Batterie auto elettriche: come funzionano?

Le auto elettriche stanno rapidamente guadagnando terreno come alternativa ecologica ai veicoli a combustione interna grazie alla loro efficienza e ai costi di mantenimento ridotti. La vera chiave del loro successo risiede nelle batterie, cuore pulsante e fonte di alimentazione del loro motore. 
Le batterie delle auto elettriche sono al centro della rivoluzione dei trasporti sostenibili, ma come funzionano realmente? In questo articolo vedremo nel dettaglio come funziona la batteria di un'auto elettrica e come può lavorare in regimi di massima sicurezza nonostante le elevate temperature raggiunte.

Prima di vedere nel dettaglio come funzionano, è importante capire che cosa sono le batterie per le auto elettriche. Le batterie sono dei veri e propri serbatoi di immagazzinamento dell'energia necessaria a far muovere un veicolo. Sebbene la spinta iniziale derivi dal motore, le batterie ne influenzano le prestazioni erogando l'energia necessaria per far sì che quest'ultimo lavori in modo ottimale.

Le batterie delle auto elettriche sono dispositivi che permettono di convertire l'energia chimica in energia elettrica in modo reversibile. Il loro funzionamento dipende dal numero di celle di cui sono costituite, cioè dal numero dei componenti di base delle batterie, che hanno una specifica capacità di produrre e immagazzinare energia. 
A loro volta le celle sono formate da:

• un anodo (elettrodo negativo)
• un catodo (elettrodo positivo)
• un separatore (un materiale solido che, come si intuisce dal nome, divide anodo e catodo)
• un elettrolita (solitamente liquido, anche se negli ultimi anni si stanno diffondendo anche le batterie a stato solido, e che consente il passaggio degli ioni di litio tra anodo e catodo e viceversa). 

Queste batterie alternano cicli di carica (quando ricevono energia da una fonte esterna) a cicli di scarica (quando cedono energia per alimentare un qualsiasi dispositivo, come il motore di un’auto elettrica). Alla base di questi cicli della batteria di un’auto elettrica troviamo un processo chimico: in fase di rilascio dell'energia, l'anodo cede elettroni per ossidazione al catodo che li riceve per riduzione. Questo scambio di elettroni genera un flusso che si muove tra i due poli all'interno dell'elettrolita e permette alla batteria di liberare energia. In fase di ricarica, invece, avviene il contrario: il flusso energetico in ingresso nella batteria si sposta dal catodo verso l'anodo restituendo gli elettroni ceduti e di conseguenza l'energia. 
Questo processo avviene in ogni cella della batteria di ogni auto elettrica. Diverse celle formano un modulo, e più moduli formano una batteria.  La capacità totale di una batteria è il risultato della somma delle capacità individuali delle singole celle.
Quando è richiesta energia per il funzionamento del motore, la batteria si scarica e produce corrente elettrica: l'energia generata viene trasferita dalla batteria al motore che la converte in energia meccanica che permette all'auto di muoversi. 

Le batterie delle auto elettriche sono attraversate da corrente elettrica, per questo motivo tendono a riscaldarsi. In condizioni di particolare stress, come ad esempio una guida sportiva che necessita l'erogazione di potenza elevata o la ricarica veloce, le batterie potrebbero surriscaldarsi. Ecco perché, per garantire la sicurezza, è necessario che le batterie delle auto elettriche siano dotate di un sistema di gestione termica che si occupa di raffreddarne i componenti. Esistono diversi modi per raffreddare le batterie delle auto elettriche: i più comuni sono ad aria per i sistemi più semplici e a liquido per i dispositivi più moderni e sofisticati. 

Il sistema di gestione termica non si occupa solo di raffreddare le batterie: per funzionare in regimi di massima efficienza e conservarsi nel tempo, infatti, le batterie devono raggiungere una temperatura d'esercizio sia in caso di temperature esterne rigide, sia in fase di ricarica. Ecco perché il sistema di gestione termica si occupa anche di scaldare le batterie e portarle in temperatura d'esercizio quando necessario.

Guscio protettivo - La batteria dell'auto elettrica per funzionare contiene al suo interno acidi e sostanze tossiche e infiammabili come ad esempio l'elettrolita. In caso di urti o malfunzionamenti, le batterie potrebbero danneggiarsi e rilasciare nell'ambiente queste sostanze. Per evitare eventuali danni, incendi o versamenti di sostanze tossiche, le batterie delle auto elettriche sono dotate di un guscio protettivo in metallo che protegge le celle in caso di urto.

Dispositivi antincendio e sversamento - Come ulteriori protezioni, le batterie sono dotate di dispositivi che si occupano di interrompere immediatamente l'attività elettrica e i flussi di corrente in caso di urti. Una delle ultime innovazioni nell'ambito della sicurezza dei veicoli elettrici è infatti la dotazione di dispositivi micro-esplosivi che si azionano in caso di urto e si occupano di distruggere e isolare i contatti elettrici per evitare incendi o versamenti di sostanze tossiche.