Ricarica delle batterie dei veicoli elettrici: potenza, curve e tempi

La potenza di ricarica di un veicolo elettrico cambia man mano che la batteria si riempie e la sua temperatura varia. La curva di ricarica mostra come interagiscono i limiti della batteria, del veicolo e della stazione e aiuta a spiegare quanto dura una sosta di ricarica.

Come la corrente alternata e continua raggiungono la batteria

La ricarica fornisce energia elettrica che la batteria immagazzina sotto forma di energia chimica. Gli elettroni scorrono nel circuito esterno mentre gli ioni si muovono all’interno delle celle; Battery basics spiega queste reazioni. La batteria riceve corrente continua (DC), sia che il veicolo sia collegato a un punto di ricarica AC sia a una stazione DC. US Department of Energy: DOE Explains Batteries

Durante la ricarica AC, il caricatore di bordo converte la corrente alternata in corrente continua per la batteria ad alta tensione. La wallbox fornisce un collegamento AC controllato; la conversione avviene nell’auto. US Department of Energy: How all-electric cars work Un caricatore di bordo da 11 kW non può quindi assorbire 22 kW da un punto di ricarica AC da 22 kW. Le fasi disponibili, il limite di corrente dell’impianto e le impostazioni del veicolo possono ridurre ulteriormente la potenza.

Una stazione DC alimentata dalla rete esegue la conversione principale da AC a DC all’esterno dell’auto e fornisce corrente continua regolata attraverso la presa di ricarica, bypassando il caricatore AC di bordo. Alcuni veicoli utilizzano poi un convertitore di tensione DC a bordo o riconfigurano elettricamente il pacco per adattarsi all’intervallo di tensione della stazione, come descritto più avanti.

Il veicolo e la stazione coordinano l’erogazione per tutta la sessione. Nella ricarica CCS, la comunicazione stabilisce i limiti operativi e i controlli elettrici e l’allineamento delle tensioni avvengono prima dell’avvio della ricarica ad alta corrente. La stazione adatta l’uscita alle richieste del veicolo, entro le proprie capacità. CharIN: Combined Charging System design guide V7

Questo capitolo si concentra sulla capacità della batteria di accettare la carica e sulle prestazioni di ricarica. La serie EV charging tratta connettori, impianti domestici e ricarica pubblica.

Energia, potenza e tempo di ricarica

La potenza in kilowatt descrive la velocità di trasferimento dell’energia; l’energia in kilowattora descrive la quantità trasferita. Il punto di misura conta: l’ingresso dalla rete, l’uscita della stazione DC, l’ingresso ai terminali della batteria e l’aumento dell’energia immagazzinata nella batteria sono grandezze diverse.

Il contatore di fatturazione di una stazione DC misura l’energia elettrica erogata al collegamento con il veicolo, anziché l’energia chimica trattenuta nelle celle. OIML G 22: Electric vehicle supply equipment metrology Le perdite di conversione e resistive consumano energia lungo il percorso, mentre riscaldamento e raffreddamento della batteria e altri sistemi del veicolo utilizzano parte della potenza in ingresso. Charging loss spiega in dettaglio queste delimitazioni.

Per un punto di misura e un intervallo di tempo coerenti:

Potenza media (kW) = energia trasferita (kWh) ÷ tempo trascorso (h)

In un esempio ipotetico, una stazione DC eroga 49 kWh in 18 minuti, ossia 0,3 ore. La potenza media in uscita è 49 ÷ 0,3 = circa 163 kW. Anche se l’uscita raggiunge brevemente 250 kW, la media della sessione rimane 163 kW. L’aumento dell’energia immagazzinata nella batteria sarà inferiore all’energia erogata dalla stazione.

Se invece i 49 kWh descrivono un aumento dell’energia immagazzinata nella batteria, lo stesso calcolo fornisce il ritmo medio di accumulo dell’energia. Non può quindi essere confrontato direttamente con un picco misurato all’uscita della stazione.

Anche una variazione dello stato di carica (SOC) visualizzato richiede attenzione. Moltiplicare un aumento di 70 punti percentuali per una capacità dichiarata della batteria fornisce una stima, non una misura dell’energia trasferita. Il SOC è una stima della carica elettrica e la tensione varia nell’intervallo operativo. La capacità lorda comprende energia al di fuori dell’intervallo accessibile al conducente. EVKX usa la capacità netta (utilizzabile) per l’energia all’interno di tale intervallo. Battery capacity and buffers spiega le definizioni di capacità di EVKX, inclusa la riserva sotto lo 0% visualizzato. La distinzione tra carica elettrica ed energia è spiegata in Battery basics.

Cosa determina la forma della curva di ricarica

Una curva di ricarica rappresenta solitamente la potenza in funzione del SOC visualizzato. La sua forma riflette il vincolo attivo in ogni punto: la corrente ammessa dalla batteria, l’hardware del veicolo, l’uscita della stazione o il controllo della temperatura.

La stazione ha limiti distinti di potenza, tensione e corrente. La potenza in kilowatt pubblicizzata è disponibile solo nelle combinazioni consentite da questi limiti. La condivisione della potenza nel sito e i limiti termici del cavo o della stazione possono ridurre l’erogazione durante una sessione. DC fast charging tratta questi vincoli lato stazione. Il documento CharIN sulle classi di potenza DC illustra perché un valore di potenza debba essere accompagnato da un intervallo operativo tensione-corrente. CharIN: DC CCS power classes V7.2

Sul veicolo, il sistema di gestione della batteria monitora le tensioni dei gruppi di celle, la corrente del pacco e le temperature. Texas Instruments: EV battery-management systems Nella ricarica CCS, il controllore di ricarica usa i limiti operativi risultanti per richiedere corrente e tensione alla stazione. CharIN: Combined Charging System design guide V7 Un gruppo di celle vicino al proprio limite di tensione può limitare l’intero pacco; Cell balancing spiega il contributo delle differenze di carica. Anche un componente surriscaldato può limitare la sessione. Battery management system spiega il monitoraggio e le decisioni di controllo.

Aumento della potenza e tratti costanti

A basso SOC, la batteria può disporre di un ampio margine di tensione, ma un pacco freddo o una stazione limitata in corrente possono comunque limitare la potenza. Anche la comunicazione iniziale e l’aumento graduale della corrente fanno sì che i primi secondi possano apparire diversi dal resto della curva.

A corrente approssimativamente costante, l’aumento della tensione della batteria fa crescere la potenza. Se invece la stazione o il veicolo mantengono costante la potenza, la corrente scende all’aumentare della tensione. Un lungo tratto a potenza costante può quindi nascondere una corrente variabile.

Perché la potenza diminuisce

Con il procedere della ricarica, le tensioni delle celle si avvicinano ai limiti superiori ammessi. Ridurre la corrente limita l’aumento di tensione sotto carico e consente di proseguire la ricarica. Questa riduzione è detta riduzione progressiva della potenza. Durante la ricarica limitata dalla tensione, la diminuzione della corrente riduce anche la potenza, spiegando perché gli ultimi punti percentuali possano richiedere un tempo sproporzionato. La ricarica convenzionale agli ioni di litio prevede una fase a corrente controllata seguita da una fase limitata dalla tensione, anche se i veicoli elettrici possono usare profili più complessi. Microchip AN947: Lithium-ion battery charging fundamentals

I vincoli delle celle possono richiedere una corrente inferiore anche prima di raggiungere il limite superiore di tensione. Il trasporto del litio e le reazioni agli elettrodi devono tenere il passo con la carica in ingresso. Una corrente eccessiva, soprattutto in una cella fredda con elettrodo in grafite, può depositare litio metallico sull’elettrodo negativo. La ricerca di Rodrigues e colleghi mostra che le condizioni di ricarica che evitano questa deposizione dipendono dalla temperatura, dalla progettazione degli elettrodi e dal protocollo di ricarica. Rodrigues et al.: Fast Charging of Li-Ion Cells, Part IV Il meccanismo è trattato in Cell chemistry and components.

Un gradino o un calo di potenza non ne identifica da solo la causa. Potrebbe riflettere una riduzione programmata della corrente, limiti di raffreddamento della batteria o un vincolo della stazione. Per diagnosticarlo servono informazioni su tensione, corrente, temperatura e caricatore, oltre alla curva di potenza.

Temperatura prima e tra le soste

Il precondizionamento per la ricarica rapida riscalda o raffredda la batteria prima di una sosta programmata. La preparazione basata sulla navigazione dà al sistema termico il tempo di intervenire prima dell’arrivo; alcuni veicoli offrono anche l’attivazione manuale. Un timer di partenza può preparare abitacolo e batteria per la guida, un obiettivo diverso dalla preparazione alla ricarica ad alta potenza. Il manuale della Tesla Model 3, ad esempio, descrive separatamente la preparazione alla partenza e il riscaldamento della batteria basato sul percorso per la ricarica. Tesla Model 3 manual: cold-weather preparation

La batteria deve inoltre gestire il calore generato durante la sessione. La valutazione del DOE sulla ricarica rapida identifica lo smaltimento del calore e il controllo della temperatura come sfide centrali. US Department of Energy: Enabling Fast Charging Nelle soste successive, la temperatura iniziale e la capacità residua di raffreddamento possono differire da quelle della prima sosta. Battery thermal management tratta in dettaglio riscaldamento, raffreddamento e comportamento nelle soste ripetute.

Tensione, corrente e compatibilità della stazione

Per la potenza DC in un determinato punto del percorso di ricarica:

Potenza (kW) = tensione (V) × corrente (A) ÷ 1.000

I seguenti esempi calcolati presuppongono che l’apparecchiatura possa fornire 500 A a ciascuna tensione indicata:

Un’architettura a «800 volt» indica una classe di tensione. La tensione effettiva della batteria cambia con il SOC e le condizioni operative. A una tensione effettiva di 700 V, una stazione da 500 A può fornire al massimo 350 kW, anche se la potenza massima pubblicizzata è superiore.

Una tensione maggiore consente di trasferire la stessa potenza nel cavo di ricarica con una corrente inferiore, una relazione discussa nella valutazione del DOE sulla ricarica rapida. US Department of Energy: Enabling Fast Charging A resistenza del conduttore invariata, la corrente inferiore riduce il riscaldamento resistivo secondo I²R. La progettazione della cella determina comunque quanta corrente di ricarica possa accettare ogni cella. Battery pack and configuration spiega come i collegamenti in serie e in parallelo stabiliscano tensione e capacità del pacco.

Come esempio concreto della corrente richiesta, il configuratore tedesco di XPENG indica 542 kW per la X9 FWD Long Range con batteria NCM da 110 kWh lordi e architettura a 800 V. XPENG Germany: X9 configurator Ipotizzando una tensione effettiva di 800 V, 542 kW richiedono circa 678 A. A una tensione inferiore serve più corrente.

Ricarica da una stazione a tensione inferiore

Una stazione la cui tensione massima di uscita è inferiore alla tensione di ricarica richiesta dalla batteria necessita dell’aiuto del veicolo. Esistono due approcci principali: aumentare la tensione in ingresso o modificare la configurazione elettrica del pacco.

Un convertitore elevatore DC-DC dedicato porta la tensione della stazione al livello richiesto dal pacco. Alcuni progetti riutilizzano componenti di trazione: l’annuncio E-GMP di Hyundai del 2020 descrive l’uso del motore e dell’inverter per innalzare un ingresso di ricarica da 400 V per il sistema a 800 V. Hyundai: E-GMP electric platform Capacità del convertitore, perdite e produzione di calore diventano quindi parte del limite di ricarica.

La ricarica a banchi modifica il collegamento elettrico tra sezioni del pacco. La documentazione dell’Audi Q6 e-tron descrive la commutazione della batteria della classe a 800 volt in due banchi a tensione inferiore che si caricano in parallelo. Audi specifica fino a 135 kW totali in questa modalità. Audi: charging technologies and Q6 e-tron bank charging La descrizione della Macan di Porsche del 2024 indica gli stessi 135 kW totali per la ricarica a banchi senza un elevatore di alta tensione aggiuntivo, rispetto a un massimo di 270 kW con apparecchiature ad alta tensione adatte. Porsche: Macan charging technology

Sia con la conversione sia con la ricarica a banchi, la compatibilità con una stazione a tensione inferiore può comportare un limite di potenza diverso dal picco pubblicizzato per il veicolo.

Cosa indica il C-rate

Il C-rate esprime la corrente di carica o scarica rispetto alla capacità di riferimento della batteria in ampere-ora. Microchip AN947: Lithium-ion battery charging fundamentals

C-rate = corrente (A) ÷ capacità di riferimento (Ah)

Per una batteria ipotetica da 100 Ah, 100 A corrispondono a 1C, 250 A a 2,5C e 500 A a 5C. Una corrente costante di 1C trasferirebbe la carica di riferimento in un’ora. Un valore di picco di 5C non promette una ricarica completa di un veicolo elettrico in 12 minuti: la riduzione progressiva e l’intervallo operativo consentito determinano la sessione effettiva.

Quando sono disponibili solo potenza e capacità energetica, dividere kW per kWh dà un rapporto potenza/energia in ore inverse. Questo viene spesso usato come approssimazione del C-rate. Ad esempio, 250 kW divisi per 100 kWh danno 2,5 h⁻¹.

L’approssimazione funziona meglio quando potenza e capacità descrivono la stessa batteria e la tensione effettiva è vicina alla tensione nominale usata per calcolarne l’energia dichiarata. A corrente costante, l’aumento della tensione fa crescere kW/kWh anche se il C-rate basato sulla corrente resta costante. Anche le capacità energetiche lorda e netta producono rapporti diversi, quindi va specificato il denominatore.

Il C-rate aiuta a confrontare l’intensità di ricarica tra batterie di dimensioni diverse. A un dato C-rate, la possibilità di evitare la deposizione di litio durante la ricarica dipende dalla progettazione degli elettrodi e dalla temperatura. Rodrigues et al.: Fast Charging of Li-Ion Cells, Part IV Per un confronto significativo occorre specificare capacità di riferimento, limiti di corrente e condizioni di prova. Maccor: understanding C-rate in battery testing

Confrontare le prestazioni di ricarica

Confrontate insieme l’esatta variante di batteria, l’intervallo di SOC, l’energia aggiunta e il tempo di ricarica trascorso. Un risultato del 20–80% parte più avanti di uno del 10–80%, e due auto che si ricaricano nello stesso intervallo percentuale possono immagazzinare quantità di energia molto diverse.

La specifica tedesca della XPENG X9 FWD Long Range abbina il picco dichiarato di 542 kW al 20–80% in 10 minuti. XPENG Germany: X9 configurator

Anche i dati dichiarati per la stazione e per il veicolo devono essere identificati separatamente. Nell’annuncio della Z9GT del 13 marzo 2026, BYD ha descritto una stazione Flash Charging capace di fornire fino a 1.500 kW tramite un singolo connettore per il mercato cinese. Ha pubblicizzato separatamente il 10–70% in cinque minuti e il 10–97% in nove minuti per il nuovo sistema. La potenza nominale della stazione da sola non dimostra un picco di 1.500 kW per il veicolo né la potenza media durante uno dei due intervalli. L’annuncio del lancio europeo non specificava la capacità delle stazioni europee né un protocollo di prova dettagliato per quei tempi. BYD: Denza Z9GT Flash Charging announcement

Per una curva di ricarica o una prova pubblicata, verificate:

• Il veicolo, la versione della batteria e il software esatti, e se la curva è misurata, fornita dal costruttore o stimata.
• L’intervallo di SOC, il tempo trascorso e il punto di misura di potenza ed energia.
• Le capacità di tensione, corrente e potenza della stazione, inclusi eventuali condivisioni o depotenziamenti.
• La preparazione della batteria e le condizioni ambientali, e se il risultato riguarda una singola sessione o soste ripetute.

Queste verifiche valgono anche per le curve delle varianti EVKX. Una curva stimata e una sessione misurata forniscono evidenze diverse, e l’assenza delle condizioni di prova limita la precisione con cui un risultato può essere riprodotto.

Collegare la ricarica alla distanza percorribile

Per confrontare i viaggi, usate l’energia disponibile per la guida e il consumo riferiti alla stessa base energetica della batteria. Prima di usare in questo calcolo i kilowattora erogati dal caricatore, occorre tenere conto delle perdite di ricarica.

In una sosta ipotetica di 20 minuti, l’auto A accumula 60 kWh di energia utilizzabile nella batteria e successivamente consuma 30 kWh/100 km. Tale energia consente di percorrere 200 km. L’auto B accumula 50 kWh nello stesso tempo e consuma 20 kWh/100 km, consentendo di percorrere 250 km.

L’auto A immagazzina energia più rapidamente; l’auto B aggiunge più distanza percorribile durante la sosta con queste ipotesi. Adeguare il consumo alla velocità, alle condizioni meteo e al carico previsti rende il confronto utile per pianificare un viaggio.