Effetti di temperatura e tensione sulla carica e sulla salute dei moduli di batterie agli ioni di litio nei veicoli elettrici leggeri

Perché le giornate calde contano per le batterie degli e-bike

Le biciclette e i monopattini elettrici promettono spostamenti più puliti e semplici, ma le batterie che li alimentano soffrono silenziosamente il calore. Questo studio esamina l’interno del pacco batteria di un veicolo elettrico leggero per vedere come la guida nel mondo reale e diverse temperature — da un ambiente mite a un caldo da deserto — influenzino quanta energia la batteria può immagazzinare e quanto a lungo durerà. I risultati aiutano a spiegare perché l’autonomia diminuisce nelle giornate molto calde e perché sono essenziali sistemi di raffreddamento e ricarica più intelligenti per una mobilità urbana sicura e durevole.

Guardare dentro un piccolo mezzo elettrico

I ricercatori si sono concentrati su un tipo comune di veicolo elettrico leggero, simile a una bicicletta a pedalata assistita, dotato di un pacco batteria agli ioni di litio da 48 volt costruito con 52 piccole celle cilindriche. Invece di trattare il pacco come una scatola nera, lo hanno smontato in modo che ogni cella potesse essere misurata su una panca di prova speciale. Per ogni cella hanno determinato quanta carica poteva immagazzinare e quanto fosse «sana» rispetto a quando era nuova. Hanno poi rimontato il pacco, montato il veicolo su rulli e lo hanno sottoposto a un ciclo di guida standardizzato usato per i motocicli, simulando la guida cittadina a intermittenza e scatti a velocità più elevata.

Aumentare il calore in modo controllato

Per vedere come la temperatura modifica il comportamento della batteria, il team ha posto l’intero pacco in una scatola metallica sigillata in cui potevano fissare l’ambiente a 25, 35, 45 o 65 gradi Celsius. Mentre il veicolo «guidava» sui rulli, i sensori tracciavano in tempo reale tensione, corrente e temperatura, sia all’esterno del pacco sia vicino al suo centro. Dopo ogni serie di test a una data temperatura, il pacco veniva nuovamente smontato in modo da rimettere a misura la capacità di carica e la salute di ogni singola cella. Immagini con camera termica hanno fornito un quadro diretto di come il calore si accumulasse e si diffondesse all’interno del modulo durante l’uso e la ricarica.

Cosa succede a carica e salute quando aumenta il calore

A temperature moderate — intorno ai 25–35 gradi Celsius — la batteria si comportava bene. Il pacco poteva caricarsi vicino alla tensione obiettivo e la guida simulata del veicolo assorbiva energia in modo regolare, con soli piccoli aumenti di temperatura. In questo intervallo, lo stato di carica (quanto è piena la batteria) e lo stato di salute (quanta capacità rimane rispetto alla nuova) restavano entro limiti desiderabili. Ma man mano che la temperatura saliva a 45 gradi e soprattutto a 65 gradi, sono emersi problemi. Il pacco perdeva tensione più rapidamente durante il ciclo di guida, il che significa che il veicolo avrebbe avuto meno autonomia. Alcune celle hanno perso una quota evidente della loro capacità originale, scivolando sotto i limiti di salute comunemente accettati per l’uso continuato nei veicoli.

Il calore si nasconde nel centro

Le immagini termiche e le letture dei sensori hanno rivelato che il calore non si distribuiva in modo uniforme. Le celle centrali nel modulo risultavano costantemente più calde di quelle ai lati. Nel test mite a 25 gradi, il punto più caldo all’interno del pacco raggiungeva poco meno di 30 gradi, ma nel test a 65 gradi il nucleo caldo superava gli 80 gradi. Durante la ricarica la situazione peggiorava: il pacco tratteneva il calore al centro, mentre l’elettronica protettiva e i cavi si riscaldavano anch’essi. Alla temperatura più alta, il sistema di gestione della batteria interrompeva la ricarica in anticipo per prevenire danni, proteggendo il pacco ma causando anche che alcune celle rimanessero parzialmente scariche rispetto ad altre. Questo squilibrio riduceva ulteriormente l’energia utilizzabile e accelerava l’invecchiamento nelle celle più stressate.

Lezioni di progetto per viaggi più sicuri e duraturi

Nel complesso, lo studio mostra che le batterie dei veicoli elettrici leggeri sono confortevoli solo in una finestra termica relativamente stretta, approssimativamente tra 25 e 35 gradi Celsius. Al di sopra di essa perdono energia più rapidamente, invecchiano più in fretta e sviluppano punti caldi non uniformi — specialmente nel centro del pacco — mentre l’elettronica protettiva fatica a mantenerle sicure. Per gli utenti questo si traduce in autonomia più breve e in un rischio maggiore di sostituzioni anticipate della batteria nei climi caldi. Per progettisti e pianificatori urbani, il lavoro sottolinea la necessità di soluzioni di raffreddamento o ventilazione semplici ma efficaci, layout dei pacchi più intelligenti che evitino nucleo surriscaldati e un attento monitoraggio della salute a livello di singola cella. Con queste misure, i piccoli veicoli elettrici possono offrire un trasporto più pulito senza sacrificare la sicurezza o la durata della batteria.

Citazione: Quintana, J.M., Paredes-Rojas, J.C., Vázquez-Medina, R. et al. Temperature and voltage effects on the charge and health of lithium-ion battery modules in light electric vehicles. Sci Rep 16, 9408 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40094-5

Parole chiave: batterie agli ioni di litio, biciclette elettriche, temperatura della batteria, salute della batteria, gestione termica