Perdita di ricarica
Perdita di ricarica durante la ricarica DC ad alta potenza è la differenza tra l'energia erogata dalla stazione di ricarica e l'energia che alla fine viene immagazzinata nella batteria del veicolo.
La differenza normalmente non indica un caricatore inaccurato. I caricatori pubblici DC utilizzano sistemi di misurazione regolamentati per la fatturazione, ma misurano la transazione di ricarica, non la quantità finale di energia chimica immagazzinata nelle celle batteria.
Parte dell'energia diventa calore nei cavi, nei collegamenti, nell'hardware del veicolo e nella batteria stessa. Una parte viene consumata deliberatamente dal riscaldamento batteria, dal raffreddamento, dalle pompe, dalle ventole, dalle unità di controllo e da altri sistemi in funzione durante la sessione.
In questo articolo, perdita di ricarica include entrambe:
- perdite fisiche che trasformano l'energia elettrica in calore
- energia ausiliaria utilizzata dal veicolo durante la ricarica
Il consumo ausiliario non è necessariamente energia sprecata. Il riscaldamento e il raffreddamento della batteria possono essere necessari per una ricarica rapida, sicura e ripetibile. Tuttavia, quell'energia non viene comunque immagazzinata nella batteria.
Calcolo della perdita di ricarica
La perdita di ricarica è normalmente espressa in percentuale:
Perdita di ricarica = (Energia erogata - Energia immagazzinata) / Energia erogata
Se un caricatore eroga 70 kWh e la batteria immagazzina 66 kWh, la perdita di ricarica stimata è:
(70 kWh - 66 kWh) / 70 kWh = 5.7%
L'efficienza di ricarica è l'espressione inversa:
Efficienza di ricarica = Energia immagazzinata / Energia erogata
In questo esempio, l'efficienza di ricarica è di circa 94.3%.
La difficoltà non è la formula, ma ottenere un valore accurato dell'energia effettivamente immagazzinata nella batteria.
Cosa misura il caricatore
Un caricatore pubblico DC misura l'energia elettrica trasferita durante la sessione di ricarica. Questo è il valore utilizzato per calcolare la fattura e normalmente mostrato sul display del caricatore o sulla ricevuta di ricarica.
È importante separare quattro valori diversi:
- Energia fatturata è misurata dal caricatore in kWh.
- Potenza del caricatore è il tasso istantaneo di ricarica riportato dal caricatore in kW.
- Potenza di ricarica del veicolo è misurata o stimata dal veicolo.
- Energia aggiunta alla batteria normalmente deve essere calcolata dai dati della batteria o stimata dalla variazione dello stato di carica.
Il caricatore non misura l'energia chimica finale immagazzinata all'interno delle celle. Una sessione di ricarica può quindi essere misurata correttamente anche se la batteria immagazzina meno kilowattora di quelli riportati dal caricatore.
Cosa mostra il display del veicolo
La potenza di ricarica mostrata all'interno dell'auto può essere leggermente inferiore alla potenza mostrata dal caricatore.
Il caricatore e il veicolo utilizzano sensori e calcoli separati. Il caricatore misura secondo il proprio sistema di misurazione approvato, mentre il veicolo calcola un valore dalle misurazioni nel proprio sistema ad alta tensione.
Il punto esatto di misurazione lato veicolo varia tra i produttori. A seconda del progetto, la potenza visualizzata potrebbe rappresentare:
- potenza che entra nel veicolo
- potenza sul bus interno ad alta tensione
- potenza che raggiunge il pacco batteria
- un valore calcolato dal sistema di gestione della batteria
Il numero mostrato nell'auto non dovrebbe quindi essere interpretato automaticamente come potenza netta immagazzinata nelle celle. La resistenza interna della batteria, il consumo della gestione termica, i carichi a bassa tensione e altre perdite possono comunque verificarsi al di fuori o dopo il valore rappresentato sul display.
Questo spiega perché tre numeri diversi possono essere tutti validi:
- il caricatore mostra la potenza o l'energia più alta
- il veicolo mostra un valore di ricarica leggermente inferiore
- la batteria immagazzina meno energia di quanto suggerito da entrambi i valori
Misurazione e certificazione legale
Le apparecchiature di ricarica pubbliche utilizzate per la fatturazione commerciale sono soggette ai requisiti di metrologia legale. Il principio è paragonabile a una pompa di carburante: al cliente deve essere addebitato un importo utilizzando un sistema di misurazione che rimanga entro limiti di accuratezza definiti.
Nell'Unione Europea, la Direttiva (UE) 2026/706 ha modificato la Direttiva sugli strumenti di misura per includere i sistemi di misurazione per le apparecchiature di ricarica per veicoli elettrici. È entrata in vigore il 9 aprile 2026. Gli Stati membri devono recepire i requisiti entro aprile 2028 e applicare le loro misure nazionali da ottobre 2028, con disposizioni transitorie per apparecchiature e certificati già immessi sul mercato.
La direttiva definisce il punto di trasferimento come il punto in cui l'energia viene trasferita tra l'EVSE e il veicolo. Sebbene il contatore fisico possa essere installato all'interno del cabinet del caricatore, il sistema di misurazione EVSE approvato deve tenere conto dell'energia erogata al punto di trasferimento definito. Il calore del cavo non dovrebbe quindi essere semplicemente considerato come interamente aggiunto all'energia fatturata al cliente.
A livello internazionale, OIML G 22 fornisce indicazioni che coprono i requisiti metrologici e tecnici sia per EVSE AC che DC, inclusi approvazione, verifica, test, dati metrologici e comportamento completo del sistema di misurazione.
Negli Stati Uniti, il NIST Handbook 44 include specifiche e tolleranze di accuratezza per i sistemi di rifornimento di veicoli elettrici. Il NIST pubblica anche procedure di test per valutare le apparecchiature di ricarica EV al dettaglio rispetto a tali requisiti.
Queste regole garantiscono che la transazione commerciale sia misurata correttamente. Non significano che ogni kilowattora fatturato venga immagazzinato nella batteria del veicolo.
Dove si verifica la perdita di ricarica
Durante la ricarica HPC, la stazione di ricarica converte la CA di rete in potenza DC controllata e la fornisce al sistema ad alta tensione del veicolo. Il caricatore AC di bordo del veicolo viene bypassato, ma restano diversi altri punti di perdita e consumo.
I principali contributori sono:
- resistenza del cavo e del connettore
- resistenza della presa del veicolo e dei contatti
- contattori, barre collettrici, sensori e cablaggio ad alta tensione
- conversione di tensione dove necessaria
- resistenza interna nelle celle batteria
- riscaldamento e raffreddamento della batteria
- pompe del liquido refrigerante, ventole, valvole e compressori
- gestione della batteria e altre elettroniche di controllo
- alimentazione DC/DC per il sistema elettrico a bassa tensione
Le differenze causate dall'arrotondamento del SoC o dalle stime di capacità non sono perdite fisiche di ricarica. Sono fonti di incertezza quando si cerca di calcolare la perdita dai dati di ricarica disponibili pubblicamente.
Perdite di cavo e connettore
L'alta corrente genera calore nei conduttori e nei contatti elettrici. I cavi HPC sono quindi spesso raffreddati a liquido, permettendo loro di trasportare diverse centinaia di ampere senza diventare eccessivamente spessi, pesanti o caldi.
Il contatore fisico dell'energia può essere posizionato all'interno del cabinet di ricarica, prima del cavo fissato in modo permanente. Tuttavia, la metrologia legale considera il comportamento del sistema di misurazione completo e del suo punto di trasferimento definito, non solo la posizione del componente di misurazione.
Le perdite di cavo e connettore contano comunque dal punto di vista tecnico. Influenzano i limiti termici, il raffreddamento del cavo, l'efficienza del caricatore e la corrente massima che l'apparecchiatura può sostenere.
Queste perdite diventano sempre più rilevanti a 500–800 ampere. A tali correnti, piccoli cambiamenti nella resistenza di contatto, nella temperatura del conduttore, nel design del cavo e nel raffreddamento del connettore possono influenzare in modo significativo la generazione di calore.
Perdite elettriche lato veicolo
Dopo essere entrata nel veicolo, la corrente di ricarica passa attraverso la presa, i contattori, i sensori di corrente, le barre collettrici, il cablaggio ad alta tensione e, se necessario, l'hardware di conversione di tensione prima di raggiungere la batteria.
Ogni conduttore e connessione ha una certa resistenza. La resistenza può essere molto bassa, ma la corrente durante la ricarica HPC è elevata.
Il riscaldamento elettrico segue:
Perdita di potenza = Corrente² × Resistenza
Poiché la corrente è elevata al quadrato, raddoppiare la corrente produce una perdita resistiva quattro volte maggiore se la resistenza rimane invariata.
Per un confronto approssimativo:
- 200 kW a 400 volt richiedono circa 500 ampere
- 200 kW a 800 volt richiedono circa 250 ampere
Questo è uno dei motivi per cui le architetture ad alta tensione sono utili per la ricarica rapida. Possono erogare la stessa potenza con corrente inferiore, riducendo il riscaldamento resistivo in cavi, connettori e conduttori ad alta tensione.
La tensione effettiva della batteria cambia con il SoC e il carico, quindi “400 volt” e “800 volt” sono classi architetturali piuttosto che tensioni operative fisse.
Perdita interna della batteria
Le celle agli ioni di litio hanno resistenza interna. Quando la corrente di ricarica passa attraverso le celle, parte dell'energia in ingresso diventa calore invece di energia chimica immagazzinata.
La perdita interna della batteria varia in funzione di:
- chimica della cella
- formato della cella e progettazione degli elettrodi
- temperatura della batteria
- corrente di ricarica
- stato di carica
- età della batteria
- strategia di ricarica del produttore
La perdita non è costante durante una sessione di ricarica. Le celle possono generare più calore durante la ricarica ad alta corrente, mentre la ricarica vicino al SoC massimo utilizza una corrente inferiore ma richiede più tempo.
Se la temperatura della batteria supera la finestra operativa preferita, il veicolo riduce la potenza di ricarica o aumenta lo sforzo di raffreddamento. Se la batteria è troppo fredda, il veicolo può usare parte dell'energia in ingresso per riscaldarla.
Due EV con la stessa potenza di picco di ricarica dichiarata possono quindi avere efficienza di ricarica e comportamento termico diversi.
Consumo di energia della gestione termica
La ricarica ad alta potenza è anche un processo di gestione termica.
Durante una sessione di ricarica, il veicolo può far funzionare:
- pompe del liquido refrigerante
- ventole del radiatore
- compressore del refrigerante
- valvole del liquido refrigerante
- refrigeratore della batteria
- riscaldatore ad alta tensione
- pompa di calore
- unità di controllo della batteria e della ricarica
Questi sistemi consumano energia elettrica, ma il loro scopo è mantenere le celle e l'hardware di ricarica entro un intervallo di temperatura accettabile.
La rinnovata Porsche Taycan illustra l'entità del sistema termico richiesto per una ricarica HPC sostenuta. Porsche specifica una ricarica fino a 320 kW su apparecchiature adatte a 800 volt, con oltre 300 kW disponibili per un massimo di cinque minuti in condizioni adeguate. Porsche ha anche dichiarato che la piastra di raffreddamento della batteria rivista ha aumentato la capacità di raffreddamento da 6 a 10 kW.
Il valore di 10 kW descrive la capacità di rimozione del calore, non necessariamente 10 kW di consumo elettrico. Un sistema di raffreddamento a refrigerante può trasferire più energia termica di quanta ne consumino il compressore, le pompe e le ventole.
Anche così, l'energia elettrica usata dal sistema termico riduce la quantità disponibile per l'immagazzinamento durante la sessione. Il suo effetto è relativamente piccolo mentre la batteria riceve più di 300 kW, ma diventa più significativo quando la potenza di ricarica cala o quando il riscaldamento o il raffreddamento continuano per un periodo prolungato.
Come la temperatura influisce sulla perdita di ricarica
Batteria fredda
Una batteria fredda generalmente non può accettare la sua potenza massima di ricarica. Il veicolo può quindi riscaldare la batteria prima dell'arrivo, durante la sessione di ricarica o entrambe.
Quando il riscaldamento della batteria avviene mentre è collegata al caricatore, parte dell'energia erogata viene usata dal riscaldatore e dal sistema di raffreddamento invece di aumentare il SoC.
Questo può rendere la differenza effettiva tra energia fatturata ed energia aggiunta alla batteria considerevolmente maggiore rispetto a una sessione in clima caldo.
Il precondizionamento della batteria basato sul percorso può migliorare il risultato. Il veicolo usa energia durante la guida per portare la batteria verso la sua temperatura di ricarica preferita, permettendole di iniziare la ricarica più rapidamente dopo l'arrivo. Il precondizionamento non rende gratuita l'energia di riscaldamento, ma modifica quando e dove quell'energia viene consumata.
Batteria calda
Una batteria calda può richiedere raffreddamento attivo durante la ricarica. Questo può accadere dopo:
- guida prolungata ad alta velocità
- guida in montagna
- sessioni HPC ripetute
- temperature ambiente elevate
- forte accelerazione poco prima della ricarica
Il compressore, le pompe del liquido refrigerante e le ventole del radiatore possono funzionare ad alta potenza. Se il sistema termico non riesce a mantenere la temperatura richiesta delle celle, il veicolo riduce la potenza di ricarica.
Il conducente può notare ventole di raffreddamento rumorose, aria calda che esce dal veicolo o una curva di ricarica inferiore al livello previsto.
Come il SoC influisce sulla perdita di ricarica
La perdita di ricarica non è costante lungo la curva di ricarica.
A SoC basso e medio, una batteria calda può accettare corrente molto elevata. Questo produce più calore resistivo nelle celle e nei componenti ad alta tensione.
A SoC più elevato, la potenza di ricarica cala e la corrente diminuisce. Le perdite resistive istantanee possono quindi essere inferiori, ma la sessione residua richiede più tempo. Pompe, ventole, unità di controllo e altri sistemi continuano a consumare potenza per tutto quel tempo.
La ricarica dall'80 al 100% può quindi essere relativamente inefficiente in termini di tempo ed energia ausiliaria, anche se la corrente è inferiore rispetto alla parte ad alta potenza della sessione.
Questo è uno dei motivi per cui il 10–80% è diventato l'intervallo più comune per confrontare le prestazioni della ricarica rapida DC.
Stima dell'energia della batteria dal SoC
I test di ricarica spesso stimano l'energia immagazzinata dalla variazione del SoC e dalla capacità utilizzabile dichiarata del veicolo.
Per esempio:
80 kWh di capacità utilizzabile × aumento del SoC del 70% = 56 kWh di energia stimata aggiunta alla batteria
Se il caricatore riporta 59 kWh durante la stessa sessione 10–80%, la perdita calcolata sarebbe:
(59 kWh - 56 kWh) / 59 kWh = 5.1%
Questo calcolo è utile, ma non è una misurazione precisa.
Le possibili fonti di incertezza includono:
- valori di SoC arrotondati
- report del SoC non lineare
- temperatura della batteria sconosciuta
- capacità utilizzabile che cambia con la temperatura
- gestione del buffer superiore e inferiore
- invecchiamento della batteria
- calibrazione del BMS
- consumo ausiliario durante la sessione
- piccole differenze di temporizzazione tra le letture
Per esempio, una variazione visualizzata da 10% a 80% non dimostra che la batteria abbia guadagnato esattamente il 70.00% della sua attuale capacità utilizzabile.
Perché una sessione di ricarica non può misurare la SOH della batteria
Una ricevuta di ricarica pubblica non può essere usata come test diretto della capacità della batteria o dello stato di salute.
Supponiamo che un EV si ricarichi dal 10% all'80% e che il caricatore riporti 63 kWh erogati. Dividendo 63 kWh per 70% si suggerirebbe una capacità della batteria di 90 kWh.
Questa conclusione sarebbe inaffidabile perché i 63 kWh includono più dell'energia immagazzinata nella batteria. Potrebbero includere anche:
- perdite elettriche e della batteria
- riscaldamento o raffreddamento della batteria
- pompe, ventole e sistemi di controllo
- energia fornita al sistema a bassa tensione
- energia consumata mentre il veicolo rimane attivo
I valori di SoC introducono ulteriore incertezza attraverso arrotondamenti, stima del BMS, capacità utilizzabile dipendente dalla temperatura, gestione del buffer e possibile ricalibrazione.
Una singola sessione quindi combina troppe incognite per isolare il degrado della batteria.
Sessioni ripetute in condizioni simili possono rivelare una tendenza generale, ma non sono comunque equivalenti a un test controllato della capacità. Fonti migliori per valutare la SOH includono:
- dati del sistema di gestione della batteria
- strumenti diagnostici del produttore
- test ripetuti e controllati di scarica e ricarica
- corrente e tensione della batteria misurate lungo un ciclo definito
- tendenze di capacità utilizzabile a lungo termine in condizioni comparabili
Anche questi metodi devono tenere conto della temperatura della batteria, della calibrazione del SoC e della strategia di buffer del produttore.
I kWh del caricatore ti dicono quanta energia ha erogato il caricatore. Non rivelano direttamente quanta capacità utilizzabile della batteria rimane.
Come EVKX gestisce la perdita di ricarica
Le curve di ricarica EVKX si basano sulla potenza di ricarica lato caricatore. Questo riflette ciò che il conducente sperimenta in un caricatore pubblico: potenza erogata, tempo di ricarica ed energia fornita dal caricatore.
Per convertire l'energia erogata dal caricatore in energia stimata della batteria, EVKX applica attualmente un'ipotesi fissa di 5% di perdita di ricarica.
Energia stimata della batteria = Energia erogata dal caricatore × 0.95
Per esempio:
50 kWh × 0.95 = 47.5 kWh
EVKX stimerebbe quindi:
- 50 kWh erogati dal caricatore
- 2.5 kWh di perdita di ricarica e consumo ausiliario
- 47.5 kWh immagazzinati nella batteria
Il valore del 5% è un'ipotesi di calcolo, non un valore misurato per ogni veicolo o sessione di ricarica.
La perdita di ricarica effettiva può essere inferiore o superiore a seconda di:
- temperatura della batteria e ambiente
- corrente di ricarica
- stato di carica
- chimica della batteria e progettazione del pacco
- cavo e apparecchiatura di ricarica
- attività di gestione termica
- consumo ausiliario del veicolo
Usare un'unica ipotesi coerente rende più facili da riprodurre i confronti di ricarica EVKX tra veicoli. I valori risultanti devono essere interpretati come stime comparative, non come misurazioni di laboratorio dell'energia della batteria.
La stessa limitazione si applica all'autonomia calcolata aggiunta al minuto. Dipende sia dall'energia stimata della batteria sia da un consumo ipotizzato.
Cosa significa la perdita di ricarica per i conducenti
La perdita di ricarica viene normalmente notata indirettamente piuttosto che come valore separato.
Può apparire come:
- più kWh fatturati del previsto in base all'aumento del SoC
- valori di potenza diversi sul caricatore e sul display del veicolo
- aumento del consumo energetico durante la ricarica in inverno
- sistemi di raffreddamento rumorosi durante la ricarica con clima caldo o ripetuta
- costo più alto per kWh utilizzabile di quanto suggerisca il solo prezzo del caricatore
La perdita di ricarica è solo una parte dell'esperienza pratica di ricarica. Per la guida a lunga distanza, la forma della curva di ricarica, la disponibilità del caricatore, il precondizionamento della batteria, l'affidabilità e la durata della sosta di ricarica sono solitamente più evidenti.
Per confronti dettagliati della ricarica, tuttavia, la distinzione tra energia erogata e immagazzinata è essenziale. Un caricatore può essere accurato e fatturare correttamente la sessione mentre la batteria immagazzina meno energia di quella erogata dal caricatore.
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