Come verificare lo stato di salute della batteria di un'auto elettrica con una stima della capacità

Un tragitto può aiutare a stimare l'energia disponibile nell'intervallo di percentuale della batteria visualizzato da un'auto elettrica. Con letture coerenti e un riferimento confrontabile, stime ripetute possono aiutare a seguire le variazioni dell'energia disponibile.

Che cosa misura la stima

Il metodo divide il consumo energetico riportato dal computer di bordo per la frazione dello stato di carica (SOC) visualizzato che è stata utilizzata. Stima l'energia rappresentata dall'intero intervallo visualizzato 100–0% nelle condizioni di quel tragitto.

L'ipotesi principale è che ogni punto percentuale visualizzato rappresenti una quota uguale di energia. Il SOC descrive lo stato di carica, mentre l'energia dipende anche dalla tensione. La tensione cambia durante la scarica e il quadro strumenti applica la mappatura propria del veicolo, quindi le percentuali visualizzate non seguono necessariamente l'energia in modo lineare. Analog Devices: SOC and SOH estimation

Misurazioni condivise possono produrre errori correlati: la concordanza fra le letture non costituisce quindi una verifica indipendente della capacità della batteria. Il capitolo Battery Management System spiega come il veicolo stima lo stato della batteria.

Confrontare il risultato con un valore corrispondente per una batteria nuova fornisce una stima dell'energia conservata. Il concetto di State of Health (SoH) può descrivere anche la capacità di erogare potenza, che questo tragitto non misura. Una valutazione diagnostica verifica i guasti separatamente dalla capacità e dalla potenza conservate. I meccanismi della perdita di capacità e della riduzione della potenza sono trattati in Battery Degradation.

Scegliere le letture e il riferimento

Utilizza una registrazione di viaggio che copra l'intero tragitto. Consulta il manuale del veicolo per stabilire che cosa comprende il dato di consumo, soprattutto la climatizzazione dell'abitacolo, il riscaldamento o raffreddamento della batteria e i consumi durante la sosta. Una media relativa alla distanza percorsa più di recente non rappresenta un viaggio più lungo.

Le letture di energia e SOC devono coprire lo stesso periodo. Per esempio, il manuale statunitense della Tesla Model Y distingue l'energia utilizzata durante la guida da quella utilizzata durante la sosta. Combinare un dato energetico relativo alla sola guida con un calo di SOC che comprende una lunga sosta esclude dal calcolo una parte del consumo. Tesla US Model Y manual: energy use while driving and parked

Per ottenere una percentuale di energia conservata, individua un riferimento a batteria nuova per la stessa versione della batteria e lo stesso intervallo energetico:

• Identifica l'esatta configurazione della batteria e le eventuali modifiche software che influiscono sull'energia accessibile.
• Verifica i limiti iniziale e finale del riferimento. Capacità lorda, capacità netta ed energia nell'intervallo visualizzato 100–0% sono grandezze diverse.
• Accerta se il riferimento comprende l'energia disponibile al di sotto dello 0% visualizzato e se le condizioni di misurazione sono confrontabili.

EVKX definisce la capacità netta come tutta l'energia accessibile al conducente dal 100% visualizzato fino all'arresto della propulsione, compresa l'eventuale riserva accessibile sotto lo zero. Questo calcolo basato su un tragitto estrapola soltanto l'intervallo visualizzato 100–0%. Il capitolo Battery Buffer and Usable Capacity spiega questo limite; Gross and Net Battery Capacity definisce i principali termini relativi alla capacità.

Se non è disponibile un riferimento confrontabile, mantieni la stima in kWh e confronta tragitti simili nel tempo. Un tragitto precedente può fornire un riferimento personale, ma rappresenta le condizioni di quel veicolo in quella data, non necessariamente le sue condizioni da nuovo.

Registrare un tragitto e calcolare l'energia

Scegli un viaggio con possibilità di ricarica comode e una riserva sufficiente per variazioni del meteo e del percorso. Un intervallo di SOC più ampio riduce l'effetto relativo dell'arrotondamento, ma non esiste un intervallo minimo universale che garantisca la precisione. Partire dal 100% è facoltativo; non avvicinarti all'arresto per esaurimento dell'energia per completare la verifica.

1. Segui le indicazioni di ricarica del veicolo. Scegli un tragitto con la batteria a una temperatura di esercizio riproducibile e senza avvisi relativi alla batteria o al sistema termico.
2. Subito prima della partenza, annota il SOC visualizzato e azzera il registro di viaggio per l'intero percorso.
3. Guida normalmente. Mantieni allineati il registro energetico e l'intervallo di SOC anche durante le soste; se l'energia consumata in sosta viene omessa e non può essere contabilizzata, utilizza un altro tragitto.
4. Alla fine, dopo aver parcheggiato in sicurezza, annota insieme SOC, distanza e consumo, prima di ricaricare o di una sosta prolungata. Registra anche durata del viaggio, data, chilometraggio totale, versione software, temperatura ambiente e temperatura della batteria, quando disponibile.
5. Calcola l'energia riportata, quindi dividila per la frazione del SOC visualizzato che è stata utilizzata.

Per un consumo espresso in kWh/100 km:

Energia del tragitto riportata (kWh) = distanza (km) × consumo (kWh/100 km) ÷ 100

Per un'efficienza espressa in miglia/kWh:

Energia del tragitto riportata (kWh) = distanza (miglia) ÷ efficienza (miglia/kWh)

Una variazione dal 90% al 20% corrisponde a 70 punti percentuali, ovvero a una frazione di 0,70:

Energia stimata dell'intervallo visualizzato (kWh) = energia del tragitto riportata ÷ ((SOC iniziale − SOC finale) ÷ 100)

Con un riferimento confrontabile a batteria nuova:

Energia conservata stimata (%) = energia stimata dell'intervallo visualizzato ÷ riferimento confrontabile da nuova × 100

Queste equazioni utilizzano l'energia riportata dal veicolo. L'energia fatturata da un caricatore può comprendere perdite e consumi ausiliari a valle del suo contatore, quindi non può sostituire l'energia prelevata dalla batteria durante il tragitto. Charging loss spiega i confini delle misurazioni.

Esempi di calcolo

Questi dati ipotetici illustrano il calcolo e non sono misurazioni di un modello specifico. Entrambi gli esempi presuppongono un riferimento confrontabile di 86,5 kWh per l'intervallo visualizzato 100–0% a batteria nuova. I risultati arrotondati mostrano l'aritmetica; non dimostrano una precisione di misurazione al decimo di percento.

Chilometri e kWh/100 km

Un tragitto copre 308 km con una media visualizzata di 25 kWh/100 km, dal 100% al 5%:

Energia riportata = 308 × 25 ÷ 100 = 77,0 kWh

Intervallo di SOC = 100 − 5 = 95 punti percentuali

Energia stimata dell'intervallo visualizzato = 77,0 ÷ 0,95 ≈ 81,1 kWh

Energia conservata stimata = (77,0 ÷ 0,95) ÷ 86,5 × 100 ≈ 93,7%

La stima è circa il 6,3% inferiore al riferimento. Questa differenza combina le eventuali variazioni permanenti con gli effetti delle condizioni e dell'errore di stima.

Miglia e miglia/kWh

Un altro tragitto ipotetico copre 140 miglia a 2,5 miglia/kWh, dal 90% al 20%:

Energia riportata = 140 ÷ 2,5 = 56,0 kWh

Intervallo di SOC = 90 − 20 = 70 punti percentuali

Energia stimata dell'intervallo visualizzato = 56,0 ÷ 0,70 = 80,0 kWh

Energia conservata stimata = 80,0 ÷ 86,5 × 100 ≈ 92,5%

Questa stima è circa il 7,5% inferiore al riferimento. Il tragitto inizia senza una carica completa e termina con una riserva. I due esempi utilizzano dati diversi: non sono una conversione di unità dello stesso viaggio.

Interpretare le variazioni fra tragitti

Arrotondamento e intervallo di SOC

Supponiamo che il SOC a ciascun estremo sia arrotondato al punto percentuale intero più vicino. Ogni lettura può differire dalla stima sottostante fino a mezzo punto, quindi la loro differenza può essere errata fino a un punto per il solo arrotondamento.

Mantenendo fissa l'energia riportata, utilizzare un intervallo di 9 o 11 punti anziché 10 modifica l'energia calcolata rispettivamente di circa +11% o −9%. Utilizzare 79 o 81 punti anziché 80 la modifica di circa ±1,3%. Questi intervalli illustrano soltanto l'arrotondamento: escludono l'errore di stima del BMS, l'arrotondamento del consumo e l'energia omessa.

Consumo ed energia disponibile

Vento, pendenze, pneumatici e velocità modificano l'energia necessaria per un viaggio. Un consumo più elevato, da solo, non implica una batteria più piccola: se il registro di viaggio rileva l'energia e la variazione di SOC la segue correttamente, il calcolo tiene conto dell'aumento del consumo.

L'energia mancante nel registro è un problema diverso. Se un carico riduce il SOC ma non compare nell'energia registrata del tragitto, il numeratore è troppo piccolo e l'energia calcolata dell'intervallo risulta sottostimata. Verifica come il veicolo contabilizza l'energia prima di applicare una correzione; non presumere una percentuale standard di perdite.

Anche la temperatura e il tasso di scarica possono modificare l'energia che la batteria eroga prima di raggiungere i propri limiti. Per questo il manuale DOE per le prove delle batterie specifica condizioni di temperatura e tensione e distingue le prove di capacità, energia disponibile e potenza. US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles

Correzioni del SOC e modifiche dell'intervallo operativo

Il BMS stima lo stato di carica attraverso misurazioni e modelli. Variazioni della stima possono spostare la percentuale visualizzata senza aggiungere energia né ripristinare la capacità delle celle. Analog Devices: SOC and SOH estimation Registra separatamente un salto inatteso del SOC o una correzione dopo il parcheggio; non combinare quel SOC successivo con l'energia del tragitto precedente trattando il risultato come una prova confrontabile.

Anche il software può modificare l'intervallo accessibile. Il bilanciamento può recuperare l'accesso all'energia limitata da livelli di carica disuguali, lasciando invariata la capacità di immagazzinamento persa dalle celle. Cell balancing Annota nel registro le modifiche software e gli interventi di assistenza pertinenti, così che una variazione della stima non venga automaticamente classificata come degrado.

Confronta più tragitti con intervalli di SOC, temperature e contabilizzazione dell'energia simili. Conserva i singoli risultati e le relative condizioni invece di fare la media di prove incompatibili. Una riduzione persistente in condizioni confrontabili è un motivo di approfondimento più solido della lettura isolata più bassa.

Quando richiedere una prova diagnostica

Se un risultato inaspettatamente basso è accompagnato da avvisi della batteria, bruschi cambiamenti ripetuti del SOC o limiti di potenza anomali, segui le indicazioni di assistenza del veicolo. Ripetere un lungo tragitto non permette di escludere un guasto. Lo studio di Montes e colleghi sulla valutazione delle batterie distingue le stime continue dello stato di salute dalle prove di capacità e resistenza interna, considerando i guasti insieme all'energia conservata. Montes and colleagues: assessing batteries after EV use (2022)

Quando disponibile, una prova del costruttore offre una procedura definita. Il manuale statunitense della Tesla Model Y distingue una valutazione dello stato di salute basata sul BMS da un Battery Health Test facoltativo. Sui veicoli dotati della funzione, la prova può richiedere fino a 24 ore con un collegamento AC e può scaricare la batteria fino allo 0% visualizzato mentre il veicolo rimane parcheggiato e collegato. Riporta l'energia conservata rispetto allo stato da nuovo e può ricalibrare la stima dell'autonomia visualizzata. Tesla la raccomanda solo se vi sono dubbi sull'energia conservata. Segui tutti i prerequisiti e le istruzioni del manuale. Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health

Per una decisione di acquisto, riparazione o garanzia, chiedi un rapporto che identifichi veicolo e batteria, data della prova, grandezza misurata, valore di riferimento, metodo, condizioni e guasti pertinenti. Per una richiesta relativa alla capacità, includi la soglia applicabile di superamento o mancato superamento. Prima di pagare una prova destinata a sostenere una richiesta, verifica quale procedura accetta il costruttore. Battery warranty spiega i requisiti distinti delle garanzie di capacità e della copertura dei difetti.