Che tipo di sistema di raffreddamento usano le batterie EV e come funziona?
Gestione Termica: Il Segreto della Longevità e delle Ricariche Veloci per le Batterie dei Veicoli Elettrici
Molti proprietari di veicoli elettrici avranno sperimentato la frustrazione di una ricarica lenta in una gelida mattinata, specialmente se non hanno pre-avvisato la propria auto. Se si imposta la stazione di ricarica rapida come destinazione nel navigatore, molti veicoli elettrici utilizzano il tempo di viaggio per preparare la batteria. Manuali come quello di Tesla consigliano di farlo 30-45 minuti prima dell’arrivo, mentre Porsche avverte che, senza questa precauzione, la potenza di ricarica potrebbe essere inferiore.
Questa routine di riscaldamento è parte integrante del sistema di gestione termica della batteria, presente nella maggior parte delle auto moderne. Accanto ad essa, solitamente, vi è un circuito di raffreddamento che pompa liquido refrigerante attraverso tubi o piastre metalliche a contatto con la batteria, raccogliendo il calore e trasportandolo a un radiatore o al sistema di climatizzazione dell’auto.
La necessità di raffreddamento è cruciale. Uno studio di Geotab su oltre 22.700 veicoli elettrici ha rilevato che, in media, le batterie perdevano il 2,3% della loro salute ogni anno. Le auto in climi caldi perdevano circa lo 0,4% in più all’anno rispetto a quelle in climi temperati, e quelle che usavano frequentemente caricatori rapidi superiori a 100 kW perdevano il 3% all’anno, contro l’1,5% di quelle che li usavano raramente. Durante la ricarica rapida, con correnti di 300 ampere o più, viene generato molto calore di scarto che deve essere dissipato. Una revisione del 2021 sulla rivista Energies ha mostrato che una differenza di temperatura superiore a 5 gradi Celsius all’interno di una cella può accelerare l’invecchiamento del 25%, sottolineando l’importanza di un sistema di raffreddamento che mantenga l’intero pacco bilanciato e regolato.
D’altra parte, in una batteria fredda, la resistenza interna aumenta, e una ricarica rapida in queste condizioni può causare la placcatura di litio, un accumulo di litio metallico sugli elettrodi della cella che peggiora con il calo delle temperature. Recurrent, studiando oltre 30.000 veicoli elettrici negli Stati Uniti, ha rilevato che le batterie raggiungevano in media il 78% dell’autonomia ideale a temperature di congelamento e circa il 70% a -7 gradi Celsius. Il riscaldamento dell’abitacolo, da solo, rappresenta circa due terzi dell’energia extra consumata da un veicolo elettrico al freddo.
Le tecnologie di raffreddamento si sono evolute rapidamente. La Nissan Leaf originale del 2010 utilizzava un raffreddamento ad aria passivo per il suo pacco da 24 kWh, una soluzione che portò a perdite di autonomia in climi caldi, come notato da MIT Technology Review nel 2012. Tesla, GM e Ford, invece, adottavano sistemi a liquido fin dall’inizio. La terza generazione della Leaf, presentata nel 2025, ha finalmente adottato una batteria da 75 kWh raffreddata a liquido. Il vantaggio del raffreddamento a liquido è che richiede due o tre volte meno energia dell’aria per mantenere il pacco alla stessa temperatura, motivo per cui la maggior parte dei veicoli elettrici moderni lo utilizza.
Gli ingegneri della BMW i3 hanno scelto di saltare il circuito del liquido refrigerante, optando per far passare il refrigerante del climatizzatore direttamente alla batteria. McLaren, con la sua Speedtail, si è spinta oltre, immergendo tutte le sue celle in un olio dielettrico isolante, una soluzione definita una novità per un’auto stradale di produzione. Simulazioni citate nella revisione di Energies hanno scoperto che il raffreddamento a immersione può trasferire il calore fino a tre volte meglio delle piastre di raffreddamento.
Il circuito di raffreddamento di una batteria è solitamente collegato a un radiatore per carichi leggeri e, tramite uno scambiatore di calore, al sistema di climatizzazione dell’auto per metodi più intensi come la ricarica rapida. Ad esempio, il sistema di gestione termica di Nissan alterna queste due modalità e convoglia il calore dal caricatore alla batteria durante la ricarica domestica, una funzionalità che il nuovo modello Leaf usa per riscaldarla. La Tesla Model Y, invece, impiega una valvola soprannominata "Octovalve" per spostare il liquido refrigerante tra motori, batteria ed elettronica, come scoperto da Jalopnik in un’analisi ingegneristica. Tesla sta anche esplorando un brevetto per far funzionare intenzionalmente il motore di trazione in modo inefficiente, in modo che il suo calore di scarto possa riscaldare la batteria.
General Motors afferma che la sua pompa di calore Ultium raccoglie il calore di scarto dalla batteria, dall’elettronica di potenza e persino dai corpi dei passeggeri per riscaldare l’abitacolo, aggiungendo circa il 10% in più di autonomia. La Cina ha recentemente introdotto nuove normative che richiedono ai nuovi veicoli elettrici di dimostrare che le loro batterie non prendono fuoco o esplodono in caso di fuga termica di una cella, requisito che dipende dalla capacità del sistema di raffreddamento e isolamento del pacco di impedire la propagazione del calore ad altre celle.