L'importanza delle batterie come principale fonte di energia per i veicoli a energia alternativa è evidente. Nell'utilizzo pratico, le batterie sono soggette a condizioni operative complesse e variabili. Per migliorare l'autonomia, i veicoli devono disporre il maggior numero possibile di celle in uno spazio limitato, pertanto lo spazio disponibile per il pacco batterie sul veicolo è molto ristretto. Le batterie generano una grande quantità di calore durante il funzionamento del veicolo, che si accumula nel tempo in spazi relativamente ristretti. A causa della densità di celle all'interno del pacco batterie, la dissipazione del calore nella zona centrale risulta difficoltosa, accentuando le differenze di temperatura tra le celle. Di conseguenza, l'efficienza di carica e scarica della batteria si riduce, compromettendone la potenza; nei casi più gravi, si può arrivare al surriscaldamento incontrollato, con ripercussioni sulla sicurezza e sulla durata del sistema.
La temperatura delle batterie ha un impatto significativo sulle loro prestazioni, durata e sicurezza. A basse temperature, le batterie agli ioni di litio possono subire un aumento della resistenza interna e una diminuzione della capacità. In casi estremi, ciò può portare al congelamento dell'elettrolita e all'impossibilità di scaricare la batteria. Le prestazioni del sistema di batterie a basse temperature sono fortemente influenzate, con conseguente calo della potenza erogata e riduzione dell'autonomia dei veicoli elettrici. Quando si ricaricano i veicoli elettrici a basse temperature, il BMS (Battery Management System) generalmente riscalda la batteria a una temperatura adeguata prima della ricarica. Se non gestito correttamente, questo processo può causare un sovraccarico di tensione istantaneo, con conseguenti cortocircuiti interni che possono a loro volta provocare fumo, incendi e persino esplosioni. I problemi di sicurezza legati alla ricarica a basse temperature nei sistemi di batterie dei veicoli elettrici hanno fortemente limitato la diffusione dei veicoli elettrici nelle regioni fredde.
Gestione termica della batteriaè una delle funzioni importanti nel BMS, principalmente per garantire che il pacco batteria possa sempre funzionare entro un intervallo di temperatura adeguato, mantenendo così lo stato di funzionamento ottimale del pacco batteria.gestione termica delle batterieComprende principalmente funzioni come raffreddamento, riscaldamento e bilanciamento della temperatura. Le funzioni di raffreddamento e riscaldamento vengono regolate principalmente in base al possibile impatto della temperatura ambientale esterna sulla batteria. Il bilanciamento della temperatura viene utilizzato per ridurre la differenza di temperatura all'interno del pacco batteria e prevenire il rapido deterioramento causato dal surriscaldamento di una determinata parte della batteria.
In generale, i sistemi di raffreddamento delle batterie si dividono principalmente in tre categorie: raffreddamento ad aria, raffreddamento a liquido e raffreddamento diretto. Il raffreddamento ad aria sfrutta il vento o l'aria fresca proveniente dall'abitacolo per farla circolare sulla superficie della batteria, favorendone lo scambio termico e il raffreddamento. Il raffreddamento a liquido, invece, utilizza solitamente tubazioni separate per il refrigerante, riscaldando o raffreddando le batterie. Attualmente, questo metodo è il più diffuso, come dimostrano i modelli Tesla e Volt. Il sistema di raffreddamento diretto, infine, elimina le tubazioni di raffreddamento e utilizza direttamente il refrigerante per raffreddare la batteria.
1. Sistema di raffreddamento ad aria:
Le prime batterie, a causa della loro ridotta capacità e densità energetica, venivano spesso raffreddate ad aria. Il raffreddamento ad aria si divide in due categorie: raffreddamento ad aria naturale e raffreddamento ad aria forzata (tramite ventole), che utilizza l'aria naturale o l'aria fredda proveniente dall'abitacolo per raffreddare la batteria.
Esempi tipici di sistemi di raffreddamento ad aria includono Nissan Leaf, Kia Soul EV, ecc. Attualmente, le batterie da 48 V dei veicoli micro-ibridi da 48 V sono generalmente collocate nell'abitacolo e raffreddate ad aria. Lo schema del percorso di raffreddamento ad aria di una determinata batteria è mostrato in Figura 2. La struttura del sistema di raffreddamento ad aria è relativamente semplice, la tecnologia è relativamente matura e il costo è relativamente basso. Tuttavia, a causa del calore limitato trasportato dall'aria, la sua efficienza di trasferimento termico è bassa e l'uniformità della temperatura interna della batteria è scarsa, il che rende difficile ottenere un controllo preciso della temperatura della batteria. Pertanto, i sistemi di raffreddamento ad aria sono generalmente adatti a situazioni con autonomia limitata e peso del veicolo ridotto.
2. Sistema di raffreddamento a liquido
La modalità di raffreddamento a liquido si riferisce all'utilizzo da parte della batteria di un liquido refrigerante per lo scambio termico, il cui schema è illustrato nella Figura 3. Il refrigerante si divide in due tipi: contatto diretto con le celle della batteria (olio di silicone, olio di ricino, ecc.) e contatto con le celle della batteria attraverso canali d'acqua (acqua e glicole etilenico, ecc.); Attualmente, si utilizzano comunemente soluzioni miste di acqua e glicole etilenico. I sistemi di raffreddamento a liquido generalmente aggiungono un refrigeratore accoppiato al ciclo di refrigerazione, che rimuove il calore dalla batteria attraverso il refrigerante; I suoi componenti principali sono il compressore, il refrigeratore epompa dell'acquaIl compressore, in quanto fonte di energia per la refrigerazione, determina la capacità di scambio termico dell'intero sistema. Il refrigeratore svolge un ruolo fondamentale nello scambio tra refrigerante e fluido refrigerante, e la quantità di calore scambiato determina direttamente la temperatura del fluido refrigerante. La pompa dell'acqua determina la portata del fluido refrigerante nelle tubazioni: maggiore è la portata, migliori saranno le prestazioni di scambio termico, e viceversa.
3. Sistema di raffreddamento diretto:
Il sistema di raffreddamento diretto utilizza il refrigerante del sistema di climatizzazione per raffreddare direttamente la batteria, come mostrato in Figura 11. L'evaporatore del sistema di climatizzazione è installato direttamente nel sistema della batteria e il refrigerante evapora nell'evaporatore, rimuovendo direttamente il calore generato dalla batteria e ottenendo così un processo di raffreddamento più rapido ed efficace. Attualmente, sono relativamente pochi i modelli che utilizzano il raffreddamento diretto, il più tipico dei quali è la BMW i3. Grazie all'assenza di scambio termico intermedio tra i liquidi, il sistema di refrigerazione ha una struttura compatta, un'efficienza di raffreddamento superiore (3-4 volte superiore rispetto al raffreddamento a liquido) e un costo relativamente inferiore. Tuttavia, il problema risiede nel fatto che, a causa della conversione gas-liquido del refrigerante nelle tubazioni, il controllo dell'intero sistema è relativamente complesso e l'uniformità della temperatura è scarsa. Inoltre, richiede elevati standard di resistenza alla pressione e tenuta del sistema, il che rappresenta un rischio significativo per la sua applicazione su un veicolo completo.
Data di pubblicazione: 27 marzo 2026
