Requisiti delle batterie.
Sono in funzione di alcuni fattori:
- assorbimento per determinati percorsi (urbani o extraurbani);
- autonomia desiderata;
- quantità di batterie installate a bordo del veicolo.
Il metro di giudizio più significativo per confrontare le prestazioni è l'energia specifica della batteria, ossia l'energia che può fornire per unita di peso (Wh/kg).
| Tipo | Densità di energia | Tensione di una cella | Durata di vita (cicli di carica) | Tempi di carica | Auto scarica mensile | Tensione minima di ricarica (per cella) | Effetto memoria |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Piombo | 30-50 Wh/kg | 2,4 V | 200-300 | 8-16 h | 5 % | 2,3 V | ? |
| Ni-Cd | 48-80 Wh/kg | 1,25 V | 1500 | 1 h | > 20 % | 1,25 V | Si |
| Ni-MH | 60-120 Wh/kg | 1,25 V | 300-500 | 2-4 h | > 30 % | 1,25 V | parziale |
| Ni-MH LSD | 60-120 Wh/kg | 1,25 V | 1800 | 2-4 h | < 2 % | 1,25 V | parziale |
| Alcalina | 80-160 Wh/kg | 1,5-1,65 V | 100 | 1-16 h (secondo la capacità) | < 0,3 % | a seconda della batteria | ? |
| Li-ion | 110-160 Wh/kg | 3,7 V | 500-1000 | 2-4 h | 10 % | 3,7 V | No |
| Li-Po | 130-200 Wh/kg | 3,7 V | 300-500 | 2-4 h | 10 % | 3,7 V | No |
Tabella comparativa principali caratteristiche batterie - Wikipedia
Dato un peso della nostra auto di 1200 kg, con batterie al piombo si ottengono 50-90 km di autonomia in percorso urbano, con un rapporto batteria/peso del veicolo di 0,2-0,3. Con lo stesso carico utile rispetto a una tradizionale il sovrappeso dell'auto sarebbe del 10-20%;
con batterie litio di buona fattura l'autonomia sale a 100-160 km, limitando allo stesso tempo la quantità di batterie al 15-25% del peso del veicolo. Il sovrappeso rispetto a una auto tradizionale si attesta a un 5-15%;
con batterie avanzate (ancora in fase di sviluppo, non in produzione) si potrebbero coprire 200-350km con il 10-20% di peso in accumulatori e un sovrappeso inferiore al 10%.
In percorso extraurbano l'energia specifica assorbita per unità di percorso è un 20% più alta (a 120 km/h), e dello stesso valore si riduce l'autonomia.
Le distanze percorribili con una vettura elettrica possono essere anche maggiori, la società californiana Tesla Motors con la sua Model S lo dimostra.
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| Tesla Model S |
Stiamo parlando di un automezzo lungo 4,97 mt, pesante 2,1 tonnellate, con cerchi ruota da 19" (optional da 21"), che impiega 6,2 secondi per coprire lo 0-100 km/h, 190 km/h di velocità massima autolimitata e 60 Kwh di batterie nel modello "base" con le quali percorre fino a 370 km. Il caricabatterie a bordo di questa berlina prevede la presenza di una presa 220V ad almeno 32 Ampere (7 Kwh a disposizione per la ricarica, per effettuare il pieno in 9-10 ore). Il listino in Italia parte da 72.000 euro.
Il modello superiore possiede una batteria di capacità maggiore (ben 85 Kwh!), accelera da 0 a 100 km/h in 5,6 secondi, la velocità massima sale a 200 km/h e si riescono a coprire distanze fino a 480 km.
Se proprio le prestazioni non fossero all'altezza delle vostre aspettative sappiate che esiste anche un versione chiamata "Performance", che si differenzia da quella intermedia per accelerazione (4,4 sec lo 0-100 km/h), e velocità massima 210 km/h.
Questi dati non per esaltare le qualità di questa automobile, che già riscuote enorme successo negli USA, ma per notare che a partire dalla versione base ricaricare le batterie presuppone una potenza installata di almeno 9 Kw, di cui 7 sono impegnati nell'operazione con tempi importanti. Nella versione superiore gli 85 Kwh richiedono quanto meno 12-13 ore partendo da batteria completamente scarica. Quindi, 60 minuti di carica a 7 Kwh permettono di viaggiare per 32 km.
Tesla comunque sta dimostrando di credere in questo settore, tanto che ha previsto per questa astronave la sostituzione rapida del pacco batterie in apposite stazioni debitamente attrezzate, in alternativa alla ricarica da presa a muro o da colonnine pubbliche o da una rete veloce Tesla chiamata "Supercharger".
Con le colonnine pubbliche 60 minuti di carica a 10 Kwh permettono di viaggiare per 48 km.
Utilizzando la rete Supercharger 30 minuti a 120 Kwh permettono di viaggiare per 320 km.
Di queste stazioni di ricarica veloce, con pensiline solari, ne sono state installate negli Stati Uniti 12 unità, che dovrebbero diventare 27 entro l'estate, e crescere ulteriormente fino a coprire il 98% della popolazione USA e parte del Canada entro il 2015.
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| Tesla Supercharger - stazione di carica rapida gratuita 120 Kwh, 80% in 30 minuti |
Ma allora, se ci sono solo vantaggi ricaricando le batterie in mezz'ora tanto da eliminare dubbi sulle effettive potenzialità dell'auto elettrica, dove sono i problemi?
I problemi possono nascere dall'impiego di una rete esistente di distribuzione pubblica dell'energia che non è adatta a reggere tali carichi. Se una sola auto in carica veloce assorbe 120 kwh, 10 auto assorbirebbero 1.200 kwh, e 100 auto 12.000 kwh (12 Mwh, una centrale!). e 100 auto elettriche in una grande città sono un numero infinitesimo.
Una città di 3 milioni di abitanti ha un parco macchine di 1,8 milioni di automezzi, se la penetrazione di elettriche arrivasse al 5% nei prossimi anni avremmo circa 95000 vetture da ricaricare, forse non tutte contemporaneamente, ma prevederlo è una cosa sensata.
Tornando all'energia specifica è quella che la batteria deve avere all'effettivo regime a cui è previsto che si impieghi. Da tenere presente che la capacità di una batteria decresce all'aumentare della corrente di scarica, ossia l'energia specifica (Wh/kg) diminuisce al crescere della potenza specifica (W/kg) che questa deve fornire.
Quindi per dimensionare bene i requisiti della batteria va definita anche la potenza specifica a cui lavora.
Nei percorsi extraurbani questa coincide con la potenza continua assorbita dal motore elettrico.
In città la potenza media è più bassa, ma la batteria deve poter fornire anche i picchi durante le accelerazioni.
Nei mesi scorsi oltre a Tesla che si posiziona in una fascia di acquirenti medio-alta, hanno fatto la comparsa altre vetture degne di nota, Nissan Leaf e Renault Zoe. Il discreto successo della Leaf, forte di 65.000 consegne in poco più di un anno (a livello mondiale, con Giappone e Usa maggiori acquirenti), e il forte interesse suscitato da Zoe dimostrano che percorrenze reali di 150-170 km con le attuali auto a batterie sono possibili e considerate dagli utenti come il minimo per poter prendere in considerazione il passaggio ad una vettura elettrica.
Studi compiuti da vari paesi in realtà dimostrano che il 95% dei giorni in cui l'auto viene utilizzata percorre meno di 100 km, e addirittura l'80% meno di 60 km. Di conseguenza costosi programmi di ricerca e sviluppo (spesso finanziati dai governi, Usa e Germania in testa), alla ricerca di batterie con energia specifica oltre i 200 Wh/kg che garantirebbero autonomie superiori, servirebbero a meno del 5% di utenti che coprono distanze maggiori.
Settimanalmente vengono mostrati progressi nelle capacità di batterie con coppie elettrochimiche quasi sempre derivate dalle litio-ioni, ma sono altrettanto importanti le performance che riguardano la vita stessa degli accumulatori, e influirebbero verso il basso sui costi di esercizio dell'auto.
Una soluzione per assicurare percorrenze elevate è senz'altro distribuire le infrastrutture capillarmente sul territorio, sia per la carica che per la sostituzione rapida delle batterie. A questo proposito Renault aveva collaborato con la società israeliana Better Place (purtroppo fallita alcune settimane fa), ideatrice di un sistema con sostituzione rapida delle batterie in apposite stazioni di servizio. L'operazione avviene in meno di 3 minuti, il pacco batterie scarico viene estratto da sotto la vettura da un sistema robotizzato e sostituito con uno completamente carico. Naturalmente le batterie non sono di proprietà dell'utente, al quale vengono proposti pacchetti con tariffe flat come quelle dei telefoni cellulari, dove invece dei minuti inclusi si trovano i km percorsi.
L'idea della sostituzione rapida di tutto il pacco batterie non è nuova, dagli anni 60-70 varie aziende si sono cimentate nel proporre soluzioni che sfruttano questo principio. L'idea di Better Place appariva interessante soprattutto per la modalità di affitto delle batterie. I costi elevati però delle stazioni di sostituzione e il sistema legato ad un produttore di autoveicoli e di pacchi batterie con poche variazioni dimensionali, hanno fatto saltare la neonata azienda.
Da questa collaborazione Renault ha comunque mantenuto l'idea del noleggio batterie, svincolandone quindi il costo dal veicolo, il cui prezzo finale è come quello di una moderna versione turbodiesel. L'idea è buona, bisogna lavorarci, al momento attuale la casa francese propone noleggio per periodi di 2-3 anni (sono possibili altre personalizzazioni), con un limite ai km totali che determina anche il costo stesso del noleggio.
Ovviamente questa proposta permette di avere le batterie sempre efficienti, ed eventuali noie o soste forzate sono agevolate dall'intervento di mezzi di assistenza inclusi nel canone mensile. Ne parleremo meglio nel post dedicato alla prova della Zoe, che ho testato due settimane fa.
Concludiamo ancora con il sistema di sostituzione batterie presentato da Tesla di recente. Nel video di presentazione si chiede se il cliente preferisce la ricarica gratuita (tramite Supercharger in 90 secondi) o quella veloce. In effetti l'utente può scegliere più possibilità: la ricarica domestica o da colonnine pubbliche, la ricarica veloce Supercharger o la sostituzione completa del pacco batterie. Questa strategia multipla lascia utenti con pochi alibi per non prendere seriamente in considerazione il passaggio ad un veicolo elettrico.
Resta da vedere se anche questo sistema risulti costoso e rigido quanto quello di Better Place, ma la strada presa sembra essere quella giusta. Posso confermarlo perchè lo scorso anno, pur non conoscendo i piani di Tesla in questo senso, io stesso ho depositato domanda di brevetto per un sistema di carica rapida tramite scambio batterie. Ne parlerò in un post dedicato a breve.
Fonte: Wikipedia, Tesla Motors, "L'auto elettrica, la tecnica e le prospettive" Pietro Menga - ed. Delfino 1979
Tornando all'energia specifica è quella che la batteria deve avere all'effettivo regime a cui è previsto che si impieghi. Da tenere presente che la capacità di una batteria decresce all'aumentare della corrente di scarica, ossia l'energia specifica (Wh/kg) diminuisce al crescere della potenza specifica (W/kg) che questa deve fornire.
Quindi per dimensionare bene i requisiti della batteria va definita anche la potenza specifica a cui lavora.
Nei percorsi extraurbani questa coincide con la potenza continua assorbita dal motore elettrico.
In città la potenza media è più bassa, ma la batteria deve poter fornire anche i picchi durante le accelerazioni.
Nei mesi scorsi oltre a Tesla che si posiziona in una fascia di acquirenti medio-alta, hanno fatto la comparsa altre vetture degne di nota, Nissan Leaf e Renault Zoe. Il discreto successo della Leaf, forte di 65.000 consegne in poco più di un anno (a livello mondiale, con Giappone e Usa maggiori acquirenti), e il forte interesse suscitato da Zoe dimostrano che percorrenze reali di 150-170 km con le attuali auto a batterie sono possibili e considerate dagli utenti come il minimo per poter prendere in considerazione il passaggio ad una vettura elettrica.
Studi compiuti da vari paesi in realtà dimostrano che il 95% dei giorni in cui l'auto viene utilizzata percorre meno di 100 km, e addirittura l'80% meno di 60 km. Di conseguenza costosi programmi di ricerca e sviluppo (spesso finanziati dai governi, Usa e Germania in testa), alla ricerca di batterie con energia specifica oltre i 200 Wh/kg che garantirebbero autonomie superiori, servirebbero a meno del 5% di utenti che coprono distanze maggiori.
Settimanalmente vengono mostrati progressi nelle capacità di batterie con coppie elettrochimiche quasi sempre derivate dalle litio-ioni, ma sono altrettanto importanti le performance che riguardano la vita stessa degli accumulatori, e influirebbero verso il basso sui costi di esercizio dell'auto.
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| Better Place - sistema dimostrativo di scambio batterie |
L'idea della sostituzione rapida di tutto il pacco batterie non è nuova, dagli anni 60-70 varie aziende si sono cimentate nel proporre soluzioni che sfruttano questo principio. L'idea di Better Place appariva interessante soprattutto per la modalità di affitto delle batterie. I costi elevati però delle stazioni di sostituzione e il sistema legato ad un produttore di autoveicoli e di pacchi batterie con poche variazioni dimensionali, hanno fatto saltare la neonata azienda.
Da questa collaborazione Renault ha comunque mantenuto l'idea del noleggio batterie, svincolandone quindi il costo dal veicolo, il cui prezzo finale è come quello di una moderna versione turbodiesel. L'idea è buona, bisogna lavorarci, al momento attuale la casa francese propone noleggio per periodi di 2-3 anni (sono possibili altre personalizzazioni), con un limite ai km totali che determina anche il costo stesso del noleggio.
Ovviamente questa proposta permette di avere le batterie sempre efficienti, ed eventuali noie o soste forzate sono agevolate dall'intervento di mezzi di assistenza inclusi nel canone mensile. Ne parleremo meglio nel post dedicato alla prova della Zoe, che ho testato due settimane fa.
Concludiamo ancora con il sistema di sostituzione batterie presentato da Tesla di recente. Nel video di presentazione si chiede se il cliente preferisce la ricarica gratuita (tramite Supercharger in 90 secondi) o quella veloce. In effetti l'utente può scegliere più possibilità: la ricarica domestica o da colonnine pubbliche, la ricarica veloce Supercharger o la sostituzione completa del pacco batterie. Questa strategia multipla lascia utenti con pochi alibi per non prendere seriamente in considerazione il passaggio ad un veicolo elettrico.
Resta da vedere se anche questo sistema risulti costoso e rigido quanto quello di Better Place, ma la strada presa sembra essere quella giusta. Posso confermarlo perchè lo scorso anno, pur non conoscendo i piani di Tesla in questo senso, io stesso ho depositato domanda di brevetto per un sistema di carica rapida tramite scambio batterie. Ne parlerò in un post dedicato a breve.
Fonte: Wikipedia, Tesla Motors, "L'auto elettrica, la tecnica e le prospettive" Pietro Menga - ed. Delfino 1979
Foto: Tesla, Better Place
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