Batterie per Veicoli Elettrici

Da un punto di vista del funzionamento, le batterie per i veicoli elettrici non si differenziano molto da quelle presenti nei dispositivi di utilizzo comune.

Attraverso una reazione chimica vi è la possibilità di generare e allo stesso tempo immagazzinare energia elettrica. Un dispositivo di questo genere è paragonabile a una pila, con analoghe reazioni chimiche dovute da un anodo, un catodo e da un elettrolita.

Una batteria elettrica può presentare diversi elettroliti, ma principalmente sono due: liquido oppure solido. Il primo presente nelle tradizionali batterie in commercio, il secondo entra in gioco con differenti tecnologie per incrementare notevolmente l’autonomia del veicolo.

Per avere un’idea più chiara sulle batterie dei veicoli elettrici è indispensabile analizzare le diverse tipologie in commercio. Non tutte le case automobilistiche utilizzano la stessa tecnologia e in alcuni casi una tipologia si adatta meglio al modello di riferimento.

Si possono però identificare quelle principali in: batterie a litio, batterie all’ossido di cobalto, batterie all’ossido di manganese, batterie all’ossido di Nickel Manganese e Cobalto, batterie al fosfato di Ferro e batterie al Titanato di litio.

Le batterie agli ioni di litio sono quelle più impiegate nelle vetture elettriche, mentre le altre elencate si affacceranno al mercato italiano tra 5-10 anni. Vediamo quelle più utilizzate al momento nelle loro diverse caratteristiche.

Quando ci si riferisce alle batterie al piombo si identificano i primi modelli utilizzati per le auto elettriche. Questa tipologia è stata utilizzato più volte per sperimentare la mobilità elettrica già negli anni Novanta.

Sebbene siano ancora oggi utilizzate sui prototipi più obsoleti, mettono in mostra un’autonomia di 100 chilometri e un tempo di ricarica che supera le 10 ore.

I mezzi di trasporto muniti ancora di questa tecnologia sono prettamente volti al mondo del lavoro, infatti, le batterie al piombo alimentano piccoli mezzi meccanici.

Tecnicamente il funzionamento di questa batteria avviene come un accumulatore di energia, vincolato a operazioni di avviamento dei motori e alla gestione elettrica di alcune componenti.

I mezzi attualmente muniti di tale batteria non sono autorizzati alla circolazione, ma solo all’utilizzo di limitati spostamenti per il lavoro.

Altra tipologia di batteria presente sui veicoli elettrici è quella a base di nichel, conosciute anche come NiMH. Questa si caratterizza per essere particolarmente longeva, anche se l’autonomia riscontrata non è assolutamente eccellente.

Le auto moderne con batterie al nichel non hanno un’ottima autonomia, condizione che influisce non solo nei chilometri percorsi, ma anche nei cicli di ricarica.

Le batterie al nichel, infatti, perdono buona parte delle loro capacità con l’aumentare dei cicli di ricarica.

Tecnicamente l’anodo è composto da una lega metallica, mentre il catodo dal nichel, come è facile dedurre è la stessa tecnologia utilizzata nelle pile ricaricabili utilizzate quotidianamente in casa oppure in ufficio.

Un’azienda automobilistica che ha portato avanti tale tecnologia è Toyota, con il suo modello Prius ha realizzato un sistema denominato effetto memoria, che consente di ridurre la capacità delle batterie abbassandone l’autonomia una volta raggiunta la ricarica parziale. Le batterie al nichel hanno un ciclo di vita intorno agli 8-10 anni.

Questa tipologia di batterie è molto diffusa non solo sui veicoli elettrici, ma anche su altri dispositivi elettronici.

Grazie ai tempi di ricarica più brevi e a una buona capacità nominale risultano essere una soluzione estremamente valida da abbinare all’utilizzo automobilistico.

Tra le aziende che utilizzano di più questa tipologia di batterie figura Tesla, raggiungendo autonomie record sui modelli di punta. Le vetture di questa azienda hanno raggiunto, con le batterie agli ioni di litio, anche le 400 miglia, con un tempo di ricarica non particolarmente eccessivo.

La loro efficienza dipende dalla temperatura, mentre la capacità complessiva è vincolata principalmente ai cicli di ricarica.

I punti di forza di una batteria agli ioni di litio sono da ricercare nella compattezza e nella leggerezza, è infatti molto semplice implementarle all’interno di una vettura, anche dalle dimensioni contenute.

La durata massima di una batteria di questo genere è di 5 anni se si considerano temperature di funzionamento ottimali variabili tra -10°C e +30°C. Purtroppo, a temperature diverse il deterioramento è molto veloce e spesso vi è la necessità di sostituire le batterie. La prima casa automobilistica ad aver adottato tale tecnologia fu la Nissan, nel 2007.

Vera e propria evoluzione delle tipologie precedenti, la batteria al litio allo stato solido, è al momento la soluzione che le case automobilistiche stanno spingendo maggiormente. Non viene più utilizzato il liquido come elettrolita ma il solido, sfruttandone di fatto un incremento di densità energetica.

Tale processo chimico incrementa notevolmente l’autonomia delle batterie, circa il +50%, consentendo alle case produttrici di progettare veicoli con vani batterie più piccoli, ma comunque performanti e con un’ottima autonomia.

Il procedimento evolutivo permette di ridurre al minimo il rischio di infiammabilità e consente di gestire nel migliore dei modi lo spazio interno all’abitacolo.

L’azienda che ha iniziato a utilizzarle in modo concreto è Tesla, questa ha stipulato contratti diretti con l’azienda Panasonic per il loro sviluppo. Ma anche BMW, Toyota e Volkswagen hanno cominciato a sviluppare modelli che presentino batterie allo stato solido.

Le tipologie di batteria per veicoli elettrici identificano anche quelle che possono essere le autonomie durante l’utilizzo. Se è evidente che una batteria al piombo, avendo una tecnologia obsoleta, non possa garantire prestazione eccezionali anche paragonate a una pessima batteria al nichel; è interessante comprendere quali siano i parametri che ne determinano la capacità.

Prendendo in esame le batterie agli ioni di litio è opportuno sottolineare che queste hanno un determinato numero di cicli di carica e scarica completi. Sebbene una batteria di questo genere, raggiunto il numero di cicli massimo, cominci ad avere un degrado del 20% della capacità nominale, è opportuno valutare anche l’inutilizzo.

Una batteria si degrada anche quando non viene utilizzata, infatti, i produttori considerano allo stesso tempo i periodi di inattività nella vita media di una batteria.

Elementi condizionanti della durata di una batteria sono anche la temperatura e la carica. Nel caso in cui si ottenesse una carica al 100% con una temperatura superiore ai 50°C la batteria subirebbe un notevole degrado, perdendo in parte la sua capacità.

Anche la velocità di carica incide sulla durata delle batterie, un veicolo non dovrebbe mai essere scaricato o ricaricato completamente. Proprio come un dispositivo mobile, i valori di carica-scarica dovrebbero attestarsi tra il 20% e l’80% per ottenere un’ottima longevità.