Caricare le batterie, cibo per la mente [Il ciclo delle batterie #4 | Pubblicazione 2026]

Cinque anni fa, grazie alle indicazioni di Claudius Jehle, CEO di volytica diagnostics GmbH, abbiamo avviato la serie di articoli “The Battery Cycle”, con l’obiettivo di chiarire le complessità delle batterie Li-Ion.

La serie ha fornito una grande quantità di informazioni preziose per chiunque sia coinvolto nella mobilità elettrica.

Ora, cinque anni dopo, torniamo su questi stessi argomenti – sempre grazie alla collaborazione con Claudius Jehle – arricchiti da dati del mondo reale e lezioni apprese.

Tutta la serie di articoli, aggiornata di recente, è pubblicata anche in una rubrica monografica che accompagna le edizioni di Sustainable Bus (e delle piattaforme correlate Sustainable Truck & Van e Powertrain International) per tutto il 2026.

Siamo a disposizione per ricevere domande, feedback e contributi all’indirizzo info@sustainable-bus.com.

Immaginare le batterie come caraffe piene di birra schiumosa, come abbiamo fatto nell’articolo precedente sullo stato di carica, aiuta notevolmente a comprendere i problemi quotidiani legati alla stima dello stato di carica, ai problemi di bilanciamento e alle fermate improvvise. Ma questa analogia è utile anche per capire le domande più comuni riguardo alla carica delle batterie, che affronteremo in questo articolo.

È qui che spiegheremo – tra le tante cose – come e perché raddoppiare la potenza di carica non riduca a metà il tempo necessario per caricare, almeno se si intende raggiungere il 100% di carica.

Iniziamo con le configurazioni di carica nei depositi, ovvero autobus o camion dotati di batterie piuttosto grandi (>300 kWh) progettate per operare tutto il giorno senza o con poche sole ricariche. Di solito si desidera che la batteria sia al 100% al mattino e che rimanga con una certa riserva entro la fine della giornata.

È una scelta saggia ricaricare in deposito?

Tuttavia, caricare una batteria al 100% prima dell’inizio della giornata non è così semplice come si potrebbe pensare. Il caricabatterie prima “negozia” il processo di ricarica con il veicolo tramite un protocollo di comunicazione dedicato, stabilendo innanzitutto la potenza di ricarica prevista che il caricabatterie è in grado di fornire e che la batteria è in grado di ricevere. Ci limitiamo qui alla parte relativa alla batteria, poiché si potrebbero scrivere articoli infiniti su questa delicata e complessa fase di comunicazione. In particolare, spieghiamo la situazione per batterie di dimensioni normali e non eccessivamente grandi; per le batterie di dimensioni superiori, la parte relativa al CV descritta di seguito di solito non influisce molto sulla ricarica.

Si ha una corrente costante in flusso continuo – questa fase è quindi chiamata fase di corrente costante o semplicemente fase CC (vedi grafico a destra). Nell’analogia con la birra, il bicchiere si riempie costantemente e l’altezza del livello aumenta; sia la birra sale che inizia a formarsi schiuma – dal punto di vista elettrochimico, si accumulano “sovrepotenziali” sulla tensione misurabile (se avete letto gli altri articoli, ciò è dovuto alla migrazione degli ioni voluminosi verso gli elettrodi, che richiede uno sforzo, per così dire; macroscopicamente ciò si manifesta come un aumento reversibile della tensione, che scompare lentamente una volta interrotta la carica, proprio come la schiuma sulla birra…).

Non appena l’altezza totale di riempimento, cioè birra più schiuma, si avvicina al bordo del bicchiere, ovvero quando la tensione della batteria raggiunge la massima tensione ammissibile, caricabatterie e batteria iniziano rapidamente a negoziare un nuovo profilo di corrente che varia in modo graduale, mantenendo costante l’altezza totale di riempimento – questa fase è detta di tensione costante o CV. In sostanza, riducendo gradualmente la corrente si fa sì che la parte schiumosa diminuisca, mentre quella liquida può continuare ad aumentare. Questo processo nel suo complesso viene spesso definito “caricamento CCCV”.

Supponiamo di interrompere semplicemente la carica non appena la tensione raggiunge il valore massimo: la schiuma si depositerebbe e, in modo piuttosto sorprendente, dopo circa 10-30 minuti il bicchiere sarebbe pieno solo al 85%. Quindi è esattamente come preparare una birra: si lascia scorrere la birra fino a quando la schiuma non raggiunge il bordo, poi si riduce il flusso mantenendo costante l’altezza totale (CV), cambiando soltanto il rapporto tra liquido e schiuma.

Conoscere le implicazioni…

Quali ne sono le implicazioni? Osservando i risultati della simulazione nel diagramma, una conseguenza evidente è che raddoppiare la potenza di carica non riduce a metà il tempo di carica, almeno se si intende caricare completamente la batteria. In realtà, la fase di carica a corrente costante si accelera, ma non del fattore 2, poiché la pressione all’interno della batteria aumenta molto più rapidamente, rendendo ancora più marcata la fase di carica a corrente variabile. Nell’esempio, non si raggiunge nemmeno la fase di carica a corrente variabile dopo circa 900 secondi (altrimenti verrebbe raggiunta in un momento successivo), mentre raddoppiando la potenza questa fase viene raggiunta dopo circa 570 secondi, con una riduzione del consumo energetico del 24%. Triplare la potenza fa ovviamente entrare il sistema immediatamente nella fase di carica a corrente variabile (senza più una fase di carica a corrente costante rilevabile), con un consumo energetico inferiore a quello ottenuto raddoppiando la potenza! È ovvio che si tratti soltanto di un esempio e che potrebbe non essere applicabile ai vostri dispositivi specifici.

Le batterie di grandi dimensioni – e questo vale soprattutto per quelle a base LFP – non presentano questo effetto in modo così marcato come spiegato qui (poiché potrebbe non essere nemmeno raggiunta la fase CV, ovvero è come versare circa 1 litro di birra in un bicchiere da 1,5 litri: quasi non si formerà abbastanza schiuma per raggiungere il bordo).

Curiosità? Una potenza di carica 3 volte maggiore non riduce necessariamente del 300% il tempo di carica!

È molto probabile che la fase CV richieda lo stesso tempo della fase CC. Per raggiungere i primi 80% può volerci lo stesso tempo necessario per raggiungere gli ultimi 20%! Osservatelo nei vostri sistemi di monitoraggio: inizialmente il SoC aumenta linearmente, poi diminuisce lentamente fino a fermarsi al 100%.

La ricarica tramite catenaria aerea (come nei filobus o in alcune idee per camion elettrici) merita anch’essa di essere menzionata: oltre alle ovvie sfide infrastrutturali legate alla manutenzione di una rete di catenarie, un vero problema risiede nell’impianto elettrico dei veicoli: la maggior parte dei veicoli stradali è dotata di pneumatici in gomma che non conducono corrente elettrica. Pertanto, i veicoli con pneumatici in gomma che utilizzano catenarie necessitano di due cavi aerei (aumentando così la complessità infrastrutturale rispetto ai treni con pneumatici metallici). Il vero problema, però, è la sicurezza: nei veicoli con ruote metalliche, un guasto elettrico (ad esempio un cavo sotto tensione che entra in contatto con la struttura del veicolo esponendola ad alta tensione) verrebbe immediatamente deviato verso il terreno attraverso le ruote; il rischio che la struttura metallica o il corpo del veicolo rimanga sotto tensione è molto basso. Nei veicoli con pneumatici in gomma, invece, un guasto elettrico potrebbe mettere tutto il veicolo sotto tensione, e un passeggero che tocca la carrozzeria potrebbe subire una scossa elettrica.

Scossa elettrica. Di conseguenza, l’impianto elettrico di tali veicoli aggiunge complessità e costi, rendendolo economicamente più impegnativo.

Se non riuscite a osservare questo fenomeno nei vostri dati quando si avvicina al 100%, la ragione molto probabile è che il SoC visualizzato non corrisponde al vero SoC “reale”. I produttori originali e i costruttori fanno distinzione tra il SoC comunicato (spesso definito “SoC operativo”) e quello “reale”, calcolato internamente (“SoC tecnico”), il che è ovviamente particolarmente rilevante per le batterie di grandi dimensioni, dove la capacità utile operativa differisce notevolmente dalla capacità tecnicamente disponibile.

Il SoC operativo è adattato in modo da mostrare il 100% quando in realtà è solo intorno al 90%. Senza entrare troppo nei dettagli, esistono buone ragioni per farlo: (a) per disporre di riserve (al fine di compensare gli errori di stima noti, cfr. l’articolo precedente), (b) per risparmiare la batteria (valori di SoC troppo alti o bassi sono spesso dannosi per la sua salute) e (c) per emulare un comportamento apparentemente uniforme durante tutto il ciclo di vita, rilasciando gradualmente le riserve nel tempo. Quindi, per quanto riguarda il punto (c), se al momento non si osserva questo comportamento di carica, è possibile che venga notato in seguito: tenete presente che il tempo di carica della batteria del veicolo potrebbe aumentare in futuro!

Suggerimenti pratici: non chiedete soltanto l’accesso ai dati della batteria, ma richiedete i segnali corretti con la risoluzione adeguata. Parametri come SoC, SoH, corrente, tensione e temperatura dovrebbero essere registrati con una frequenza sufficientemente alta da riflettere il reale comportamento di carica.

E per la tariffa basata sull’opportunità?

Nonostante la possibilità di ricarica occasionale lungo il percorso, esistono altri ostacoli. Di solito non si arriva al 100% di carica (solo al mattino, come sopra), ma si ricarica ripetutamente una batteria di dimensioni ridotte (

Soffrono di un aumento del tempo di carica dovuto alla degradazione.

Infine: la carica induttiva…

Una nota sulla carica induttiva, in cui il collegamento elettrico fisico viene sostituito da una trasmissione energetica wireless. È un’idea fantastica, poiché non ci sarebbero più praticamente sforzi di posizionamento o manutenzione manuale. Si potrebbe persino caricare mentre si guida. Tuttavia interviene la fisica: il rapporto tra l’energia che raggiunge il veicolo e quella persa a causa di inefficienze legate all’induzione – in altre parole, quella convertita in riscaldamento dell’ambiente – dipende principalmente da (a) la distanza tra il ricevitore e il trasmettitore e (b) la frequenza del campo di induzione elettromagnetica alternata.

Per evitare che la carica induttiva diventi economicamente insostenibile, è necessario o (a) ridurre la distanza tra trasmettitore/ricevitore a soli millimetri e/o (b) aumentare la frequenza, con conseguente aumento delle dimensioni della bobina e quindi del suo peso. Idealmente, una bobina in rame (di diverse centinaia di chilogrammi!) dovrebbe trovarsi a pochi millimetri di distanza dal trasmettitore. Ciò si è rivelato, e continua a essere, tecnicamente così impegnativo che fino ad oggi non è stata trovata alcuna soluzione economicamente viable e scalabile; quasi il 100% di tutte le batterie viene caricato tramite connessioni dirette.

Alla fine, incoraggiamo tutti a discutere apertamente con i propri partner OEM le opzioni e le implicazioni delle diverse filosofie di carica. È molto utile richiedere massima trasparenza sui segnali di base della batteria e del caricabatterie, nonché informazioni periodiche sulla sua degradazione, visto che ormai sappiamo come questa influisca su ogni aspetto di una batteria.

In sintesi

Le batterie al litio ion mostrano un effetto curioso: la quantità di energia che può essere caricata in un determinato lasso di tempo dipende dalla potenza di carica; ad esempio, raddoppiare la potenza di carica non riduce necessariamente a metà il tempo di caricamento.

Il SoC visualizzato (“operational/ net SoC”) raramente corrisponde al vero SoC, e ce ne sono buone ragioni.

Nelle applicazioni di carica in deposito o in qualsiasi altro contesto in cui la batteria viene caricata al 100% (veramente al 100%) e non è eccessivamente di grandi dimensioni, viene utilizzata una qualche forma di carica CCCV.

Il particolare andamento di CCCV comporta il fatto che raddoppiare o triplicare la potenza di carica non riduce il tempo di carica della metà o di un terzo.

La carica occasionale avviene per lo più in modalità CC, quindi non è soggetta a questo andamento, ma può essere influenzata da un aumento delle resistenze dovuto a

* cioè alle caratteristiche OCV, vedi articolo n. 3

** cioè all’overpotential e alle tensioni dinamiche

*** I risultati della simulazione (LFP, SOC0=50%, temperatura ambiente 30°C) provengono da: Bunzel, A.; Morawietz, L.; Ufert, M.: Technologische und ökonomische Bewertung der Elektrifizierung von ÖPNV-Busflotten im Werkstatt- und Betriebshofbereich. Fachtagung „Werkstatt- und Betriebshofkonzepte für Elektrobusse“, Dresden, 11.-12.10.2018.

L’articolo “Charging batteries, food for minds [The Battery Cycle #4 | 2026 RELEASE]” è stato pubblicato per la prima volta su Sustainable Bus.