Livello di stress: cosa causa dolore? [Il ciclo della batteria n. 7 | Rilascio 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.

Benvenuti in un nuovo articolo di Battery Cycle: una serie di articoli dedicati a spiegare, in modo semplice ma tecnicamente preciso, i meccanismi di questa “scatola nera”. Nel nostro ultimo articolo abbiamo spiegato il concetto di State of Health (o SOH) e perché va utilizzato con molta cautela. Poiché la serie è strutturata in modo sequenziale, consigliamo vivamente di leggere anche tutti gli articoli precedenti (che trattano delle differenze tra NMC, LFP, LTO, SOC, nonché dei processi di carica e bilanciamento).

L’articolo precedente era dedicato a uno degli effetti più evidenti della degradazione, ovvero la diminuzione della capacità. Tutto nel settore ruota attorno a questo aspetto – ma non abbiamo affrontato cosa causi effettivamente danni, quali fattori influenzano il ritmo di degradazione e quali misure si possono adottare per rallentarne l’evoluzione.

Cosa sono “capacità” e SoH?

Come abbiamo appreso nell’articolo precedente, la capacità che si “sperimenta” nelle operazioni quotidiane è spesso definita capacità “operativa” o “netta” di una batteria, e viene resa disponibile in modo programmato dal software BMS. Pertanto, essa non è “di per sé” automaticamente proporzionale alla capacità elettrochimica teorica, tecnicamente disponibile, di un sistema batterico. La prima può addirittura rimanere costante per anni (filosofia “Eat the buffer”: vedi articolo precedente!), mentre la seconda, la capacità tecnica, si degrada, anche se l’utente non ne è a conoscenza.

Tuttavia, il fatto che il BMS possa o meno liberare tutto il potenziale di una batteria – ci sono buone ragioni per non farlo! – non deve mai indurre un proprietario o un operatore a trattare e utilizzare la batteria in modo subottimale e ad alto stress.

Allora, quali sono i fattori che influenzano direttamente la degradazione e, di conseguenza, almeno indirettamente anche la capacità e le prestazioni disponibili nella vita di tutti i giorni?

La risposta breve è: esistono solo poche regole universali. In generale, ogni tipo di cella batteria presenta una suscettibilità unica all’uso e alle influenze esterne. Alcuni tipi di cella sono progettati per resistere a basse temperature, altri a correnti elevate, ecc.; e come spesso accade nella vita reale non esiste nulla di gratuito. Un’ottimizzazione in un aspetto comporta dei costi in un altro ambito – ne parleremo più avanti.

Invecchiamento per scorrimento del tempo vs. invecchiamento per cicli

Innanzitutto, introduciamo i concetti di invecchiamento calendario e invecchiamento ciclico. Quando una batteria non è in uso, cioè quando non scorre corrente, si degrada esclusivamente per invecchiamento calendario. Non appena inizia a scorrere corrente, a questo si aggiunge l’invecchiamento ciclico. Entrambi i processi causano una diminuzione della capacità (e un aumento della resistenza) a causa degli ioni che vengono irreversibilmente “uccisi” rimanendo intrappolati in reazioni secondarie, le quali sono ovviamente influenzate da diversi fattori. Pertanto, definiamo questi fattori come fattori di influenza. Di solito, gli ioni reagiscono irreversibilmente con altri materiali presenti nella cella (come l’elettrolita), formando residui passivi*. Esistono anche altri tipi di residui che possono diventare pericolosi.

I fattori di influenza sono piuttosto universali; differisce soltanto il loro impatto individuale:

• Temperatura – cioè la temperatura della cella e non quella dell’ambiente**

SoC – Nei periodi di inattività (invecchiamento calendariale), l’invecchiamento dipende dal SoC a cui è conservata la batteria. Durante il funzionamento (invecchiamento ciclico), l’invecchiamento dipende dall’intervallo di SoC, ovvero dall’intervallo di carica tra i limiti superiori e inferiori dei cicli.

Corrente (solo durante l’invecchiamento ciclico) – la corrente di carica e scarica

Spesso lo stress meccanico come vibrazioni e pressione viene (correttamente) incluso nell’elenco; per il momento le ignoreremo.

Temperatura e durata della batteria

In che modo questi fattori influenzano il tasso di diminuzione della capacità? Dipende dalla suscettibilità della chimica delle celle, e questa dipendenza è spesso fortemente non lineare. La maggior parte delle chimiche cellulari trae vantaggio da una conservazione a bassa temperatura, poiché ciò rallenta l’invecchiamento calendariale (riducendo la probabilità di reazioni collaterali).

Tuttavia, in particolare le cellule NMC subiscono gravi danni quando vengono caricate a basse temperature (

Piatto di litio, deriva termica…

Le batterie Li-Ion possono essere considerate sicure. L’“accensione spontanea”, se mai dovesse verificarsi, può essere ipotizzata soltanto in caso di accumulo di difetti microscopici interni a livelli critici. In parole semplici, gli ioni di litio si spostano da un polo all’altro all’interno della cella, mentre gli elettroni percorrono lo stesso tragitto attraverso il circuito elettrico del veicolo. In condizioni normali, gli ioni migrano verso l’elettrodo opposto per ricongiungersi agli elettroni già in movimento. Tuttavia, se fa freddo, la corrente è elevata (caricamento rapido) e/o quell’elettrodo è già pieno, questa migrazione diventa estremamente difficile, simile a dover salire su un aereo già affollato con altre tre dozzine di passeggeri tremanti. Pertanto, in tali condizioni, è spesso più vantaggio dal punto di vista elettrochimico formare depositi metallici sull’elettrodo: si tratta del cosiddetto “Lithium Plating”, la forma negativa di residui.

Suggerimenti pratici: 1) Pianificate un bilanciamento passivo. Dopo aver caricato la batteria al 100 %, seguite le raccomandazioni del produttore per il tempo di inattività necessario affinché il BMS possa bilanciare efficacemente le celle. 2) Richiedete dati di diagnosi dettagliati della batteria. Chiedete informazioni sulla distribuzione dello stato di carica, sulle tensioni delle celle e sui parametri di deviazione, idealmente a livello di cella o almeno per modulo o stringa. 3) Specificateli nelle gare d’appalto. Richiedete una strategia di bilanciamento definita, un limite massimo per lo squilibrio tra le celle e accesso a lungo termine ai dati grezzi della batteria.

Una ripetizione continua di questo processo accumula tali difetti, potenzialmente fino al punto in cui questi penetrano nei filamenti causando cortocircuiti interni (dendriti). Questi, a loro volta, possono generare calore, fondamentale per accelerare i processi chimici, portando alla produzione di ancora più calore e gas: un processo autoalimentato chiamato “Thermal Runaway”. Una situazione del genere diventa esplosiva in meno di cinque minuti, con la liberazione violenta di gas sotto forma di dense nuvole di vapore bianco impregnato di elettrolita.

Nota: le condizioni che favoriscono la formazione dello strato di rivestimento vengono controllate solo in parte dal sistema di gestione della batteria del veicolo. È responsabilità dell’operatore monitorare e preservare le batterie, proprio come la conservazione attenta, la manutenzione corretta e il controllo appropriato dei liquidi infiammabili rappresentano pratiche ottimali indiscusse.

Entra in gioco il SoC

Sappiamo che, sebbene la corrente e la temperatura creino solitamente un’interazione complessa e che la suscettibilità alla temperatura varii spesso tra invecchiamento calendariale e ciclico, le vere sorprese vengono da: il SoC!

Il SoC può avere un impatto significativo sulla durata della batteria, sia durante il funzionamento in standby mentre l’auto è parcheggiata (invecchiamento calendariale), sia nell’intervallo di carica/scarica entro cui l’asset viene utilizzato (invecchiamento ciclico). Anche se si tratta soltanto di un esempio su centinaia, è molto indicativo del potenziale nascosto in questo fattore: nella figura seguente viene mostrata l’evoluzione della degradazione di due casi d’uso quasi identici con celle NMC di alta qualità. Entrambi utilizzano soltanto circa il 50% della batteria (cosa non rara); il primo caso (verde) lo fa nella metà superiore della gamma di carica (100>50>100>…%, ovvero restituendo la batteria a metà carica al deposito), mentre il secondo caso (viola) prevede un utilizzo più intenso: parte dal 50% di carica e viene restituita praticamente vuota (50>0%). L’impatto sulla degradazione è incredibile: la seconda batteria durerà 2-3 volte di più della prima, riducendo il costo totale di possesso di oltre il 50%.

Vince chi osa! Davvero? Quando si tratta di queste sensibilità, le generalizzazioni sono molto pericolose. Potrebbero esistere numerose celle che reagiscono in modo completamente diverso – una regola pratica spesso citata è che evitando le zone di SoC elevate (>90%) e basse (

Sul livello di stress della batteria

Sembra qualcosa di complesso, confuso e quasi impossibile da gestire. E sì, nemmeno un esperto qualificato può valutare quanto sia stressante un determinato profilo di utilizzo, nemmeno analizzandolo manualmente, ovvero valutando il profilo di C-rate, l’evoluzione della temperatura e gli intervalli di SoC per poi confrontarli con la matrice multidimensionale di suscettibilità del tipo di batteria*****.

Per ridurre la complessità esiste il concetto di “livello di stress”, un numero semplice che indica all’osservatore se un determinato caso d’uso è più o meno stressante rispetto a un caso di riferimento standard (come le condizioni di progettazione e garanzia predefinite, ad esempio “Fine della vita utile dopo 8 anni”) – un livello di stress di 1,0 significa che il caso in questione è approssimativamente altrettanto stressante di quanto previsto, mentre un livello di stress di 2,0 indica che la batteria, sotto tali fattori influenzanti, si degrada probabilmente circa due volte più velocemente del previsto.

Esistono strumenti in grado di analizzare automaticamente il livello di stress su una piattaforma di monitoraggio. Questi strumenti sono utili per valutare rischi e potenzialità, nonché per adattare i casi d’uso.

Il ruolo del BMS

Da anni si discute se sia compito dell’elettronica della batteria (BMS) controllare i fattori influenzanti e tenerli sotto controllo. Sì, lo è. Essa previene un utilizzo dannoso che potrebbe causare minacce immediate per la sicurezza (‘stress molto elevato’). Tuttavia, ad eccezione di casi estremamente rari, non è né progettata né destinata a fornire raccomandazioni per il livello di stress ‘più ottimale’.

In altre parole: ti impedirà di bere due bottiglie di vino rosso, ma non ti consiglierà di berne invece una tazza di tè al zenzero.

È interessante notare che la tendenza globale è verso densità energetiche sempre più elevate (raggio d’azione maggiore), il che spesso comporta costi elevati a causa del sacrificio della durata di vita. Esatto, la stabilità media sta diminuendo! Ciò vale in particolare per le batterie utilizzate nelle auto private, ma potrebbe, prima o poi, influenzare anche i veicoli commerciali. In ogni caso, la grave e profonda suscettibilità di tutti i tipi di batterie al litio agli elementi che ne influenzano il funzionamento dovrebbe allertarci tutti e farci prendere coscienza del enorme potenziale di ottimizzazione che potrebbe rimanere inespresso in molti ambiti d’uso.

In sintesi

1. Ogni sottotipo di batteria al litio presenta una suscettibilità unica e spesso complessa agli elementi esterni che ne influenzano il funzionamento – e l’invecchiamento dovuto al semplice stoccaggio deve essere distinto dall’invecchiamento ciclico legato all’uso.

Sia in un caso che nell’altro si verifica l’inattivazione di diverse forme di ioni Li – con conseguente diminuzione più o meno marcata della capacità (e aumento della resistenza), e a volte persino accumulo di residui pericolosi (formazione di rivestimenti di Li).

Pertanto, diverse condizioni di utilizzo determinano diversi livelli di stress (o evoluzioni della degradazione), e il semplice conteggio dei cicli o dell’età non può mai fornire una valutazione adeguata della degradazione!

In altre parole: è ancora necessario verificare regolarmente e in modo indipendente la capacità e lo stato di salute della batteria.

Questo richiede inoltre una maggiore consapevolezza sia dei pericoli (potenziale insorgenza di problemi di sicurezza, come descritto negli articoli correlati) sia delle possibili influenze di diversi fattori sul tasso di degradazione – ad esempio attraverso il monitoraggio del livello di stress della batteria.

Pochi adattamenti ai profili di utilizzo possono ridurre notevolmente lo sforzo sulla batteria e aiutare ad allungarne la durata del 10 al 50%, e in alcuni casi estremi addirittura di un fattore 2 o più!

* Viene spesso definito “interfaccia di elettrolita solido” (SEI), poiché questo residuo forma un’interfaccia tra gli elettrodi solidi e l’elettrolita.

** La temperatura della cella, naturalmente, non è mai del tutto indipendente dalla temperatura ambientale. Soprattutto nei sistemi di batterie senza controllo della temperatura (senza riscaldamento/raffreddamento attivo), la temperatura della cella è influenzata direttamente dall’ambiente circostante. E anche se il sistema è controllato attivamente, la temperatura della cella tenderà ad avvicinarsi a quella ambientale dopo lunghi periodi di inattività.

*** ‘C rate’ indica la corrente normalizzata; invece di parlare di 20A – che può essere elevato per una batteria piccola (ad esempio 2Ah), ma trascurabile per una batteria grande da 1000 Ah – si divide spesso la corrente dalla capacità nominale: 10C nel primo caso, 0,02C nell’altro. Pertanto 1C significa: scarica completa in circa 1 ora.

**** Caricamento e scaricamento a 1C, intervallo completo di SoC (0 – 100% – 0%), temperatura variabile

***** Questa matrice di suscettibilità è spesso chiamata mappa di stress. È per lo più sconosciuta, almeno in parte, sia al produttore della batteria che a quello del sistema, a causa della sua estrema complessità. Poiché consente notevoli potenziali di ottimizzazione, è spesso anche un segreto ben custodito.

L’articolo “Livello di stress: cosa causa problemi? [The Battery Cycle #7 | 2026 RELEASE]” è apparso per la prima volta su Sustainable Bus.