Degrado della batteria
Il degrado della batteria è la perdita permanente della capacità di immagazzinare energia o di erogare potenza causata da tempo, temperatura e utilizzo.
In un veicolo elettrico può manifestarsi come:
- Minore energia utilizzabile e autonomia
- Maggiore resistenza interna
- Più calore generato sotto carico
- Riduzione della potenza di ricarica o della frenata rigenerativa
- Minore potenza di trazione di picco o continuativa
- Un gruppo di celle debole che limita il resto del pacco
Tutte le batterie ricaricabili dei veicoli elettrici si degradano a ritmi determinati da chimica, progetto degli elettrodi, temperatura della batteria, stato di carica, potenza di ricarica, raffreddamento del pacco, limiti software e uso del veicolo; questa perdita permanente non va confusa con la temporanea riduzione dell'autonomia invernale o con un guasto del sistema batteria.
Cosa cambia con il degrado
Lo stato di salute della batteria viene spesso ridotto alla capacità residua. È importante, ma non rappresenta il quadro completo.
Due batterie con la stessa capacità residua misurata possono comportarsi diversamente se una ha sviluppato una resistenza interna notevolmente superiore.
Perdita di capacità
La perdita di capacità significa che la batteria immagazzina meno energia utilizzabile rispetto a quando era nuova.
Per esempio, se una batteria erogava originariamente 80 kWh nella propria finestra operativa utilizzabile e successivamente ne eroga 72 kWh in condizioni di prova comparabili, la sua capacità utilizzabile misurata è diminuita del 10%.
Capacità residua =
Capacità attualmente misurata ÷ Capacità di riferimento da nuova
Capacità residua =
72 kWh ÷ 80 kWh
= 90%
Una minore energia utilizzabile può ridurre l'autonomia, anche se la variazione effettiva dipende anche da efficienza del veicolo, condizioni meteorologiche, pneumatici, velocità e percorso.
Aumento della resistenza e perdita di potenza
La resistenza interna normalmente aumenta con l'invecchiamento della batteria.
Una resistenza maggiore provoca:
- Maggiore caduta di tensione durante l'accelerazione
- Maggiore aumento di tensione durante la ricarica
- Più calore generato
- Raggiungimento anticipato dei limiti di tensione delle celle
- Minore potenza di ricarica
- Minore capacità di frenata rigenerativa
- Riduzione della potenza di trazione di picco o continuativa
La relazione tra corrente, resistenza e calore resistivo è approssimativamente:
Calore resistivo ∝ Corrente² × Resistenza
Una batteria può quindi conservare gran parte della capacità energetica originaria diventando al contempo meno capace di accettare o erogare potenza elevata.
I produttori spesso prevedono un margine di potenza sufficiente affinché un moderato aumento della resistenza non sia immediatamente percepibile. La perdita di capacità può emergere come riduzione dell'autonomia prima che il conducente noti una perdita di potenza.
Perdita di potenza in ricarica
Una batteria degradata può dover ridurre prima la corrente di ricarica, perché l'aumento della resistenza fa salire più rapidamente tensione e temperatura delle celle.
I possibili effetti comprendono:
- Minore potenza di picco in ricarica DC
- Taper di ricarica anticipato
- Tempo di ricarica più lungo
- Raffreddamento attivo più intenso
- Maggiore sensibilità al freddo
- Minore ripetibilità tra diverse soste
Una sessione più lenta non dimostra che la batteria sia degradata. Vanno considerati anche capacità della colonnina, temperatura della batteria, SOC all'arrivo, condivisione della potenza e precondizionamento.
Squilibrio delle celle
I pacchi batteria sono limitati dal primo gruppo di celle monitorato che raggiunge il limite superiore o inferiore di tensione.
Se un gruppo ha perso più capacità o sviluppato maggiore resistenza rispetto agli altri, può:
- Raggiungere prima la tensione massima durante la ricarica
- Raggiungere prima la tensione minima durante la scarica
- Ridurre l'energia utilizzabile del pacco
- Far iniziare prima il taper di ricarica
- Limitare la potenza di trazione vicino allo scaricamento
Il bilanciamento può correggere differenze nel livello di carica, ma non ripristina la capacità persa permanentemente da un gruppo degradato.
La perdita temporanea di autonomia non è degrado
L'autonomia può cambiare notevolmente senza alcun danno permanente alla batteria.
Una riduzione temporanea può essere causata da:
- Bassa temperatura della batteria
- Riscaldamento dell'abitacolo
- Strade bagnate, innevate o fredde
- Pneumatici invernali
- Vento forte
- Velocità autostradale superiore
- Portapacchi o box sul tetto
- Traino
- Cambiamento dello stile di guida
- Stima imprecisa dell'autonomia
- Recente ricalibrazione del BMS
Una batteria fredda ha maggiore resistenza e può raggiungere prima il limite inferiore di tensione sotto carico. Parte dell'energia immagazzinata può diventare più accessibile dopo il riscaldamento delle celle o un periodo di riposo.
Il degrado permanente resta dopo aver tenuto conto di temperatura, carico ed effetti della stima del SOC.
Per questo l'autonomia visualizzata dopo la ricarica non è una misurazione affidabile dello stato di salute. Lo stimatore può reagire ai consumi recenti anziché misurare la capacità della batteria.
Invecchiamento di calendario
L'invecchiamento di calendario avviene con il passare del tempo, anche mentre il veicolo è parcheggiato.
La batteria non deve completare cicli di carica perché le reazioni chimiche di invecchiamento continuino.
L'invecchiamento di calendario è fortemente influenzato da:
- Tempo
- Temperatura delle celle
- Stato di carica
- Tensione delle celle
- Chimica della batteria
- Progetto di elettrodi ed elettrolita
Le temperature elevate accelerano le reazioni chimiche indesiderate. Un SOC elevato porta molte chimiche agli ioni di litio a una tensione di cella più stressante. La combinazione di calore e SOC elevato prolungato è quindi particolarmente impegnativa.
Ciò non significa che ricaricare occasionalmente al 100% sia necessariamente dannoso. La distinzione più importante è tra raggiungere brevemente un SOC elevato prima di un viaggio e lasciare il veicolo parcheggiato quasi pieno per giorni o settimane.
Stress da stoccaggio della batteria a diverse temperature e stati di carica
L'invecchiamento di calendario può provocare:
- Perdita di litio utilizzabile
- Decomposizione dell'elettrolita
- Crescita degli strati superficiali
- Aumento della resistenza interna
- Generazione di gas
- Riduzione della capacità energetica
- Minore potenza di carica e scarica
Invecchiamento di calendario e da cicli sono classificazioni utili, ma non completamente separate. Molte reazioni chimiche avvengono in entrambi e i cicli possono creare condizioni che continuano a causare invecchiamento dopo l'interruzione della corrente.
Invecchiamento da cicli
L'invecchiamento da cicli è il degrado associato a carica e scarica.
Ogni volta che l'energia attraversa la batteria, gli elettrodi si espandono e si contraggono, gli ioni si muovono nella cella e parte dell'energia si perde come calore. Si verificano anche piccole reazioni indesiderate.
L'effetto dipende da molto più del numero di collegamenti del cavo di ricarica.
Tra i fattori importanti:
- Energia totale trasferita
- Profondità di scarica
- SOC medio
- C-rate di ricarica
- Potenza di scarica
- Temperatura della batteria
- Chimica delle celle
- Tempo di riposo tra i cicli
Un ciclo superficiale in condizioni moderate non equivale a un ciclo profondo ad alta potenza e temperatura sfavorevole.
Cicli completi equivalenti
Una sessione di ricarica non equivale a un ciclo della batteria.
Un ciclo completo equivalente, o EFC, rappresenta un trasferimento cumulativo di energia pari al 100% della capacità utilizzabile della batteria.
Esempi:
- Due cicli di 50 punti percentuali equivalgono a circa un EFC
- Quattro cicli di 25 punti percentuali equivalgono a circa un EFC
- Cinque cicli che utilizzano il 20% della capacità equivalgono a circa un EFC
Anche la frenata rigenerativa contribuisce all'energia trasferita in carica.
Geotab usa lo stesso concetto cumulativo nella propria analisi delle flotte: utilizzare e reintegrare ripetutamente il 25% della capacità per quattro volte rappresenta un ciclo completo equivalente. (Geotab)
Ciò rende gli EFC più utili del semplice conteggio delle sessioni di ricarica.
Profondità di scarica e SOC medio
Profondità di scarica e SOC medio descrivono tipi di stress differenti.
Profondità di scarica
La profondità di scarica descrive quanta parte della finestra della batteria viene utilizzata durante un ciclo.
Esempi:
- Dal 70% al 50% è un ciclo di 20 punti percentuali
- Dall'80% al 30% è un ciclo di 50 punti percentuali
- Dal 100% al 10% è un ciclo di 90 punti percentuali
Ripetuti cicli profondi possono creare maggiore stress meccanico ed elettrochimico rispetto a cicli superficiali, anche se la relazione esatta dipende dalla chimica e dalla finestra operativa.
SOC medio
Due cicli possono avere la stessa profondità ma avvenire a livelli medi di carica diversi:
- Dal 20% al 70%
- Dal 50% al 100%
Entrambi utilizzano 50 punti percentuali, ma il secondo trascorre più tempo a una tensione elevata delle celle.
Il SOC medio superiore può aumentare lo stress di calendario, anche se la profondità è identica.
Stress dei cicli a diversi stati di carica
I veicoli elettrici devono restare tra il 20% e l'80%?
La regola 20–80%, spesso ripetuta, è troppo semplicistica.
L'analisi aggiornata delle flotte di Geotab ha rilevato poche differenze tra i veicoli con esposizione bassa e moderata a SOC inferiori al 20% o superiori all'80%. Un aumento più netto è apparso soltanto nel gruppo che trascorreva oltre l'80% del tempo totale a tali estremi. Questo gruppo ad alta esposizione registrava in media un degrado annuo del 2,0%, rispetto all'1,4–1,5% dei gruppi meno esposti. (Geotab)
Ciò non significa che il SOC non abbia effetto. Suggerisce che il tempo prolungato vicino al pieno o allo scarico conta più dell'uso occasionale di quelle parti della batteria.
Per la maggior parte dei proprietari:
- Usare il 100% prima di un lungo viaggio è normale
- Arrivare a casa o a una colonnina con SOC basso è normale
- Lasciare il veicolo quasi pieno a lungo è meno opportuno
- Lasciarlo quasi scarico a lungo va evitato
- Le indicazioni specifiche del produttore hanno la precedenza sulle regole generiche
Per alcuni veicoli LFP è inoltre consigliata una ricarica completa a intervalli definiti affinché il BMS possa calibrare accuratamente il SOC.
Cosa cambia all'interno della cella
Il degrado non è una singola reazione. Più meccanismi possono agire contemporaneamente.
Perdita dell'inventario di litio
Parte del litio resta intrappolata nei prodotti delle reazioni secondarie e non è più disponibile per il normale movimento tra gli elettrodi.
Un contributo importante è la crescita della Solid Electrolyte Interphase, o SEI, sull'elettrodo negativo.
La SEI è necessaria perché protegge l'elettrodo dalla continua decomposizione dell'elettrolita, consentendo comunque il passaggio degli ioni di litio. Formare e far crescere lo strato consuma però litio attivo ed elettrolita.
Studi di laboratorio e diagnostici identificano la perdita dell'inventario di litio dovuta alla crescita della SEI come una delle principali cause della perdita iniziale di capacità, seguita in alcune celle da una crescente perdita di materiale attivo. (US Department of Energy)
Con l'aumento dello spessore o il danneggiamento, la SEI può anche accrescere la resistenza interna.
Perdita di materiale attivo
Parti di un elettrodo possono smettere di partecipare alla reazione della batteria.
Le possibili cause includono:
- Frattura delle particelle
- Cambiamenti strutturali di fase
- Delaminazione dell'elettrodo
- Perdita del contatto elettrico
- Deterioramento del legante
- Dissoluzione del materiale attivo
- Percorsi ionici ostruiti
Il materiale attivo può essere ancora fisicamente presente nella cella, ma non più collegato abbastanza bene da immagazzinare e rilasciare ioni.
Le ricerche sull'invecchiamento identificano sia la perdita dell'inventario di litio sia quella di materiale attivo come contributi importanti alla riduzione di capacità e potenza. (US Department of Energy)
Degrado dell'elettrolita
L'elettrolita non è perfettamente stabile nell'intero intervallo di tensione e temperatura della cella.
Può reagire con gli elettrodi, soprattutto in presenza di:
- Alta tensione della cella
- Temperatura elevata
- Superfici degli elettrodi danneggiate
- Corrente di ricarica elevata
- Zone contaminate o difettose
La decomposizione dell'elettrolita può contribuire a:
- Formazione di gas
- Aumento della resistenza
- Perdita di litio
- Crescita dei film superficiali
- Riduzione della conducibilità ionica
- Zone asciutte nella struttura degli elettrodi
Elettrolita e interfacce degli elettrodi sono strettamente collegati. Il danneggiamento di un componente può accelerare il degrado altrove nella cella.
Placcatura del litio
Durante la ricarica, gli ioni di litio dovrebbero inserirsi nella struttura dell'elettrodo negativo.
Se il litio raggiunge un anodo a base di grafite più rapidamente di quanto possa inserirsi, sulla superficie può depositarsi litio metallico.
La placcatura è più probabile quando:
- La cella è fredda
- La corrente di ricarica è elevata
- Il SOC è alto
- L'elettrodo negativo è spesso
- La resistenza interna è aumentata
- I percorsi degli ioni non sono uniformi
- La cella presenta difetti produttivi
Le ricerche DOE individuano un'elevata velocità di carica, bassa temperatura ed elevato carico degli elettrodi come condizioni importanti per la placcatura. Il litio depositato può causare perdita di capacità, aumento della resistenza e potenzialmente un cortocircuito interno. (US Department of Energy)
Parte del litio placcato può essere reversibile, ma una parte può perdere il contatto elettrico e diventare litio morto inattivo. Una normale scarica non lo ripristina necessariamente.
Per questo un veicolo elettrico freddo può limitare nettamente ricarica DC e frenata rigenerativa finché la batteria non si è riscaldata.
Danni meccanici ed espansione del silicio
I materiali degli elettrodi cambiano volume quando gli ioni entrano ed escono.
La grafite tollera relativamente bene questo movimento. Il silicio può immagazzinare molto più litio, ma si espande molto di più durante la ricarica.
L'espansione ripetuta può:
- Fratturare le particelle di silicio
- Danneggiare il rivestimento dell'elettrodo
- Interrompere i collegamenti elettrici
- Danneggiare la SEI
- Esporre nuove superfici
- Consumare altro elettrolita e litio
- Aumentare il gonfiore della cella
Gli anodi silicio-grafite e a prevalenza di silicio richiedono quindi particelle, leganti, additivi dell'elettrolita, porosità e controllo della pressione progettati con cura.
Invecchiamento di calendario e da cicli interagiscono
L'invecchiamento di calendario continua durante guida e ricarica, mentre i cicli modificano le condizioni in cui avvengono le reazioni tipiche del calendario.
Per esempio:
- La ricarica rapida aumenta la temperatura
- Il SOC elevato dopo la ricarica aumenta lo stress dovuto alla tensione
- La guida può riscaldare il pacco prima del parcheggio
- Le particelle fratturate espongono nuove superfici che reagiscono mentre il veicolo è fermo
- La crescita della SEI aumenta la resistenza, generando più calore nei cicli successivi
Non è quindi possibile attribuire con precisione ogni punto percentuale di degrado al tempo o ai cicli.
La distinzione resta utile perché spiega come veicoli elettrici più vecchi con pochi chilometri e veicoli più recenti con molti chilometri possano mostrare un degrado misurabile per ragioni diverse.
Temperatura e degrado
La temperatura influenza quasi tutti i meccanismi di invecchiamento.
Temperatura elevata
Il calore accelera le reazioni chimiche all'interno della cella.
Temperature elevate prolungate possono aumentare:
- Crescita della SEI
- Decomposizione dell'elettrolita
- Generazione di gas
- Dissoluzione dei metalli di transizione
- Invecchiamento di calendario
- Aumento della resistenza
I dati più recenti sulle flotte di Geotab mostrano che i veicoli del gruppo con clima caldo si degradavano in media di 0,4 punti percentuali all'anno più rapidamente di quelli in condizioni più miti. Lo studio ha definito i gruppi in base alla quota di giorni sopra 25 °C e non ha potuto isolare nello stesso modo climi costantemente freddi. (Geotab)
Il raffreddamento attivo riduce l'effetto, ma non elimina ogni differenza di temperatura tra climi e modalità d'uso.
Bassa temperatura
Lo stoccaggio al freddo generalmente non equivale a quello al caldo. La bassa temperatura rallenta molte reazioni di invecchiamento.
Il problema principale è caricare troppo intensamente una cella fredda a base di grafite.
A bassa temperatura:
- Il movimento degli ioni rallenta
- La resistenza interna aumenta
- La grafite accetta il litio più lentamente
- La tensione della cella aumenta più rapidamente durante la ricarica
- Aumenta il rischio di placcatura del litio
Il BMS dovrebbe limitare la corrente o riscaldare la batteria prima di consentire potenza elevata.
Lo stress della ricarica al freddo dipende quindi in larga misura da precondizionamento, gestione termica e software di ricarica.
Ricarica rapida e degrado
La ricarica rapida DC è un normale utilizzo previsto per un moderno veicolo elettrico. Batteria e BMS sono progettati per accettarla entro limiti definiti.
L'effetto sul degrado dipende da molto più del numero stampato sulla colonnina:
- Potenza effettiva della batteria
- Capacità della batteria
- C-rate di ricarica
- Temperatura della batteria
- SOC all'arrivo
- Curva di ricarica
- Progetto delle celle
- Prestazioni del raffreddamento
- Frequenza d'uso dell'alta potenza
Una ricarica da 150 kW rappresenta circa:
- 1C per una batteria da 150 kWh
- 2C per una batteria da 75 kWh
- 3C per una batteria da 50 kWh
La stessa potenza della colonnina non genera quindi lo stesso stress a livello delle celle in ogni veicolo.
Dati reali sulla ricarica rapida
Geotab ha suddiviso oltre 22.700 unità elettriche in gruppi secondo l'uso della ricarica. I veicoli in cui la DC rappresentava meno del 12% delle sessioni registravano in media un degrado annuo dell'1,5%. Quelli che usavano più spesso la DC registravano il 2,5%. (Geotab)
Nel gruppo con uso frequente della DC contava anche la potenza:
| Gruppo d'uso della ricarica | Definizione | Degrado annuo medio |
|---|---|---|
| Bassa frequenza DC | Ricarica DC inferiore al 12% di tutte le sessioni | 1,5% |
| Alta frequenza DC, potenza inferiore | Ricarica DC superiore al 12%; meno del 40% delle sessioni DC sopra 100 kW | 2,2% |
| Alta frequenza DC, potenza elevata | Ricarica DC superiore al 12%; oltre il 40% delle sessioni DC sopra 100 kW | 3,0% |
Sono medie aggregate dei gruppi, non previsioni per un particolare veicolo. Geotab ha anonimizzato i modelli e non ha isolato chimica, dimensione del pacco, progetto del raffreddamento, clima e curva di ricarica in variabili controllate di laboratorio. I risultati mostrano comunque una chiara associazione tra frequente ricarica ad alta potenza e perdita di capacità più rapida nell'intero insieme di dati. (Geotab)
La conclusione pratica non è che i proprietari debbano evitare la ricarica DC. La ricarica rapida esiste per rendere possibili lunghi viaggi e uso intensivo.
Usala quando offre un vantaggio pratico. Una ricarica più lenta è preferibile quando l'auto resterà comunque parcheggiata per diverse ore e la rapidità non offre alcun beneficio.
Guida ad alta potenza e rigenerazione
Anche l'elevata potenza di scarica genera calore e stress meccanico, ma l'effetto dipende da durata e controllo termico.
Brevi accelerazioni intense sono normalmente meno impegnative di:
- Guida prolungata ad alta velocità
- Lunghe salite di montagna
- Traino
- Uso in pista
- Accelerazioni ripetute alla massima potenza
La frenata rigenerativa aggiunge energia trasferita in carica. Il BMS limita la rigenerazione quando temperatura, SOC, tensione o capacità di potenza rendono inadatta una corrente di carica elevata.
Per la maggior parte dei privati, accelerazione normale e frenata rigenerativa difficilmente dominano l'invecchiamento. Tempo, temperatura, esposizione al SOC e schema di ricarica sono di solito più significativi.
Differenze tra le chimiche delle celle
Il nome della chimica non determina da solo il degrado, ma modifica i compromessi di base.
NMC, NCA e NCMA
Le celle a base di nichel offrono elevata densità energetica e grande capacità di potenza.
Il loro invecchiamento può essere sensibile a:
- Alta tensione della cella
- Temperatura elevata
- Stabilità dei catodi ad alto contenuto di nichel
- Frattura delle particelle
- Ossidazione dell'elettrolita
- Dissoluzione dei metalli di transizione
I produttori gestiscono questi stress con rivestimenti, additivi dell'elettrolita, limiti di tensione, raffreddamento e calibrazione del BMS.
LFP
La LFP offre generalmente:
- Lunga vita ciclica
- Elevata stabilità termica
- Buona tolleranza ai cicli frequenti
- Minore costo del materiale catodico
Non è immune al degrado.
Anche le celle LFP subiscono:
- Crescita della SEI
- Perdita di litio attivo
- Invecchiamento dell'elettrolita
- Aumento della resistenza
- Squilibrio delle celle
- Limiti di ricarica al freddo
La conservazione prolungata ad alto SOC e temperatura elevata può comunque creare stress evitabile.
La curva di tensione piatta della LFP rende inoltre più difficile stimare il SOC, facendo talvolta apparire come degrado variazioni dell'autonomia o della percentuale dovute alla ricalibrazione del BMS.
Anodi contenenti silicio
Un maggiore contenuto di silicio può aumentare la densità energetica, ma genera anche maggiore espansione dell'elettrodo e ripetuti danni al film superficiale.
Il risultato sul degrado dipende fortemente da:
- Contenuto di silicio
- Struttura delle particelle
- Legante
- Additivi dell'elettrolita
- Pressione della cella
- Strategia di ricarica
Una batteria pubblicizzata per l'uso di silicio non ha automaticamente una scarsa durata. Conta l'implementazione.
Ioni di sodio
Le celle agli ioni di sodio utilizzano materiali degli elettrodi e meccanismi di invecchiamento diversi rispetto a quelle agli ioni di litio.
I potenziali vantaggi di costo e comportamento termico non si traducono automaticamente in maggiore durata. I dati automobilistici reali a lungo termine restano limitati rispetto alle chimiche agli ioni di litio consolidate.
Le affermazioni sulla durata delle celle agli ioni di sodio vanno quindi valutate per lo specifico progetto, non applicate all'intera famiglia tecnologica.
Il degrado normalmente non è lineare
Una batteria non perde necessariamente la stessa percentuale di capacità ogni anno.
Una curva tipica può comprendere:
- Un periodo iniziale di assestamento con una perdita precoce relativamente visibile
- Un lungo periodo di degrado graduale
- Una possibile fase accelerata verso la fine della vita, talvolta chiamata ginocchio
Non tutte le batterie sviluppano un ginocchio pronunciato durante la vita del veicolo.
Geotab ha osservato che molti veicoli più recenti nei suoi dati mostravano un calo più marcato nel primo anno o nei primi due, seguito da stabilizzazione. Otto degli 11 modelli consolidati provenienti dal precedente insieme di dati registravano in media un degrado annuo dell'1,4% dopo la stabilizzazione dei risultati. (Geotab)
Per questo moltiplicare una percentuale annua media per l'età del veicolo non è affidabile:
2,3% × 10-anni ≠ previsione affidabile di una perdita del 23%
Il 2,3% è una media di gruppo, non una legge universale di invecchiamento lineare.
Degrado e guasto della batteria non sono la stessa cosa
Una batteria può degradarsi gradualmente senza guastarsi.
Un guasto del sistema batteria può invece essere causato da:
- Cella difettosa
- Cortocircuito interno di una cella
- Autoscarica eccessiva
- Contattore guasto
- Guasto d'isolamento
- Perdita di liquido di raffreddamento
- Sensore di tensione o temperatura difettoso
- Sbarra danneggiata
- Guasto di comunicazione
- Danno da collisione o al sottoscocca
- Componente guasto del sistema di gestione della batteria
Un pacco può conservare il 95% della capacità energetica e richiedere comunque una riparazione per il guasto di un componente elettrico.
Un altro pacco può funzionare normalmente con l'80% di capacità residua, ma offrire meno autonomia.
La distinzione conta anche per le garanzie. Una garanzia contro i difetti e una garanzia sulla capacità residua non coprono necessariamente le stesse condizioni.
Come si misura lo stato di salute
Misurare accuratamente lo stato di salute è più difficile che leggere l'autonomia sul cruscotto.
I metodi comuni comprendono:
- Stato di salute comunicato dal BMS
- Prova controllata di scarica dell'energia
- Procedure diagnostiche del produttore
- Prove di capacità in officina
- Misurazione dell'energia in un intervallo SOC noto
- Analisi della dispersione delle tensioni e della resistenza delle celle
- Analisi telematica a lungo termine
Stato di salute comunicato dal BMS
Il BMS stima lo stato di salute da dati quali:
- Energia trasferita
- Integrazione della corrente
- Comportamento della tensione
- Resistenza interna
- Squilibrio delle celle
- Cronologia delle temperature
- Cronologia della ricarica
- Età della batteria
Una percentuale SOH visualizzata può rappresentare capacità residua, capacità di potenza o una combinazione proprietaria.
I valori SOH di produttori diversi non sono necessariamente confrontabili, perché possono usare differenti:
- Capacità di riferimento
- Buffer
- Correzioni della temperatura
- Metodi di prova
- Modelli di stima
- Definizioni di “nuova”
Prova energetica controllata
Una prova controllata della capacità misura l'energia erogata in una finestra SOC definita e in condizioni note.
Per un confronto utile, deve considerare:
- Temperatura della batteria
- SOC iniziale e finale
- Consumo ausiliario del veicolo
- Perdite di carica e scarica
- Calibrazione del BMS
- Se il riferimento è capacità lorda o utilizzabile
- Buffer della batteria
Una prova in officina o integrata dal produttore è normalmente più affidabile del tentativo di dedurre il degrado da una sola fattura di ricarica.
Test Tesla dello stato di salute
I veicoli Tesla supportati includono un test integrato dello stato di salute della batteria.
Tesla indica che il veicolo deve essere collegato a un caricatore AC e che il processo può richiedere fino a 24 ore. Il test può scaricare la batteria allo 0%, poi comunica l'energia residua rispetto a quando era nuova. Tesla segnala inoltre che l'autonomia visualizzata può essere ricalibrata in seguito. (Tesla)
Tesla consiglia di eseguire il test soltanto quando esiste un dubbio sulla capacità energetica residua.
Questo processo controllato è fondamentalmente diverso dal confrontare l'autonomia visualizzata al 100% in due date distinte.
Perché l'autonomia visualizzata è un pessimo test
L'autonomia a piena carica può cambiare a causa di:
- Consumo energetico recente
- Temperatura
- Aggiornamenti software
- Calibrazione del BMS
- Configurazione di cerchi e pneumatici
- Modalità di guida
- Modifiche dei valori di omologazione
- Degrado della batteria
Alcuni veicoli mostrano un'autonomia nominale fissa derivata dal SOC, altri una previsione basata sulla guida recente.
Un numero inferiore sul cruscotto non basta quindi per diagnosticare il degrado.
Dati reali sul degrado
I grandi insiemi di dati delle flotte offrono una visione utile dell'invecchiamento reale, ma vanno interpretati con attenzione.
Pubblicazione Geotab 2026
La pubblicazione aggiornata di Geotab del 2026 si basa sull'analisi di oltre 22.700 unità elettriche appartenenti a 21 anonimizzati tipi di modello.
Riferisce:
- Media di tutti i veicoli analizzati: 2,3% all'anno
- Autovetture leggere: 2,0% all'anno
- Veicoli multiuso, inclusi furgoni: 2,7% all'anno
- Modelli consolidati già presenti: 1,4% all'anno in media
- Penalità del clima caldo: circa 0,4 punti percentuali all'anno
- Gruppo DC frequente ad alta potenza: 3,0% all'anno
- Gruppo con bassa frequenza DC: 1,5% all'anno (Geotab)
L'analisi precedente di Geotab riportava l'1,8% all'anno. L'aumento al 2,3% non dimostra che le batterie più recenti siano peggiori. Geotab lo attribuisce a differenze nella composizione dei veicoli, uso più intenso, ricarica più potente e maggior numero di veicoli recenti ancora nella fase iniziale di calo. (Geotab)
I limiti sono importanti:
- I modelli dei veicoli sono anonimizzati
- I dati sono fortemente influenzati dall'uso nelle flotte
- La chimica della batteria non è isolata
- Progetto termico e dimensione della batteria differiscono
- I tassi annui sono medie di gruppo
- I valori non vanno estrapolati come linee rette
Lo studio è più utile per identificare tendenze che per prevedere lo stato esatto di una singola auto.
Dati della flotta Tesla
L'Impact Report Tesla del 2023 riferisce che le batterie di Model 3 assieme a Model Y avevano perso in media circa il 15% della capacità originaria dopo 200.000 miglia.
Sono dati di flotta comunicati dal produttore, non uno studio controllato indipendente. Tesla osserva inoltre che il chilometraggio è soltanto uno dei fattori e che l'età della batteria influisce sulla capacità residua. (Tesla)
I dati restano utili perché riguardano veicoli di serie con percorrenze elevate. Non vanno considerati rappresentativi di ogni chimica, fabbrica, anno modello, clima o modalità d'uso.
Cosa significa il degrado per chi acquista un veicolo elettrico usato
Lo stato della batteria è una delle specifiche più importanti in un veicolo elettrico meno recente, ma non va giudicato soltanto da età o contachilometri.
Le informazioni utili comprendono:
- Capacità utilizzabile residua
- Test SOH del produttore o indipendente
- Dispersione delle tensioni delle celle
- Andamento della resistenza interna
- Curva di ricarica
- Avvisi della batteria e della trasmissione
- Cronologia della garanzia
- Cronologia delle riparazioni o sostituzioni di moduli
- Clima e modalità d'uso
- Corretto funzionamento del precondizionamento e raffreddamento
Un veicolo con molti chilometri, buona gestione termica e stress moderato della batteria può avere un pacco più sano di un veicolo meno usato ma conservato ad alto SOC in un clima caldo.
Domande da porre
- La batteria è stata sottoposta a un test documentato?
- Il test si basa su energia misurata o soltanto su una stima del BMS?
- Il veicolo raggiunge ancora la potenza di ricarica prevista quando è preparato correttamente?
- Esistono differenze insolite nella tensione delle celle?
- Il pacco o un modulo sono stati riparati?
- La garanzia si trasferisce al proprietario successivo?
- Quale soglia di capacità usa la garanzia?
- La capacità indicata è lorda, utilizzabile o quella attualmente misurata?
Un certificato trasparente dello stato di salute è molto più utile di una fotografia del cruscotto con l'autonomia stimata.
Cosa possono fare i conducenti
Il degrado non può essere fermato, ma è possibile ridurre lo stress non necessario.
Tra le abitudini pratiche:
- Seguire le indicazioni di ricarica dello specifico veicolo
- Evitare di lasciare la batteria quasi piena a lungo quando l'autonomia non serve
- Evitare di conservare il veicolo quasi scarico
- Precondizionare prima della ricarica ad alta potenza con il freddo
- Usare la ricarica rapida DC quando offre un valore pratico
- Preferire AC o potenza inferiore quando l'auto resterà già parcheggiata per ore
- Evitare, quando possibile, un'esposizione prolungata e non necessaria al calore
- Lasciare la batteria a SOC moderato durante una lunga sosta
- Mantenere aggiornati gestione termica e software di ricarica
- Non preoccuparsi eccessivamente di occasionali ricariche complete o della normale ricarica rapida in viaggio
I proprietari dovrebbero usare la batteria per rendere utile il veicolo. Evitare ogni SOC elevato, scarica profonda o ricarica rapida può creare più disagi che benefici significativi per la durata.
Per consigli pratici, consulta Come prolungare la vita della batteria di un veicolo elettrico.
Cosa conta di più
Il degrado delle batterie è determinato dall'interazione tra tempo, temperatura, stato di carica, energia trasferita e progetto della batteria.
Le distinzioni più importanti sono:
- La perdita temporanea di autonomia non è necessariamente degrado
- Perdita di capacità e perdita di potenza sono diverse
- Invecchiamento di calendario e da cicli si sovrappongono
- La temperatura elevata è un importante fattore di stress a lungo termine
- Il freddo diventa particolarmente rilevante durante la ricarica
- La frequente ricarica DC ad alta potenza è associata a un degrado più rapido, ma resta un normale utilizzo del veicolo
- Il tempo trascorso a SOC estremi conta più del passaggio occasionale
- L'invecchiamento raramente è perfettamente lineare
- Il degrado non equivale al guasto di un componente
- L'autonomia sul cruscotto non è un test dello stato di salute
Le moderne batterie per veicoli elettrici si stanno dimostrando generalmente durevoli, ma nessuna singola percentuale descrive ogni veicolo. Chimica, raffreddamento, progetto delle celle, calibrazione del BMS, clima e modalità d'uso determinano come invecchia ogni pacco.
Per le soglie di garanzia e le opzioni dopo il servizio sul veicolo, consulta Garanzia della batteria dei veicoli elettrici e Ciclo di vita, riparazione, seconda vita e riciclo delle batterie.
Fonti
- Geotab — Analisi dello stato di salute delle batterie dei veicoli elettrici
- Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti — Prove diagnostiche e analisi
- Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti — La scienza del degrado delle batterie
- Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti — Valutazione della tecnologia di ricarica ultrarapida
- Tesla — Stato di salute della batteria ad alta tensione di Model Y
- Tesla — Impact Report 2023