Le nostre nuove compagne di viaggio: le batterie.

Così come per i veicoli a motore è il combustibile a fornire l'energia chimica necessaria al movimento, per i mezzi elettrici è l'energia chimica contenuta nelle batterie a garantire un apporto costante di carica, quindi di elettroni ai motori elettrici.

In questo articolo parliamo delle batterie per sommi capi e, senza scendere troppo nel dettaglio, dei principi secondo cui funzionano e vengono costruite.

Le batterie dei mezzi elettrici attuali utilizzano differenti combinazioni di sostanze chimiche ma in sostanza hanno tutte un elemento in comune: il litio.

Il litio, sottoforma di metallo oppure di ioni, prende parte al processo chimico che consente l'accumulo di carica e il rilascio della medesima quando viene richiesta dai motori o dalle utenze del veicolo. Non è solo il litio ad essere protagonista di questa danza elettronica ma anche altre sostanze, come l'elettrolita (su cui si sta molto lavorando per la sicurezza antincendio).

Le batterie complete sono formate principalmente da delle singole unità denominate celle. Solitamente queste celle sono pile al litio 18650, rinvenibili anche all'interno delle batterie dei lap-top o delle sigarette elettroniche. Nelle batterie per veicoli elettrici, però, se ne abbinano centinaia per arrivare alle capacità e alle potenze richieste.

A seconda del voltaggio e della capacità (espressa in A/h oppure in kW/h) del pacco batteria, le singole unità possono essere arrangiate in molti modi differenti. Il grande numero di singole unità con cui sono formati i pacchi batteria ha reso necessaria la presenza di un sistema che consenta di bilanciare la carica tra tutti i piccoli operai energetici.

Come anticipato, questo bilancio dei flussi di corrente e delle quantità di carica avviene perciò grazie ai sofisticati apparati elettronici chiamati BMS (Battery Management System) che ogni batteria possiede: la perfetta sincronia a cui le varie celle lavorano è data da questi sistemi che permettono di sincronizzarle tra loro e farle caricare, scaricare e mantenere in carica in un modo equilibrato.

Utile per capire il funzionamento è la metafora di una orchestra sinfonica: così come le varie celle sono gli strumenti, il BMS svolge un ruolo simile a quello del direttore: consente infatti di equilibrare e di dare armonia all'intero funzionamento, distribuendo i flussi di corrente in maniera ottimale e bilanciata, consentendo inoltre di monitorare e bilanciare la carica e scarica uniforme di tutte le unità del pacco, oltre a gestire la temperatura e il flusso di corrente in entrata e in uscita.

Quanto durano le batterie?

Trattiamo adesso il tema dell'usura: con il tempo e l’utilizzo, le batterie perdono la loro efficacia. Già dopo 500 cicli di ricarica si parla di una perdita di efficienza del 20/25% per una capacità rimanente dell'75/80%. Negli ultimi anni abbiamo potuto constatare questa perdita costante di capacità con le batterie dei nostri smartphone.

Laddove nel settore della telefonia è possibile gestire una perdita di capacità fino alla eventuale sostituzione della batteria, nel settore della mobilità elettrica tale perdita di capacità è decisamente meno gestibile.

Pensate al disagio di non poter più andare a trovare vostra zia in campagna con una sola ricarica ma di dover fare una pausa di 20 minuti lungo il percorso, ogni volta. Per questo motivo i produttori di veicoli elettrici hanno escogitato uno stratagemma: utilizzare sin dall'inizio della loro vita le batterie dei veicoli NON alla massima capacità.

Sin da quando si compra il veicolo nuovo si utilizza, per esempio, solo l'80% della capacità totale del pacco; con il tempo e la perdita di prestazioni si può attingere al restante 20% di margine e mantenere così la capacità "apparente" a livelli costanti per un tempo o un chilometraggio superiore. 

 Ad un certo punto nemmeno questo "trucco" può funzionare e bisogna accettare la perdita di efficacia, effettuando ricariche più frequenti e la ridotta autonomia.

Come si fa con i veicoli elettrici usati?

A differenza degli attuali veicoli termici, dove le parti soggette ad usura sono tante e i sistemi di trazione sono decisamente numerosi e complessi, nei veicoli elettrici il sistema di trazione (power-train in inglese) è molto più semplice e composto da pochi e precisi componenti. I sistemi presenti all'interno di un veicolo elettrico sono infatti molto più longevi degli analoghi motori a carburante e possono arrivare a durare 1 milione di chilometri senza problemi.

La valutazione dello stato di salute di un veicolo usato è perciò molto più focalizzata sulla batteria e sul suo stato di salute. Ma cosa succede quando un pacco batteria arriva alla fine della sua vita utile?

Le alternative diventano la sostituzione o la rigenerazione del pacco.

Tra le due, la sostituzione è decisamente la soluzione più costosa mentre la rigenerazione la più sostenibile: vengono riutilizzati infatti tanti componenti del vecchio pacco, incluso il BMS se ancora in buone condizioni e la struttura stessa. Le batterie rigenerate e certificate rappresenteranno a mio modo di vedere una fetta consistente del mercato.

Cosa ne è delle vecchie celle arrivate ad una capacità del 70% e non più adatte ad autotrazione? Esse potranno essere utilizzate in apparati che non richiedono grandi spunti o grande autonomia, come accumulatori di energia da abbinare ad impianti eolici o fotovoltaici, in case o industrie.