L'energia si disperde durante la ricarica di un veicolo elettrico principalmente a causa delle inefficienze nella conversione della corrente alternata in continua, della resistenza interna dei cavi e dei componenti, e della gestione termica della batteria. Queste perdite si manifestano come calore e riducono la quantità netta di energia immagazzinata nella batteria rispetto a quella prelevata dalla rete.
Le fasi della ricarica e le relative dispersioni
Il processo di ricarica di un veicolo elettrico (EV) non è mai efficiente al 100%. Le perdite energetiche avvengono in diverse fasi. Quando si ricarica in corrente alternata (AC), l'energia dalla rete domestica o da una colonnina pubblica passa attraverso il caricatore di bordo (on-board charger) del veicolo. Questo componente converte la corrente AC in corrente continua (DC), necessaria per la batteria. Durante questa conversione, una parte dell'energia viene dissipata sotto forma di calore. L'efficienza di questa conversione varia, ma tipicamente si attesta tra l'85% e il 95%.
Nel caso della ricarica rapida in corrente continua (DC), il caricatore AC/DC è esterno al veicolo, integrato nella colonnina di ricarica. Questo riduce le perdite all'interno del veicolo relative alla conversione AC/DC, ma le perdite si spostano alla colonnina stessa. Anche in questo caso, la conversione e il trasporto dell'energia attraverso cavi di elevata sezione generano calore e quindi dispersioni.
Un'altra fonte significativa di perdita è la resistenza interna della batteria stessa. Durante la carica, gli ioni si muovono attraverso l'elettrolita e si inseriscono negli elettrodi, un processo che genera calore a causa della resistenza interna. Questo calore rappresenta energia non immagazzinata. La gestione termica della batteria è cruciale: il sistema di raffreddamento o riscaldamento della batteria consuma energia per mantenere la temperatura operativa ottimale, specialmente in condizioni climatiche estreme. Se la batteria è troppo fredda o troppo calda, la sua capacità di accettare carica diminuisce e le perdite aumentano.
Infine, anche i cavi di ricarica e i connettori presentano una resistenza elettrica. Sebbene minima per brevi tratti, in caso di correnti elevate (come nella ricarica rapida) o cavi di qualità inferiore, anche queste perdite possono diventare rilevanti.
L'impatto della potenza di ricarica sulle perdite
La potenza di ricarica influisce direttamente sull'entità delle perdite. A parità di energia trasferita, una ricarica a bassa potenza (ad esempio, 2,3 kW da una presa domestica standard) impiega più tempo. Durante questo periodo prolungato, i sistemi ausiliari del veicolo (come l'elettronica di bordo e il sistema di gestione della batteria) rimangono attivi, consumando una piccola quantità di energia. Sebbene la corrente sia bassa, il tempo prolungato può accumulare un consumo non trascurabile.
Al contrario, una ricarica ad alta potenza (ad esempio, 50 kW o più in DC) riduce il tempo totale di ricarica. Tuttavia, correnti più elevate generano più calore a causa della resistenza interna della batteria e dei cavi, aumentando le perdite per effetto Joule. Il sistema di gestione termica della batteria deve lavorare più intensamente per dissipare questo calore, consumando a sua volta energia.
Non esiste una potenza di ricarica universalmente "migliore" in termini di efficienza. Per un viaggio ipotetico da Milano a Bologna, dove l'obiettivo è minimizzare il tempo di sosta, la ricarica rapida DC è preferibile nonostante le potenziali maggiori perdite percentuali immediate, poiché consente di riprendere il viaggio più velocemente. Per la ricarica notturna a casa, dove il tempo non è un fattore critico, una ricarica a bassa potenza AC può essere più efficiente nel complesso, riducendo lo stress sulla batteria e le esigenze del sistema di gestione termica.
L'influenza della temperatura ambiente e della temperatura della batteria
La temperatura ambiente e, di conseguenza, la temperatura interna della batteria, giocano un ruolo cruciale nell'efficienza della ricarica. Le batterie agli ioni di litio operano in modo più efficiente all'interno di un intervallo di temperatura specifico, tipicamente tra 20°C e 30°C.
Quando la temperatura ambiente è bassa, la batteria è fredda. In queste condizioni, la resistenza interna della batteria aumenta, rallentando la cinetica degli ioni e rendendo più difficile l'accettazione della carica. Il sistema di gestione termica deve riscaldare la batteria per portarla alla temperatura ottimale, consumando energia che non viene immagazzinata. Questo è particolarmente evidente durante la ricarica in inverno.
Al contrario, in ambienti molto caldi, la batteria potrebbe surriscaldarsi durante la ricarica, specialmente ad alte potenze. Il sistema di gestione termica deve quindi raffreddare la batteria, anche in questo caso consumando energia. Un eccessivo riscaldamento può anche accelerare il degrado della batteria nel lungo termine.
Il regolamento Regolamento tecnico mondiale UNECE n. 22 (UN GTR No. 22) sulla durabilità delle batterie dei veicoli elettrificati riconosce l'importanza della gestione termica per la longevità e le prestazioni della batteria, sebbene non quantifichi direttamente le perdite di ricarica legate alla temperatura.
Come le normative europee affrontano l'efficienza di ricarica
Le normative europee non impongono direttamente un'efficienza minima per la ricarica, ma stabiliscono requisiti che indirettamente influenzano le perdite energetiche e la trasparenza per il consumatore.
Il Regolamento (UE) 2023/1804 sull'infrastruttura per i combustibili alternativi (AFIR) mira a garantire una rete di ricarica accessibile e funzionale. Sebbene non specifichi l'efficienza, promuove l'interoperabilità e la disponibilità di stazioni di ricarica, il che indirettamente supporta l'uso di tecnologie più efficienti man mano che il mercato matura.
Il Regolamento (UE) 2023/1542 sulle batterie e i rifiuti di batterie stabilisce requisiti di sostenibilità, sicurezza ed etichettatura per le batterie. Include disposizioni sulla durabilità e sulle prestazioni, che possono riflettersi nell'efficienza complessiva del ciclo di vita della batteria, inclusa la ricarica. Ad esempio, una batteria più duratura e con una migliore gestione termica tenderà a mantenere un'efficienza di ricarica più elevata nel tempo.
La procedura di omologazione WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure), specificata nel Regolamento (UE) 2025/1706, fornisce dati sul consumo energetico e sull'autonomia dei veicoli elettrici in condizioni di laboratorio standardizzate. Questi dati, sebbene non misurino direttamente le perdite di ricarica, riflettono l'efficienza complessiva del veicolo, inclusa la capacità della batteria di immagazzinare e rilasciare energia. I valori WLTP sono utili per confrontare i veicoli, ma i risultati nel mondo reale possono variare a causa di fattori come lo stile di guida, le condizioni climatiche e, appunto, le perdite di ricarica.
Verificare la compatibilità e l'efficienza del sistema di ricarica
Per un acquirente o un conducente, è fondamentale comprendere le specifiche del proprio veicolo e dell'infrastruttura di ricarica. Le informazioni sulla potenza massima di ricarica AC e DC supportata dal veicolo sono reperibili nel manuale d'uso del veicolo o nella documentazione tecnica ufficiale fornita dal costruttore. Ad esempio, un veicolo potrebbe supportare una ricarica AC massima di 11 kW e una ricarica DC massima di 150 kW.
È importante verificare la compatibilità del connettore (ad esempio, Tipo 2 per AC, CCS Combo 2 per DC in Europa) e la potenza erogata dalla colonnina di ricarica. Utilizzare una colonnina con una potenza inferiore a quella massima supportata dal veicolo non danneggerà la batteria, ma prolungherà i tempi di ricarica. Al contrario, una colonnina con una potenza superiore a quella che il veicolo può accettare non aumenterà la velocità di ricarica oltre il limite del veicolo, ma l'energia in eccesso non verrà utilizzata e potrebbe essere dissipata dalla colonnina stessa.
Alcuni veicoli offrono anche la possibilità di visualizzare l'efficienza di ricarica o la potenza effettivamente assorbita dalla batteria tramite l'infotainment di bordo o app dedicate. Questi dati possono fornire un'indicazione delle perdite in tempo reale. Tuttavia, la misurazione più precisa delle perdite richiederebbe strumenti esterni che misurano l'energia prelevata dalla rete e quella immagazzinata nella batteria, un'operazione non comune per l'utente finale.
In sintesi, la scelta della modalità di ricarica (AC o DC, potenza bassa o alta) dovrebbe considerare un equilibrio tra tempo disponibile, costi dell'energia e l'impatto sulle perdite, tenendo conto delle condizioni ambientali e delle specifiche del veicolo.
