Durata batterie auto elettriche, quanto durano, consigli

L’impiego delle batterie al litio nei veicoli elettrici sta spingendo la ricerca dell’industria del settore a studiare come aumentarne la durata (Tesla in prima linea), e al contempo gli esperti hanno cominciato ad analizzare le cause dei guasti e del deterioramento naturale. Cerchiamo di capire quanto dura una batteria al litio di un’auto elettrica e come funziona la garanzia.

Quanto dura la batteria di un’auto elettrica?

Quanto dura una batteria al litio di un’auto elettrica? Mentre la durata di 3 anni e 500 cicli di ricarica per una batteria del PC o uno smartphone è accettabile, gli 8 anni di vita per una batteria per auto elettrica, che possono sembrare tanti, in realtà preoccupano l’acquirente di un EV.

La sostituzione del pacco batterie in un’auto elettrica incide molto e costa quanto una vettura compatta con motore endotermico tradizionale. Se la vita delle batterie potesse essere estesa, per esempio, fino a 20 anni, l’alto investimento iniziale necessario per l’acquisto di un’auto elettrica potrebbe essere maggiormente giustificato.

I produttori di veicoli elettrici scelgono batterie che sono ottimizzate per la durata piuttosto che per un’alta energia specifica; queste batterie infatti sono più grandi e più pesanti di quelle usate nell’elettronica di consumo.

Ci sono testimonianze di molti chilometri percorsi con le batterie; c’è anche chi come il francesce Frédéric Richard che ha percorso 200.000 km o lo Youtuber turco Erdem Çizmecioğulları che vanta l’ottima durata del suo pacco-batterie con il quale ha percorso 300.000 km. Nel video sotto fa vedere i dettagli utilizzando l’applicazione CANZE (gratuita) per ZOE che legge tutti i valori tramite presa OBD.

Perché la batteria al litio si degrada?

Perché la batteria agli ioni di litio si degrada? Studi più approfonditi hanno rivelato che gli ioni di litio, responsabili del trasporto delle cariche elettriche tra gli elettrodi, erano diminuiti nel catodo e permanentemente passati sull’anodo; quindi il catodo aveva una concentrazione di litio minore rispetto a una nuova cella. Questo fenomeno è irreversibile e dunque è inevitabile il degrado della batteria.

I ricercatori hanno studiato l’efficienza con la quale gli elettroni sono trasferiti durante i cicli di carica e di scarica, detta efficienza coulombiana. Durante la carica il litio precipita sull’anodo in grafite e modifica la differenza di potenziale. Si crea un film chiamato Solid Electrolyte Interface (SEI) formato dagli atomi di litio sulla superficie dell’anodo.

Test durata batterie Nissan Leaf, quanto durano?

Le batterie della Leaf sono state sottoposte a duri cicli di test. Nissan aveva selezionato per la prima serie della Leaf una batteria al litio-manganese, a causa delle sue interessanti prestazioni. Il protocollo di test impiegato prevedeva una ricarica rapida a 1,5 Coulomb (C) in meno di un’ora e una scarica a 2,5 C per 20 minuti a una temperatura di circa 60 °C.

Perdita capacità batteria nel tempo

Sottoposta a queste dure condizioni, la batteria a lunga durata dovrebbe perdere il 10% della capacità dopo 500 cicli di ricarica, che rappresentano 1-2 anni di guida. Questo test simulava una marcia del veicolo elettrico in condizioni molto pesanti (comprese sgommate tipiche di una guida aggressiva) e nonostante tutto la capacità di ricarica della batteria si manteneva intorno al 90%.

Cause perdita capacità della batteria al litio

Nonostante i test così accurati e intensivi, i proprietari della Leaf prima serie hanno constatato una perdita di capacità del 27,5% dopo due anni di utilizzo e senza una guida particolarmente aggressiva. Cos’è che ha causato questa grossa differenza rispetto ai test?

I ricercatori hanno smontato le batterie danneggiate: srotolando la striscia di nastro di metallo lunga un metro e mezzo che forma l’anodo e il catodo della batteria, ricoperta di ossidi, hanno scoperto che la fine struttura dei nanomateriali era diventata grossolana.

Film che danneggia le batterie agli ioni di litio

Questo film, composto da ossido di litio e carbonato di litio, cresce ad ogni ciclo di ricarica: lo strato diventa più spesso e forma una barriera che ostacola l’interazione con la grafite. L’efficienza coulombiana varia a seconda del tipo di cella, come si può vedere nella tabella.

Tipo di cella	Materiale	Efficienza coulombiana	Caratteristiche	Impieghi
Litio – Ossido di cobalto	LiCoO2 (60% Co)	Buona, scende leggermente a 50-60°C	Alta capacità , potenza limitata, fragile	Smartphone e PC laptop
Litio – Ossido di manganese	LiMn2O4	Bassa, cala ulteriormente a 40°C	Alta capacità, elevata potenza, resistente a usi intensi.	Attrezzi, e-bike, veicoli elettrici, strumenti medici, UPS
Litio – fosfato di ferro	LiFePO4	Media, cala a 50-60°C
Litio – Ossidi di nickel, manganese e cobalto	LiNiMnCoO2 (10–20% Co)	Buona, un piccolo calo a 60°C
Litio – Ossidi di nickel, cobalto e alluminio	LiNiCoAlO2 (9% Co)	non ancora misurata	–	Veicoli elettrici (Tesla Model S), batterie per sistemi di storage collegati alla rete
Titanato di litio	Li4Ti5O12	Eccellente	Grande durata ma costose e con bassa energia specifica	–

Al catodo avviene un fenomeno simile, noto anche come ossidazione dell’elettrolita (EO).

Degrado della batteria agli ioni di litio vs livello di carica

E’ stato appurato anche che più la batteria rimane sotto un’alta tensione più velocemente avviene la degradazione.

Per alta tensione in questo caso intendiamo una tensione di cella pari a 4,10 Volt. Gli studi comparativi sono stati realizzati caricando le celle fino a 3,92 Volt.

Perché si rovinano le batterie delle auto elettriche quando sono cariche al 100%?

Riepilogando i risultati di laboratorio ottenuti dalle batterie al litio-manganese testate della Nissan Leaf è stato appurato che una delle principali cause dei danni provocati alla batteria è la permanenza a tensioni di cella elevate e alte temperature.
Il test dell’efficienza coulombiana ha rivelato che queste ultime due condizioni provocano più danni dei cicli di carica e scarica.

Per questo si raccomanda di non caricare completamente le batterie dell’auto elettrica oltre l’80% se non necessario. E’ consigliato caricare la batteria al 100% e livellare così la tensione di tutte le celle poco prima di affrontare un viaggio più lungo, in modo tale da riportare la tensione della batteria a valori più bassi.

Su questa insegna la MAVIC ha inserito un sistema (Intelligent Flight Battery) di autoscarica della batteria dei droni dopo alcuni giorni (si può impostare il numero dei giorni).

Consigli per allungare la vita della batteria agli ioni di litio

A tal proposito riportiamo i principali consigli della DJi per allungare la vita delle batterie agli ioni di litio di un drone sui quali si possono prende spunti…

1. Riscaldare la batteria fredda.
2. Non stressare la batteria in caso di temperature elevate.
3. Conservare correttamente la batteria. Per conservare la batteria, scegli di riporla in un ambiente asciutto, con temperatura tra i 22°C e i 28°C. Non riporre la batteria vicino a fonti di calore, e lontano da liquidi.
4. Non conservare la batteria con una carica massima o troppo bassa per lungo tempo. Se devi conservare la batteria per un periodo maggiore ai 10 giorni, allora prima di farlo, assicurati che abbia una carica compresa tra il 40 e il 65% del totale. Puoi utilizzare l’app DJI GO e impostare il tempo di auto scaricamento (da 1 a 10 giorni). Se la batteria viene conservata con una carica residua inferiore al 10%, nel lungo periodo potrebbe scaricarsi.

Degrado batteria agli ioni di litio nel corso del tempo

Dalla tabella riepilogativa sotto si intuisce che bisogna evitare di lasciare una batteria agli ioni di litio con il pieno della carica: con il 40% di carica una batteria al litio durerà molto di più di una carica al 100%. Più la batteria è carica maggiore sarà il suo degrado naturale nel tempo anche senza utilizzarla.

Temperatura	40% di carica	100% di carica
0 °C (32 °F)	2% di perdita dopo 1 anno	6% di perdita dopo 1 anno
25 °C (77 °F)	4% di perdita dopo 1 anno	20% di perdita dopo 1 anno
40 °C (104 °F)	15% di perdita dopo 1 anno	35% di perdita dopo 1 anno
60 °C (140 °F)	25% di perdita dopo 1 anno	40% di perdita dopo 3 mesi

Non si deve esagerare con un livello troppo basso: se una batteria agli ioni di litio viene lasciata con poca carica c’è il rischio che la tensione scenda sotto la soglia di basso-voltaggio; attenzione perché c’è una centralina (BMS) che gestisce la carica della batteria che potrebbe impedirne la ricarica e la batteria sarà completamente inutilizzabile.

Aggiornamento BMS e “ripristino” batteria auto elettrica SOH

Quasi tutti i costruttori di batterie per auto elettriche per porre rimedio a questa inevitabile perdita di capacità nel tempo conservano una riserva di kWh che non viene utilizzata. Dopo un certo periodo quando il SOH (autonomia residua e stato di salute) della batteria scende sotto una soglia definita (es 75%) attraverso la riprogrammazione del BMS (sistema di controllo e gestione elettronico integrato nella batteria) ripristinano lo stato della batteria al 100% come fosse nuova.

Se sei arrivato qui in fondo dovresti aver capito che le batterie di un’auto elettrica non durano a vita, ma perdono lentamente la capacità di immagazzinare energia nel tempo anche se inutilizzate.

4 fattori che causano la perdita di capacità della batteria al litio di un’auto elettrica

I fattori principali che causano perdita di capacità e fine vita delle batterie sui quali i costruttori di batterie lavorano per migliorarne l’efficienza.

• degradazione meccanica degli elettrodi o perdita di pressione nelle celle a sacchetto. Un accurato progetto delle celle e una corretta scelta degli additivi negli elettroliti riduce questo fenomeno.

• crescita del SEI sull’anodo, che aumenta la resistenza interna. La crescita di questo strato provoca la perdita di efficienza nella maggior parte delle batterie al litio con grafite, quando la tensione di carica è tenuta sotto i 3,92 V a cella. Anche in questo caso l’impiego di additivi nell’elettrolita rallenta la degradazione.

• formazione dell’ossidazione dell’elettrolita (EO) al catodo, che porta a un’improvvisa perdita di capacità della batteria. È provocato da tensioni di cella superiori a 4,10 V e alte temperature.

• “placcatura” di litio sull’anodo causata da elevate frequenze di ricarica.

Durata batterie, Toyota, Tesla, la garanzia quanto dura

Batteria Tesla Roadster, durata e garanzia

I nuovi modelli Tesla si basano su una precisa filosofia progettuale, ovvero il sovradimensionamento del pacco batterie per ridurne lo stress durante il funzionamento. Questo approccio denota che Tesla ha concentrato i suoi sforzi sull’ottenimento di un’alta densità di energia per la massima autonomia. L’aspetto negativo del sovradimensionamento è un maggiore consumo di energia nei movimenti dovuto essenzialmente al maggiore peso del veicolo e un costo più alto della batteria.

La durata della GARANZIA TESLA per batteria e motore varia a seconda del modello: sono coperti per un periodo di tempo ed un numero massimo di chilometri (a seconda dell’eventualità che si verifica per prima).

8 anni o 240.000 km per Model S e Model X

8 anni o 160.000 km Model 3 e Model Y Standard o Standard Range Plus

8 anni o 192.000 km su Model 3 e Model Y Long Range o Performance

La garanzia interviene quando la capacità della batteria scende sotto la soglia del 70%.

La Tesla offre una garanzia sui veicoli nuovi per 4 anni oppure 80.000 km a seconda dell’eventualità che si verifica per prima. Sono coperte le spese per la riparazione di parti difettose e malfunzionamenti come costo manodopera e materiali compresi i ricambi.

Toyota sulla Prius ha sostituito le batterie Ni-MH della precedente generazione con le nuove agli ioni di litio, Li-ion, garantite per 8 anni o 300.000 km.

Per la durata di una batteria Tesla fissa un periodo di 8 anni per un chilometraggio di 200.000 km sulle batterie a 60 kWh: per quelle da 70 kWh non sono fissati limiti di percorrenza.

Garanzia batteria auto elettrica Nissan, Tesla, Mitsubishi, BMW, Renault

8 anni o 160.000 km è la garanzia per Nissan Leaf, di Mitsubishi per Outlander Phev, stesso periodo ma ridotta da BMW sulla i3 e sulla i8 ad un chilometraggio di appena 100.000 km.

Renault sulle batterie a noleggio garantisce l’efficienza sempre superiore al 75% della capacità iniziale: se scende viene “ripristinata” al 100% con aggiornamento BMS o in caso di guasto riparata e sostituita in tempi rapidi.
Sempre Renault, nel caso di batteria acquistata, garantisce la capacità di carica della batteria della ZOE di almeno 66% del suo livello iniziale per almeno 8 anni o 160.000 Km fino al primo dei 2 termini raggiunto.

→ Mercedes garanzia batteria 6 anni o 160.000 Km

→ Auto elettriche, lista aggiornata
→ Tutte le notizie su auto elettriche, ibride, plug-ing

Potrebbero interessarti (anzi te li consiglio!)

 → Auto elettriche da comprare selezionate e provate

→ Listino e caratteristiche auto elettriche

 → Video auto elettriche

→  Avviso: per restare aggiornato e ricevere le ultime news sulla tua mail iscriviti alla newsletter automatica di Newsauto QUI“