Petronas
Così migliorerà il raffreddamento delle batterie

Nessuno ci pensa, ma la rivoluzione nel mondo delle auto che si sta compiendo con il passaggio all’elettrico è molto più profonda ed estesa di quanto si creda. Il lancio sul mercato di una nuova auto elettrica, infatti, è solo la punta di un iceberg tecnologico che al grande pubblico è per lo più sconosciuto. Prendiamo, per esempio, le batterie di elettriche e ibride. In Cina se ne producono ogni anno un migliaio di GWh (gigawatt/ora) che basterebbero per costruire più di 27.000 Tesla Model S ogni santo giorno (e ancora devono essere avviate le gigafactory di Volkswagen e Tesla). E se è vero che nel 2019 oltre il 97% delle auto vendute al mondo ha ancora un “semplice” motore a combustione interna, c’è un grafico che voglio mostrarvi, “riservato” ma molto interessante, che mette insieme le proiezioni di vari enti fra cui Opec, British Petroleum, l’Agenzia Internazionale dell’Energia, Bloomberg, Exxon e altri. La fonte è Petronas, un altro protagonista dell’automotive molto impegnato nel motorsport (Campione del mondo di F1 2019 con la Mercedes) che pochi giorni fa ha tenuto un simposio per specialisti nella sua sede di Villastellone (TO).

La temperatura è fondamentale. Per esempio, abbiamo sempre detto che le elettriche non hanno bisogno di manutenzione perché hanno pochissime parti in movimento. Vero, ma proprio come un motore a combustione interna, sia il powertrain elettrico sia le batterie hanno bisogno di essere raffreddati, perché l’aumento di temperatura incide moltissimo sul rendimento degli accumulatori, e mentre per un classico diesel la temperatura ideale dell’olio è intorno agli 80-90 gradi (un po’ meno per il liquido di raffreddamento), per i pacchi di batterie litio-ioni questo livello è letale. Ecco un altro grafico:

Pochi gradi fanno la differenza. Qui stiamo un po’ scivolando sul terreno degli ingegneri, ma è facile vedere come il decadimento di una batteria sia tanto più rapido (in termini di cicli di carica e scarica e di capacità residua) quanto più ci si discosta dalla temperatura ideale che è fra i 20 e i 35 gradi (e in questo le batterie sono molto simili all’uomo). Quando hanno “freddo” (per esempio a -10°C) la loro resistenza interna cresce e l’autonomia può crollare anche dal 30%. Quando hanno “caldo” (oltre i 45 °C) non perdono km d'autonomia ma invecchiano precocemente. In sintesi, un’auto a batterie ha una gestione termica molto delicata, il costo è alto (fino al 25% del prezzo dell’accumulatore), e c’è un grosso problema da affrontare. Avete presente una pila? È fatta di molti strati di vari materiali, e all’esterno c’è sempre una rivestimento di contenimento, sia per le celle cilindriche (tipo quelle usate da Tesla) sia per quelle cosiddette “a tasca” (Audi e-tron). La corrente che va al motore elettrico genera parecchio calore all’interno della cella e per raffreddarla occorre far circolare nella cella del liquido a bassa temperatura (nei motori termici si usa un mix di acqua e glicol-etilene, che tutti chiamano “paraflu”). Ma non si può mettere un liquido normale all’interno di una pila, a meno di non voler scatenare un corto circuito, quindi il liquido deve circolare per forza di cose all’esterno delle batterie.

I diversi sistemi di raffreddamento. L'Audi utilizza una specie di “tappeto” refrigerante sotto lo stack, come si può vedere nell'immagine qui sopra. La Tesla invece fa circolare il glicol-etilene fra un elemento cilindrico e l’altro, uno schema più costoso ma anche più efficiente dal punto di vista termico. Entrambi questi sistemi però non risolvono il problema alla radice, infatti i proprietari dalla guida più sfrenata riferiscono che sfruttando al massimo le performance dell’elettrico con molte “sgasate” (il termine non è corretto, ma avete capito) intervengono le protezioni termiche che limitano le prestazioni. Il raffreddamento ideale sarebbe quello che fa circolare il liquido all’interno della cella, quindi necessariamente una sostanza non conduttiva o, come si dice in elettrotecnica, un dielettrico. Beh, al momento questo liquido non è ancora disponibile industrialmente (Petronas ci sta lavorando, così come molti altri importanti fornitori automotive) ma la sua disponibilità, insieme ad una riprogettazione degli stack di batterie per avere una gestione termica più efficiente, potrebbe portare un miglioramento delle performance fra il 15 e il 20%. Questo in attesa delle batterie a stato solido, che sembrano però ancora un po’ lontane nel tempo e molto costose.