Degrado delle batterie delle auto elettriche: perdita di capacità, potenza e invecchiamento

Il degrado di una batteria riduce in modo permanente l’energia che può immagazzinare o la potenza che può erogare. Capire la differenza aiuta a spiegare perché un’auto elettrica che invecchia può perdere autonomia, ricaricarsi più lentamente o raggiungere prima i propri limiti di potenza.

Cosa cambia con il degrado

Il calo di capacità riduce la carica elettrica o l’energia disponibile tra limiti definiti. La capacità di carica si misura in amperora (Ah); per l’autonomia, la grandezza rilevante è in genere l’energia utilizzabile in kilowattora (kWh). La distinzione tra carica, energia e potenza è spiegata in Battery basics.

Supponiamo che una batteria erogasse 80 kWh da nuova e ora ne eroghi 72 kWh nella stessa finestra operativa, alla stessa temperatura e nelle stesse condizioni di prova:

Energia mantenuta = 72 kWh ÷ 80 kWh × 100 = 90%

Si tratta di una perdita del 10% di energia utilizzabile. Con un consumo invariato di 20 kWh/100 km, l’autonomia calcolata scende da 400 km a 360 km. Sono esempi illustrativi, non misurazioni di una specifica auto elettrica.

Mantenete la stessa finestra di riferimento. Confrontare la capacità lorda di una batteria nuova con l’energia utilizzabile misurata di una più vecchia significa mescolare grandezze diverse. Modifiche software alla finestra accessibile possono anche cambiare l’energia disponibile al conducente senza invertire l’invecchiamento delle celle. Battery buffers spiega questi limiti.

Il calo di potenza riguarda la rapidità con cui la batteria può fornire o accettare energia. All’aumentare della resistenza interna, la tensione scende maggiormente sotto corrente di scarica e sale maggiormente durante la ricarica. Un gruppo di celle può così raggiungere prima il proprio limite di tensione. In un modello resistivo semplificato:

Potenza termica resistiva = corrente² × resistenza

A parità di corrente, raddoppiare la resistenza raddoppia la potenza termica resistiva. Il veicolo può dover ridurre la corrente per rispettare i limiti di tensione e temperatura. Una batteria può quindi conservare buona parte dell’energia misurata e perdere al contempo potenza utile. Capacità e resistenza sono misure separate nella valutazione della batteria. Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications after EV First Life

Una riduzione temporanea delle prestazioni può avere altre cause. Una batteria fredda, uno stato di carica (SOC) iniziale elevato o un limite della stazione possono ridurre la potenza di ricarica; il meteo e il riscaldamento dell’abitacolo possono ridurre l’autonomia. Confrontate condizioni analoghe prima di attribuire un cambiamento all’invecchiamento permanente. Battery charging

Come invecchiano le batterie

L’invecchiamento calendariale si sviluppa nel tempo, anche quando l’auto è parcheggiata. Quello ciclico accompagna il passaggio di carica attraverso le celle. I due interagiscono: i cicli possono esporre nuove superfici alle reazioni chimiche. Lithium ion battery degradation: what you need to know Gli esperimenti di Smith e colleghi su 32 celle grafite/NMC hanno esaminato come temperatura, livello di carica, profondità di scarica e tasso di ricarica influenzassero questo invecchiamento. Lithium-ion battery life model with electrode cracking and early-life break-in processes

Il litio diventa indisponibile

Un anodo di grafite sviluppa un’interfase protettiva di elettrolita solido, generalmente abbreviata SEI. Questo strato superficiale limita ulteriori reazioni tra elettrodo ed elettrolita. La sua crescita continua consuma litio ed elettrolita, lasciando meno litio disponibile per muoversi tra gli elettrodi. È una forma di perdita dell’inventario di litio. Lithium ion battery degradation: what you need to know

La deposizione di litio metallico è un altro meccanismo. Durante la ricarica, il litio può depositarsi come metallo sulla superficie dell’anodo anziché inserirsi nell’elettrodo come previsto. Una parte può diventare indisponibile per i cicli successivi. Bassa temperatura e corrente di ricarica eccessiva rispetto alle condizioni della cella aumentano questo rischio. Lithium ion battery degradation: what you need to know

Il materiale degli elettrodi perde funzionalità

Le particelle degli elettrodi possono fessurarsi, perdere il contatto elettrico o subire modifiche strutturali che riducono la capacità di immagazzinare litio. È la perdita di materiale attivo. Le fessure possono anche esporre nuove superfici all’elettrolita, favorendo altre reazioni parassite. Lithium ion battery degradation: what you need to know

Questi processi si sovrappongono all’aumento della resistenza. Film superficiali, cambiamenti negli elettrodi e trasporto limitato all’interno della cella possono influire sia sulla capacità utilizzabile sia sulla potenza. I contributi variano in base al progetto delle celle e alla loro storia d’uso; una sola percentuale di capacità non identifica il meccanismo sottostante. Lithium ion battery degradation: what you need to know

I materiali degli elettrodi sono spiegati in Cell chemistry and components. Preger e colleghi hanno confrontato celle cilindriche commerciali LFP, NCA e NMC in diverse condizioni di ciclaggio, riportando la maggiore durata in cicli per le celle LFP provate; alcune durate fino all’80% di capacità sono state estrapolate perché le celle non avevano ancora raggiunto quel punto. Il vantaggio si riduceva misurandolo in energia complessivamente scaricata, per effetto della minore capacità e tensione delle celle LFP. Questi risultati confrontano progetti specifici: gli autori hanno anche riscontrato che le previsioni di durata non potevano essere trasferite in modo affidabile ad altre celle con la stessa chimica, formato e capacità. Degradation of Commercial Lithium-Ion Cells as a Function of Chemistry and Cycling Conditions

Temperatura, livello di carica e cicli

Temperatura e tempo ad alto livello di carica

La temperatura elevata accelera molte reazioni parassite coinvolte nell’invecchiamento. Un alto stato di carica può favorirle anche attraverso il suo effetto sui potenziali degli elettrodi. Tempo, temperatura e livello di carica influenzano insieme l’invecchiamento durante lo stoccaggio. Lithium ion battery degradation: what you need to know

Il rapporto varia in base al progetto della cella e alla temperatura. Nelle prove grafite/NMC di Smith e colleghi, il calo calendariale non aumentava costantemente con lo stato di carica. Questo risultato sostiene l’uso di evidenze specifiche per la cella anziché ipotizzare una curva universale tra percentuale di carica e usura. Lithium-ion battery life model with electrode cracking and early-life break-in processes

La temperatura modifica anche ciò che accade durante la ricarica. Scaldare una cella fredda può migliorare il trasporto del litio e consentire una corrente maggiore prima che si verifichi deposizione metallica. Rodrigues e colleghi hanno dimostrato che i limiti di ricarica dipendono da temperatura, tensione della cella, progetto dell’elettrodo e durata della corrente. Fast charging of Li-ion cells: temperature effects and lithium plating Questo spiega perché un’auto possa riscaldare deliberatamente la batteria prima di una ricarica rapida, benché lo stoccaggio prolungato al caldo acceleri l’invecchiamento. Le strategie di riscaldamento e raffreddamento del veicolo sono trattate in Battery thermal management.

Profondità di scarica e cicli equivalenti

La profondità di scarica descrive l’ampiezza di una variazione di carica. Passare dall’80% al 30% significa una variazione di 50 punti percentuali; dal 70% al 50%, di 20 punti. Conta anche il livello medio di carica: un utilizzo ripetuto tra 50–100% e tra 20–70% ha la stessa ampiezza, ma sfrutta parti diverse dell’intervallo operativo della cella.

Un ciclo completo equivalente (EFC) esprime la carica cumulativa trasferita rispetto a una capacità totale di riferimento scelta. Per esempio, usando la carica scaricata e un riferimento fisso di 100 Ah:

Cicli completi equivalenti = carica cumulativa scaricata (Ah) ÷ capacità di riferimento (Ah)

Due scariche di 50 Ah, con una ricarica tra loro, sommano un EFC su questa base. Contare sia la scarica sia la ricarica in questa formula conterebbe due volte il ciclo. Una convenzione bidirezionale divide invece la somma degli Ah caricati e scaricati per il doppio della capacità di riferimento. Altri rapporti usano l’energia trasferita: verificate quindi la definizione prima di confrontare i totali dei cicli.

La stessa quantità trasferita può causare un’usura diversa. Come dimostrano le prove di Smith e colleghi, i confronti della durata in cicli richiedono finestra di carica, temperatura e corrente, oltre alla soglia finale di capacità mantenuta. Lithium-ion battery life model with electrode cracking and early-life break-in processes

Corrente e ricarica rapida

La potenza di ricarica in kW non descrive da sola la sollecitazione su ogni cella. Il tasso C mette in relazione la corrente con la capacità di carica: 100 A attraverso una cella da 100 Ah equivalgono a 1C. Dividere i kW sul lato batteria per i kWh nominali fornisce un’approssimazione, influenzata dal rapporto tra tensione effettiva e tensione usata per il valore energetico dichiarato. Battery charging

Una corrente maggiore aumenta il riscaldamento resistivo e può rendere il trasporto del litio il fattore limitante durante la ricarica. Il tasso consentito cambia quindi mentre la batteria si scalda e si riempie. Progetto delle celle, raffreddamento e strategia di controllo determinano quanta corrente può essere accettata; la potenza pubblicizzata di un caricatore non è un indice di usura della batteria. La valutazione del DOE sulla ricarica rapida descrive questi vincoli elettrochimici e termici interconnessi. DOE fast-charging technology assessment

Cosa mostrano i dati nell’uso reale

L’analisi Geotab del 2025 comprendeva oltre 22.700 veicoli elettrici e 21 modelli, con un degrado annuo medio del 2,3%. Il rapporto è datato 28 aprile 2026:

Queste associazioni osservative non stabiliscono causalità né previsioni individuali. Geotab EV battery-health analysis

Considerando solo i veicoli con scarso uso della ricarica DC, il degrado annuo medio era del 2,0% per quelli che trascorrevano oltre l’80% del tempo sotto il 20% o sopra l’80% di SOC, contro l’1,4–1,5% con minore esposizione. Entrambi gli estremi erano raggruppati durante guida, ricarica e sosta; ciò non stabilisce effetti uguali né una soglia temporale universalmente sicura. Geotab EV battery-health analysis

Il gruppo Geotab in clima caldo presentava un degrado annuo medio superiore di 0,4 punti percentuali rispetto al gruppo in clima mite. I gruppi avevano rispettivamente più e meno del 35% dei giorni sopra 25 °C; i veicoli usati esclusivamente in climi freddi erano insufficienti per isolare il loro effetto climatico a lungo termine. Geotab EV battery-health analysis

Geotab riporta inoltre che molti veicoli elettrici perdono capacità più rapidamente all’inizio, prima che il ritmo rallenti. Geotab EV battery-health analysis Più avanti, l’interazione tra meccanismi di degrado può produrre un calo accelerato, spesso chiamato ginocchio della curva. Un’estrapolazione lineare da un intervallo breve non coglie questi cambiamenti. Lithium ion battery degradation: what you need to know

Interpretare la salute della batteria

Lo stato di salute (SOH) confronta le condizioni attuali della batteria con un riferimento, di solito le condizioni da nuova. Verificate cosa descrive la percentuale indicata: capacità di carica, energia utilizzabile o una misura legata alla potenza. Il sistema di gestione della batteria stima lo stato interno attraverso misure e modelli; non misura direttamente un’unica percentuale universale di salute. Precisione dei sensori, dati operativi disponibili e metodo di stima influenzano il risultato. Analog Devices: state-of-charge and state-of-health estimation Misure e calcoli sono spiegati in Battery management system.

Un confronto utile della capacità registra:

• La grandezza misurata e il riferimento della batteria nuova: Ah, energia lorda o energia utilizzabile netta.
• I limiti iniziale e finale: l’intera finestra netta o quella visualizzata del 100–0%, compreso il trattamento dell’energia disponibile sotto lo 0% indicato.
• Temperatura della batteria, tasso di carica o scarica e metodo di prova.
• Se il risultato è una stima del BMS o una misurazione controllata.

L’energia fatturata da un caricatore comprende perdite e consumi ausiliari a valle del contatore e non può quindi sostituire direttamente l’energia erogata in seguito dalla batteria. Charging loss Analogamente, la stima di autonomia sul cruscotto combina una stima energetica con ipotesi di consumo. Una variazione di uno dei due elementi può modificare l’autonomia visualizzata senza un cambiamento equivalente della capacità delle celle. Per un metodo pratico di stima e i suoi limiti, consultate Checking battery health.

Il manuale statunitense della Tesla Model Y illustra la distinzione tra una stima e una prova dedicata. Descrive una valutazione basata sul BMS e, sui veicoli dotati della funzione, un test separato che richiede fino a 24 ore con collegamento AC. Il test indica l’energia mantenuta rispetto al nuovo e può ricalibrare l’autonomia visualizzata. Tesla raccomanda di usarlo solo in caso di dubbi sulla conservazione dell’energia. Tesla Model Y: high-voltage battery health

Lo squilibrio di carica può anche limitare l’energia accessibile del pacco quando un gruppo in serie raggiunge un limite prima degli altri. Cell balancing spiega come correggere le differenze di carica possa ripristinare tale accesso e perché il bilanciamento non recuperi la capacità persa per invecchiamento.

Degrado, guasti e prosecuzione dell’uso

La perdita graduale di capacità e un guasto del pacco richiedono valutazioni diverse. Una batteria con molta energia residua può comunque avere un difetto che ne impedisce il funzionamento. Viceversa, una batteria con capacità ridotta può restare utile se fornisce l’autonomia e la potenza necessarie al proprietario. La valutazione considera quindi condizioni operative e guasti insieme a capacità e resistenza. Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications after EV First Life

Una soglia di capacità in garanzia è un criterio contrattuale di prova, non un punto fisico in cui tutte le batterie smettono di funzionare. Consultate Battery warranty per condizioni e requisiti di misura applicabili e Battery lifecycle per prosecuzione dell’uso, riparazione, applicazioni di seconda vita e riciclaggio.

Nell’uso quotidiano, seguite le indicazioni di ricarica e stoccaggio del veicolo, comprese quelle specifiche per la chimica. Evitare tempo inutile con la batteria calda e completamente carica riduce l’esposizione alle condizioni che favoriscono l’invecchiamento. Completare una ricarica piena necessaria vicino alla partenza riduce tale esposizione mantenendo l’autonomia richiesta per il viaggio. Protecting your battery