρητικότητα) και ελαφρύ σχεδιασμό πακέτου. Η ψύξη της μπαταρίας διέπεται από τις αρχές της θερμοδυναμικής και μεταφοράς θερμότητας: η κυκλοφορία υγρού ψυκτικού μέσω πλακών εξασφαλίζει αγώγιμη απορρόφηση θερμότητας από τις κυψέλες και μεταφορά της μέσω συναγωγής προς το ψυγείο. Η ομοιόμορφη θερμοκρασία είναι κρίσιμη, διότι διαφορές θερμοκρασίας οδηγούν σε άνιση καταπόνηση των κυψελών και μειώνουν τη διάρκεια ζωής τους. Η Ferrari εφάρμοσε εξελιγμένες λύσεις όπως θερμικές μόνωση μεταξύ των modules και αγώγιμες θερμικές επαφές (thermal interface materials) ώστε κάθε κυψέλη να λειτουργεί στο βέλτιστο θερμοκρασιακό εύρος.

Ακόμη, η διαχείριση φόρτισης/εκφόρτισης μέσω BMS στηρίζεται σε αλγόριθμους ελέγχου (π.χ. balancing των κυψελών, state-of-charge/health estimation) – αυτοί συνιστούν εφαρμογή θεωρίας αυτομάτου ελέγχου και μαθηματικών μοντέλων μπαταρίας. Η αγωνιστική εμπειρία της Ferrari με τις υβριδικές F1 (KERS/ERS) συνέβαλε στη διαχείριση ισχύος: σε ένα μονοθέσιο F1, η αποθήκευση/απόδοση ενέργειας της μπαταρίας διαχειρίζεται σε πραγματικό χρόνο για βέλτιστη απόδοση σε κάθε γύρο. Παρόμοια, στο Elettrica, υπάρχουν λειτουργίες οδήγησης (Range, Tour, Performance) που καθορίζουν πόση ισχύς αποδίδεται και πώς κατανέμεται η ενέργεια για ιδανική ισορροπία αυτονομίας και επιδόσεων. Αυτά υλοποιούνται μέσω λογισμικού που έχει ως βάση του τη θεωρία ελέγχου και τη γνώση που απέκτησε η Ferrari σε απαιτητικά περιβάλλοντα (όπως η διαρκής βελτιστοποίηση της ενέργειας στους αγώνες αντοχής και F1). Εν ολίγοις, η συστοιχία μπαταριών του Elettrica συνδυάζει θεμελιώδεις αρχές φυσικής (ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, ρεύματα και θερμότητα) με αιχμή τεχνολογίας (υλικά υψηλής πυκνότητας, έξυπνη θερμική διαχείριση και ολοκληρωμένο έλεγχο), προκειμένου να ανταποκριθεί στα πρότυπα επιδόσεων και αξιοπιστίας της Ferrari.

Έπεται συνέχεια…

*Πολύ πιθανό κάποιοι σύνδεσμοι να μην ανοίγουν, λόγω πνευματικών δικαιωμάτων ή κλειδιών πρόσβασης των ηλεκτρονικών εγχειριδίων

Βιβλιογραφία

Ferrari – Capital Markets Day 2025, Τεχνικό workshop (9/10/2025)[21][6][3][45]; MotorTrend – Ferrari Elettrica tech details (Angus MacKenzie, Oct 2025)[35][63][15][25]; Reuters – Ferrari lifts hood on EV tech (Giulio Piovaccari, Oct 2025)[28].