La batteria media di un'auto elettrica dura circa otto anni o più e in genere puoi aspettarti ben oltre 100,000 miglia dalla batteria dell'attrezzatura originale. Questo è ciò che ogni produttore di auto elettriche offre in garanzia e talvolta anche per periodi più lunghi, ma il ciclo di vita di una batteria per veicoli elettrici va ben oltre questo periodo di tempo relativamente breve.
Punti chiave
- Il ciclo di vita di una batteria per veicoli elettrici comprende la produzione, l'utilizzo nel veicolo, le applicazioni di seconda vita e il riciclo finale: ogni fase comporta specifiche considerazioni in termini di assistenza e sicurezza.
- Il degrado della batteria è graduale ma cumulativo; la perdita di capacità accelera dopo ripetute ricariche rapide, esposizione a temperature estreme e cicli di scarica profonda.
- I test sullo stato di salute (SoH) eseguiti a intervalli regolari forniscono agli operatori di flotte e ai rivenditori una valutazione oggettiva dello stato di salute della batteria in una determinata fase del suo ciclo di vita.
- Le applicazioni di riutilizzo delle batterie, come ad esempio i sistemi di accumulo di energia stazionari, estendono il valore oltre il veicolo, ma richiedono dati accurati sullo stato di salute (SoH) per essere economicamente vantaggiose.
- Il riciclo delle batterie a fine vita è una priorità normativa sempre più importante; i tecnici e le officine devono essere a conoscenza dei requisiti per la manipolazione e lo smaltimento in sicurezza.
- Gli strumenti di diagnostica per veicoli elettrici di Midtronics supportano la gestione del ciclo di vita, dalla prima visita di assistenza fino alla dismissione definitiva.
La nascita di una batteria ad alta capacità inizia ben prima che venga installata in un veicolo e si estende per molti anni dopo la scadenza della sua vita utile nell'auto. Continua a leggere sul ciclo di vita della batteria di un veicolo elettrico.
Materie prime minerarie
Ogni batteria per veicoli elettrici attualmente in produzione richiede minerali che devono essere estratti dalla terra. Uno dei materiali più abbondanti è il litio, che si ottiene sia estraendolo dal sottosuolo con i metodi tradizionali, sia ricavandolo da laghi salati. Gli ioni di litio trasportano energia tra l'anodo e il catodo in ogni cella della batteria.
Insieme al litio, il nichel viene estratto per essere utilizzato nel catodo delle batterie agli ioni di litio. Viene utilizzato per la sua capacità di immagazzinare capacità energetiche più elevate e solo la classe più alta di nichel è sufficiente per l'utilizzo in questo modo.
Il cobalto è anche un materiale che deve essere estratto per la produzione di batterie per veicoli elettrici. Viene utilizzato per stabilizzare il catodo quando l'energia viene fatta passare tra i due elettrodi. Il cobalto ha spesso pratiche minerarie controverse e deve essere lavorato prima di poter essere utilizzato.
Insieme a questi materiali comuni, i produttori richiedono altri elementi come manganese, ferro, alluminio e grafite.
Produzione di batterie
Dopo l'approvvigionamento dei materiali, le batterie vengono assemblate . Ogni pacco batteria è composto da moduli batteria, tutti collegati tra loro per un'elevata capacità di accumulo di energia. Ogni modulo batteria è assemblato a partire da singole celle, di forma cilindrica e molto simili alle comuni batterie AA per uso domestico. Le celle sono essenzialmente composte da un anodo, un elettrodo, un materiale separatore e un elettrolita, ma la precisione è fondamentale.
I produttori assemblano pacchi batteria adatti a ciascuna delle loro piattaforme. I moduli sono collegati e un sistema di monitoraggio ne monitora attentamente lo stato e il livello di carica. Una volta assemblati, i pacchi batteria vengono installati sui veicoli elettrici.
Utilizzo nelle auto elettriche
I pacchi batteria assemblati vengono messi in uso il prima possibile. La batteria è collegata a motori elettrici che azionano le ruote e integrata con un modulo di controllo. Quando il conducente comanda l'accelerazione o l'utilizzo delle funzioni dell'auto, il modulo di controllo distribuisce l'energia immagazzinata ai suoi sistemi. I raddrizzatori controllati al silicio, o SCR, svolgono una funzione simile a un cavo dell'acceleratore, inviando livelli variabili di elettricità ai motori di azionamento in modo che la batteria non si scarichi troppo rapidamente e i motori non vengano sollecitati inutilmente.
In generale, la durata di una batteria per veicoli elettrici può superare di gran lunga il periodo di garanzia di otto anni o 100,000 miglia. Alcune batterie possono durare dai 12 ai 15 anni in climi temperati, mentre in climi estremi la durata massima può arrivare a 12 anni. La durata utile di una batteria per veicoli elettrici, prima di un degrado evidente, è determinata dal numero di cicli di carica e scarica. La maggior parte delle batterie agli ioni di litio mantiene la propria capacità di carica per un periodo compreso tra 1,500 e 2,000 cicli di carica completi, ovvero scaricandole fino allo 0% e ricaricandole fino al 100%.
Poiché un veicolo elettrico dispone di misure di sicurezza per impedire lo scaricamento completo della batteria e la ricarica fino a una capacità effettiva del 100%, dovresti essere in grado di aspettarti un numero di volte maggiore di ricarica della tua auto. Poiché la tecnologia dei veicoli elettrici è ancora relativamente nuova, non si sa esattamente per quanto tempo si potrebbe allungare la durata della batteria di un veicolo elettrico se mantenuta correttamente.
Quando la batteria si è deteriorata al punto in cui l'autonomia è compromessa di circa il 30% dell'autonomia prevista, le batterie vengono sostituite. Poiché il costo della batteria è estremamente elevato – attualmente ben oltre i 100 dollari per kWh – può essere insostenibile cambiare la batteria e mantenere l’auto in viaggio. Sia che la batteria venga sostituita o che il veicolo finisca per essere rottamato, ciò rappresenta la fine del suo utilizzo come batteria per auto elettriche, ma non è la fine del suo ciclo di vita.
Utilizzo della seconda vita
Dopo essere state utilizzate per un decennio o più in un veicolo e infine messe fuori servizio, le batterie possono spesso ritrovarsi in quello che viene definito un utilizzo di seconda vita. Invece di essere completamente dismesse, la loro capacità di storage è ancora sufficientemente buona per essere utilizzata in altre applicazioni.
Le batterie possono essere ricondizionate per garantirne il funzionamento sicuro, seppur con una capacità inferiore rispetto all'originale, e riutilizzate per altri scopi. In alcuni casi, a seconda dell'integrazione, è possibile prolungarne la durata di utilizzo da cinque a otto anni. Un'opzione è rappresentata dalle batterie di riserva per le comunità che necessitano di un sistema di alimentazione di emergenza, grazie a una raccolta di batterie di veicoli elettrici ricondizionate. Un esempio è quello di Lunen, in Germania, dove 1,000 pacchi batteria di BMW i3 contengono 12 MW di energia e fungono da sistema di alimentazione di riserva.
Usi più piccoli come la raccolta dell’energia solare per i cottage sono ancora più probabili e consentono di utilizzare le batterie con capacità inferiore prima dello smaltimento.
Smaltimento e riciclaggio
Infine, le batterie vengono riciclate e le loro materie prime recuperate. Aziende di tutto il mondo si stanno dedicando al riciclo delle batterie per veicoli elettrici , impedendo che componenti tossici e infiammabili si disperdano nell'ambiente. Inoltre, materiali come litio, cobalto e nichel possono essere recuperati e riutilizzati per la produzione di nuove batterie.
È un processo dispendioso in termini di tempo che spesso viene gestito manualmente per ottenere la massima resa, catturando circa l'80% degli elementi altamente desiderabili. I pacchi batteria sono separati in moduli, quindi in singole celle in modo che possano essere spogliati dei materiali. Altri processi come la combustione delle cellule o la loro dissoluzione nell'acido accelerano il processo ma hanno tassi di recupero inferiori.
Dove il ciclo di vita migliorerà
I prossimi anni vedranno importanti miglioramenti in quasi ogni aspetto delle batterie dei veicoli elettrici. I materiali meno costosi da produrre possono semplificare l’approvvigionamento e la produzione delle batterie diventerà inevitabilmente molto più rapida e meno costosa. Insieme a ulteriori ricerche e nuove tecnologie in arrivo sul mercato, le batterie dei veicoli elettrici potrebbero durare più a lungo di quanto non facciano ora, e l’uso secondario e migliori tecniche di riciclaggio potrebbero rafforzare i veicoli elettrificati come un’opzione di mobilità veramente verde.
Domande frequenti
Quanto dura in media una batteria per veicoli elettrici?
La maggior parte dei produttori di veicoli elettrici garantisce le proprie batterie di trazione per 8 anni o 100,000 miglia. La durata effettiva dipende in larga misura dalle abitudini di ricarica, dal clima e dai modelli di utilizzo. Il monitoraggio dello stato di salute (SoH) con strumenti come l' xHVS-3000 aiuta a prevedere quando il degrado diventa un problema che richiede assistenza.
Che fine fa una batteria per veicoli elettrici dopo essere stata rimossa dal veicolo?
Le batterie con capacità residua (in genere superiore al 70-80% di stato di salute) sono idonee al riutilizzo in sistemi di accumulo di energia stazionari. Le batterie al di sotto di questa soglia devono essere inviate al riciclo tramite programmi certificati. Non smaltire mai le batterie dei veicoli elettrici nei rifiuti generici: contengono materiali pericolosi.
Quali sono le cause del degrado delle batterie dei veicoli elettrici nel tempo?
Le cause principali sono la ricarica rapida in corrente continua (che stressa le celle), l'esposizione prolungata a temperature elevate o basse, le scariche profonde regolari e i periodi prolungati con una carica del 100%. Gestire questi fattori prolunga la durata utile della batteria.
Come possono le officine di assistenza monitorare lo stato di salute della batteria durante il suo ciclo di vita?
L'esecuzione regolare di test SoH (State of Health) a intervalli di manutenzione consente di tracciare lo stato della batteria nel tempo. L' xLVS-9000 supporta la diagnostica delle batterie ausiliarie a 12 V, mentre l' xHVS-3000 è progettato per la valutazione dei pacchi batteria ad alta tensione.
Quando è opportuno sostituire la batteria di un veicolo elettrico?
La maggior parte dei produttori di apparecchiature originali (OEM) raccomanda la sostituzione quando la capacità scende al di sotto del 70-80% di quella originale. Tuttavia, il fattore determinante nella pratica è l'esperienza del cliente: ansia da autonomia, incapacità di completare i viaggi regolari o un test di stato di salute (SoH) fallito. I test forniscono dati oggettivi anziché supposizioni.
Esistono normative relative allo smaltimento delle batterie dei veicoli elettrici?
Sì. Le batterie dei veicoli elettrici sono classificate come rifiuti pericolosi nella maggior parte delle giurisdizioni. Contatta l'agenzia ambientale locale e segui le linee guida del Dipartimento dell'Energia (DOE) sui programmi di riciclaggio delle batterie. I produttori di apparecchiature originali (OEM) spesso offrono programmi di ritiro per i pacchi batteria a fine vita.