Capire la curva di ricarica: perché 150 kW non sono 150 kW

Quando un costruttore dichiara 150 kilowatt, significa questo: in condizioni favorevoli, a un certo punto della ricarica l'auto raggiunge per poco tempo quel valore. Non significa che lo mantenga, e tanto meno che lo mantenga dal dieci all'ottanta per cento. La potenza non è costante lungo tutto lo stato di carica, ma segue una curva che raggiunge presto il suo massimo e poi scende.

Per questo due auto con lo stesso valore di picco possono differire della metà nel tempo di sosta. Una raggiunge i 150 kilowatt al quindici per cento e li mantiene fino al cinquanta; l'altra li sfiora al venti per cento per due minuti e al quaranta per cento è già a metà. Il dato del depliant è lo stesso numero per entrambe e descrive due auto completamente diverse.

Chi vuole vedere la curva di un'auto la trova nelle misurazioni delle riviste specializzate e nei database curati dagli stessi automobilisti. Quello che vi si legge è una misurazione in determinate condizioni, non una promessa — ma dice molto, molto di più di un singolo numero.

La C-rate è il rapporto tra potenza di ricarica e capacità della batteria. Un pacco da 50 kilowattora che si ricarica a 100 kilowatt ha una C-rate di 2 — a quella potenza si caricherebbe completamente in mezz'ora, se la potenza restasse costante. Lo stesso pacco a 50 kilowatt ha 1 C, e un pacco da 100 kilowattora a 100 kilowatt ha anch'esso 1 C.

È questo il numero davvero interessante, perché la sollecitazione della cella non dipende dai kilowatt, ma dalla corrente per cella. Una batteria grande distribuisce la stessa potenza su più celle; ognuna lavora in modo più rilassato, si scalda meno e invecchia più lentamente. Per questo, a parità di kilowatt, un pacco grande non solo impiega più tempo a caricarsi, ma si carica anche in modo più delicato.

Conseguenza pratica per il confronto: dividi la potenza di picco per la capacità. Se il risultato è intorno a 1, l'auto ha un'impostazione moderata. Se è nettamente sopra 2, la batteria è progettata per la ricarica rapida — il che può essere un bene, ma presuppone un raffreddamento efficace.

Il calo della potenza di ricarica all'aumentare dello stato di carica si chiama taper, e non è un programma di risparmio del costruttore, ma chimica. Durante la ricarica gli ioni di litio migrano dal catodo all'anodo e lì si inseriscono tra gli strati di grafite. Più l'anodo è pieno, meno posti liberi ci sono vicino alla superficie e più tempo impiegano gli ioni a raggiungere gli strati più profondi.

Se si spinge comunque più corrente di quanta l'anodo ne possa assorbire, il litio si deposita in forma metallica sulla superficie invece di inserirsi. Questo lithium plating è in larga parte irreversibile: il materiale non è più disponibile per l'accumulo, la capacità cala in modo permanente e, nel caso peggiore, crescono dendriti attraverso il separatore. Il sistema di gestione della batteria lo impedisce riducendo la corrente.

A questo si aggiunge una ragione elettrica. Con l'aumentare dello stato di carica sale la tensione della cella. L'elettronica di ricarica lavora prima a corrente costante e, appena raggiunta la tensione ammessa, passa a una fase a tensione costante in cui la corrente scende da sola. La potenza è tensione per corrente — se scende la corrente, scende la potenza. Per questo l'ultimo venti per cento è sempre il più lento, con ogni batteria agli ioni di litio, su ogni auto.

La curva di ricarica pubblicata vale per celle all'interno della loro finestra di funzionamento. Sotto e sopra ha un aspetto diverso. Le celle fredde hanno un'alta resistenza interna e accettano poca corrente, perché altrimenti si rischierebbe proprio quel plating che il taper dovrebbe evitare. Le celle calde invecchiano più in fretta, per questo il sistema di gestione della batteria pone un limite anche verso l'alto.

Tra questi due limiti c'è una finestra che, a seconda della chimica delle celle, va grosso modo dai venti ai quaranta gradi. Le auto con raffreddamento attivo a liquido mantengono le celle al suo interno anche con più ricariche rapide di fila. Le auto con solo raffreddamento ad aria, in una giornata calda, non ci riescono più dopo la seconda sosta di ricarica — la potenza cala, e non per lo stato di carica, ma per la temperatura.

Ecco perché il precondizionamento è così efficace. Se la colonnina viene impostata nel navigatore, l'auto preriscalda la batteria fino alla finestra durante il tragitto. Un'auto che arriva alla colonnina con le celle a cinque gradi passa il primo quarto d'ora a riscaldarsi — e a una colonnina che fattura a tempo, quel quarto d'ora lo paghi anche tu.

La potenza è tensione per corrente. Per trasferire molta potenza si può aumentare la corrente oppure la tensione. La corrente è la variante costosa: le perdite in cavo, connettore e collegamenti tra le celle crescono con il quadrato della corrente, e lo stesso calore va poi smaltito. Per questo i cavi di ricarica per correnti elevate sono raffreddati a liquido e comunque pesanti.

Un'architettura del veicolo a circa 800 volt invece di circa 400 volt trasferisce la stessa potenza con metà della corrente e un quarto delle perdite ohmiche. È questa la vera ragione delle alte potenze di ricarica di alcune auto più recenti — non celle migliori, ma un livello di tensione più alto. L'effetto collaterale: la colonnina deve anche essere in grado di fornire quella tensione, e le colonnine più vecchie non sempre ci riescono.

Dall'altra parte c'è la colonnina, con il suo limite di corrente. Molte colonnine di ricarica rapida si fermano a qualche centinaio di ampere. Un'auto con architettura a 400 volt, a quel limite, arriva al massimo a una certa potenza, qualunque cosa possa fare la batteria. Chi vuole ricaricare la propria auto alla massima potenza possibile ha quindi bisogno di una colonnina adatta al livello di tensione — il dato è indicato sulla colonnina.

Due punti di ricarica nello stesso armadio condividono spesso un'unica unità di potenza. Se lì c'è una seconda auto, ognuna riceve la metà, oppure quella collegata per prima ha la precedenza e la seconda riceve il resto. Quale regola valga raramente è indicato sull'apparecchio; lo si capisce dal fatto che la potenza crolla appena il posto accanto viene occupato.

Il secondo punto è l'allacciamento alla rete del sito. Un hub di ricarica con molti punti raramente ha la potenza di allacciamento per servirli tutti contemporaneamente alla massima potenza. Alcuni siti compensano con un accumulo stazionario, molti semplicemente ripartiscono. In un'area di servizio piena all'inizio delle vacanze, il problema non è la curva dell'auto.

E infine il cavo: un cavo non raffreddato limita la corrente a ciò che sopporta termicamente. Sullo stesso armadio, quindi, un cavo raffreddato può erogare più di quello accanto. Se puoi scegliere, prendi quello più spesso, più corto e raffreddato.

L'indicatore più utile nella vita di tutti i giorni non è la potenza di picco, ma l'energia che entra nella batteria in un certo tempo. Venti minuti sono una pausa realistica; quanti kilowattora arrivano in quei venti minuti determina il tempo di viaggio. Questo numero comprende tutto: picco, taper, temperatura e livello di tensione.

Diffusa è anche l'indicazione del tempo dal dieci all'ottanta per cento. È meglio della potenza di picco, ma ha un difetto: premia le batterie piccole. Un pacco piccolo arriva prima all'ottanta per cento e ha comunque meno energia a bordo. Per confrontare due auto conviene quindi ragionare in kilowattora per unità di tempo, o direttamente in chilometri ricaricati per unità di tempo.

Dal taper deriva una regola che fa guadagnare più tempo di qualsiasi altra sulle lunghe distanze: due soste brevi battono una lunga. La curva è più ripida nella parte bassa, quindi si ricarica dove va veloce e si riparte prima che la potenza crolli. Due volte dal dieci al sessanta per cento richiedono molto meno tempo di una volta dal dieci al novanta — con la stessa quantità di energia ricaricata.

L'eccezione è l'ultima tappa. Se dopo la sosta non ci sono più colonnine, si ricarica quanto serve e si accettano le percentuali lente. La seconda eccezione è l'inverno: lì la sosta in più costa un nuovo raffreddamento della batteria, se il tratto intermedio è breve.

Per pianificare tutto questo non serve un'app, ma due numeri: la curva della propria auto a grandi linee e il consumo alla velocità a cui si viaggia. Tutto il resto ne deriva.

Per un'auto che si ricarica soprattutto a casa, la curva di ricarica è quasi irrilevante. Per un'auto che percorre regolarmente lunghe distanze, conta più dell'autonomia. Questi punti chiariscili prima del giro di prova:

Le risposte raramente sono nell'annuncio, ma si possono trovare: le prime tre nella scheda tecnica dell'anno modello, la quarta nelle misurazioni pubblicate, la quinta nel rapporto sullo stato della batteria dell'auto specifica.