Batteria piccola LFP o batteria grande NMC, quale scegliere? L’esempio del Kia EV2

Scegliere tra le diverse batterie disponibili per lo stesso veicolo elettrico significava generalmente semplicemente decidere tra autonomia, velocità di ricarica e prestazioni in relazione al prezzo, seguendo un principio semplice: più è costoso, più è potente, più ha un’autonomia maggiore e si ricarica più velocemente. Tuttavia, le regole cambiano con l’arrivo delle batterie LFP. Queste ultime vengono sempre più preferite dai produttori per i modelli “piccoli”, mentre quelli di grandi dimensioni mantengono le batterie NMC. Questo vale per il Kia EV2 che utilizziamo come esempio oggi, ma è vero anche per un’intera nuova generazione di modelli del gruppo Volkswagen, come l’ID.Polo, lo Skoda Epiq e la Cupra Raval, nonché a breve presso Renault, con modelli come il R5, la Mégane e la Scenic. E questo rende l’equazione un po’ più complessa.

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Prendiamo questo piccolo SUV elettrico coreano che offre due capacità, 42,2 e 61 kWh, ma con due chimie diverse. La batteria più piccola è di tipo LFP (litio-ferro-fosfato), mentre quella più grande utilizza una chimica NMC (nicel-manganese-cobalto). Esaminando le loro caratteristiche tecniche, si scoprono alcuni risultati controintuitivi: la batteria più piccola è abbinata al motore più potente, presenta una tensione più elevata e un picco di ricarica superiore. Al contrario, la batteria più grande immagazzina quasi il 45% in più di energia per soltanto qualche chilo in più.

Allora, quale scegliere?

317 o 453 km: l’autonomia fa ovviamente la differenza

Iniziamo con il più semplice. Grazie ai suoi 42,2 kWh, la batteria LFP permette all’EV2 di raggiungere un’autonomia WLTP fino a 317 km a seconda della configurazione. Con la batteria NMC da 61 kWh, l’autonomia massima sale a 453 km. La differenza è quindi di 136 km, ovvero circa il 43% in più di autonomia.

Per un’auto destinata principalmente ai viaggi quotidiani, i circa 300 km offerti dalla batteria più piccola possono essere ampiamente sufficienti per molti automobilisti, soprattutto grazie alla possibilità di ricarica a casa. Per rendere l’EV2 l’auto principale della famiglia e per effettuare più spesso viaggi lunghi, i 61 kWh diventano ovviamente molto più interessanti.

Fino a ora, capacità ridotta quindi autonomia ridotta, capacità elevata quindi autonomia elevata: si tratta di un principio classico. Ma è qui che le cose diventano più complesse.

Ci sono soltanto 6 kg di differenza tra le due batterie!

È probabilmente la caratteristica più sorprendente dei due pacchetti: la batteria LFP da 42,2 kWh pesa 319 kg, contro i 325 kg della versione NMC da 61 kWh. In altre parole, solo 6 kg separano le due, nonostante la seconda disponga di 18,8 kWh, ovvero quasi il 45% in più di energia. Questa differenza evidenzia uno dei principali svantaggi del LFP: la sua densità energetica è generalmente inferiore a quella delle chimiche NMC. Con massa o ingombro simili, queste ultime permettono quindi di immagazzinare più energia.

Tuttavia, bisogna evitare di trarre da questi numeri un confronto diretto sulla densità delle cellule. Kia comunica la massa dei pacchi completi, che includono anche la loro struttura, il sistema di raffreddamento, l’elettronica e le protezioni. L’architettura può essere notevolmente diversa da una batteria all’altra. Ma, per il conducente, la conclusione rimane sorprendente: passare da 42,2 a 61 kWh non influisce quasi per niente sulla massa dell’EV2.

Per il produttore, c’è un altro vantaggio nell’avere una gamma di veicoli più o meno dello stesso peso: non è necessario adattare i collegamenti al suolo o il sistema di frenata in base alla batteria.

Anche la piccola LFP ha i suoi vantaggi

Perché allora Kia utilizza il LFP per la sua piccola batteria? Questa chimica presenta diverse qualità, tra cui una buona stabilità termica. È inoltre rinomata per la sua longevità: con caratteristiche simili, queste cellule resistono spesso a un maggior numero di cicli completi di carica e scarica prima di subire un deterioramento significativo.

Si adattano anche meglio a cariche frequenti al 100%, il che permette di ridurre in parte la differenza in termini di autonomia. Inoltre, è addirittura necessario e richiesto regolarmente dal computer di bordo effettuare una carica completa per riequilibrare le cellule, un argomento completamente diverso su cui Soufyane tornerà presto.

Ovviamente ciò non significa che una batteria NMC non debba mai essere completamente ricaricata, ma lasciarla per lunghi periodi in uno stato di carica molto elevato è tradizionalmente meno favorevole al suo invecchiamento.

Perché la batteria piccola fornisce più potenza?

Un’altra curiosità: la batteria piccola dell’EV2 è più potente di quella grande nonostante si tratti di un motore che si potrebbe pensare identico. La prima è associata a una potenza massima di 107,8 kW (147 CV), contro 99,5 kW (135 CV) con la batteria NMC. Il coppia rimane lo stesso, a 250 Nm. Di conseguenza, a seconda delle versioni, il tempo per passare da 0 a 100 km/h è di circa 8,5–8,7 secondi con la batteria piccola e 9,5–9,7 secondi con quella grande.

Si torna qui alle qualità intrinseche delle batterie LFP rispetto a quelle NMC? Sì… ma anche no. Certo, la chimica svolge un ruolo importante poiché influisce soprattutto sulla tensione di una cella, sulla sua resistenza interna, sul suo comportamento termico e sulla corrente che può assorbire durante la scarica. Tuttavia non esiste una regola semplice secondo cui «una batteria LFP fornisca più potenza di una NMC» — né il contrario. Studi che confrontano diverse cellule dimostrano che le prestazioni in termini di potenza variano notevolmente a seconda della cella scelta e della sua progettazione, oltre che in base soltanto alla chimica.

Nel caso dell’EV2, questo è particolarmente importante perché si osserva una situazione piuttosto paradossale. Una cella NMC possiede normalmente una tensione nominale superiore a quella di una cella LFP: tipicamente intorno ai 3,6-3,7 V contro 3,2-3,3 V. Tuttavia, è proprio il pacco batteria LFP completo dell’EV2 ad avere la tensione più elevata: 358 V contro 297 V. Ciò significa molto probabilmente che i due pacchi non hanno la stessa architettura in serie/parallelo. Kia deve collegare più cellule LFP in serie per raggiungere i 358 V, mentre l’organizzazione della batteria NMC dà priorità alla capacità in Ah. Questo è coerente con i valori che abbiamo:

LFP: 358 V × 118,2 Ah ≈ 42,3 kWh

NMC: 297 V × 206 Ah ≈ 61,2 kWh

E è qui che la tensione potrebbe effettivamente fare la differenza, con 147 CV contro 135 CV. Per fornire circa 108 kW a 358 V, si ha approssimativamente un flusso di corrente di 301 A. Per produrre gli stessi 108 kW a 297 V, sarebbero necessari circa 364 A, ovvero un aumento del flusso di corrente dell’11-21%.

Tuttavia questo non dimostra ancora che Kia limiti la versione NMC a 99,5 kW a causa dei suoi 297 V. Il pacchetto batterie potrebbe benissimo essere progettato per gestire una corrente maggiore. Il limite potrebbe derivare dalle cellule stesse, dal BMS, dall’inverter, dai cavi, dalla gestione termica o semplicemente da una scelta di calibrazione effettuata da Kia.

La ricarica rapida produce un altro risultato che, a prima vista, sembra paradossale. Kia annuncia un passaggio dal 10% al 80% in 29 minuti con la batteria piccola, contro soli 30 minuti con quella grande. Una differenza di un minuto nonostante quest’ultima possa immagazzinare quasi il 45% in più di energia!

Anche la differenza nella chimica può contribuire a spiegare le curve di ricarica diverse delle due batterie, poiché le cellule LFP e NMC non presentano le stesse caratteristiche elettriche e termiche. Tuttavia questo non spiega tutto: proprio come per la potenza, anche il tipo specifico di cellule, la loro organizzazione all’interno del pacco, il sistema di raffreddamento e la strategia del BMS sono fattori determinanti.

Il caso dell’EV2 ne è un buon esempio. La piccola batteria LFP raggiunge un picco leggermente superiore, 118 kW contro 112 kW per la NMC. Tuttavia, nell’intervallo dal 10 al 80 %, i nostri calcoli basati sui dati Kia indicano una potenza media teorica di circa 61 kW per la LFP rispetto a 85 kW per la NMC. La batteria più grande deve quindi mantenere una potenza elevata per un periodo molto più lungo. Quello che conta davvero è quindi la curva di ricarica, e di conseguenza la potenza media mantenuta per tutta la sessione. È possibile stimarla abbastanza facilmente grazie ai dati ufficiali. Passare dal 10 al 80 % corrisponde al 70 % della capacità della batteria. Per la piccola batteria LFP:

42,2 × 70 % = 29,5 kWh

Questi 29,5 kWh vengono teoricamente recuperati in 29 minuti, il che corrisponde a una potenza media di circa 61 kW.

Con la grande batteria NMC:

61 × 70 % = 42,7 kWh

Ripristinare questa energia in 30 minuti corrisponde a una potenza media di circa 85 kW. Questo cambia completamente la valutazione delle caratteristiche. La grande batteria presenta una potenza media teorica tra il 10% e l’80% circa del 40% superiore rispetto a quella piccola. Riesce a recuperare approssimativamente 13 kWh in più in soltanto un minuto in più.

Attenzione: questi 61 e 85 kW non sono valori misurati su una presa di carica, bensì medie teoriche calcolate in base alle capacità e ai tempi indicati da Kia. Le capacità effettivamente disponibili, i buffer del BMS e le perdite durante la ricarica impediscono di ottenere valori esatti. Tuttavia, essi illustrano perfettamente perché il picco di carica non deve mai essere analizzato isolatamente. Una batteria in grado di raggiungere temporaneamente un valore molto elevato non è necessariamente quella che carica più velocemente; una potenza meno spettacolare ma mantenuta per un periodo molto più lungo può dare risultati migliori.

E quanto costa la grande batteria?

A parità di capacità energetica, un pacco LFP è generalmente meno costoso da produrre rispetto a un pacco NMC. La ragione principale deriva dai materiali della catodina: il LFP utilizza ferro e fosfato, sostanze abbondanti e relativamente poco costose, mentre nelle catodine NMC sono presenti nichel, manganese e cobalto, materiali notevolmente più costosi e soggetti a maggiori fluttuazioni dei prezzi.

Questo è anche uno dei motivi principali dell’aumento di popolarità del LFP nelle auto elettriche di fascia bassa e media: si sacrifica una parte della densità energetica per ridurre il costo per kWh. Ciò permette di offrire una batteria a prezzo più basso quando massa e dimensioni non sono i criteri prioritari.

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E alla fine è probabilmente il prezzo a pesare di più nella decisione. La Kia EV2 parte da 26.670 € con la batteria LFP da 42,2 kWh nella versione Light, che non è disponibile con la batteria più grande. Nella versione Air, la batteria piccola costa 28.820 €, mentre quella grande 33.320 €, per un costo aggiuntivo di 4.500 €. Nella versione Earth, il prezzo sale da 31.320 € a 35.320 €; in questo caso la differenza è di 4.000 €. Infine, la versione GT-Line, a 37.320 €, è disponibile esclusivamente con la batteria da 61 kWh.

Pertanto, per equipaggiamenti simili, bisogna chiedersi essenzialmente: 136 km in più di autonomia massima valgono per voi circa 4.000–4.500 € in più? La risposta dipende interamente dal vostro modo di utilizzare l’auto.

Allora, LFP o NMC?

In definitiva, non esiste una tecnologia sistematicamente superiore all’altra. Per un’auto destinata soprattutto ai viaggi quotidiani, la batteria LFP presenta vantaggi significativi: è più economica, resistente e offre un’autonomia sufficiente per la maggior parte degli utilizzi. Il NMC mantiene tuttavia un vantaggio decisivo quando è necessario trasportare molta energia senza aumentare eccessivamente il peso e le dimensioni, il che lo rende particolarmente adatto alle versioni ad alta autonomia.

La Kia EV2 dimostra soprattutto che non bisogna ridurre questa scelta soltanto alla chimica. L’architettura del pacco batterie, la tensione, le cellule utilizzate, la gestione termica o la strategia di ricarica possono produrre risultati a volte controintuitivi. In questo caso, la piccola batteria LFP è più potente e mostra il miglior picco di ricarica, mentre la grande batteria NMC recupera molta più energia in praticamente lo stesso tempo. Pertanto, quando si sceglie, è meglio considerare l’uso che si farà dell’auto — e l’intera sua scheda tecnica — piuttosto che le tre lettere indicate dopo “batteria”.