Le auto elettriche offrono la possibilità di sviluppare un modello di mobilità green in grado di ridurre le emissioni inquinanti, tuttavia la temperatura è uno dei fattori che influenza il rendimento delle batterie.
Con circa un miliardo di automobili che viaggiano nelle strade di tutto il mondo, lo 0,2% paria a circa due milioni del parco auto mondiale sono auto elettriche.
Anche se rappresentano una quota minoritaria, la tecnologia e l’evoluzione della mobilità elettrica rappresentano una tappa fondamentale nel panorama automobilistico moderno.
La mobilità elettrica, sostenuta dalla volontà di ridurre sia la dipendenza dai combustibili fossili sia le emissioni inquinanti, permette di tracciare un percorso verso un futuro sostenibile e orientato all’efficienza energetica.
Le batterie agli ioni di litio, che alimentano una percentuale molto elevata delle automobili elettrificate presenti sul mercato, sono una tecnologia in costante evoluzione.
Il rendimento degli accumulatori, istallati nelle auto elettriche, può variare in base alla temperatura e influenzare negativamente le prestazioni del veicolo.
Le escursioni termiche, con temperature rigide nei mesi invernali e molto elevate durante il periodo estivo, possono ridurre e a volte compromettere l’efficienza energetica degli accumulatori elettrici.
Per sviluppare un modello di mobilità sostenibile efficiente, che permette di ridurre la dipendenza dai combustibili fossili senza compromettere le prestazioni dei veicoli, è indispensabile sviluppare tecnologie in grado di limitare gli effetti negativi delle escursioni termiche prodotte sulle batterie agli ioni di litio.
Auto elettriche, la temperatura influisce sul rendimento delle batterie
Per comprendere come il rendimento delle batterie istallate nelle auto elettriche è influenzato dalla temperatura, bisogna analizzare la tecnologia degli accumulatori agli ioni di litio.
La struttura di una batteria agli ioni di litio è formata da tre componenti principali, l’anodo, il catodo e l’elettrolita.
L’anodo, con polarità positiva, può essere realizzato con materiali come la graffite o il titanato di litio, mentre il catodo, con polarità negativa, è formato da un composto di litio.
L’elettrolita, costituito da una sostanza in soluzione liquida o allo stato fuso, attraverso la separazione delle proprie molecole in ioni positivi e negativi, ha la capacità di condurre una corrente elettrica.
Il flusso degli ioni, tra l’anodo e il catodo degli accumulatori, è alla base del processo che genera la corrente elettrica necessaria per alimentare il veicolo.
Quando la batteria è caricata, gli ioni di litio si spostano dal catodo all’anodo, al contrario, durante la scarica, il percorso s’inverte.
Questo movimento costante delle cariche elettriche, è ciò che permette alla batteria di erogare energia in modo efficiente.
Tuttavia, le escursioni termiche possono influire sulla velocità di questo movimento delle cariche ioniche, alterando la viscosità dell’elettrolita e riducendo le prestazioni energetiche delle batterie.
Le escursioni termiche riducono la durata degli accumulatori
Quando le condizioni atmosferiche sono caratterizzate da valori di temperatura ambientale molto bassi, la viscosità dell’elettrolita tende ad aumentare, rallentando il flusso degli ioni tra l’anodo e il catodo.
La mobilità ridotta degli ioni può generare molteplici effetti negativi, come la diminuzione dell’autonomia delle batterie, una minore velocità di ricarica e un calo delle prestazioni generali del veicolo.
Le batterie delle auto elettriche, ottimizzate per garantire la massima efficienza energetica con temperatura ambientale compresa tra i 20°C e i 30°C, sono soggette alla diminuzione del rendimento in base alle condizioni ambientali.
Questo è particolarmente evidente durante i mesi invernali, dove il freddo intenso può comportare una riduzione rilevante delle prestazioni delle batterie.
Durante i mesi estivi, caratterizzati da temperature esterne elevate, la diminuzione del rendimento energetico degli accumulatori persiste.
Oltre i 30°C avviene un aumento della degradazione delle celle degli accumulatori, che riduce la durata complessiva delle batterie.
La temperatura ambientale è quindi un fattore che incide negativamente, sul rendimento delle batterie istallate sulle auto elettriche.
Considerato l’investimento economico necessario sia per l’acquisto delle auto elettrificate sia per la sostituzione delle batterie, per i costruttori è necessario sviluppare soluzioni tecnologiche in grado di limitare gli effetti negativi prodotti dalle escursioni termiche, sul rendimento degli accumulatori elettrici.
Gestione intelligente della temperatura
Per aumentare il rendimento delle batterie istallate nelle auto elettriche, indipendentemente dalle condizioni ambientali esterne, i costruttori automobilistici cercano di sviluppare sistemi intelligenti per la gestione termica degli accumulatori elettrici.
In ambienti freddi, per limitare gli effetti negativi delle temperature rigide, alcuni veicoli elettrici sono dotati di sistemi di riscaldamento dedicati alle batterie.
Questi sistemi assicurano che la temperatura delle batterie rimanga all’interno di un intervallo ottimale durante la guida e la ricarica, mitigando così gli effetti negativi del freddo sulla viscosità dell’elettrolita.
Alcuni modelli sono persino in grado di pre-riscaldare le batterie prima dell’utilizzo, garantendo condizioni ottimali fin dai primi istanti di guida.
I costruttori, per contrastare gli effetti negativi delle temperature elevate, integrano nelle auto elettrificate sistemi di raffreddamento dedicati agli accumulatori.
Durante le giornate con temperatura esterna molto elevata, i sistemi di raffreddamento permettono di mantenere le batterie a una temperatura ottimale.
Ciò permette di ridurre il degrado delle celle, preservando la durata complessiva della batteria e le prestazioni del veicolo.
Le innovazioni non si limitano solo alla gestione termica attiva, ma coinvolgono anche algoritmi di controllo avanzati.
I moderni sistemi di gestione termica monitorano costantemente le condizioni esterne, adattando dinamicamente le impostazioni per garantire una temperatura ideale delle batterie in ogni momento.
Sviluppare e integrare queste soluzioni, permettono di ottimizzare il rendimento dei veicoli elettrificati in funzione delle condizioni ambientali, ponendo le basi per una mobilità green efficiente.
