Grazie allo sviluppo di nuove tecnologie, la batteria auto elettrica agli ioni di litio rappresenta un’alternativa sempre più concreta ai motori endotermici.
L’industria automobilistica è costantemente protesa verso lo sviluppo di nuove soluzioni per ridurre l’impatto ambientale delle autovetture. In tal senso, le auto elettriche sembrano essere l’opzione più concreta: molte Case costruttrici, infatti, hanno approntato piani di elettrificazione a media o lunga scadenza, con l’intento di realizzare auto full-electric oppure versioni ibride di modelli di gamma già esistenti. In entrambi i casi, le auto sono equipaggiate con una batteria speciale: vediamo di seguito quali sono le caratteristiche di questo dispositivo elettrico.
Caratteristiche batteria auto elettrica
Una vettura ‘full-electric‘, ovvero alimentata solo ed esclusivamente da un sistema di propulsione elettrico, è equipaggiata con un pacco di batterie. Questi, di solito, si colloca in posizione centrale, al di sotto del pianale. Gli elementi costituenti fondamentali di una batteria per auto elettrica sono:
- il modulo;
- il sistema elettrico;
- il sistema di gestione della batteria;
- il sistema di gestione della temperatura;
- le parti strutturali.
Le batterie destinate ad alimentare vetture elettriche vengono assemblate da aziende specializzate poiché, per motivi di sicurezza, è necessario che i dispositivi siano praticamente perfetti; in tal modo si cerca di ridurre il più possibile i rischi di incendio o esplosione legati alla presenza di una componente liquida all’interno del pacco di batterie. Per la stessa ragione, gli impianti di produzione dei dispositivi presentano un alto grado di automazione in quanto adoperano numerosi device automatizzati per l’assemblaggio e lo stoccaggio delle batterie.
La struttura esterna della batteria viene progettata per essere solida ma leggera, con un design in grado di adattarsi il più possibile alla meccanica dell’auto (in particolare al telaio). In genere è realizzata in lega di alluminio. Il sistema di gestione della temperatura comprende un tubo per il raffreddamento, un ‘cold plate’ e un cuscinetto termico.
La batteria prevede anche una centralina di gestione e un’unità di monitoraggio, connesse tra loro per mezzo di una serie di fili ad alto e basso voltaggio. Il sistema di cablaggio viene tastato mediante il passaggio di corrente elettrica ad alto voltaggio, tramite un apposito tester. Per implementare un grado di sicurezza il più alto possibile, l’intero pacco batterie viene trattato con uno speciale ritardante per minimizzare i rischi legati al surriscaldamento. L’intero modulo, chiuso da una piastra assicurata automaticamente, deve essere ermetico, ossia a prova di acqua e di polvere (certificazione IP67).
Per ciò che riguarda la batteria in quanto dispositivo elettrochimico, tutte quelle di più recente generazione sfruttano la tecnologia agli ioni di litio (già ampiamente utilizzata nei dispositivi di elettronica di consumo) che rappresenta un enorme passo in avanti rispetto al passato. Gli sforzi e gli investimenti delle industrie di settore sono mirati al miglioramento di questa tecnologia, con la prospettiva di perfezionare batterie prive dell’elemento liquido (sostituito da uno solido più sicuro che dovrebbe assicurare prestazioni di gran lunga superiori). Altri tipi di batterie auto elettriche sono: le litio-aria, le litio-zolfo, le zinco-aria e le alluminio-aria, nessuna delle quali ha ancora raggiunto un grado di perfezionamento tale da permetterne la produzione su vasta scala.
Come funziona la batteria auto elettrica agli ioni di litio
Il principio di funzionamento della batteria agli ioni di litio non si discosta di molto da quelle delle ‘classiche’ batterie piombo-acido. Il litio funge da anodo (elettrodo a potenziale maggiore) mentre il carbonio funge da catodo (elettrodo a potenziale minore).
Gli strati di carbonio e il litio ossido di cobalto sono immersi in un campo elettrico; in queste condizioni, rilasciano ioni (ossia elettroni staccatisi dall’atomo). Quando la batteria è connessa ad una fonte di alimentazione, gli elettroni si staccano dagli atomi ed attraversano uno strato di separazione costituito da un gel polimerico elettrolita. Il movimento – estremamente rapido – degli elettroni genera una tensione elevata, anche in relazione alle dimensioni estremamente contenute in cui avviene tale fenomeno. La tensione prodotta raggiunge i 3.6 Volts circa, sufficiente ad alimentare i circuiti elettronici. Un voltaggio batteria auto elettrica maggiore (fino ad 82 V) può essere ottenuto allineando più celle all’interno dello stesso gruppo di alimentazione.
Gli elettroni, in un secondo momento, si legano allo strato di carbonio dove restano bloccati a causa delle forze elettriche interne. Questo processo, che prende il nome di ‘ionizzazione’, rappresenta la fase di carica e si completa quanto tutti gli elettroni sono ‘migrati’ sullo strato di carbonio. La messa in funzione del dispositivo di alimentazione innesca la fase di scarica, durante la quale il moto delle particelle si verifica in senso contrario a quello descritto in precedenza ed in maniera più lenta.
Ciò determina uno dei principali vantaggi connessi all’impiego di questo tipo di batterie, soprattutto nel settore dell’autotrazione. Gli accumulatori agli ioni di litio, infatti, tendenzialmente durano di più ed offrono un rendimento maggiore in termini di energia per unità di massa e di volume. In altre parole, possono erogare più energia pur essendo più compatti e leggeri rispetto alle batterie tradizionali.
Durata, voltaggio e autonomia delle batterie per auto elettriche
Le caratteristiche fondamentali di una batteria sono l’autonomia, il voltaggio, l’amperaggio e i tempi di ricarica.
Per quanto riguarda l’autonomia batteria auto elettriche, bisogna far riferimento ai dati forniti dal costruttore. In genere, i rilevamenti riportati nei dati ufficiali – proprio come i consumi dei motori endotermici – fanno riferimento a specifici cicli di test (urbano, extraurbano e combinato).
Solitamente, una batteria per auto elettrica può offrire un’autonomia compresa tra i 250 ed i 450 km circa; lo ‘sfasamento’ è dovuto anche alla modalità ed ai tempi di utilizzo. Per quanto riguarda i tempi di ricarica, le Case automobilistiche indicano sia le tipologie di impianto da utilizzare (colonnine ad alto amperaggio oppure l’impianto di casa) con i relativi tempi; quelle di più recente generazione, se ricaricate presso un impianto più potente, sono in grado di recuperare l’80% della carica in circa un’ora mentre per ripristinare la batteria allacciandola all’impianto elettrico domestico, i tempi si dilatano e raggiungono circa le 12 ore.
Infine, la durata batteria auto elettrica è quantificabile in alcune migliaia di cicli di carica e scarica. Oltre una determinata soglia, il dispositivo sarà ancora in grado di funzionare ma avrà perso la maggior parte della propria operatività.
