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LE BATTERIE

Cosa siano e come funzionino le batterie è cosa nota perché esistono dalla fine del 19° secolo e già ai primi del 20° erano in produzione veicoli a propulsione elettrica alimentata da batterie che, ovviamente, erano del tipo piombo-acido. Si trattava di veicoli utility, per le consegne delle merci in ambito urbano, ma ci furono anche esemplari di auto elettriche. Anche il leggendario Ing. Ferdinand Porsche si cimentò nella progettazione di una vettura elettrica, aggiungendovi il suo tocco di creatività in quanto era dotata di quattro motori elettrici inseriti nei mozzi delle quattro ruote, per un interessante esperimento di trazione integrale. Le batterie piombo-acido sono rimaste il riferimento nella categoria fino alla fine degli anni ’90, quando la General Motors realizzò la prima vettura a propulsione elettrica prodotta in serie, la EV1, realizzata in 600 esemplari.

GENERAL MOTORS EV 1

Sembrava un F16 e costava come un F16 perché era tutta in magnesio e altri materiali specialissimi per compensare l’enorme peso del pacchetto delle batterie che all’epoca erano ancora a piombo-acido. L’ho guidata a Newport Beach, Cal., ed era una vettura a propulsione elettrica come le attuali, in quanto a prestazioni: grande accelerazione e ripresa, con un motore elettrico da 136Hp, autonomia teorica 160km, ma a fare le riprese con le Mustang in 40km ero già quasi a secco.

Ma succede anche adesso. La EV1 fu un esperimento ardito e di grande valenza tecnica, che mise a punto anche un sistema di ricarica induttiva, ma mostrò anche i limiti della propulsione elettrica a batteria. Le vetture furono affidate ad un gruppo selezionato di clienti californiani e dopo un paio di anni furono ritirate e la faccenda fu chiusa in attesa di tempi migliori. Dopo le antiche batterie a piombo-acido sono arrivate quelle agli idruri metallici, sicuramente più efficienti in termini di rapporto peso-carica energetica. Sono state usate per tutta una generazione di vetture ibride, anche dopo l’avvento di quelle agli ioni di litio perché sono meno critiche e non rischiano di sviluppare incendi.

Ma la loro densità energetica è inadeguata a realizzare vetture a propulsione elettrica pura e quindi tutto lo sviluppo tecnico-scientifico si è concentrato su quelle agli ioni di litio. Le batterie sono costituite da un contenitore in cui sono inserite le celle contenenti l’elettrolito e, per ottenere massimo equilibrio termico e affidabilità, le celle debbono essere debitamente spaziate. L’equilibro termico è fondamentale e infatti nelle applicazioni automobilistiche le batterie agli ioni di litio sono provviste di un sistema di “climatizzazione” a liquido, che garantisce anche maggiore costanza di prestazioni.

Oggi sono l’unico “serbatoio” da cui siamo in condizione di alimentare i motori elettrici delle auto, come lo erano le batterie piombo-acido della GM EV1, ma con un rapporto peso/capacità energetica nettamente superiori. Nonostante il potenziale nettamente superiore, bastano pochi calcoli per definire che la loro efficienza e densità energetica restano limitate in vista di un utilizzo su un veicolo che debba proporsi in alternativa ai vecchi, cari, meravigliosi propulsori a combustione interna. Nella pratica tali limiti restano inaccettabili ad una analisi che non sia condizionata dall’ideologia. Il pacchetto di batterie necessario per i fatidici 400 km di autonomia (a che velocità? in che condizioni di carico? in che condizioni climatiche? non ce lo dicono mai!) deve disporre di una riserva energetica di 90-94 kW/h che, in termini di peso, si traduce in oltre 800 kg di massa per cui anche una berlina-coupè dalla costruzione raffinatissima come la Porsche Tycan Turbo finisce col pesare oltre 2,3 tonnellate e, ai test eseguiti dai colleghi americani, l’autonomia effettiva è risultata appena superiore a 300km, invece dei 380-400 annunciati.

Succede spesso con le vetture elettriche alimentate a batterie. I dati prestazionali dichiarati sono sempre avvolti in una fitta nebbia. Tornando al discorso sulla densità energetica e sulla efficienza delle batterie agli ioni di litio, vi prego solo di considerare che, con 800 kg di benzina super 95 RON, pari a 1.069 litri, una moderna berlina dotata di un propulsore da 200Hp è in grado di percorrere, alle velocità citate, almeno 14.000/14.500 km. Per non parlare dei kilometri che una vettura dotata di un propulsore a ciclo Diesel sarebbe in grado di percorrere con i suoi 942 litri di gasolio. Minimo 17.000 km.

Efficienza e densità energetica sono valori fondamentali da inserire nella nostra equazione per giudicare la prestazionalità globale di qualsiasi sistema propulsivo. A questa inefficienza di base si aggiungono guai noti: costi, tempi di ricarica, riciclaggio delle batterie esauste. E sicurezza. I costi sono sotto gli occhi di tutti, non c’è molto da aggiungere. Anche se le batterie sono prodotte nello scantinato di qualche famiglia di disgraziati cinesi schiavi che lavorano 16 ore al giorno per il maggior profitto del partito comunista cinese, il costo resta elevato perchè il processo produttivo è complesso, dall’estrazione del litio alla confezione finale. Sui tempi di ricarica le Case barano pesante perché la ricarica “turbo” in 40 minuti (ma solo all’80%) la si può utilizzare solo una volta ogni quattro ricariche a tensione “casalinga”, pena il rapidissimo decadimento delle batterie. Per non parlare del rischio che, se le batterie non sono in perfette condizioni, possano andare a fuoco. Ed è un fuoco indomabile perché il litio brucia a temperature prossime ai 2000°C.

Il caso delle diciotto moto Energica che, pronte per la prima gara del campionato Moto-E 2019, sono andate a fuoco a Jerez distruggendo tutto, garage incluso, deve insegnarci qualcosa. Ed è bastata la piccola batteria di un monopattino, andata a fuoco durante la ricarica in casa, per uccidere due ragazzi a Milano. Credo che tutto questo possa essere risolto grazie alla costante evoluzione che la ricerca scientifica e la sperimentazione stanno producendo. Basta vedere che cosa ha messo in mostra General Motors nel corso del recentissimo EV (Electric Vehicles) Day tenuto il 4 marzo presso il grande Centro Ricerche e Sviluppo di Warren.

Il grande Gruppo USA ha presentato una raffica di radicali innovazioni che promettono di dare più credibilità alla propulsione elettrica alimentata da batterie. Alla base di questa evoluzione ci sono nuovi autotelai ad alta flessibilità che contribuiscono a contenere il peso globale del veicolo. Ma soprattutto c’è una nuova tecnologia di costruzione delle batterie che consente grande versatilità e flessibilità di installazione, ottenendo un rilevante salto di carica energetica con contenuto incremento del peso.

GM ULTIUM BATTERIES

Le nuove batterie General Motors, denominate Ultium, offrono grande versatilità di assemblaggio per un miglior rapporto fra peso e carica energetica. Questa potrà variare, secondo modello, da 50 a ben 200 kW/h. Le Ultium destinate ad alimentare i motori di vetture leggere e medie operano ad una tensione di 400 Volt, con capacità di ricarica veloce a 200kW, mentre per i modelli di dimensioni superiori e per i truck la tensione sale a 800 Volt per massima densità energetica, con capacità di ricarica a 350Watt.

GM ULTIUM BATTERIES VEHICLE  PLATFORM

Le batterie GM Ultium hanno conquistato l’interesse nientemeno che della Honda, che già ha un accordo di collaborazione con General Motors anche per le pile a combustibile. Oltre alle GM Ultium, in South Korea la Samsung è prossima a definire nuove batterie allo stato solido, ancora più efficienti. La scienza è sempre capace di darci le risposte che cerchiamo per far progredire la nostra tecnologia. Spero solo che lo sforzo tecnico e tecnologico che General Motors sta operando nella propulsione elettrica non metta in crisi la sviluppo dei nuovi modelli dotati di propulsori a combustione interna. A cominciare dalla Chevrolet Corvette C8. Allo stato attuale trovo che la propulsione elettrica per mezzo di batterie sia razionalmente applicabile su microcar, piccole, leggere, economiche, con non più di 9-14 kW/h di pacchetto energetico. Su un piccolo commuter urbano a impatto (quasi) zero le attuali batterie agli ioni di litio trovano una collocazione logica, se rispettano le norme di sicurezza.

SMART EQ

In questo senso molto lodevole è la proposta E-Smart, un po’ cara, ma decisamente perfetta nel rapporto dimensioni/prestazioni come commuter esclusivamente urbano. Il problema di base, in questa prospettiva, è rappresentato dalla possibilità di ricaricare in sicurezza nel proprio box. Altra categoria di veicoli che può interpretare correttamente i vantaggi ambientali della propulsione elettrica, sia pure a batterie, è quella dei veicoli commerciali leggeri e medi per consegne in ambito urbano. Come fu all’origine. I veicoli commerciali sono fra i maggiori inquinatori urbani e la loro conversione alla propulsione elettrica sarebbe un fatto positivo per l’aria delle nostre città.

Non sono necessarie grandi autonomie e, in genere, questi veicoli hanno dove essere ricaricati in sicurezza. Ma un’auto a propulsione elettrica che abbia la funzionalità e la versatilità di impiego di una propulsa da un onesto motore termico non può alimentare il suo propulsore con la carica energetica di un pacchetto di batterie agli ioni di litio perché, anche alla luce delle prospettive aperte dalle Ultium General Motors e dalle batterie allo stato solido Samsung, molti dei limiti tecnico-funzionali elencati restano e non bisogna dimenticare il problema del riciclo delle batterie esauste. I cinesi si sono già proposti anche per questo lavoro, vogliono controllare tutto il ciclo vitale, dalla estrazione del litio al riciclo degli avanzi. Vediamo di non consegnarci mani e piedi al super-compagno Xi Jinping.

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VW E-UP VW E-GOLF