Motori elettrici a batteria?

[HAL9001]

Secondo Audi, che e' una delle piu' impegnate sui motori elettrici il tallone di achille sono ancora i costi delle batterie la loro potenza e durabilita', riporto dal loro sito :



La batteria: un sistema estremamente complesso



In un sistema di propulsione elettrica di qualsivoglia natura il ruolo più importante è sempre ricoperto dalla batteria. Essa è un sistema estremamente complesso, e molto più di una pila di singole celle collegate insieme. La Audi è impegnata nello sviluppo di batterie che soddisfino le esigenze più elevate.



Già al momento del suo primo passo nella mobilità elettrica la Audi non concede spazio a compromessi: la batteria della Audi Q5 hybrid quattro è realizzata nella modernissima tecnologia agli ioni di litio (Li-Ion). Si tratta di un espressione che abbraccia un vasto ambito tecnologico, ricco di opportunità e di sfide che riguardano tutti gli aspetti inerenti a una batteria, quali il peso, la capacità energetica, gli ingombri, la sicurezza, la durata di vita e, non ultimo, i costi.



La Audi suddivide le batterie agli ioni di litio in due categorie distinte. Una categoria comprende le batterie ad alte prestazioni per l’impiego in veicoli ibridi come la Audi Q5 hybrid quattro, e l’altra le batterie ad alta energia per veicoli destinati a percorrere elettricamente distanze più lunghe, come la R8 e-tron.



Il fattore decisivo per l’autonomia di percorrenza di un veicolo è rappresentato dal livello di energia che una batteria è in condizione di accumulare, e viene espresso in kilowattora (kWh). La densità energetica si ricava mettendo in relazione l’energia accumulabile dalla batteria con la sua massa. Attualmente le batterie agli ioni di litio per la trazione automobilistica raggiungono una densità di circa 0,14 kWh per chilogrammo. Superano pertanto le batterie al piombo del fattore 4, ma rimangono ancora del 40% al di sotto delle batterie Li-Ion impiegate su telefoni cellulari, notebook ecc.



La durata di vita di una batteria agli ioni di litio montata su un veicolo si aggira sui dieci anni, a condizione che essa sia stata sempre mantenuta a temperatura idonea. La durata di vita è influenzata dal genere di sollecitazione e dall’intensità delle azioni di prelievo e di apporto di carica. Una ricarica rapida effettuata abitualmente con correnti di potenza elevata, o frequenti scaricamenti completi provocano un invecchiamento precoce della batteria.



Le batterie ad alte prestazioni vengono di regola scaricate fino a un livello SOC (state of charge) del 50% mentre le batterie ad alta energia possono essere scaricate anche dell’80%. Se si rispettano le limitazioni indicate, le batterie possono sopportare migliaia di cicli di carica e di scarica prima di perdere sensibilmente la loro funzionalità.



È inoltre indispensabile evitare di scaricare la batteria completamente o di caricarla eccessivamente, pena il rischio di distruggerne le celle. Tale rischio è comunque controllato dall’adozione di numerose misure di sicurezza. La temperatura è monitorata con precisione da appositi sensori, mentre delle protezioni elettriche e delle valvole di sovrapressione impediscono la generazione di reazioni a catena all’interno del sistema. In linea di principio è compito del costruttore delle batterie scegliere materiali di alto grado di purezza, adottare un processo veloce e al contempo stabile e intraprendere le misure necessarie ad assicurare la qualità.



Il flusso di corrente genera calore in quantità considerevoli, pertanto è determinante ricorrere a un impianto di raffreddamento che mantenga la temperatura della batteria entro i limiti dovuti di 25 e 45°C. Temperature più basse o più alte, quest’ultime anche quando la batteria non è in funzione, incidono negativamente sulla durata di vita. Un’ulteriore funzione svolta dall’impianto di raffreddamento è compensare la differenza di temperatura che si manifesta tra le singole celle. Il fenomeno di invecchiamento precoce non progredisce quando questa differenza rimane al di sotto di 5°C.



Il raffreddamento può aver luogo con aria o con liquido. Anche in questo contesto devono essere valutati diversi fattori. Per esempio la rumorosità della ventola di raffreddamento deve essere tale da non infastidire gli occupanti della vettura. Al contempo deve indirizzare l’aria verso la batteria con un flusso omogeneo e diretto senza dispersioni; la batteria non deve essere inoltre troppo grossa o troppo pesante.



L’Associazione dell’industria automobilistica tedesca VDA lavora in collaborazione con le case costruttrici alla definizione di standard di unificazione per celle di batteria. Le celle prismatiche al centro dell’interesse attuale generano una potenza compresa tra 500 Watt (per veicoli ibridi) e oltre 1.500 Watt (per veicoli elettrici potenti). Il loro volume va da circa 130 cm3 a 900 cm3. Rispetto alle celle cilindriche, le celle piatte possono dissipare più facilmente il calore grazie a un migliore rapporto tra superficie e volume. Inoltre presentano ingombri ridotti, essendo possibile montarle una accanto all’atra.


Oltre alle celle e all’impianto di raffreddamento, il tema delle batterie contempla anche altri componenti. Essi sono gli attacchi di alta tensione e di servizio, il sistema elettronico di controllo, le parti elettromeccaniche, l’involucro e, infine, i sensori e gli attuatori. I costi attualmente molto alti dei sistemi batteria sono da ricondurre proprio all’insieme di tutti questi componenti e alla loro integrazione reciproca. Una batteria agli ioni di litio costa infatti diverse centinaia di euro per ogni chilowattora prodotto. I primi smorzamenti derivanti dalla produzione in larga scala stanno già subentrando e la Audi prevede un dimezzamento dei costi nel giro dei prossimi 10 anni.