EN
Collegamenti Rapidi
Le batterie agli ioni di litio hanno tipicamente una densità energetica compresa tra 150 e 200 Wh/kg, il che le rende una buona scelta per sistemi 48V compatti in cui lo spazio disponibile è limitato. D'altro canto, il litio ferro fosfato, o LiFePO4, si distingue perché dura molto di più in termini di cicli di carica. Stiamo parlando di oltre 2000 cicli completi rispetto ai soli 800-1200 cicli delle comuni batterie agli ioni di litio, secondo la ricerca sull'EV al litio dell'anno scorso. Il prezzo iniziale del LiFePO4 è circa dal 10 al 20 percento più elevato rispetto alle normali opzioni agli ioni di litio. Tuttavia, ciò che spesso si trascura è che questo investimento aggiuntivo ripaga nel lungo periodo, poiché queste batterie devono essere sostituite molto meno frequentemente. Nel tempo, ciò comporta un risparmio di circa il 40 percento per ciclo rispetto all'acquisto costante di nuovi pacchi Li-ion.
Il catodo a fosfato di ferro nei batteri LiFePO4 rimane stabile anche quando le temperature raggiungono circa 270 gradi Celsius, riducendo così le probabilità di pericolose situazioni di fuga termica. I comuni batteri agli ioni di litio raccontano tutt'altra storia. Secondo una ricerca di Vatrer Power pubblicata l'anno scorso, queste chimiche tradizionali iniziano a degradarsi già oltre i 60 gradi Celsius. Ciò crea seri problemi di sicurezza in ambienti dove le temperature sono elevate. Grazie a questa stabilità intrinseca, molti produttori stanno adottando il LiFePO4 per i loro sistemi a 48 volt utilizzati in apparecchiature pesanti. Si pensi a fabbriche o cantieri edili dove le macchine funzionano ininterrottamente e le temperature ambiente superano regolarmente i 50 gradi. La batteria continua a funzionare senza problemi di surriscaldamento.
La generazione di calore nei sistemi a 48 V sotto carico elevato proviene principalmente da tre fonti: resistenza interna durante i cicli di carica e scarica, riscaldamento Joule in caso di picchi di corrente e reazioni esotermiche che si verificano durante scariche profonde. Quando le batterie operano a regimi di scarica 3C, le loro superfici raggiungono spesso temperature superiori ai 54 gradi Celsius in assenza di un sistema di raffreddamento attivo, secondo una ricerca pubblicata da MDPI nel 2023. Per applicazioni con elevate richieste di potenza, come i sistemi ausiliari dei veicoli elettrici, questo accumulo termico incontrollato crea punti caldi pericolosi all'interno del pacco batteria. Queste zone surriscaldate degradano le celle molto più rapidamente rispetto a pacchi con adeguata gestione termica, riducendone talvolta la durata fino al 40 percento o oltre.
La combinazione di raffreddamento liquido indiretto con materiali a cambiamento di fase, o PCM, sta emergendo come uno dei metodi principali per ottenere sia un'efficienza elevata che una buona sicurezza nei nuovi sistemi a 48 volt che vediamo ovunque oggigiorno. Una ricerca pubblicata sulla rivista Journal of Power Sources nel 2025 ha mostrato qualcosa di piuttosto interessante. Quando hanno testato sistemi ibridi che utilizzavano contemporaneamente raffreddamento liquido e PCM, le temperature massime sono calate di circa il 18 percento nelle batterie automobilistiche funzionanti a una temperatura ambiente di 35 gradi Celsius. Roba davvero impressionante. Anche i moderni sistemi di controllo termico stanno diventando più intelligenti. Possono regolare il flusso del refrigerante in base a ciò che sta accadendo in quel momento. Questa regolazione dinamica consente un risparmio energetico di circa il 70 percento rispetto ai vecchi sistemi a velocità fissa, mantenendo al contempo le differenze di temperatura tra le celle entro soli 1,5 gradi Celsius. Ha senso, se ci si pensa.
I progetti termici devono essere adattati agli ambienti operativi:
Le piastrine refrigerate a liquido modulari si sono affermate come standard scalabile, consentendo un'espansione senza soluzione di continuità da unità residenziali da 5kWh a sistemi su scala di rete da 1MWh, senza dover riprogettare i componenti termici principali.
I ricercatori dell'Ingegneria Termica Applicata hanno eseguito test nel 2025 per analizzare il funzionamento di un particolare sistema liquido a PCM multistrato abbinato a batterie da 48 volt per carrelli elevatori all'interno di magazzini dove le temperature raggiungono circa 45 gradi Celsius. I risultati ottenuti sono stati piuttosto impressionanti. Queste batterie sono rimaste fresche, mantenendo la temperatura massima intorno ai 29,2 gradi Celsius durante interi turni di lavoro di otto ore. Si tratta di ben 7,3 gradi in meno rispetto alle batterie tradizionali prive di sistemi di raffreddamento. Ma non finisce qui. La perdita annuale di capacità della batteria è diminuita drasticamente dal 15 percento al solo 2,1 percento. Quando testati in condizioni reali, questi sistemi hanno mostrato differenze di temperatura minime, inferiori a 2 gradi, su tutte e 96 celle, anche durante sessioni intense di ricarica rapida a 150 ampere. Un risultato davvero notevole per chiunque gestisca operazioni con batterie ad alta intensità.
Le principali fonti di perdita di energia nei sistemi a 48V includono la resistenza interna, compresa tra il 3 e l'8 percento, oltre alle perdite per dissipazione termica di circa il 2-5 percento durante ogni ciclo di carica, per non parlare delle fastidiose inefficienze alle interfacce degli elettrodi. Quando la carica non viene eseguita correttamente, le perdite ohmiche possono aumentare fino al 12% in più rispetto a quanto accade con approcci di carica ben bilanciati, secondo alcuni studi recenti che analizzano il modo migliore per ottimizzare la carica dei litio-ioni. Per chiunque lavori con applicazioni ad alta potenza come i gruppi propulsori dei veicoli elettrici, questo tipo di perdite è particolarmente rilevante, poiché il continuo ricorso a cicli rapidi logora più velocemente i componenti nel tempo.
I sistemi di gestione delle batterie oggigiorno fanno funzionare le cose meglio perché regolano in modo intelligente il flusso di corrente. Questo aiuta a ridurre quelle fastidiose perdite resistive nei loro punti peggiori del 18-22 percento circa. Bilanciano anche le celle con grande precisione, mantenendo le tensioni entro una differenza di appena l'1,5% tra tutte le celle. E quando fuori fa freddo, questi sistemi compensano le variazioni di temperatura durante la ricarica, evitando problemi di deposizione di litio. Considerando ciò che i ricercatori hanno scoperto, le batterie che utilizzano questo approccio a corrente costante multistadio perdono effettivamente meno capacità nel tempo. Test su sistemi LiFePO4 a 48 volt hanno mostrato circa il 16,5% in meno di degrado rispetto ai vecchi metodi di controllo della carica. È chiaro perché sempre più aziende stanno passando a questi sistemi avanzati per soluzioni energetiche più durature.
I carichi variabili nei robot e nelle microreti rinnovabili introducono sfide di efficienza:
| Caratteristica del carico | Impatto sull'efficienza | Strategia di Mitigazione |
|---|---|---|
| Picchi di corrente elevata (≥3C) | crollo della tensione dell'8–12% | Condensatori con ESR ultra-basso |
| Fluttuazioni di frequenza (10–100 Hz) | perdite per ripple del 6% | Filtraggio attivo delle armoniche |
| Periodi di inattività intermittenti | auto-scarica del 3%/ora | Modalità BMS a sonno profondo |
I dati del sistema di backup per telecomunicazioni mostrano che il condizionamento del carico aumenta l'efficienza round-trip dall'87% al 93% nelle batterie al litio da 48 V e riduce del 40% le esigenze energetiche di gestione termica.
La perdita di capacità nei sistemi batteria a 48V avviene principalmente a causa di tre fattori: la crescita dello strato dell'interfaccia solido-elettrolitica, la formazione di depositi di litio sugli elettrodi e lo stress fisico causato dall'espansione e contrazione costante dei materiali durante i cicli di carica. Quando la temperatura aumenta, queste reazioni chimiche indesiderate si accelerano notevolmente. Una ricerca pubblicata lo scorso anno mostra che se la temperatura di esercizio sale di soli 10 gradi Celsius oltre i 30 gradi, il numero di ricariche possibili prima del guasto si dimezza. Per i produttori automobilistici che devono affrontare condizioni di guida reali, questo usura meccanica peggiora ulteriormente nel tempo, poiché i veicoli sottopongono le batterie a varie vibrazioni e repentini cambiamenti di carico durante la marcia.
L'uso di batterie a 48V con un livello di carica (SOC) compreso tra il 20% e l'80% riduce la formazione dello strato SEI del 43% rispetto al ciclo completo. L'analisi del NREL del 2023 ha rilevato che una velocità di ricarica pari a 0,5C (ricarica in 3 ore) preserva il 98% della capacità iniziale dopo 800 cicli, contro il 89% di mantenimento a 1C.
| Tasso di addebito | Cicli per raggiungere l'80% della capacità | Perdita annuale di capacità |
|---|---|---|
| 0,3C | 2,100 | 4.2% |
| 0,5c | 1,700 | 5.8% |
| 1,0C | 1,200 | 8.3% |
Tabella: impatto della velocità di ricarica sulla durata delle batterie al litio a 48V (NREL 2023)
La ricarica rapida a 1C riduce sicuramente i tempi di attesa, ma ha uno svantaggio: le batterie tendono a surriscaldarsi internamente del 55-70% circa rispetto alla velocità più lenta di 0,5C. Un'analisi recente degli accumuli energetici commerciali del 2024 mostra però un dato interessante. È stato sperimentato un approccio in cui si ricarica alla massima velocità (1C) fino a raggiungere circa il 70% della carica, per poi ridurre la velocità a soltanto 0,3C. Dopo 1.200 cicli di ricarica, questo metodo ha mantenuto circa l'85% della capacità originale, un valore effettivamente molto vicino a quello ottenuto con metodi di ricarica estremamente lenti e cauti. E c'è di più: se questi sistemi sono dotati di un'adeguata gestione termica capace di ridurre le temperature di almeno il 30%, la ricarica parziale rapida comincia a rappresentare una valida via di mezzo tra la necessità di ricariche veloci e la volontà di prolungare la vita delle batterie.