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PIRELLI.COM / Persone&Ambiente

Le batterie
delle auto elettriche

Parliamo di auto elettriche: quella che sembra una tecnologia di oggi, ancora poco diffusa, trova, invece, le sue radici già nella prima metà dell'Ottocento, quando comparvero i primi prototipi di auto elettriche.

La storia dell'auto elettrica ha subito una serie di progressi tecnologici e un'evoluzione del settore che ha portato a sostituire le batterie con serbatoi per contenere altre sostanze da cui ricavare energia per poter percorrere tratti molto più lunghi in autonomia.

TIPOLOGIE A CONFRONTO
Per quanto riguarda l'efficienza energetica, i veicoli elettrici ne garantiscono percentuali molto più alte dei normali motori a combustione interna.

L'efficienza energetica di un motore a benzina oscilla tra il 25 ed 28% e un motore diesel riesce a toccare anche il 40%. Un motore elettrico a induzione in corrente alternata, invece, raggiunge percentuali di efficienza elettrica del 90%.

Per poter mettere le varie tipologie di motore a confronto bisogna fare delle considerazioni molto più approfondite.

Per fare un confronto equo si deve considerare l'intero ciclo di produzione e utilizzo dell'energia, nonché la sua derivazione e lo smaltimento dei dispositivi esausti.

Il grande vantaggio dell'automobile elettrica è che gode di zero emissioni. Infatti questo tipo di veicolo non produce emissioni nocive come le macchine tradizionali. Tuttavia, anche se parliamo di automobile elettrica non parliamo di un veicolo a impatto ambientale zero.

L'impatto ecologico di questi veicoli dipende dalle batterie. Lo smaltimento delle batterie potrebbe creare dei danni a livello ambientale, tuttavia queste, fortunatamente, possono essere riciclate. Le batterie esaurite possono essere rigenerate quasi completamente; la capacità di carica che può essere raggiunta in questo caso può arrivare all'80% del valore iniziale.

La grande forza di questi tipi di veicoli è la loro bassa rumorosità e la mancata produzione di fumi nocivi che solitamente vengono rilasciati dalla combustione interna dei motori a scoppio.

Il grande svantaggio di questo tipo di veicolo è l'autonomia molto limitata tra una ricarica e l'altra della batteria.

Con il progredire della tecnologia e la ricerca fatta nel settore, i nuovi tipi di batterie ricaricabili hanno permesso di incrementare la durata dell'autonomia energetica e la vita utile delle batterie stesse, per non parlare dei tempi di ricarica che sono diventati molto ridotti.

Una soluzione per riuscire a sopperire a questa problematica di scarsa autonomia è stata la nascita di veicoli ibridi che combinano un motore elettrico con un motore a combustione interna. In pratica il veicolo monta due tipi di motore diversi in un'unica soluzione.

EVOLUZIONE DELLE BATTERIE
La vita di una batteria non è infinita. La durata delle batterie è un elemento che deve essere valutato in fase di acquisto quando si calcola l'investimento che viene fatto. Il consumo delle batterie è determinato da numerosi fattori e anche qui con il progredire della tecnologia si è riusciti ad ottenere elementi con un ciclo di vita molto lungo e si ipotizza che tra pochi anni la vita delle batterie sarà superiore a quello del veicolo stesso.

Per fare qualche esempio, alcuni veicoli della casa automobilistica Toyota, che montano batterie NiMH hanno superato i 150.000 chilometri con un utilizzo quotidiano in area urbana, girando per strade cittadine e di campagna, accusando poca o addirittura nessuna degradazione della capacità di ricarica delle batterie e della tensione fornita durante la marcia.

Anche dal punto di vista delle performance, oggi, l'automobile elettrica ha raggiunto livelli molto interessanti. Tesla Motors ha ideato una supercar elettrica che raggiunge i 200 km orari. L'accelerazione dichiarata è di 0-100 km/h in 3,9 secondi con una autonomia molto interessante: 350 km. Peccato per il prezzo un po' altino; si aggira attorno ai 120.000 euro!

OGNI QUANTO E COME RICARICARE LE BATTERIE DELLE AUTO ELETTRICHE?
Le batterie delle vetture elettriche devono essere ricaricate. Queste esauriscono la loro capacità di fornire energia come tutte le batterie in commercio che siamo abituati ad usare, come ad esempio la batteria degli smartphone, e hanno bisogno di essere attaccate alla rete elettrica per permettere la loro ricarica. Ed è proprio questo che bisogna tener conto quando ci si chiede da dove deriva l'energia utilizzata da questi veicoli.

L'energia elettrica viene generata utilizzando varie risorse: carbone, acqua, olio combustibile, gas naturale o altre fonti rinnovabili sino ad arrivare all'utilizzo dell'energia nucleare.

Il tempo di ricarica di una batteria, viene determinato principalmente dalla quantità di corrente che viene trasmessa dalla rete elettrica alla presa di corrente che stiamo utilizzando.

La potenza disponibile varia di paese a paese con una media kW che va dagli 1,5 kW di Stati Uniti o Giappone sino ai 3/6 kW di paesi come l'Italia.

Per ricaricare una batteria con un livello di potenza che si aggira attorno ai 10 kilowatt, i tempi necessari si aggirano attorno ai 60 minuti. Se messo in paragone con una pompa di benzina che all'ora riesce a erogare un quantitativo di 5000 kW è davvero molto poco.

Tuttavia le batterie non riuscirebbero ad accettare velocità maggiori di ricarica.

Il progresso ha permesso di progettare dei tipi di batteria con ricarica veloce, che già nel 1995 sono state utilizzate dalla Ford per ricaricare gli accumulatori di piombo-acido in tempi davvero molto brevi: si parla di 10/15 minuti al massimo.

Anche General Motors è riuscita in quegli anni a brevettare delle ricariche veloci che con 10 minuti di ricarica riuscivano a garantire 90 / 160 km di autonomia.

Tuttavia c'è da considerare che una ricarica veloce servirebbe in particolari circostanze, mentre per un utilizzo abituale cittadino del veicolo è piuttosto superflua dal momento che di norma abbiamo le canoniche 6/8 ore di sonno o di lavoro. Pertanto siccome la ricarica delle batterie dei veicoli non deve necessariamente essere tenuta sotto controllo, tutti avrebbero la possibilità di attaccarle alla presa della corrente nel garage di casa o nel parcheggio dell'ufficio e questo permetterebbe anche di evitare le lunghe code alle stazioni di servizio.

Nissan già negli anni ‘70 è uscita con il primo prototipo elettrico; oggi propone sul mercato la prima berlina elettrica, Nissan Leaf; il costo di questa vettura è piuttosto elevato per il tipo di auto, ma come per tutte le auto elettriche si risparmia sui costi di manutenzione. Per questa vettura sono dichiarati 199 chilometri di autonomia, ma l'uso normale porta a consumare molto di più, specialmente con il climatizzatore acceso, pertanto l'autonomia è sicuramente più bassa.

Un modo per effettuare una ricarica veloce, sarebbe quello di poter sostituire al volo un dispositivo scarico con uno già carico. I costi di gestione di un sistema simile però sarebbero troppo alti, perché dovrebbero prevedere un deposito per i dispositivi pronti per essere montati sul veicolo, personale specializzato che ne effettui la sostituzione e un deposito attrezzato per effettuare la ricarica dei dispositivi che ne necessitano, più uno per gestire quelli esausti destinati allo smaltimento.

TIPI DI BATTERIE
Le batterie che attualmente vengono usate sui veicoli sono costruite con tecnologie dalle quali possiamo ottenere prestazioni differenti grazie alle loro caratteristiche diverse.

Senza tener conto di eventuali sotto categorie, la distinzione che possiamo fare tra i tipi di batterie è di quattro categorie principali.

1.    Batterie nickel-metal-idrato: sono delle batterie che vengono progressivamente sostituite con batterie al litio e quindi destinate a essere messe da parte. È il primo tipo di batteria che è stato usato nelle prime automobili ibride, che hanno unito propulsori elettrici e benzina per aumentare la scarsa autonomia delle batterie. Queste batterie avevano limiti davvero molto bassi, solamente 3 o 4 chilometri.

2.    Batterie al piombo: anche queste sono destinate ad essere sostituite dalle batterie al litio che sono molto più leggere. Questa tecnologia è molto antica, ma non è assolutamente obsoleta, in quanto l'innovazione ha portato a un nuovo prodotto il piombo-gel. Questo tipo di batteria è considerato sicuro e molto affidabile. La vita media della batteria si aggira attorno ai 400 cicli di scarica completi. Tuttavia le vecchie batterie al piombo necessitano di manutenzioni periodiche per l'aggiunta di acqua o acido. Il tempo di durata di questo tipo di batteria si aggira sui 20 chilometri circa, mentre quelle con piombo-gel arrivano a toccare punte di 80 km, un passo avanti rispetto a quelle al nickel-metal-idrato. I costi di questo tipo di batterie si aggirano attorno ai 600 euro.

3.    Batterie al silicone: sono sempre batterie a base di piombo. Vengono chiamate in questo modo perché nella loro composizione c'è una percentuale di gel di silicio e molto spesso quando ci si riferisce a queste batterie il gioco di parole è molto fuorviante: queste batterie contengono piombo e non silicone.

4.    Batteria al litio: queste sono le batterie moderne. Esistono di due tipi: le LiPo, che non vengono utilizzate nei mezzi di trasporto perché hanno la caratteristica di esplodere e incendiarsi in caso di urto. L'altro tipo di batteria è quella a ioni di litio, Li-Ion, quelle a litio-ferro-fosfato, LiFePO₄ e quella a litio-ferro-ittrio-fosfato LiFeYPO₄.

Fino a ora le migliori sono le LiFePo, batterie sicure che hanno la caratteristica di deteriorarsi, perdendo la capacità di carica, solo del 5% all'anno.

Come si è detto poco fa, il ciclo di vita di una batteria si misura in cariche. Un ciclo di carica non corrisponde sempre a mettere una batteria attaccata a una presa di corrente, ma quando viene mandata completamente a zero.

Questo sta a significare che se consumiamo il 30% della batteria e la facciamo ricaricare, per portarla ad esaurimento dobbiamo scaricare il 70% rimanente, che può essere fatto in un'unica soluzione o in più, sino ad arrivare al 100%.

Una volta le batterie dovevano essere scaricate totalmente prima di poterle mettere in ricarica, questo per evitare l'effetto memoria al quale erano soggette e di conseguenza compromettere le performance della batteria stessa. Oggi con la nuova tecnologia vale esattamente il contrario: le batterie durano di più se vengono scaricate e ricaricate poco e spesso.

COSTI DELLE BATTERIE
I costi del possesso di veicoli elettrici dipendono quasi tutti dalle batterie. Il costo delle batterie, il tipo e la loro capacità sono i fattori principali che determinano l'autonomia i viaggio, la velocità massima che possiamo raggiungere, i tempi di ricarica e la durata delle batterie.

Non esiste la batteria perfetta, ogni tipo di dispositivo ha i suoi pro e i suoi contro, pertanto bisogna valutare il tipo di utilizzo che ne dobbiamo fare.

Il costo delle batterie è molto variabile, dipende dalla tecnologia utilizzata e dalle prestazioni che si possono raggiungere. Questo varia da qualche migliaio di euro fino a superare il 50% del costo totale del veicolo. I costi elevati delle batterie molto spesso incidono sulla scelta della tipologia del veicolo quando valutiamo un acquisto, spostandoci molto spesso su altri tipi di alimentazione.

Quello che dobbiamo calcolare è che la manutenzione è molto ridotta, quindi i costi di questa sono piuttosto abbattuti e che la durata di una batteria di un veicolo elettrico si aggira attorno ai 150.000 chilometri di percorrenza. Con un calcolo di una media annua di 15.000 chilometri, possiamo ipotizzare che la durata della nostra batteria è di 10 anni, quantità di anni che è stimata anche la durata dei veicoli.

Quando i chilometraggi annuali sono bassi, la convenienza delle vetture elettriche diventa molto competitiva. Visti i costi di alimentazione e manutenzione molto bassi l'unico ostacolo per scegliere una vettura di questo genere è l'investimento iniziale che poi verrebbe ammortizzato nel tempo.

VANTAGGI AUTO ELETTRICHE
I vantaggi che le auto elettriche godono rispetto a quelle a combustione fossile sono diversi:

•    in alcune aree esistono parcheggi riservati provvisti di colonnine sulle quali potersi     attaccare per ricaricare i proprio veicolo (alcune gratuite, altre a prezzi molto           modici);

•    le automobili elettriche possono circolare sulle corsie riservate a taxi e bus;

•    possono circolare nelle ZTL;

•    sono immuni a qualsiasi tipo di blocco del traffico. Inoltre non emettendo gas             dannosi per salute e monumenti significano un risparmio monetario anche per la       collettività.

Per poter permettere la diffusione di questo tipo di veicolo, visti i costi molto elevati, i vari stati hanno elaborato delle politiche di incentivo

Il paese in cui il veicoli elettrici sono più diffusi è la Norvegia. In questo paese i veicoli a benzina sono fortemente tassati, mentre quelli elettrici ricevono aiuti che arrivano sino a 20.000 euro. Questi incentivi hanno permesso la diffusione di queste vettura che nel 2015 in questo paese ha raggiunto la cifra di ben 50.000 veicoli elettrici sulle proprie strade.

In Italia la diffusione delle vetture elettriche è ancora bassa; la stima si aggira attorno ai 3.500 di veicoli circolanti.

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