Nella seconda puntata di questo approfondimento tecnico sulle batterie l’ing.Milani prende in esame i limiti fisici della ricarica. Spiegando il concetto di C-rate, e perchè nessuna cella, con le chimiche disponibili, possa sopportare le potenze teoricamente necessarie a “fare il pieno” in 5 minuti.
di Vittorio Milani∗
Caricare una batteria come se fosse un serbatoio di benzina, sarà possibile? La ricarica super-veloce è come la ricerca nel Sacro Graal. Si migliora sempre, ma non si può andare contro le leggi della fisica e della chimica.
La cella e la sua velocità: il C-rate
Abbiamo visto nell’articolo precedente i concetti di base relativi alla cella elettrochimica, e come le celle possono essere connesse per creare una batteria. Riprendiamo il discorso ricordando la grandezza fondamentale che caratterizza una cella, la sua capacità, ovvero la quantità di carica elettrica che la cella può contenere. Il suo valore si esprime indirettamente indicando l’intensità di corrente che la cella è in grado di fornire mediamente nel tempo di un’ora:
Data una cella con una certa capacità, viene spontaneo chiedersi quanto tempo sia necessario per ricaricarla. La risposta si nasconde in un indicatore, che si chiama C-rate, poco conosciuto, che indica proprio la velocità di carica/scarica di una cella e che dipende (principalmente) dalla sua specifica tecnologia. Il C-rate è un numero seguito una “C”. Sembra un po’ criptico, ma un esempio chiarisce meglio di molte parole. Prendiamo una cella come quella della figura sotto e leggiamo le indicazioni sull’involucro:
2600 mAh: indica la capacità elettrica: questo significa che la cella è in grado fornire una corrente media di 2600 mA (ovvero 2,6 ampere) per un un’ora. Se non è specificato nulla, come nel nostro esempio, è sottointeso che il C-rate valga 1C, cioè che la cella è concepita per trasferire una quantità di 2600 mAh di carica elettrica proprio in un’ora senza effetti negativi.
Se ci fosse stato scritto 2C avrebbe significato una scarica a 5200 mAh (il doppio), nel tempo di 1/2 ora, quindi due volte più veloce; 3C una corrente di 7220 mAh in 1/3 ore (venti minuti) cioè tre volte più veloce, e così via. Tutto ciò vale anche per le velocità più lente: ad esempio 0,3C (con un numero minore di uno) significa scaricare la cella con una corrente di 2600/3 = 866 mAh in 1/0,3 ore, cioè oltre tre ore. Questa tabella chiarisce tutto:
Nell’immagine sotto abbiamo un caso particolare relativo ad una cella concepita per reggere correnti molto intense, infatti troviamo scritto 20C. Si tratta, in realtà, di un valore altissimo che riguarda batterie speciali che devono fornire grandi quantità di corrente per un tempo breve (come nel caricatore che usa l’elettrauto per far rinvenire la classica batteria 12V “morta” che ci ha lasciato a piedi).
Normalmente il C-rate nominale non è riportato per varie ragioni. Una di queste è che il C-rate reale è un dato molto ballerino (come sempre in questo campo, non siamo nella meccanica!) perché dipende molto dalle condizioni operative. Tuttavia, è un indicatore molto utile per dare una base di riferimento. Vedremo esempi più avanti. Il C-rate delle celle agli ioni di litio in commercio variano tra 1C e 2C, con alcuni casi che arrivano a 3C.
Ma noi vogliamo la ricarica più veloce!
Certo, il desiderio più sentito è quello di fare, quando serve, ricariche il più possibile veloci; quindi, non ci accontentiamo di un C-rate di 1C che equivale ad un’ora. Cosa succede se cerchiamo, per velocizzare le cose, di caricare una batteria con un C-rate alto o molto alto (che vuol dire “spingere” corrente più elevata nella cella)?
La risposta è: dipende. Se si esagera con l’intensità per un tempo prolungato sicuramente si danneggerà la batteria per il surriscaldamento. Se invece si utilizza un C-rate elevato ma non in modo esagerato e per periodi di tempo controllati, si possono avere due effetti collaterali: il primo è una riduzione più o meno accentuata delle prestazioni della batteria nel lungo periodo. Il secondo è l’effetto indesiderato di non riuscire a sfruttare interamente la capacità della batteria.
Per capire quest’ultima affermazione vediamo cosa succede ad una batteria che viene scaricata a diversi C-rate (ma vale anche per la ricarica) aiutandoci con il grafico sotto.
L’asse orizzontale rappresenta il livello di scarica (100% vuol dire vuoto). Sono mostrate tre scariche complete usando tre intensità di corrente diverse (corrente bassa a 0,3C, normale a 1C, intensa a 2C). Ovviamente il tempo si riduce in proporzione, come abbiamo visto: 0.3C significa tre ore, 1C un’ora, 2C mezz’ora. Ma osserviamo come si comporta la tensione V: si vede che più aumenta la corrente (cioè la velocità di scarica) più la tensione si mantiene bassa.
Questo significa che la curva della scarica ha seguito “percorsi” differenti per quanto riguarda la tensione. In altre parole, aumentando il C-rate la tensione V resta sempre più bassa; e dato che la potenza, cioè al secondo, vale P=V*I, alla fine l’energia totale trasferita sarà minore. Tutto ciò vale anche per la ricarica, basta leggere il grafico da destra a sinistra.
Quindi, in conclusione: se si forza corrente maggiore di quella prevista (1C) si guadagna tempo ma alla fine l’energia traferita sarà minore di quella nominale.
In pratica, per andare più veloci abbiamo perso per strada una quota di energia, che è la cosa che ci interessa di più. Si conferma che la batteria, come contenitore di energia, non è una tanica rigida, come avevamo già detto nel precedente articolo, piuttosto un contenitore flessibile.
L’arte della ricarica: una faccenda non banale
Veniamo al cuore della faccenda, come avviene la ricarica. Il caricatore è un dispositivo fondamentale. La batteria gli deve tutto. È lui che si “carica” sulle spalle un lavoro di enorme responsabilità: riempire di elettroni ognuna delle delicate celle del pacco batteria cercando di rispettare la suscettibilità delle stesse, che non amano essere maltrattate. Vediamo come opera l’algoritmo di un caricatore-tipo osservando il grafico che mostra le fasi della ricarica nel ciclo di una singola cella agli ioni di litio, tenendo presente che, a seconda della logica applicata dallo specifico caricatore, possono esserci differenze anche significative.
Le linee del grafico rappresentano:
VCELL (verde) è la tensione della cella; ICH (blu) è la corrente di carica; T (rossa) è la temperatura. L’asse orizzontale rappresenta il tempo.
L’algoritmo di carica segue tre fasi distinte:
Fase 1: La prima fase è detta “trickle charge” e serve in realtà per far “rinvenire” una cella molto scarica, con una tensione precipitata verso i 2 volt. Fino a quando la tensione si mantiene al di sotto dei 2.8V la cella è caricata con una corrente costante a bassissima intensità, intorno a 0.1C. Evidentemente non è una cosa furba arrivare a scaricare a tal punto la batteria, e infatti il sistema di gestione della batteria (BMS) normalmente lo impedisce.
Fase 2: detta ” fast charge” è la fase di carica più efficace. La cella è caricata a corrente costante con il valore massimo di 1C o anche più per un tempo limitato (vedremo esempi reali più avanti). La tensione cresce lentamente fino ai 4,2 V mentre la batteria si ricarica arrivando all’80-90% di carica. Raggiunto tale valore il caricatore interrompe la fase 2 e attiva la fase 3.
Fase 3: La terza fase detta ” costant voltage charge”. La cella, come detto, è ormai quasi piena. L’algoritmo a questo punto mantiene costante la tensione a 4,2 V e lascia che la cella assorba fino all’ultima goccia di carica elettrica. In questa fase è la cella che stabilisce l’intensità di corrente, che inizia a scendere progressivamente (e con essa l’energia trasferita) fino a livelli talmente bassi che l’algoritmo decide di porre fine a questa sorta di agonia.
È l’energia, quella che ci interessa veramente
Nel descrivere come avviene la ricarica abbiamo sempre parlato di corrente e tensione. E l’energia? Sappiamo che la potenza (che è la misura dell’energia trasferita al secondo) vale:
P = V * I
e che l’energia non è altro che la potenza per il tempo:
E = P * t
Si vede chiaramente che durante la fase 2, dove sono alte sia la tensione sia la corrente, la potenza di ricarica (V * I) è massima; è in questo intervallo di tempo che avviene il massimo trasferimento di energia.
La ricarica in 5 minuti: possibilià o vana speranza?
Sarebbe bello, ma andiamo con ordine. Abbiamo visto nella la prima parte che la batteria è un insieme di celle collegate in un certo modo. Quindi dobbiamo guardare a quello che succede a livello della singola cella per capire se può essere ragionevole pensare che da un momento all’altro qualcuno inventi e metta sul mercato una cella che può essere “ricaricata” in cinque minuti con caratteristiche adatte per l’autotrazione.
Una cella elettrochimica non è paragonabile a una bottiglietta che basta riempire sotto pressione per ottenere un riempimento veloce. Il funzionamento della cella si basa su processi chimico-fisici che richiedono tempi “fisiologici” per compiersi. Il vero limite è la quantità di potenza che la singola cella è in grado di sopportare, e che dipende (oltre che dalla dimensione) dalla sua tecnologia, pena la distruzione della cella stessa. Oggi le tecnologie disponibili adatte per l’autotrazione non permettono di ricaricare una cella in cinque minuti. Ma la ricerca continua, stiamo assistendo a continui miglioramenti e credo che siamo ancora lontani dai limiti oltre i quali i guadagni saranno talmente marginali da “pensare a qualcos’altro”.
Mi si permetta una annotazione a margine. Quando si parla di BEV il termine “ricarica” è un concetto forzato; abbiamo visto l’andamento della ricarica che non è un tubo infilato in un serbatoio ma qualcosa di molto più complesso. Usare l’espressione ricaricare dal 20 % all’80 o dal 10% al 90%, andrebbe già meglio. Ma purtroppo ognuno si esprime come ritiene quando ci si inoltra sul terreno minato del tempo di “ricarica”, e a seconda dell’ideologia personale in tema di BEV sentiamo dire che ci vuole “ben” oppure “solo”. Ma questa è un’altra storia.
Nota: esiste una tecnologia che permette di immagazzinare e prelevare energia elettrica in tempi rapidissimi: quella dei supercapacitori (che non usano le “lente” reazioni chimiche ma si basano su proprietà elettrostatiche). Purtroppo presentano limiti importanti di capacità (e attualmente anche di costi). Si prevede che si utilizzeranno sulle BEV più prestazionali (e costose) in accoppiata con le tradizionali batterie in modo da sollevare quest’ultime dallo stress di fornire energie elevate per tempi brevi (ad esempio nelle grosse accelerazioni o nelle frenate decise.
Quando serve, e quando no, la ricarica HPC
Quanto detto ha ripercussioni dirette in tema di ricariche veloci, e vediamo subito perché il matrimonio tra una batteria di 50 kWh e un corpulento caricatore HPC da 350 kW non sa da fare (e perché si deve accontentare in onesto caricatore veloce da 100 kW).
Ad un ritmo 1C, quello che prendiamo come riferimento, ci vorrebbe, per definizione, un’ora. Questo sarebbe piuttosto deludente. Ma nelle ricariche veloci si forzano un po’ le cose, e questo spiega perché è sconsigliabile ricaricare sempre con questa modalità.
Navigando per il web ho cercato di capire quale fosse la velocità di ricarica in modalità ultra-veloce per i vari modelli sul mercato. La media che ho riscontrato è intorno a 1,7C, cioè circa 35 minuti. In realtà si riscontra molta variabilità, si va da poco più di 1 fino al notevole 3 di un recente modello coreano (Hyundai Ioniq 5, tanto per non fare nomi). Noi, a scopo didattico, prendiamo questo valore medio di 1,7. Facciamo due esempi per chiarire bene il significato pratico.
Esempio 1– Abbiamo una batteria di 50 kWh; per ricaricarla dal 10% all’90% bisogna immettere 40 kWh. Al ritmo 1,7C si caricano in 1/1,7 = 0,588 ore, ovvero 35,3 minuti. La potenza media di ricarica risulta i 40 / 0,588 = 68 Kw. Quindi la nostra “piccola” BEV di un super caricatore HPC da 350 kW non se fa niente.
Esempio 2 -Abbiamo un’auto con batteria da 100 kWh. Dal punto di vista del tempo di ricarica non cambia nulla rispetto alla batteria più piccola, a 1,7C, il tempo resta sempre di 35,3 minuti. Quello che cambia è la quantità di energia totale caricata, perché la potenza media di ricarica risulta di 80 / 0,588 = 136 Kw). Un questo caso un caricatore di 200-250 kW è quindi necessario.
Ripetiamo che questi sono valori indicativi a scopo didattico. Ma vediamo in dettaglio una curva di ricarica vera, come quella mostrata nella figura seguente, che si riferisce ad una Tesla da 75 kWh presso un super-charger V3 in grado di fornire 250 kW. Le ho riprese navigando sui siti specializzati, ovviamente possono variare significativamente. È possibile trovare in rete molte analisi di appassionati del settore (non solo riguardanti Tesla).
Osservando il grafico si vede che effettivamente i 250 kW sono raggiunti, ma mantenuti solo per poco tempo. Poi la potenza scende repentinamente, e successivamente più dolcemente nel lungo tratto finale. Come interpretiamo tutto ciò? Appare evidente che sono le celle delle batterie a imporre il loro gioco (torniamo alle celle!) perché evidentemente non sono in grado di reggere potenze intense per molto tempo.
Se vogliamo vederla in termini di C-rate, osserviamo il grafico, che ricalca ovviamente quanto visto prima:
Si vede anche a occhio: dopo un breve picco che supera 3C, il valore medio del C-rate tra 10 e 80% si attesta intorno al valore che avevamo ipotizzato di 1,7C. Anche il “teslaro” più accanito deve arrendersi alla chimica delle celle agli ioni di litio, quantomeno nella versione tecnologica utilizzata. Resta il fatto che questo andamento ci fornisce una indicazione pratica: per risparmiare tempo conviene fare rabbocchi più frequenti e veloci quando la batteria si trova tra il 10 il 40% di ricarica piuttosto che quando è vicina allo zero, o, all’opposto, quando è ancora molto carica.
In conclusione, possiamo dire che allo stato attuale pensare riempire da 10 al 90% in 5 minuti sia ancora un miraggio per i limiti fisico-chimici delle celle; ma il fatto che ci siano già oggi auto che riescono farlo in meno di 20 minuti fanno pensare che forse ci si possa avvicinare in tempi non lontanissimi.
Con le termice non c’è gara. A meno che…
I meno giovani si ricorderanno quella pubblicità: “Non ci vuole un pennello grande, ma un grande pennello!”. Giocando con quello slogan diciamo che, nel caso della ricarica delle batterie, funziona così: per avere una grande ricarica ci vuole una grande batteria.
Se proprio vogliamo, anche con le attuali batterie è possibile teoricamente fare una “ricarica” in 5 minuti. Ma servirebbe tanta roba. Facciamo un esempio “per assurdo” per capirci. Supponiamo che, nello spirito di rivaleggiare con i motori termici, vogliamo poter ripristinare 500 km di autonomia autostradale in 5 minuti. Facciamo due calcoli. Con un consumo ipotetico di 20 kWh / 100km dovremmo imbarcare 100 kWh per avere i nostri 500 km di autonomia autostradale. Per prima cosa chiediamoci che potenza dovrebbe avere il caricatore esterno. Cinque minuti in ore sono 5 /60 = 0,083 ore; quindi, basta dividere 100 kWh per 0,083 e risulta 1200 kW di potenza. Non male, però tecnicamente non impossibile.
Ma veniamo alla batteria. Dal punto di vista della singola cella, 5 minuti significano caricare a velocità 12C (infatti 1 / 12 fa 0,083 ore, cioè 5 minuti. È un flusso di corrente impossibile da sostenere con le attuali tecnologie. Supponiamo che il massimo accettabile sia 3C. Ci sarebbe una soluzione: distribuire questa corrente destinata ad una cella in 4 celle in modo che ognuna riceva un quarto della corrente. Quindi alla fine dei cinque minuti le 4 celle saranno riempite solo a un quarto della loro capacità massima. Ma se uso quattro celle riempite per un quarto anziché una riempita per intero, per avere la capacità iniziale devo moltiplicare la dimensione della batteria per quattro. Il risultato è che la batteria da 100 kWh diventerebbe di 400 kWh, con un peso di circa 2,5 tonnellate, piuttosto improponibile anche per un grosso SUV!
In attesa di una nuova chimica che faccia fare clamorosi passi avanti dobbiamo rassegnarci: per avere una ricarica grande ci vorrebbe una grande batteria. Ma forse conviene riflettere sul concetto “di fare il pieno”, lascito di un paradigma mentale che deriva dalle auto termiche, che sarebbe meglio abbandonare una volta per tutte. Nessuno parla di “fare il pieno” a proposito di uno smartphone, chissà perché.
Gli 800 volt un mito senza senso: comanda la cella
Ci cascano in tanti. L’auto elettrica a 800 volt, che meraviglia, metà dei problemi risolti! Complice la relazione della potenza P = V * I, si pensa che alzando la tensione (e quindi abbassando la corrente a parità di potenza) si risolvano tutti i problemi. È vero, un sistema a 800 V offre diversi vantaggi e permette di ridurre la dispersione termica grazie alle correnti minori, risparmiando sulla sezione dei cavi; non è un caso che gli elettrodotti delle dorsali nazionali trasportano energia ad un ad una tensione di centinaia di migliaia di volt.
Questo ragionamento, per una deduzione del tutto fallace, spesso viene estesa al concetto della ricarica: si pensa che con 800 volt si può ricaricare il doppio più veloce rispetto ai 400 volt. Questo è FALSO!
In realtà, se abbiamo compreso quanto fin qui quanto spiegato su come funzionano le cose dentro una batteria, ci rendiamo conto che a una singola cella non interessa nulla di come e quanta energia si pompa dall’esterno nel pacco batteria.
La tensione di sistema può essere di un milione di volt, ma la singola cella lavora sempre tra i 2,8 e i 4,2 volt durante tutta la carica. E la corrente deve rimanere entro certi limiti, altrimenti si distrugge tutto (lo abbiamo visto bene nei grafici dell’andamento della ricarica). Il fatto che si carichi a 800 V dall’esterno non interessa minimamente alla singola cella. La tensione di ricarica, qualunque essa sia, viene ridotta, attraverso il collegamento in serie di un numero di celle adeguato, ai valori di tensione nominale della cella, cioè 3,7 V.
I vantaggi degli 800 volt al momento non sembrano giustificare in modo netto le complicazioni e costi derivanti da impianti più complessi da gestire (si pensi alla necessità di neutralizzazione del rischio di folgorazioni). In ogni caso è comunque probabile che ci si sposti sugli 800 V. Anche perché eventuali mezzi pesanti elettrici, con le loro grandi batterie, richiederanno potenze di ricarica poderose per ricaricarsi in tempi ragionevoli; allora una stazione HPC a 800 V, o anche più, avrà senso. Per ora non ce l’ha, e se nemmeno uno che se ne intende (Tesla) fino ad oggi non vi ha fatto ricorso, un motivo ci sarà. Vedremo.
∗Ingegnere, già dirigente d’azienda in ambito multinazionale automotive e non solo, ora consulente aziendale. Appassionato della prima ora ai temi della mobilità elettrica e della transizione energetica, ultimamente si cimenta come divulgatore per le cose che un po’ conosce. Crede nella tecnologia perché non crederci è peggio.
Riassunto:
- Per misurare la velocità carica/scarica di una cella si usa il C-rate: 1C significa che è richiesta un’ora, 2C mezzora, ecc..
- Caricando una batteria velocemente si trasferisce meno energia, se si esagera si danneggia la batteria
- Il caricatore è un dispositivo che regola istante per istante la tensione e corrente in moda da trasferire il massimo dell’energia senza danneggiare le celle. Nella fase iniziale, con la batteria scarica ma non a zero, la potenza trasferita è massima.
- La formula della potenza P è : P = V * I (V = tensione, I = intensità della corrente)
- Allo stato attuale delle tecnologie le ricariche più veloci da 10 a 90 % richiedono meno di venti minuti
- Ipotizzare una ricarica con tempi simili a quelli di un’auto termica è al momento irrealistico; si potrebbe in via del tutto teorica usando batterie gigantesche e stazioni di ricarica con potenze altissime.
- Le auto elettriche a 800 V offrono vantaggi in termini di riduzione del peso dei cavi perché riducono la corrente, ma non cambiano nulla per quanto riguarda i tempi di ricarica per la tensione di lavoro di una cella è di 3,7 V e non ha relazione con la tensione del sistema esterno.
Interessante l’articolo, ma lascia non trattati alcuni particolari molto importanti:
1) Il pacco batterie è formato da una serie di elementi non esattamente uguali come capacità e resistenza interna. A ciò supplice il Battery Management System che impedisce una sovraccarica dell’elemento con capacità minore dissipando o trasferendo ad altri elementi la corrente di carica in eccesso. Con una carica rapida questo lavoro diventa difficilmente realizzabile.
2) Resistenza interna del singolo elemento, che anche se basso, con correnti elevate porta ad una dissipazione per effetto Joule notevole : 1mOhm con 500 A -> 250W sul singolo elemento, molto difficile da dissipare specie se considera la molteplicità degli elementi.
Ho avuto un’esperienza significativa con un autobus urbano, dove tramite supercapacitori al Litio ,si doveva recuperare l’energia in frenata per fornirla alla ripartenza. La soluzione per la dissipazione termica non è stata una passeggiata.
Anche da parte della rete elettrica sorgono problemi. L’utente viene alimentato tramite una centralino di trasformazione, che deve anche stabilizzare la tensione nonostante queste violente variazioni del carico assorbito dall’utenza. Il tipico regolatore elettromeccanico non riesce ad seguire variazioni così repentine. Abbiamo sviluppato per questo tipo di utenti un “buffer” formato da un armadio di supercapacitori al Litio che, all’inizio della ricarica rapida, fornisce inizialmente il picco dell’energia richiesta, riducendo poi la corrente fornita gradualmente, permettendo al regolatore sul trasformatore della centralina di svolgere la sua funzione con i tempi suoi propri. Lo stesso armadio veniva utilizzato per la compensazione dell’energia reattiva presente sulla rete.
Disponibile a fornire approfondimenti a chi interessato all’argomento.
Subito un articolo sui supercapacitori al litio allora! 😃
Da notare la curva di scarica sul rendimento o meglio sulla erogazione della potenza del motore.
Immaginiamo un motore elettrico alimentato da 100 celle in serie. Ogni cella alla massima carica esprimae 4.2volt.
In pratica avremo 420volt per alimentare il nostro motore.
Quindi quando le batterie saranno cariche il motore esprimerà la sua massima potenza, cioè il suo numeri di giri più elevato.
Mano a mano che la batteria perde energia, cioè si scarica,la tensione ai suoi capi diminuisce.
Il valore tipico che preserva una cella di questo tipo è di 3.0:volt.
Sotto questo valore non è conveniente andarci, anche se sono possibili scariche fino a 2.5volt senza danneggiamenti apprezzabili.
Quindi una cella a 3.0volt non è ancora del tutto scarica,ma la differenza di tensione è di 1,2volt inferiore rispetto alla massima carica.
Per 100 celle significa 300volt, contri i 420volt a piena carica.
Il motore quindi erogherà meno potenza, cioè meno RPM.
Da qui si riflette che il motore elettrico è più potente quando il serbatoio è carico e meno potente mentre si scarica.
I motore elettrico ha un coefficiente chiamato Kv, che esprime il numero di giri ad ogni volt applicato.
La potenza invece dipende dal prodotto di Copoia per RPM. (Oltre ad un valore fisso di 6.28).
Di fatto se scendeno i volt,scendono gli RPM e di conseguenza la potenza erogata.
Infatti l’Aborth 500e dichiara che la sua accelerazione diminuisce non appena la batteria scende sotto il 90% …
non proprio
la tecnologia delle BEV è un po’ più raffinata
hai descritto un motore in corrente continua direttamente collegato a una batteria, praticamente come i giocattoli o forse i muletti da magazzino
Su un auto BEV hai un motore trifase, con un inverter e un software a modulare voltaggio e corrente in uscita dalla batteria
– la velocità massima (= i giri del motore) è autolimitata a un valore inferiore del massimo possibile, ad es. a 200.kmh invece di arrivare a 240.kmh; già per questo in generale i giri massimi (la velocità) non risente del livello di carica della batteria
– anche la potenza erogata dalla batteria può essere limitata artificialmente a un valore inferiore del massimo; in base a questa impostazione la differenza di potenza erogabile tra massima carica e minima è piccola, volendo anche assente
– l’inverter modula la potenza erogata entro valori preimpostati, appunto magari inferiori al valore massimo teorico fornibile dalla batteria
– può esserci una piccola differenza di “accelerazione” tra batteria all’90% (mi pare considerato più ottimale rispetto a 100%, forse vaiano gli ampere massimi) e batteria al 20%, ma non decade vistosamente come nei giochi a batteria
– persino nel caso della 500e, che magari deve spremere la batteria al massimo senza margini di compensazione, la differenza di accelerazione tra batteria molto carica e meno carica è piccola, ricordo una spiegazione in merito, ma i giornalisti per denigrarla si sono accaniti..hanno ingigantito un effetto piccolo senza quantificarlo..diciamo una mezza bufala
Teoricamente non basterebbe fare una batteria di celle molto piccole, con un circuito di ricarica dedicato, che quindi si carichino anche ad 1C in 5 minuti, ma che poi in erogazione lavorano su un secondo circuito.
Non voglio sostituirmi all’autore ma credo, correggetemi se sbaglio, che si rientri nel solito problema dell’equilibrio tra peso e potenza.
Cito il classico caso del razzo spaziale. Per portare in orbita un peso X serve una quantità di carburante, che pesa Y. Ma il carburante deve portare in orbita anche il proprio peso. Per farlo serve altro carburante, che ha a sua volta un peso.
Una batteria è composta dal suo core energetico e da tutto il “contorno” per farla funzionare.
Il tuo esempio potrebbe funzionare ma pesare uno sproposito in più, tale da giusificare invece una batteria più grande, rientrando nel caso citato da Milani di una batteria più grande e molto più pesante.
Ripeto non sono addetto ai lavori. E’ solo quanto ho capito/immaginato da quanto esposto in questi due articoli. 🙂
Non so se è off-topic, ma ci sono batterie a doppia chimica come le One Aries II e One Gemini, entrambe in fase di finalizzazione, che usano chimiche diverse proprio per trovare il giusto mix tra velocità di ricarica, autonomia, prestazioni il cui costo è in linea con le batterie oggi sul mercato.
Ringrazio come di consueto l’ingegnere per il piacevolissimo articolo.
Come ormai solito, al di là delle nozioni, risulta di facile lettura e ottima comprensione anche per uno come me che di ste cose ci capisce poco.
Approfitterei del tema per suggerirgli/chiedergli un prossimo argomento, e cioè se ci potesse raccontare qualcosa circa le c.d. batterie “al sodio” (ioni di sodio) di cui tanto si sente ma molto meno “si spiega”.
Allacciandomi subito al presente articolo, si favoleggia in maniera molto vaga che queste fin d’ora riescano a “caricare a 4C” con una certa facilità, aprendo tutta una serie di scenari (o fantascenari?) dove la densità energetica e volumetrica relativamente bassa verrebbe in qualche maniera “compensata” da mirabolanti prestazioni in fase di ricarica.
(in soldoni: devo ricaricare un po’ più spesso, ma la cosa è relativamente più rapida).
Sarebbe interessante capire cosa c’è di vero, cosa di verosimile e cosa di diversamente vero.
Sui costi di produzione e soprattutto sulla “strategicità” delle medesime per il nostro paese nutro pochi dubbi, stante l’ubiquità del sodio e la nota contingenza che una penisola, per essere tale, deve essere circondata dal mare per tre lati.
Sarei però decisamente curioso di leggere un serio supplemento di indagine in merito a tecnica e “prestazioni globali” di questi accumulatori
Quindi ringrazio in anticipo se la cosa dovesse essere presa in considerazione.
Ottima chiarezza e sintesi, grazie per la bella lettura
sono uno di quelli che faceva l’errore di pensare che gli 800V dessero in vantaggio ” 2X ” nella velocità di ricarica, ma la sua spiegazione mi ha fatto ragionare meglio
Per chiacchera, aggiungo qualche ricordo/spunto personale a tema
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Ioniq 5 / Ioniq 6 / KIA EV6 – batteria 77.kwh (ma anche Tesla)
ricarica con picco di potenza a 225 /250 Kw e curva dalla forma piena, non rallenta troppo velocemente man mano che ricarica
Ioniq 6
10 – 50% in 8 minuti
10 – 80% in 18 minuti
mi pare che già oggi ci siamo come velocità, almeno per me
più o meno le stesse alte prestazioni di ricarica/scarica che avevano già molti anni fa le batterie dei radiomodelli in scala 1:10, che però non duravano 2000 o più cicli di ricarica, l’evoluzione c’è stata
non sarebbe male vedere queste stesse specifiche impiegate anche su vetture più compatte di una Ionoq-5/6, dove però hanno più senso (auto lunghe e aerodinamiche, per chi fa spesso autostada);
se fossero batterie più piccole su un’auto compatta, da 60.kwh invece di 77.Kwh, come spiegato nell’articolo i tempi di ricarica resterebbero immutati, solo i kwh ricaricati sarebbero leggermente meno, ma pure dovrebbero muovere un’auto più piccola
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LPF a 3-C già disponibili su auto medio di gamma
nella categoria batteria LPF, che hanno tanti pregi e si stanno diffondendo, un caso di batteria “veloce” è quello delle Model Y RWD (modello base) con batterie LPF da circa 57.kwh netti (CATL, e ancora un filo meglio come velocità le BYD BLade montate a Berlino)
a batteria da 57.kwh LPF inzia la ricarica a 170.kw, cioè nella fase iniziale è a 3-C (poi il rate scende e il C-medio è più basso)
Model Y RWD – LPD Blade 59.kwh 2023
10-50% 9:50 minuti
10-80% 20:40 minuti
non male anche le LPF di Tesla-Catl già nel 2021
Model 3 – fine 2021 – LPF 55.kwh
10-50% 11:25 minuti
10-80% 24:48 minuti
tenendo presente l’avvertenza dell’articolo, che i tempi possono variare in base a vari fattori (es.temperature e/o precondizionamento, una delle caratteristiche delle Tesla)
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10-C in formula E
a memoria ricordo una intervista ad una ricercatrice italiana, insieme ad Armaroli, in cui citavano che le batterie usate in Formula-E che si ricaricano in frenata sono concepite per lavorare a 10-C, ovviamente al prezzo di un maggior costo e probabilmente una durata limitata
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NMC 9-0,5-0,5 drogate al Niobio “super-condensatori”
mi ero imbattuto in una ricerca su batterie NMC 9.5.5 ( catodo 9 parti di Nichel + 0,5 parti Cobalto + 0,5 parti di Manganese) drogate (nella grafite dell’anodo) con piccole quantite di Niobio
https: //youtu.be/cTARoO6XUJY?t=1203
link ad una conferenza tecnica, ho messo una spaziatura per non far partire il video in automatico, ma basta togliere gli spazi
a differenza del drogaggio al silicio che di solito si dice aumenta le prestazioni in ricarica ma accorcia leggeremente i cicli di vita potenziali, la formulazione al Niobio le rende più stabili, molto più stabili, quasi prive anche del famoso più rapido piccolo degrado inizlale di pochi punti percentuali che avviene di solito nei primi cicli e poi ancora un po’ nei primi mesi di “rodaggio”, per poi passare ad un tasso di degrado molto più lento nell’uso e negli anni
questa maggiore stabilità può essere giocata per strapazzare la batteria a C maggiori, stimano (o puntano a) 6000 Cicli a 10-C
nel bestiario delle “fanta-batterie in sviluppo” di promesse mirabolanti ce ne sono a sbizzarrirsi, poi poche arrivano a confermare tutti i pregi attesi, oppure li confermano, ma hanno caratteristiche produttive che non ne permettono lo sviluppo commerciale prima o più di altri tipi
in questo caso spiegano che al momento è costoso e macchinoso il processo di drogaggio, e servirebbero investimenti e 5 anni di tempo per renderlo economico e scalabile su grande produzione; sempre se nel frattempo non arriva una nuova chimica più semplice da produrre o con maggiore densità energetica, e allora anche il promettente Niobio verrebbe accantonato
se ricordo, queta chimica con drogaggio al Niobio è già in commercio, in batterie di tagli molto piccoli per ragione di costo del processo produttivo attuale, con il nome un po’ ingannevole di “supercondensatori”, sono cosi veloci da poter essere usate (quasi) come condensatori, ma hanno più capacità, di fatto sono batterie al litio NCM
il Niobio costiccia ma relativamente, in piccole quantità non graverebbe sui costi, specie per batterie alto di gamma, il 98% viene estratto in Brasile, e si stanno aprendo miniere in Nebraska
però da l’idea del fermento nel campo, e questa sarebbe solo una “banale” evoluzione di una batteria NMC 9.5.5 (è una chimica premium, ad alta densità energetica tra quelle in uso, mi pare le usino da un paio di anni da Ford o da Gm, ora non ricordo, anche se stanno virando verso le LPF), senza neanche parlare di batterie a stato semi-solido o stato solido o chimiche del tutto diverse
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Prezzi e produzione
le ultime ricerche che si trovano nelle news parlano di un dimezzamento in pochi anni del costo attuale delle batterie; già tra 1-2 anni in Cina, forse da noi 2-3, potrebbe essere direttamente più economico produrre un’auto eletrica rispetto a una termica; comunque già lo percepiamo da tanti altri articoli e discussioni qui sul forum, il differenziale di costo produttivo tra BEV e ICE già ora è sceso e sta scendendo
se oggi una batteria NCM della ID3 da 58.kwh ha un costo commerciale di 9000e (e costo produttivo molto più basso), tra 15 ? anni, in caso di sostituzione della batteria, su un’auto per il resto ancora in buono stato, ci si può aspettare un costo inferiore, e un upgrade delle caratteristiche, questo va a migliorare ulteriormente la sfruttabilità
lo stesso discorso vale per l’impatto di Co2 ed energia necessari per costruire le batterie, è già diventato modesto (alcune tonnellate di Co2) rispetto anche solo a 3 anni fa, ed è in caduta rapida ogni anno
anche le produzione scocche delle auto hanno avuto un miglioramento dell’impatto di emisisioni e uso di energia, anche se più lento; l’energia usata sulla filiera prodittiva è sempre più pulita ogni anno e i processi produttivi efficentati; a spanne, le emissioni per produrre scocca e accessori sono circa dimezzate in 12-15 anni, e forse ora Tesla ha spinto tutti ulteriormente verso un altra accelerazione degli efficentamenti produttivi
questo rende senpre più predominanti nel calcolo sul ciclo di vita le emissioni relative all’uso su strada rispetto a quelle per la produzione, aumentando ogni anno il vantaggio anche ambientale delle trazione elettrica
anche la possibilità dopo 15 anni, per un’auto in buono stato, di sostituire solo la batteria usurata dal il passare degli anni, il cosidetto tempo di Shelf-life (mentre come cicli di vita ormai sappiamo ne hanno in abbondanza per almeno 400-500.000.km), a costi bassi per rendere l’operazione interessante su un’auto che l’auto avrà più un valore di uso che commerciale dopo tale periodo, apre scenari ulteriori interessanti
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VERSIONITE
quando si parla di batterie c’è sempre chi si lascia contagiare dalla “versionite”, voler aspettare o avere l’ultima versione migliorata di un qualcosa, per es computer o software, ma ora anche batterie per auto BEV
uno legge per es:
– in Cina su modelli premium sono già in uso pacchi batterie a stato semi-solido di We-lion con densità di 260.kwh x 100.kg, con densità di celle che arriva a 360, però appunto per ora costano cari; a fine 2022 per una di queste batterie da 150.kwh ora impiegate su vetture di NIO ( 150.kwh = praticamente come 2 batterie da 75.kwh) e 575.kg si parlava di 40.000e di costo, quasi il triplo al kwh di altre meno raffinate;
– sono “annunciate” batterie derivate da LPF con densità sino a 190.kwh x 100.kg (celle densità 240)
– Catl ha annunciato batterie LPF con ricarica 4-C (nella parte inziale della ricarica probabilmente), non si sa se con costi alto di gamma
– batterie a stato solido a densità energetica e velocità di carica ancora più alte già prototipate (ma per ora ad es. con alto costo e una durata di solo 500 cicli di carica, adatte per droni e prototipi di aerei, non ancora per le auto) annunciate per il 2027-2028, oppure direttamente altri tipi di chimiche
– nel campo dello storage statico, si attende maggiore diffusione delle già in commercio diverse formulazioni di batteria al sodio
– etc
a me sembra che in realtà a dispetto delle tante chimiche nuove previste, e degli annunci spesso leggermente ottimistici su caratteristiche e tempistica di reale diffusione commerciale a basso costo, a livello di auto aquistabile i progressi invece procedono con regolarità, persino nei salti da una chimica a una nuova, la catena produttiva e commerciale li smussa, per offrire costi più bassi
ad esempo la densità media energetica dei pacchi batteria (chimiche più usate, poi base LPF, o premium NCM) lo ho già scritto a me sembra sugli ultimi 15 anni è migliorata circa +8% all’anno
in pratica, il modello dell’anno nuovo, ma neanche di 3-4 anni dopo, non rende obsoleto il modello dell’anno precedente, che anzi continua a fare il suo dovere nella sua categoria di utilizzo
chi è già elettro-compatibile ed ha adocchiato un modello disponibile che gli piace, ha il budget e la necessità di comprare un’auto nuova/usata, in quanto la sua attuale sta dando segni di cedimento, farà i suoi personali conti
aspettando si attendono listini più bassi e batterie più rifinite, ma anche si rimando il confort e i risparmi di carburante; in caso di aspettative alte e fiducia eccessiva negli annunci prenaturi delle novità future, si rischia di attendere magari 5 anni invece di 1 o 2 come si pensava
” Versionite ”
le attuali batterie sono già diventate interessanti, e per molti lo erano già anche le batterie di 3-5 anni fa, hanno iniziato prima a godersele; a mio impressione, mantengono anche dopo anni un buon valore dell’usato in caso di passaggio ad altra BEV, se proprio tra X anni dovesse esserci un nuovo attacco di Versionite
“– Catl ha annunciato batterie LPF con ricarica 4-C (nella parte inziale della ricarica probabilmente), non si sa se con costi alto di gamma”
Eh, occhio che CATL ha anche detto 400 km in 10 minuti, quindi non è annuncite o marketing quel 4C. Ed essendo LFP non dovrebbero costare più di tanto, tra l’altro la stessa CATL ha dichiarato che sono pensate per il mass market … (chiaro che i primi ad adottarla la pagheranno di più).
In quanto alla versionite io vedo che in tanti dopo 3 anni si cambiano l’auto elettrica. A parte che questo frantuma qualunque concetto di risparmio (la persona che cerca il risparmio, anche a benzina, raramente cambia auto ogni 3 anni perché proprio i primi anni l’auto si svaluta tantissimo), mi sa che molti cambiano proprio perché l’innovazione galoppa (Tesla Model 3: efficienza e range +8%) e poi perché cominciano a temere i guasti. E’ vero che le batterie sono garantite minimo 7 anni, ma le auto no, soprattutto le tedesche …
La frase “400 km in 10 minuti” peró non specifica la taglia del pacco batterie, come correttamente indicato dall’ing. Milani, ma solo la potenza di ricarica massima. Attendiamo ulteriori info x giudicare.
Non indica neanche la potenza massima e neanche quella media (che credo sia di circa 350 kW), è solo una formula commerciale indicativa (anche perché certamente i km di range sono dipendenti dal cx, dal diametro dei cerchi, dal peso, dall’efficienza di tutto il powertrain, etc. etc.). Molto a spanne, considerando che comunque siamo davanti ad una curva di ricarica, è presumibile si faccia riferimento ad una batteria da 80 kWh circa ed è probabile che quei 400 km ricadano nella fascia 20%-80% o 10%-80%.
la Catl annunciate forse hanno l’anodo al silicio, nel caso inizialmente potrebbero essere per vetture premium (come le Mercedes), magari ci vuole un pò per vederle su altre auto,
e i 10 minuti per 400.km come spiegava l’articolo sono riferiti a una batteria grande, per vetture grandi, e alla parte inziale della ricarica, poi i km sono quelli gonfiati del ciclo di omologazione cinese; tutto vero ma un po’ studiato per fare sensazione
ragioniamo sul dato crudo, hanno un rate a 4-C
già oggi si possono comprare tante vetture, alcune anche batteria LPF, che sono 3-C nella parte inziale di ricarica:
oggi 3-C: 13 minuti per caricare tot kwh
domani 4-C: 10 minuti per caricare gli stessi kwh
– è incrementale, non è una rivoluzione, ed è solo una delle qualità/specifiche dell’auto (cì sono anche il costo, le dimensioni, l’autonomia, etc)
– “domani” è vago, non si sa quando saranno disponibili su vetture non premium e non cinesi (su auto europee medio di gamma per capirsi)
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Per la garanzia, ti cito il caso di Tesla, la garanzia copre 8 anni il power train completo, non è solo la batteria ( e se ricordo 5 anni il resto dei dettagli dell’auto), costruttori europei forse non sono cosi inclusivi, non so
Su chi rivende l’auto a 3 anni, dacapire in che proporzione siano, ci sono sempre state persone che potendo cambiavano le auto ogni pochi anni, senza statistiche non saprei
Noto un paio di circostanze storiche che fanno degli early adopters del 2018-2021 dei casi unici, e alla fine mi sembra che gli è andata piuttosto bene:
intanto il risparmio sul carburante e su bolli è forte oggi, ma lo era ancora di più sino a inizio 2022 con tariffe elettriche quasi simboliche (diciamo almeno 5000e risparmiati in 50.000.km rispetto a un benzina?) se fai un po’ di strada all’anno ti “ripaghi” velocemente una parte della svalutazione
poi in questi anni c’è stato un andamento dell’inflazione (cresciuta) e degli incentivi (scesi) particolare negli anni di pandemia e crisi energetica; in pratica ancora per poco è possibile rivendere un’auto del 2018-2019-2020-2021 usata a un prezzo forse pari o superiore al prezzo di aquisto passato, questa stranezza storica ha “frantumato” il concetto di svalutazione
poi distinguerei tra Tesla e Kia ( e magari anche la Renault Zoe ), che erano vetture già rodate anche anni fa (per Tesla diciamo che già dal 2015 erano già abbastanza rodate), e vetture europe di “prima generazione”, che lo erano non ptanto per le batterie, che le compravano fatte da altri e hanno un andamento di miglioramento abbastanza regolare già da 15 anni, ma per tutto il resto, qualche mancanza queste vetture effettivamente la avevano rispetto alle attuali
ad oggi secondo me tutte, anche le europee, non hanno più troppe mancanze, le europee hanno problemi di costo ma tutto il resto è già almeno di seconda o terza generazione,
ormai mi aspetto anche per loro gli incrementi di qualità generale e specifiche più regolari e sfumati negli anni, come già facevano Tesla e Kia, e come già facevano le batterie
e ci sta, immagino che qualcuno che ha aquistato qualche anno fa auto europee di prima generazione possa essere tentato dal monetizzare il suo usato in un momento in cui è supervalutato dalla congiuntura, per passare a una generazione più rodata, oppure cambiare brand, magari una Tesla stessa, è una versionite più comprensibile, ma anche un po’ caso storico particolare, non ne faccio un discorso nero/bianco tagliato con l’accetta
più che altro sino all’arrivo di auto che volano e decollano in verticale non mi aspetto altri simili “strappi”, ormai gli “early adopters” per me sono già alle spalle, ora si comprano prodotti maturi ( a parte chi riesce/vuole a venderli più o meno cari, o non caccia fuori le utilitarie, ma è un problema commerciale, non più tecnico)
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Per assurdo, se invece delle europee con piattaforma a skateboard di prima generazione, consideriamo le europee ancora più vecchie, ricavate cacciando sotto ai sedili buone batterie comprate da koreani e cinesi, ma che nel loro genere erano vetture già rodate, di seconda o terza generazione, come le vecchie E-up, queste stanno invecchiando benissimo, chi le ha se le tiene strette anche se al momento potrebbe specularci rivendendole, fanno bene il loro compito e sono ancora molto competitive anche oggi
CATL si prepara ad inondare il mercato con le sue batterie, solo qui in Europa ha già 2 fabbriche (una già pronta) dove verranno prodotte, proprio le LFP con ricarica di 400 km in 10 minuti. Poi i produttori hanno già i loro accordi quindi per i veicoli prossimi al debutto credo che sia siano già legati ad altri contratti ma per i veicoli di nuova progettazione credo che in molti busseranno alla porta di CATL per quelle batterie.
La versionite che affligge le elettriche secondo me è diversa da quella delle termiche ed è più per avere sempre l’ultimo modello disponibile. Sì, è vero che questo vale anche per le termiche (per qualcuno), ma con l’elettrico l’auto è diventata un giocattolo tecnologico e quindi avere l’ultimo firmware, l’ultima novità, con la telecamerina così, con la nuova autonomia, con la nuova efficienza etc. ho notato che è più comune che con le auto termiche. Non è una questione di difetti di prima o seconda serie, è proprio ansia da ultima versione. Statisticamente parlando tra gli youtuber più famosi la percentuale di chi a 3 anni ha fatto il cambio della sua elettrica è superiore a quella che invece si è tenuta l’auto. La “rivalutazione” dell’usato in realtà non c’è, non c’è un sol modello che ha acquistato valore da usato (a differenza delle auto a benzina), invece è vero che grazie ai generosi incentivi statali per qualcuno è stato possibile rientrare della differenza versata o anche ottenere un piccolo guadagno.
Bellissimo articolo. Interessantissimo.
Mi restano dei dubbi sul finale a 800V ma altri hanno già posto le domande quindi spero in qualche risposta interessante. 🙂
Grazie a Ing. Milani e alla redazione.
Credo che dubbi non ce ne siano, la spiegazione dell’ingegnere é fin troppo esaustiva e chiara.
Fabio scusa la risposta scortese ma non sei tu a decidere in merito ai miei dubbi. 🙂
Tu quando studi e impari qualcosa di nuovo non hai mai dubbi? Capisci al volo ogni singolo passaggio di ogni singola spiegazione? Mi fa piacere per te. Io se qualcosa non è chiaro (per la mia capacità di comprenderlo) mi pongo delle domande per riuscire a capirlo.
Ed è quello che ho espresso sopra. Non nego quanto esposto dall’esperto. Ma mi restano domande che qualcun altro ha già fatto e sono curioso di leggere le risposte.
Ottimo articolo!
L’architettura a 800 V delle batterie non è un vantaggio perché la potenza ricevuta dalla batteria è maggiore. Lo è perché è maggiore la potenza erogabile dal caricabatteria. Consideriamo una HPC a 350 kW. La corrente massima erogata è 500 A e la potenza di 350 kW è raggiunta alla tensione di 700 V, 500 A x 700 V = 350 kW. A tensioni maggiori la corrente diminuisce e la potenza rimane costante. Se la mia batteria è a 400 V la potenza massima che l’HPC può erogare è 200 kW, 500 A x 400V = 200 kW. Quindi la mia auto con batteria con architettura a 400 V, a parità di caratteristiche, potrebbe caricarsi a 350 kW come quella del più fortunato possessore di un’auto con batteria a 800 V , ma l’HPC più di 200 kW non può erogare. Infatti le auto con batteria a 800 V caricano a potenze molto più elevate in quanto sono in grado di ricevere potenze maggiori dal caricatore.
Buongiorno Luca. Le auto con batteria a 800 V caricano a potenze più elevate in quanto tipicamente hanno batterie più grandi. Il collo di bottiglia per la potenza di ricarica (e quindi del tempo di ricarica) è rappresentato dalla potenza che una SINGOLA cella è in grado di accettare date le sue caratteristiche fisiche. Non si può costringere una cella ad accettare più potenza solo perché il caricatore, o il sistema della stessa BEV, lavorano a 400V piuttosto che 800V o a 1600V ! I vantaggi di una tensione maggiore dei classici 400 V valgono solo per tutto ciò che è ESTERNO al battery-pack, all’interno comanda la cella. Quindi, a parità di tipo di cella, se un battery-pack contiene un numero doppio di celle potrà caricare a potenza doppia (ovviamente il caricatore dovrà avere in ogni caso potenza sufficiente per mandare al limite tutte le celle, altrimenti diventerebbe lui il collo di bottiglia, come potrebbe accadere per i grandi truck elettrici in arrivo che avranno batterie di oltre 500 kWh).
Buongiorno a te Vittorio. Io voglio realizzare una batteria utilizzando certe celle. posso collegare queste celle in serie e in parallelo in vari modi ottenendo una batteria da 400 V o da 800 V. Le due batterie sono formate esattamente dalle stesse celle e hanno le stesse prestazioni. Quindi possono essere caricate con la stessa potenza. Quello che cambia è la prestazione del caricatore HPC che uso. Un HPC da 350 kW eroga questa potenza a tensioni superiori a 700 V, un HPC da 400 kW eroga 400 kW a tensioni superiori a 800 V.
Supponiamo che le mie due batterie a 400 V e 800 V, formate dalle stesse celle, possano essere caricate con una potenza di 400 kW. La batteria a 800 V la potrò effettivamente caricare a 400 kW con un HPC da 400 kW, mentre la batteria da 400 V la potrò caricare solo a 200 kW, 500 A x 400 V = 200kW. In definitiva tra l’architettura della batteria a 400 V o a 800 V non cambia la prestazione della batteria, ma è diversa la prestazione del caricatore. Se ho una batteria che può accettare in ricarica potenze non superiori a 200 kW che essa sia a 400 o 800 V non fa differenza. Se ho una batteria che può accettare potenze maggiori di 200 kW allora deve essere necessariamente a 800 V altrimenti il caricatore HPC non potrebbe erogare queste potenze.
tra i vari conduttori che giovano degli 800V
il cavo stesso della colonnina fast, salendo verso potenze di erogazione importanti ( sopra 400.kw ?) a 800 Volt, dimezzando gli ampere, può essere meno massiccio e/o scaldarsi meno
leggevo che il cavo di una colonnina fast se non ben dimensoonato durante un ricarica molto rapida potrebbe sottrarre sino a 1% dell’energia scaldandosi troppo per resistenza elettrica, e che alcuni sarebbero raffreddati a liquido nell’intecapedine del tubo flessibile ?
Credo chw per il surriscaldamento del cavo sia cosí, il riscaldamento credo sia inevitabile. Il raffreddamento serve solo a non far scaldare troppo il cavo ed il connettore. Con una resistenza di 0,1 Ohm sul cavo a 500 ampere avremmo una caduta di tensione di 50 volt, che equivarrebbe a 2.5 Kw di perdita. Se calcoliamo 0.01 Ohm avremo la perdita di 250 W, indipendentement dal voltggio del caricatore.
Ho sbagliato i calcoli, la pessima cifra è25 KW, la seconda 2,5 KW. Sorry!
Però come si legge nell’articolo la tecnologia è in evoluzione! Quello che ora sembra improbabile in seguito si potrebbe concretizzare. E poi anche già ora, in 5 minuti si può immagazzinare autonomia per centinaia di km, il ché poi è quello conta!
Mi riservo di rileggerlo con calma ma al momento, su 2 piedi, segnalo 2 inesattezze. Auto con batterie con ricarica 4c sono regolarmente in vendita, non sono annunci. Ad esempio Zeekr 001 con batteria Qilin CATL da 140 kWh Non è esatto che Tesla non adotta l’architettura a 800 v visto che la adotta il Tesla Semi e potrebbe adottarla anche il cybertruck (si aspettano le specifiche definitive). Inoltre i supercharger Tesla V4 supporta i 1000 volt e potenze fino a oltre 600 kW (anche se al momento sono autolimitate a 350 kW). Senza considerare le batterie a stato solido con promettono 100 km di ricarica in 2 minuti che scritto così non significa niente ma che sottintende un valore superiore a 4c, probabilmente 5c.
Inoltre se nel 2023 abbiamo batterie 4c (tra parentesi, anche la Mercedes CLA monterà le batterie 4c LFP di CATL) perché pensare che da qui al 2035 non uscirà niente di meglio? Senza citare ricerche che hanno mostrato cose favolose …
“Il C-rate delle celle agli ioni di litio in commercio variano tra 1C e 2C, con alcuni casi che arrivano a 3C”. Ho fatto un controllo e confermo che quasi 3 anni fa (28 gennaio 2021, ovvero 2 anni e 8 mesi fa) GAC Aion (che non è proprio un signor nessuno, è il produttore numero 2 in Cina dopo BYD …) presentò la sua auto con ricarica 6C (che confermo essere regolarmente in vendita da allora). non 3C, non 4C ma 6C.
Qui il link al comunicato stampa: https://www.gac-motor.com/en/media/newsdetail/id/166.html
“This graphene-based battery has a 6C fast charge capability, combined with a 600A high-power charger, can be recharged to 80% capacity in 8 minutes. The battery has also passed the most stringent safety test – Battery Shooting Test, possessing quality and reliability of the highest standard.”
Questo risultato va unito ad uno studio recente in cui hanno confrontato le batterie di tanti produttori diversi, non solo Tesla, vedendo come si comportano a fine vita quando sono stati ricaricati prevalentemente in DC/HPC (oltre il 90% delle volte) e prevalente in AC notando che statisticamente non c’erano differenze a dimostrazione del buon lavoro che oggi fanno i BMS impedendo anche durante le ricariche veloci di preservare adeguatamente le batterie.
Tralasciando le batterie a stato solido che sono già realtà: nella solita Cina sono già in vendita modelli di diversi produttori (Baoya, Dongfeng, …) che hanno batterie a stato solido o semi-solido (Nio).
Perché l’abbinamento di questi 2 risultati è importante e fondamentale. Non solo perché stanno uscendo batterie veloci ed economiche (le LFP 4C di CATL sono di fatto il nuovo standard, vedremo come risponderanno gli altri, ad esempio con batterie con doppia chimica, batterie a stato solido, etc.) ma proprio perché la disponibilità di queste batterie modifica il modello di ricarica che lo stato deve progettare con anni di anticipo: non ha senso, a parere del sottoscritto, che il territorio sia disseminato di colonnine lente ma, complice la bassa penetrazione delle ev attuali, lo stato dovrebbe muoversi preventivamente per costruire la rete di domani, basata su ricariche HPC che offrano ricariche come dal benzinaio, infinitamente più comode della ricarica AC in strada. Non a caso la mia idea ha anticipato la mossa della Germania che ha imposto la ricarica HPC presso tutti i benzinai, per non parlare della UE che sta finanziando pesantemente la rete HPC in Europa.
https://www.macitynet.it/tesla-milioni-ue-installare-supercharger-italia-europa/
“L’Unione Europea UE stanzierà 352 milioni di euro di finanziamenti per sostenere i trasporti green e Tesla otterrà una grossa fetta di questi soldi. La divisione italiana e polacca di Tesla riceveranno un totale di 148,72 milioni di euro per installare o aggiornare 7.198 Supercharger in 22 paesi.
Il progetto mira a installare 6.458 punti di ricarica (250 kW) per veicoli leggeri commerciali in 613 località in 16 paesi, tra cui l’Italia. Il progetto prevede sia l’installazione di nuove stazioni di ricarica che la sostituzione di punti di ricarica esistenti obsoleti che non soddisfano i requisiti in termini di capacità di ricarica e accessibilità.”
Giustamente l’Europa vuole una rete di ricarica a 250 kW, “compatibile” con il 4C.
Il futuro non è l’adsl, ma la fibra, non è il 4g ma il 6g, non è la lentezza ma la velocità. Si cita sempre lo smartphone che però ha una batteria sempre più grande e con sempre maggiore velocità di ricarica. Anche l’ultimo iPhone avrà batteria più grande, mentre il mondo Android si sta spostando velocemente dai 5000 mAh ai 6000 mAh come taglio nella fascia medio-bassa. Le ricariche sono wireless e le velocità di ricarica supportate sempre più elevate. IMHO il futuro dell’elettrico, lo dico da tempo immemore, è legato a doppio filo alle ricariche veloci come alle pompe di benzina: non è logisticamente pensabile una soluzione diversa, non funzionerebbe, non sarebbe accettata dal mercato e finirebbe per dare adito a soluzione alternative (idrogeno, battery swap). Ma nulla di tutto questo accadrà perché con batterie 4C, 6C, e batterie allo stato solido il futuro è di auto che si ricaricano come quelle a benzina.
Mai visto nulla di più chiaro ed esaustivo.
Resta qualche domanda (ma in realtà sono altre 10000), caricare in fase 3 è veramente dannoso per le celle?
E, seconda domanda, c’è veramente una tensione sotto la quale è meglio non spingersi? Ovvero il famigerato range 20/80 per cento.
Sostanzialmente, dal mio caricabatterie dello scooter elettrico osservo un improvvisa rampa in discesa della corrente assorbita in ricarica. È l’inizio della fase 3…
Potrei spegnere lì caricatore per ottenere una ricarica al 85%?
E infine, come varia la corte di carica al variare della temperatura della cella? Noto assorbimenti inferiori con batteria più calda…
E grazie di cuore per l’infinita chiarezza
Finalmente un articolo che chiarisce, tecnicamente, come stanno realmente le cose !
Gran bellarticolo, complimenti e grazie!
Una cosa vorrei chiedere se possibile, il valore di C nella stessa cella è uguale sia in carica che scarica? Che sia a livello empirico che di spiegazioni varie nel tempo (fuori da qua e mondo auto) mi ero abbastanza convinto che fossero diversi e in maniera anche evidente, a livello empirico molto semplicemente quando caricavo le 18650 della sigaretta elettronica (le classiche Sony verdi dei portatili) per caricarle ci voleva tot ore (una e frazione) alla potenza di 2A ma generando un calore assurdo tanto che preferivo metterci la notte e caricare a 0.5A se non avevo urgenza, di contro in uso (scarica) in 20 minuti scarsi di uso discontinuo alla potenza massima di 240w erano tranquillamente vuote scaldando enormemente meno che in carica, anche facendo una prova e usandola per periodi più lunghi di quando si svapa, avrei forse potuto scaricarle in meno di 10 minuti, il forse è d’obbligo la resistenza di cui ignoro il valore (le facevo a mano e mai misurate) avrebbe fatto esplodere sicuramente qualcosa hehe, c’è quindi un motivo diverso da una differenza di capacità di scarica rispetto a quella di carica?
5 minuti non fai neanche in tempo ad andare in bagno e berti un caffe’ , 20 minuti di ricarica non fanno paura a nessuno .
A chi non ha null’altro da fare
No fred. Siamo tutti fannulloni. Ed è proprio perchè non abbiamo nulla da fare che ci siamo potuti comprare auto più costose. Non fa una piega, trollino. 🙂
@ Endyamar
pensavo da un po’..chiedere a una ditta di alimentari una collaborazione con il forum, produrre dei biscotti dal nome “trollino”
con disegni a tema sulle confezioni, con 10 variazioni dei disegni collezionabili
es. una può essere l’italia con disegnato un percorso da 1000.km e un’automobilina ICE che lo percorre sgommando tutto di un fiato, e una BEV ferma in ricarica con il proprietario che cattura farfalle con un retino, e sono evidenziate sul percorso in un altro colore, quelo dell’auto BEV, le 27 tappe necessarie di ricarica
in un’altro disegno, una signora con l’ombrellino sotto al pioggia, per salire in auto prende la scossa mentre tocca la portiera
etc.. serve un buon vignettista, alla Jacovitti o Bozzetto
Tipo la birra di Tesla, ma meglio, il “trollino” diventa virale sui social e nei supermercati, e le BEV spopolano
-pensavo da un po’..chiedere a una ditta di alimentari una collaborazione con il forum, produrre dei biscotti dal nome “trollino” –
La vedo un po’ dura visto “l’impostazione”… Ma per la serie “fosse per me” il merchandising di Vaielettrico ci starebbe tutto.
Gli adesivi con il logo, il biscotto trollino, il pupazzetto del Signor Paolo da appendere allo specchietto come portafortuna-cercacolonnina-aumentaautonomia…
Ahahah fa piacere avere continue conferme di essere in buona compagnia… 😀 😀 😀