Gestione termica delle batterie per auto elettriche: come funziona?
La gestione termica delle batterie di un’auto elettrica è di vitale importanza. L’autonomia delle stesse, infatti, presenta come fattore chiave la temperatura di esercizio che deve essere tenuta costante su determinati valori di temperatura. Chiaramente le temperature variano da Paese a Paese, durante l’anno tra inverno ed estate, ma anche tra giorno e notte. La variazione tra giorno e notte, però, ha un effetto molto più limitato rispetto alle altre condizioni citate.
Audi ci spiega come funziona il suo sistema di gestione termico nello specifico, in quanto ogni costruttore potrebbe adottare strategie e tecniche diverse. L’obiettivo, però, è lo stesso: gestire la temperatura delle batterie e mantenerla quanto più costante è possibile durante il funzionamento per ottimizzare l’autonomia. Per fornire prestazioni adeguate anche alle temperature più estreme, la batteria ad alto voltaggio di un’auto deve, ad esempio, essere riscaldata o raffreddata.
Il sistema di gestione termica ha un funzionamento completamente diverso dal semplice termostato del radiatore. La gestione termica di un’Audi e-tron, in questo caso specifico, utilizza diversi circuiti del liquido di raffreddamento e del refrigerante. Vengono attivati per raffreddare o riscaldare l’abitacolo, il gruppo propulsore o la batteria in base alle necessità. Esistono più di 200 configurazioni di interconnessione che devono essere utilizzate in modo intelligente e preciso per ottenere in ogni caso il valore di temperatura desiderato.
Vorresti sapere com’è possibile scegliere la configurazione che più è utile in quel momento? Considera che i test rilevanti su veicoli reali sono molto complessi, costosi e richiedono molto tempo. Quindi il gruppo Volkswagen ha sviluppato un banco prova a Gaimersheim che può simulare i vari scenari da testare. Questa sala prove è operativa dal 2020 e può simulare in modo estremamente realistico tutte le condizioni di guida.
Grazie a questi test è possibile provare gli scenari e la relativa strategia gestione termica da attribuire. Per fare queste misurazioni vengono ogni giorno utilizzati decine di computer ad alte prestazioni. I test sono fatti su 120 variabili di progetto e si effettuano anche un centinaio di test per ogni variabile. Ciò consente di vedere in tempo reale se quella determinata configurazione di gestione termica funziona in quello specifico scenario. Qualora qualcosa non tornasse, allora bisogna procedere con la fase di ottimizzazione.
Tuttavia non si tratta di una simulazione fatta esclusivamente su un veicolo virtuale. Tutto ciò che è importante per la gestione termica, come la centralina, i circuiti del liquido di raffreddamento e del refrigerante nonché, ad esempio, le prese d’aria dell’impianto di climatizzazione, vengono montati realmente nelle loro rispettive posizioni all’interno di un “carrello di prova” (così viene chiamato dall’azienda). Poi, successivamente, si ricrea la temperatura esterna, il livello di umidità e i flussi d’aria desiderati. Parliamo in questo caso di uno studio “semi-virtuale”. Queste variabili sono definite dopo aver fatto dei veri test in pista, al Nurburgring, o durante uno dei tanti viaggi nella Death Valley.
La Death Valley è un’area desertica degli Stati Uniti in cui ci sono condizioni particolarmente estreme. Parliamo di temperature esterne anche di 50°C nel corso della giornata. L’aria è estremamente secca. Con il banco prova è possibile simulare queste condizioni, ma anche le pendenze del tragitto, le curve, le accelerazioni, le frenate, e così via.
Audi ha fatto un test della e-tron con un rimorchio. Anche con le temperature di 50°C, però, viaggiando intorno ai 60 km/h è possibile usare i flussi d’aria per il raffreddamento del pacco batterie. Con le pendenze, poi, aumenta il carico e pertanto cambiano ancora una volta le temperature in gioco. Durante queste simulazioni si calcola la variazione di temperatura ed è in questo momento che si analizzano le funzioni dei vari circuiti di raffreddamento, inclusa la gestione elettronica dei vari sistemi.
Gli stessi test possono essere fatti. ad esempio, anche nelle condizioni più fredde. Alcune prove vengono fatte a Grossglockner in Austria. La neve qui può raggiungere anche i 10 metri e le temperature sono costantemente al di sotto dello zero. In totale vengono considerati oltre 50 percorsi diversi con temperature che vanno dai -20°C durante un giro al Nurburgring alle temperature della Death Valley. A quel punto dopo aver raccolto tutti i dati, si passa alla fase di elaborazione che avviene autonomamente con i computer che lavorano anche giorno e notte e, se necessario, 7 giorni su 7. A ciò vengono affiancati comunque altri test su strada per avere un miglior riscontro con la realtà.