La tecnologia “DectraValve” proposta dalla startup britannica Hydrohertz apre la porta a una riduzione significativa dei tempi di ricarica dei pacchi batteria grazie a una gestione più efficiente dei flussi di calore all’interno delle sezioni degli accumulatori
La gestione termica delle batterie è uno dei punti nodali dell’ingegneria relativa ai veicoli elettrici. Influisce in modo determinante sulle prestazioni di ricarica, sulla sicurezza e sulla durata utile delle celle. Le batterie agli ioni di litio, siano di tipo “lfp”, litio ferro fosfato, “ncm”, nichel, cobalto e ossido di manganese, generano calore sia durante le fasi di carica, sia durante l’utilizzo a causa delle resistenze interne, delle reazioni elettrochimiche in essere tra gli elementi e dei fenomeni di polarizzazione. Più alta è la potenza utilizzata per ricaricare la batteria, maggiore è la produzione di calore.
Questo fenomeno diventa particolarmente critico durante le ricariche rapide ad alta potenza, con valori che possono superare i 350 chilowatt, perché flussi di corrente da centinaia di ampere determinano un aumento rapido della temperatura delle celle, che devono invece mantenersi su valori relativamente bassi.
Basti dire che se la temperatura supera la soglia di circa 50 gradi centigradi, i sistemi di gestione della ricarica devono inevitabilmente ridurre la potenza per evitare fenomeni dannosi. Fra questi e per esempio la placcatura del litio sulla superficie degli elettrodi, che può degradare in modo permanente le prestazioni delle celle e ridurne la vita utile, così come la formazione di dendriti nelle celle stesse. A tali problematiche si aggiunge il fatto che la temperatura delle celle all’interno di uno stesso pacco batteria non è uniforme, ma può subire variazioni anche importanti in relazione alle soglie di affidabilità.
Tra singoli gruppi di celle la variazione può toccare anche 10-15 gradi centigradi, costringendo il sistema a operare in condizioni conservative e prolungando i tempi di ricarica. Proprio per risolvere tali problematiche, la startup britannica Hydrohertz ha sviluppato una tecnologia di controllo termico delle batterie definita “DectraValve”, che si distingue per una gestione del sistema di tipo multi-zona che supera i limiti dei tradizionali sistemi di raffreddamento.
Questi, infatti, tendono a trattare l’intero pacco come un unico volume termico e quindi il fluido refrigerante o l’aria sono fatti circolare attraverso canali fissi che rimuovono calore in modo omogeneo ma non mirato. Ne deriva che interi gruppi di celle possano irradiare calore in modo disomogeneo creando aree più calde, le cosiddette “hot-spot”. Quando tali anomalie termiche si sviluppano, la gestione elettronica deve limitare la corrente di carica per proteggere le celle, rallentando così il processo di ricarica su tutto il pacco batteria. La tecnologia “DectraValve” risolve questo problema introducendo una valvola a controllo elettronico brevettata capace di creare e controllare indipendentemente più “zone” termiche dentro lo stesso pacco batterie, indirizzando di conseguenza i fluidi di raffreddamento dove è necessario, senza dar luogo a incroci con le zone adiacenti.
Questo controllo puntuale non richiede una rete complessa di valvole multiple o tubazioni voluminose ma parte da una singola entrata del refrigerante che viene poi distribuito tra quattro o più aree a seconda dell’architettura dell’impianto tramite una o più valvole e massimizzando la portata verso le aree termicamente più sollecitate. E’ possibile così mantenere le temperature tra le celle uniformi e stabili, con differenze inferiori ai tre gradi centigradi anche sotto carica ad altissima potenza. Questa precisione di controllo ha conseguenze prestazionali rilevanti.
Durante test condotti su un pacco batterie “lfp” da 100 chilowattora con ricarica veloce fino a 350 chilowatt, la temperatura massima di qualsiasi cella è rimasta inferiore a 44,5 gradi, ben al di sotto di quella di rischio per le degradazioni, mentre la differenza complessiva delle temperature nel pacco è stata mantenuta poco sopra i due gradi e mezzo. Il beneficio diretto di questo controllo termico è la possibilità di mantenere alta la potenza di ricarica per periodi più lunghi senza che il sistema riduca automaticamente la corrente.
Nei test indipendenti, questo si è tradotto in una riduzione dei tempi di ricarica dal dieci all’80 per cento. Dal punto di vista ingegneristico, ciò significa che il sistema può sostenere densità di potenza molto elevate senza che la termica diventi il fattore limitante, permettendo di sfruttare al massimo le capacità dei caricabatterie ad alta potenza disponibili sulle infrastrutture più moderne.
Un aspetto particolarmente interessante della soluzione “Hydrohertz” è la sua neutralità chimica. Il sistema di controllo termico non è legato a una specifica chimica di cella, ma può essere applicato a qualsiasi tipo di batteria, comprese future versioni a stato solido. Inoltre il sistema è compatibile con oltre il 90 per cento delle piattaforme elettriche esistenti e potenzialmente retrofit-abile anche su veicoli già in commercio.
Questo approccio consente ai costruttori di veicoli di ottenere un “boost” prestazionale senza dover riprogettare gli accumulatori da zero. Dal punto di vista dell’efficienza energetica, mantenere tutte le celle alla loro temperatura ottimale riduce anche le perdite interne associate alla conduzione del calore e all’inevitabile automazione di riduzione della corrente da parte del battery management system “Bms”, influenzando positivamente l’autonomia utile del veicolo, che in alcune condizioni reali può aumentare fino circa il 10 per cento rispetto ai pack tradizionali senza controllo zonale. In termini di sicurezza, il controllo più fine delle temperature mitiga alcuni dei principali rischi di stress termico. Casi di “thermal runaway”, la propagazione incontrollata di calore da una cella surriscaldata a quelle adiacenti, sono meno probabili quando la dispersione termica nel pacco è ridotta e i picchi locali sono contenuti.
