Auto elettriche e rischi di incendio. Domande e risposte

Il tragico incidente di Mestre ha riportato alla cronaca il tema sulla sicurezza di auto e autobus elettrici. Ma i mezzi a batteria in caso di incidente sono meno sicuri di quelli termici? Ce lo siamo fatti spiegare dal Prof. Claudio Rabissi, ricercatore presso il dipartimento energia del Politecnico di Milano

L’incidente di alcuni giorni fa che ha visto coinvolto l’autobus elettrico prodotto dalla casa cinese Youtong, ha riportato al centro della cronaca il dibattito sulla sicurezza dei mezzi elettrici in caso di incidente. Il bus protagonista del tragico evento dove hanno perso la vita 21 persone è il Futon E-12, prodotto dall’asiatica Yutong, azienda leader in questa tipologia di soluzioni. Tecnicamente è dotato di una batteria da 350 kWh con chimica Lfp (litio-ferro-fosfato) in grado di assicurare una percorrenza di circa 400 km (qui le specifiche complete). Al netto di allarmismi e populismi, per fare chiarezza sulla sicurezza dei mezzi elettrici, in particolare sulla batteria, è stato utile un colloquio con il?Prof. Claudio Rabissi, ricercatore presso il dipartimento energia del Politecnico di Milano.?

Professor Rabissi, quali sono le parti a maggiore rischio di surriscaldamento e fiamme??
"Dovendo garantire elevate potenze elettriche, in generale, nonostante l’elevatissima efficienza, un powertrain elettrico ha diverse componenti che dissipano potenza termica durante l’operazione, quali il circuito elettrico di potenza (busbar e connessioni elettriche, solo in minor parte i motori elettrici), caricabatterie, eventuali DC/DC e certamente la batteria. Tuttavia, a parità di potenza “alle ruote”, non parliamo nemmeno lontanamente delle potenze termiche dissipate da un motore tradizionale, in cui avviene una combustione (a temperature dunque elevatissime, ndr) e che ha efficienze sensibilmente più basse di un sistema elettrico. In particolare, il rischio di surriscaldamento della batteria viene prevenuto prima e gestito poi da sistemi di protezione a vari livelli. Un primo livello attivo, costituito dal Bms (battery management system, ndr), controlla il sistema di raffreddamento (ad aria o liquido che sia) e l’operazione della batteria (evitando scariche o cariche a correnti eccessive tali da generare surriscaldamento, o che la portino a venire caricata o scaricata oltre i limiti consentiti di tensione). Una serie di sistemi di più basso livello poi fa comunque sì che, in caso di abuso, si evitino comunque scenari distruttivi: dai più tradizionali e a livello sistema come fusibili e materiali estinguenti, ai più specifici e a livello delle singole celle (generalmente dotate di sistemi di venting controllato di eventuali offgas che potrebbero portare a sovrapressione e scoppio o per interrompere intrinsecamente la capacità della cella di erogare corrente in funzione della sua temperatura, cosiddetti Ptc e Cid)".

Come reagiscono le varie parti in caso di fiamme (fuoco esplosione)??
"Mi esprimo per la batteria: nel caso limite di estrema sovratemperatura il rischio più temuto è quello di raggiungere la cosiddetta deriva termica (Thermal runaway), ovvero quel punto di non-ritorno (generalmente oltre i 100/120°C) alla quale si rischia l’attivazione di una catena di eventi autoesaltanti che possono portare al limite all’incendio della batteria e/o al suo scoppio. Questi eventi in generale derivano dall’instabilità alle alte temperature dell’elettrolita ed elettrodi (con differenze da chimica a chimica), che portano a reazioni indesiderate di generazione di prodotti gassosi in reazioni esotermiche (ovvero che a loro volta contribuiscono ad aumentare la temperatura della batteria)".

Quali sono le situazioni che possono favorire l'incendio??
"Come dicevo , una operazione errata può portare ad un abuso termico e dunque al surriscaldamento. Oltre a questo, abusi meccanici certamente costituiscono un rischio collegato all’applicazione automotive (urti estremi e penetrazioni di corpi estranei che danneggino meccanicamente la struttura interna della batteria, potenzialmente portando elettrodo positivo ed elettrodo negativo a contattarsi generando un cortocircuito interno, sono certamente eventi potenzialmente distruttivi). Per prevenire ciò, le batterie sono tipicamente alloggiate in compartimenti stagni ed estremamente robusti parte del telaio stesso, ed i singoli modelli di cella per raggiungere l’omologazione devono dimostrare intrinseca sicurezza superando con successo decine di test di abuso distruttivo quali drop test, nail penetration, crushing e così via".

Come intervenire in caso di incendio? Quanta acqua o agente servono per spegnere il fuoco rispetto a un veicolo termico?
"La particolarità è che una batteria contiene potenzialmente tutto ciò che serve ad una combustione, a partire dal litio (elemento estremamente reattivo) e compreso l’ossidante (gli elettrodi positivi tipicamente contengono ossigeno in diverse forme, a seconda della chimica), e una volta avviata l’effettiva combustione è possibile tentare di confinarla e rallentarla raffreddandola (tipicamente usando grandi quantità di acqua), ma è molto difficile interromperla. Ultimamente si stanno diffondendo specifici prodotti a base di Avd (dispersione acquosa di vermiculite) che ha proprietà estinguenti ed ignifughe vantaggiose".

L'auto elettrica in caso di incedente può essere considerata più o meno sicura rispetto a una vettura termica?
"Partiamo da questa evidenza: ogni veicolo “termico” porta con sé una quantità di combustibile liquido corrispondente a energie superiori a quelle immagazzinate nelle batterie al litio (che, ricordiamolo, non sono un combustibile). La batteria di un odierno veicolo elettrico ad alta autonomia può arrivare a immagazzinare fino a 80 kWh di energia, quando il serbatoio pieno di un tradizionale veicolo a combustione può arrivare a essere fino a 5-6 volte superiore, a seconda si tratti di benzina o gasolio. Oltre a questo, sicuramente la massa più elevata di un veicolo EV dovuto alla massa delle batterie deve essere anche considerato in caso di impatto".

Negli ultimi anni c'è stato un grosso passo in avanti in merito alla sicurezza delle auto elettriche, soprattutto in virtù della presenza di accumulatori con chimica più sicura e con Bms più sofisticati. Quali saranno i successivi passi in avanti sotto questo punto di vista? Quali sono le strategie che possono essere messe in campo dai costruttori per tenere sotto controllo la sicurezza?
"La ricerca scientifica e lo sviluppo tecnologico delle batterie al litio sono tra i temi attuali più investigati al mondo. Oltre a recenti chimiche dalla stabilità termica più elevata, come appunto la Lfp (litio-ferro-fosfato, ndr), in particolare, il passaggio da un elettrolita liquido ad una batteria allo stato solido è sempre più concreto ed è tra i progressi più attesi, in quanto consentirebbe sensibili vantaggi in termini di stabilità chimica e termica delle celle, oltre a portare ad un potenzialmente non trascurabile aumento della densità di energia delle batterie, che a parità di massa ed ingombro garantirebbero autonomie molto più elevate".