La ricarica delle auto elettriche spiegata: tecnologia, prestazioni e fattori nel mondo reale

La ricarica della batteria di un'auto elettrica comporta il trasferimento di elettricità nella batteria, dove viene immagazzinata come energia chimica. Ciò avviene attraverso lo spostamento di elettroni e ioni tra i due elettrodi della batteria: il catodo e l'anodo, separati da un elettrolita.

Durante la ricarica, gli elettroni scorrono dalla fonte di alimentazione (ad esempio, una stazione di ricarica) verso il catodo. Contemporaneamente, gli ioni positivi si spostano dal catodo all'anodo attraverso l'elettrolita. Una volta completamente carica, la batteria immagazzina energia grazie a un'elevata differenza di potenziale tra i suoi terminali, pronta a fornire energia al veicolo.

Il processo è reversibile. Durante la scarica, gli elettroni scorrono dall'anodo al catodo attraverso un circuito esterno, generando corrente per azionare il motore elettrico.

Prestazioni di ricarica

Le prestazioni di ricarica variano notevolmente tra i modelli di auto elettrica e sono influenzate da diversi fattori chiave:

Configurazione del pacco batteria

La tensione del pacco batteria influisce sulla velocità massima di ricarica. Ad esempio, un caricatore DC CCS da 50 kW che eroga 125 A richiede almeno 400 V per raggiungere la potenza nominale. Un pacco da 300 V sarebbe limitato a 37,5 kW (300 V x 125 A).

Analogamente, la maggior parte dei caricatori CCS HPC è limitata a 500 A. Ciò significa che un pacco da 400 V può supportare fino a 200 kW, mentre un pacco da 300 V è limitato a 150 kW.

Modelli come Volvo EX90, Polestar 3 e Nio EL8 dichiarano di supportare la ricarica a 250 kW su architetture da 400 V, ma ciò dipende da caricatori non limitati a 500 A.

Auto elettriche da 800 V su caricatori da 400 V

Le auto elettriche da 800 V possono essere limitate da caricatori più vecchi da 400–500 V. Ad esempio, i Tesla Superchargers sono limitati a 500 V, riducendo la velocità di ricarica per i veicoli da 800 V.

Alcune auto elettriche, come la Mercedes CLA, non sono dotate della capacità di ricarica con caricatori da 400 V,

Tecnica dell'inverter

Alcune auto elettriche utilizzano inverter di bordo per convertire la tensione e adattarsi a diversi tipi di caricatore. Ciò è particolarmente utile quando veicoli da 800 V si collegano a caricatori DC da 400 V più datati. L'inverter aumenta internamente la tensione, consentendo al veicolo di ricaricare anche se il caricatore non supporta nativamente un'uscita da 800 V.

Tuttavia, questa conversione di tensione presenta limiti di efficienza, comportando velocità di ricarica massima ridotte. Le prestazioni esatte dipendono dall'architettura dell'inverter del veicolo e dalle capacità di raffreddamento.

Esempi di velocità massime utilizzando la conversione di tensione tramite inverter:

La Lucid Gravity integra un sofisticato sistema inverter-boost che consente la ricarica ad alta tensione (926 V) da fonti a tensione inferiore come i Tesla Superchargers V3 (≈500 V). Raggiunge questo risultato incorporando un convertitore boost all'interno del gruppo propulsore posteriore—utilizzando lo statore del motore e transistori SiC per aumentare la tensione—senza incrementare significativamente il peso (solo ~5 kg in più) o compromettere il raffreddamento

Ricarica a banchi

Questo metodo divide la batteria in due sezioni da 400 V. Modelli come Audi Q6 e-tron e Porsche Macan supportano fino a 135 kW a 400 V e fino a 270 kW a 800 V. Il Tesla Cybertruck può raggiungere 230 kW con i Superchargers da 500 V.

Temperatura

La temperatura della batteria influisce in modo critico sulla velocità di ricarica. In condizioni di freddo, la ricarica può rallentare oltre il 50% a causa dei limiti del Battery Management System (BMS). Molte auto elettriche preriscaldano la batteria quando si dirigono verso un caricatore.

In condizioni di caldo, il BMS può anche limitare la ricarica per evitare il surriscaldamento. Le temperature ottimali di ricarica variano tra i 25 e i 35 °C (77–95 °F). Al di sopra di 50–60 °C, la ricarica può essere ridotta per proteggere la salute della batteria.

Le auto elettriche con ricarica rapida devono disporre di sistemi di gestione termica efficaci per mantenere la temperatura ideale della batteria durante le sessioni.

Le curve di ricarica EVKX riflettono condizioni ottimali:

• La temperatura della batteria è sufficientemente alta per la velocità massima.
• La batteria rimane entro limiti di sicurezza durante una sessione 0–100%.

Software BMS

Il software del BMS influisce anche sulle curve di ricarica. I produttori bilanciano la velocità di ricarica con la longevità della batteria. Poiché la ricarica ad alta velocità accelera il degrado, alcune auto elettriche limitano la velocità di ricarica o il numero di sessioni ad alta potenza.

Ad esempio:

• La Toyota BZ4X consente solo due sessioni ad alta velocità ogni 24 ore.
• La Porsche Taycan permette agli utenti di limitare la velocità di ricarica (ad es., da 270 kW a 200 kW) per ridurre l'usura.

Esempi di velocità di ricarica

EVKX offre dati e grafici sulle prestazioni di ricarica reali per ogni modello di auto elettrica:

• Zeekr 7x Long Range AWD: oltre 430 kW di picco.

  Questo modello richiede più di 650 A per raggiungere la velocità massima. Su caricatori da 400 V, è limitato a 80 kW. Il diagramma della curva di ricarica mostra tutti e tre gli scenari.

  

• Kia EV6 GT: elevata velocità di picco con curva piatta, ideale per viaggi a lunga distanza.

  

• Nissan Ariya: moderata velocità di picco ma curva costante.

  

Conclusioni

Nei viaggi lunghi, la forma della curva di ricarica è importante. Curve piatte favoriscono soste più lunghe e costanti, mentre curve con picchi elevati sono vantaggiose per ricariche rapide. EVKX ti aiuta a confrontare e comprendere le prestazioni reali di ciascun modello.