Come ¨¨ possibile fare per preservare il ciclo di vita della batteria dell¡¯auto elettrica? Dipende dal tipo di batteria, come si ricarica, il software a bordo dell¡¯auto. Ecco una serie di risposte
Si parla tanto di auto elettriche ma spesso si sorvola su quello che ¨¨ un aspetto fondamentale, ossia il ¡°mantenimento¡± delle batterie. Quasi tutti gli accumulatori utilizzati sulle auto elettriche sono agli ioni di litio, ma differiscono per il tipo di chimica delle celle contenute all¡¯interno del pacco batteria. Quindi, il consumatore, dovrebbe almeno sapere il tipo di chimica delle celle poich¨¦ sono presenti alcune differenze tra di esse. Ad esempio, la Toyota nelle sue ibride dal 2019 ha iniziato a utilizzare accumulatori agli ioni di litio, prima infatti impiegava batterie a nichel idrato (NiMH), che hanno prestazioni inferiori in termini di densit¨¤ di energia e di durata. La batteria a nichel idrato viene ancora utilizzata in ambito ferroviario e aeronautico, settori dove vengono impiegati mezzi che hanno dei cicli di vita decisamente pi¨´ lunghi rispetto alle auto, anche per una questione di certificazione.
Questione di chimica
¡ª ?Quale tipologie di chimica conosciamo quindi? Sono essenzialmente sei le chimiche presenti sulle batterie agli ioni di litio: Lco, all¡¯ossido di cobalto (LiCoO2); Lmo, all¡¯ossido di manganese (LiMn2O4); Nmc, all¡¯ossido di nickel manganese cobalto (pu¨° contare sulla miglior densit¨¤ di energia); Lfp, al fosfato di ferro (LiFePO4), ha una densit¨¤ minore rispetto all¡¯Nmc; Lto, al titanato di litio (Li2TiO3), ha una densit¨¤ ancora minore ma offre pi¨´ garanzie in termini di sicurezza. La chimica influisce direttamente sulle caratteristiche della batteria, sulle prestazioni della stessa e sulla densit¨¤ di energia. Ad esempio, le Lto (litio titanato) sono quelle pi¨´ maltrattabili e vengono utilizzate sui camion e sulle navi, mezzi che richiedono grandi quantit¨¤ di energia. La quantit¨¤ di kWh delle batterie determina in maniera significativa il grado di rischio. La tendenza oggi ¨¨ quella di andare verso l¡¯Lfp (litio/ferro/fosfato), poich¨¦ ha un¡¯escursione termica pi¨´ elevata, ¨¨ pi¨´ sicura ed ¨¨ anche pi¨´ maltrattatile. Nel caso di batterie con chimica Lfp, il Bms, Battery Management System, ¨¨ molto meno sofisticato rispetto a batterie Nmc. Le Tesla Model 3 ad esempio usano Nmc negli Stati Uniti e l¡¯Lfp in Cina, anche per via degli ingenti investimenti che hanno fatto i cinesi in questo tipo di tecnologia. La tendenza nel prossimo futuro sar¨¤ quella di andare verso l¡¯Lfp, anche per una mera ragione economica.
La temperatura: alta o bassa, ¨¨ sempre un (grosso) problema
¡ª ?L¡¯aumento della temperatura in una batteria costituisce sempre un problema, perch¨¦ ovviamente tende a ridurre la vita della batteria stessa. Questo problema deve quindi essere adeguatamente trattato dalle varie aziende automobilistiche, che hanno utilizzato strategie molto diverse su come raffreddare le batterie, sia in termini di raffreddamento passivo, ossia senza convogliamento di aria o di liquido, sia in termini attivi, dove quindi c¡¯¨¨ una forzatura con le ventole e/o di circolazione di liquido (i due sistemi possono anche essere congiunti) che tengono costante la temperature delle batterie. Ovviamente il problema ¨¨ pi¨´ grosso nei paesi pi¨´ caldi e minore in quelli pi¨´ freddi. Sull¡¯aumento della temperatura l¡¯utilizzatore della vettura elettrica pu¨° fare poco perch¨¦ ¨¨ un problema la cui gestione viene totalmente demandata al costruttore. L¡¯unica cosa che pu¨° fare l¡¯utente ¨¨ quindi semplicemente quella di evitare il surriscaldamento della batteria (anche se ad onor del vero non tutte le auto forniscono la temperatura della batteria; informazione che tuttavia ¨¨ sempre presente nel Bms, Battery Management System). In Paesi molto caldi come il Kuwait, dove la temperatura in estate arriva anche a 55¡ãC, tenere bassa la temperatura rappresenta un imperativo, in questo caso ¨¨ il costruttore che deve adottare le opportune strategie.
Mai caricare l¡¯auto sotto -10 gradi
¡ª ?Tuttavia, anche quando le temperature sono troppo basse permangono dei problemi perch¨¦ le temperature rigide riducono la vita utile delle celle. Anche in questo caso le strategie tra le case sono completamente differenti. Tendenzialmente i costruttori orientali, che sono vicini a Paesi molto caldi, si preoccupano meno di gestire temperature molto basse. Al contrario, i costruttori americani come ad esempio Tesla, che hanno probabilit¨¤ di incontrare temperature molto basse, sono decisamente pi¨´ sensibili da questo punto di vista. Se la batteria non eroga corrente, ossia ¨¨ a riposo (l¡¯auto ¨¨ spenta), la temperatura pu¨° scendere anche di molto senza che questo provochi un danneggiamento; al massimo aumenta la densit¨¤ dell¡¯elettrolita (quasi sempre un¡¯elettrolita semiliquido). La cella tende a rovinarsi meno se la batteria eroga corrente, tende invece a rovinarsi molto se la batteria viene caricata. Nello specifico, il caricamento a bassissime temperature (sotto i -20) pu¨° rovinare la batteria anche se non provoca rischi di esplosione o altro, semplicemente ne riduce la vita. Alcune case, come ad esempio la Tesla, applicano delle strategie di riscaldamento della batteria nel momento in cui la temperatura dovesse scendere troppo (questo va per¨° a discapito dell¡¯energia che la batteria ¨¨ in grado di erogare). In ogni caso, ¨¨ sempre opportuno evitare di caricare l¡¯auto quando la temperatura ¨¨ al di sotto di -10 ¡ãC. Tra i -10 e i -20 ¡ãC si dovrebbe caricare solo in casi di estrema necessit¨¤. Le basse temperature riducono il potenziale della reazione elettrochimica, quindi, anche se la batteria ¨¨ completamente carica, a temperature molto basse la sua capacit¨¤ di erogare energia si riduce senza per¨° rovinarsi. Bisogna fare una precisazione. La batteria deve supportare dei picchi di domanda, dovuti alle accelerazioni, e dei picchi di ricarica, quando c¡¯¨¨ il recupero di energia in frenata; quando il veicolo ¨¨ in movimento (dopo che la vettura ha percorso diversi chilometri) tendenzialmente la temperatura della batteria aumenta, per cui l¡¯impatto di una ricarica a -20 ¨¨ sicuramente meno problematico. In linea generale ¨¨ opportuno quindi attenersi a quanto riferito dal costruttore e ricaricare l¡¯auto in condizioni estreme solo se effettivamente necessario.
Il BMS ¨¨ fondamentale
¡ª ?Tutte le celle che costituiscono il pacco batteria devono essere assolutamente gestite da un sistema elettronico rappresentato dal Battery Management System o Bms, che risulta quindi fondamentale per la sicurezza del mezzo. Il Bms controlla sia la carica che la scarica; quindi impedisce un eccesso di scarica e un eccesso di carica, sia da un punto di vista di quantit¨¤ di corrente che entra nella batteria (elemento che provoca l¡¯aumento della temperatura), che dall¡¯eccesso di sovratensione. Tutti elementi che possono danneggiare la batteria. Le aziende automobilistiche pi¨´ importanti come Tesla, Mercedes, il gruppo Volkswagen, investono molto nella progettazione del Bms, che ¨¨ quindi di fondamentale importanza per la sicurezza del mezzo.
non scendere al di sotto del 20% e al sopra dell¡¯80%
¡ª ?La miglior cosa da fare con le batterie al litio, in funzione del tipo di elettrochimica, ¨¨ quella di non scaricarle mai oltre il 20% (ossia di non arrivare mai al di sotto del 20% di carica) e di non caricarle mai al di sopra dell¡¯80%. Qualche costruttore ha tarato il Bms in modo da far vedere all¡¯utente che la ricarica della batteria ¨¨ al 100% quando in realt¨¤ ¨¨ invece effettivamente al 90%. Questa strategia viene messa in atto per aumentare la vita utile della batteria. Chiaramente, in questo caso, per l¡¯utilizzatore ¨¨ complesso discriminare quali siano gli elementi messi in atto dal costruttore.
La batteria al litio ¨¨ ¡°unica¡±
¡ª ?Bisogna sempre specificare che la batteria al litio non ha nulla a che vedere n¨¦ con la batteria al piombo (utilizzata per l¡¯avviamento delle auto termiche), n¨¦ con le comuni pile. Inoltre, le batterie al litio non soffrono assolutamente dell¡¯effetto memoria.
il litio ¨¨ una brutta ¡°bestia¡±
¡ª ?Il litio, come sappiamo, ¨¨ altamente infiammabile ed inoltre, una volta che la combustione ¨¨ avvenuta, ¨¨ molto difficile arrestarla. Quindi le aziende automobilistiche hanno messo in atto tutta una serie di strategie atte a salvaguardare la sicurezza del mezzo e padroneggiare al meglio il litio. Risulta quindi opportuno precisare che la durata della batteria agli ioni di litio va di pari passo con la sua sicurezza intrinseca e fondamentalmente questa sicurezza ¨¨ totalmente nelle mani dell¡¯elettronica di bordo. Nelle vecchie batterie, come quelle al piombo o al nichel idrato, l¡¯elettronica praticamente non c¡¯¨¨. Queste batterie avevano infatti bisogno di una corrente continua ad una tensione leggermente superiore a quella della tensione specifica della singola cella. Nelle batterie agli ioni di litio non ¨¨ quindi possibile per nessuna ragione fare a meno dell¡¯elettronica di consumo; senza di essa infatti il rischio di incidenti cresce in maniera esponenziale. Quindi, quando c¡¯¨¨ l¡¯elettronica di mezzo, un¡¯altra potenziale fonte di problemi ¨¨ il software che viene utilizzato dal microprocessore all¡¯interno del Bms. Attenersi alle indicazioni del costruttore in tema di aggiornamenti ¨¨ assolutamente necessario. Spesso l¡¯aggiornamento del Bms ¨¨ ¡°nascosto¡± all¡¯utente e celato dietro un semplice aggiornamento software. In compenso la densit¨¤ di energia delle batterie al litio ¨¨ assolutamente imbattibile e ci permette di disporre delle auto elettriche prestazionali che conosciamo oggi.
L¡¯importanza del voltaggio
¡ª ?Il voltaggio o la tensione ¨¨ l¡¯elemento che pu¨° provocare lo shock elettrico all¡¯essere umano o agli animali ed ¨¨ quindi un elemento critico per la sicurezza. Pi¨´ ¨¨ bassa la tensione minori sono i rischi. Il limite di sicurezza nel mondo automotive ¨¨ di 48 Volt (massimo 72 Volt). Superati i 100 Volt il rischio di shock diventa significativo e siccome le correnti in gioco, ossia gli Ampere, sono tanti , bisogna trovare il giusto bilanciamento tra quella che ¨¨ la tensione di lavoro e la sicurezza. I Volt creano il rischio di shock elettrico ma permettono di arrivare a potenze pi¨´ elevate usando meno Ampere. Il problema ¨¨ che per condurre tanti Ampere ho bisogno di una sezione di conduttore pi¨´ grande. Cosa significa questo? Oggi sulle grandi batterie, superiori a 50 kWh, inevitabilmente bisogna utilizzare una tensione piuttosto elevata, per cui su molte auto oggi si ¨¨ arrivati a 600, 800 Volt. Qui entra il gioco ¡°la sofisticazione¡± che tutte le case devono mettere in atto per evitare il rischio di shock e salvaguardare la sicurezza del mezzo. Ricordiamo per¨° che all¡¯interno del pacco batterie la tensione specifica ¨¨ molto bassa (la singola cella Lto ha ad esempio 2,5 Volt), tuttavia, per poter avere delle correnti erogabili verso il motore, bisogna aumentare la tensione, quindi si ¨¨ costretti a mettere le celle in serie.
Usare le colonnine ultra fast con molta parsimonia
¡ª ?Per definizione pi¨´ la carica ¨¨ distribuita nel tempo ed ¨¨ lenta pi¨´ aumenta la durata della batteria perch¨¦ non viene stressata. Il miglior modo per caricare un veicolo elettrico ¨¨ quello di caricarlo da casa attraverso la wallbox da tre kW per un lasso di tempo equivalente ad otto ore. Questa ¨¨ la modalit¨¤ che garantisce la maggiore durata della batteria perch¨¦ non si stressa. Le colonnine che sono presenti in citt¨¤ possono essere usate perch¨¦ la maggior parte di esse ha una potenza specifica poco superiore a quelle di una wallbox. Nel complesso, fino a 22 kW siamo all¡¯intento di un range che non stressa la batteria. Le Hyperfast (Hpv), sono invece completamente diverse e dovrebbero essere utilizzate solo in caso di emergenza o comunque solo quando si ¨¨ in viaggio. Possono essere utilizzate basta per¨° impiegarle con parsimonia.
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