Gestione termica della batteria

La gestione termica della batteria è l'insieme dei sistemi che mantengono la batteria ad alta tensione di un'auto elettrica entro il suo intervallo di temperatura preferito in ogni fase d'uso: durante la marcia, durante la ricarica e perfino mentre l'auto è parcheggiata. Le celle agli ioni di litio rendono al meglio entro una fascia piuttosto ristretta, indicativamente tra i 15 e i 35 gradi Celsius. Al di fuori di questa finestra il loro comportamento peggiora: le celle fredde diventano riluttanti a erogare o accettare corrente, mentre quelle calde subiscono un invecchiamento chimico accelerato e, nei casi estremi, rischiano la fuga termica. Il sistema di gestione termica esiste per tenere il pacco nel suo punto ottimale a prescindere dalle condizioni ambientali o dalle richieste a cui è sottoposto.

L'approccio più diffuso nelle elettriche moderne è il raffreddamento a liquido. Un refrigerante, di solito una miscela di acqua e glicole, viene pompato attraverso canali, piastre o tubi a stretto contatto con le celle, portando via il calore verso un radiatore oppure cedendolo attraverso un circuito frigorifero condiviso con la climatizzazione dell'abitacolo. Lo stesso circuito può funzionare in senso inverso per riscaldare il pacco, ricorrendo a resistenze elettriche o a una pompa di calore. Sensori distribuiti nel pacco trasmettono le temperature delle celle al sistema di gestione della batteria, che decide quando raffreddare, quando riscaldare e con quale intensità, bilanciando la salute della batteria con il costo energetico di far funzionare pompe e compressori. I progetti più semplici o più datati si affidano al raffreddamento ad aria, facendo passare aria dell'abitacolo o ambiente sopra le celle: una soluzione più economica e leggera, ma molto meno in grado di gestire il calore prodotto durante una guida sportiva prolungata o una ricarica ad alta potenza.

Questo conta soprattutto agli estremi. Durante la ricarica rapida in continua, le forti correnti generano un calore considerevole che deve essere rimosso rapidamente, altrimenti il sistema riduce la potenza di ricarica per proteggere le celle. Durante la guida brillante, le ripetute accelerazioni decise e la frenata rigenerativa riscaldano il pacco, ed è un raffreddamento efficace a permettere a un'auto di garantire prestazioni costanti giro dopo giro anziché calare via via che la batteria si scalda. Le partenze a freddo presentano il problema opposto, in cui il pacco deve essere riscaldato prima di poter erogare la piena potenza o accettare una ricarica rapida.

Una buona gestione termica è una delle ragioni principali per cui i pacchi batteria moderni degradano così lentamente. Tenendo le celle lontane dalle alte temperature che provocano una perdita irreversibile di capacità e dal freddo che favorisce il dannoso deposito di litio durante la carica, il sistema preserva la capacità utilizzabile per molti anni e decine di migliaia di cicli. Le prime auto elettriche con raffreddamento rudimentale o assente mostravano spesso un degrado nettamente più rapido rispetto agli odierni pacchi raffreddati a liquido.

La gestione termica è alla base di diverse funzioni e termini collegati. È la tecnologia abilitante del precondizionamento della batteria, che è semplicemente la gestione termica applicata deliberatamente prima di una ricarica. Lavora di concerto con la pompa di calore dell'auto, condivide l'hardware con la climatizzazione dell'abitacolo ed è centrale nel modo in cui una batteria ad alta tensione sostiene in sicurezza, lungo tutta la sua vita, sia la ricarica rapida sia le prestazioni elevate.