Perché la batteria della tua auto elettrica perde autonomia più rapidamente di quanto previsto dai test di laboratorio quando inizi la ricarica rapida con temperature elevate

Ho trascorso dodici anni a studiare i pacchi batteria agli ioni di litio nei veicoli elettrici, e il divario tra i dati dei cicli di prova in laboratorio e ciò che accade effettivamente su strada è ancora più ampio di quanto la maggior parte delle persone si aspetti. I pacchi batteria che sembrano funzionare bene dopo alcune migliaia di cicli controllati in una camera climatica spesso mostrano una perdita di capacità più rapida una volta sottoposti a ricariche rapide in corrente continua (DC) a temperature ambiente superiori ai 30 °C. Il fattore determinante non è l’età cronologica, bensì la combinazione di elevate velocità di ricarica e temperature elevate delle celle che il sistema di gestione termica non riesce a controllare appieno durante sessioni consecutive.

La maggior parte dei pacchi batteria per veicoli elettrici oggi utilizza celle NMC o LFP con raffreddamento a liquido. In laboratorio è possibile mantenere la temperatura delle celle entro limiti ristretti e limitare la velocità di carica, per cui la ritenzione di capacità dopo 1.000 cicli completi equivalenti rimane spesso superiore al 90%. Su strada, il circuito di raffreddamento deve gestire sia il calore generato dalle celle sia quello assorbito dall’aria ambiente e dalla strada. Quando un conducente collega il veicolo a un caricatore da 150–250 kW in una giornata calda, le temperature delle celle possono salire fino a circa 40 °C, anche con il sistema di raffreddamento che funziona a pieno regime. Tale intervallo di temperatura accelera le reazioni collaterali alle interfacce tra anodo e catodo.

Risultati di laboratorio ottenuti da uno studio comparativo controllato

Abbiamo sottoposto a test accelerati due serie di moduli provenienti dallo stesso lotto di produzione. Una serie è stata sottoposta a cicli a 25 °C con una corrente di carica massima di 1C. L’altra serie è stata sottoposta a cicli a una temperatura delle celle di 40 °C con correnti di carica fino a 2,5C, per simulare ripetute ricariche rapide in corrente continua. Dopo 800 cicli completi equivalenti, il gruppo a 25 °C aveva perso circa il 6% di capacità. Il gruppo ad alta velocità a 40 °C aveva perso l’11–13%. Anche l’aumento dell’impedenza era più elevato nel gruppo sottoposto a temperature elevate: circa il 18% contro il 9%. Le analisi post-test hanno evidenziato strati di SEI più spessi e una maggiore presenza di placcatura di litio sugli anodi delle celle sottoposte a temperatura elevata e alta velocità di carica. La differenza non era drammatica in termini assoluti, ma era costante e sufficientemente significativa da spiegare perché alcuni veicoli perdano un’autonomia percepibile ben prima che il contachilometri raggiunga il chilometraggio previsto dai calcoli della garanzia.

Caso pratico relativo a una flotta operante in un clima caldo

Una flotta di furgoni elettrici impiegata in una regione in cui le temperature diurne raggiungono regolarmente i 35–38 °C ha iniziato a segnalare una perdita di autonomia più rapida del previsto dopo circa 18 mesi. I furgoni venivano ricaricati prevalentemente durante la notte con corrente alternata (AC), ma gli autisti utilizzavano anche caricatori rapidi a corrente continua (DC) due o tre volte alla settimana durante i turni di lavoro. I dati di bordo hanno mostrato che le temperature delle celle raggiungevano frequentemente i 42–46 °C durante quelle sessioni di ricarica rapida, nonostante il sistema di raffreddamento fosse attivo. La perdita media di capacità dell’intera flotta si attestava intorno all’8–9% all’anno, anziché al 3–4% suggerito dalle proiezioni del produttore basate su un ciclo di utilizzo meno intenso. I veicoli che continuavano a ricaricarsi in corrente alternata ed evitavano le ore più calde della giornata registravano un tasso pari a circa la metà di quello. Una volta che la flotta ha adottato una semplice regola — limitare la ricarica rapida in corrente continua quando la temperatura ambiente superava i 32 °C e garantire al pacco batterie 20–30 minuti di raffreddamento attivo dopo la ricarica — il tasso di perdita annuale è sceso a circa il 5%. I pacchi batterie in sé non erano cambiati; era cambiato il ciclo di utilizzo.

Cosa si nota effettivamente nell'uso quotidiano

I sistemi di gestione termica nella maggior parte delle auto elettriche attuali sono dimensionati per un mix di guida e ricarica rapida occasionale, non per sessioni ripetute ad alta potenza in condizioni di calore ambientale elevato. Il liquido di raffreddamento è in grado di dissipare il calore, ma c’è un ritardo, e le celle al centro di un modulo spesso raggiungono temperature più elevate rispetto ai sensori vicini alle piastre di raffreddamento. Dal punto di vista della durata, i pacchi LFP gestiscono meglio il calore rispetto a molti pacchi NMC, ma perdono comunque più capacità quando vengono regolarmente sottoposti a temperature superiori ai 40 °C durante la ricarica rispetto a quanto indicato dai dati dei cicli a temperatura ambiente.

La perdita di autonomia in condizioni reali si aggrava anche perché i conducenti notano il calo e iniziano a ricaricare più spesso, il che comporta un aumento degli eventi di ricarica ad alta corrente. I test di laboratorio che indicano 1.000 o 1.500 cicli all’80% della capacità solitamente presuppongono temperature controllate e velocità moderate. Una volta che si aggiungono temperature delle celle mantenute tra i 40 °C e i 45 °C e più ricariche rapide in corrente continua a settimana, i meccanismi di invecchiamento sia per età che per numero di cicli si sommano più rapidamente di quanto mostrino quei grafici.

Se un’auto elettrica sta perdendo autonomia più rapidamente del previsto in un clima caldo, le prime cose da verificare sono la frequenza con cui viene sottoposta a ricarica rapida in corrente continua e quali temperature raggiungono effettivamente le celle durante tali sessioni. La differenza tra un pacco batterie che rimane intorno ai 30 °C e uno che raggiunge regolarmente i 45 °C sotto carico è sufficientemente significativa da modificare il tasso di degrado di diversi punti percentuali all’anno, anche quando tutto il resto sembra normale.