Come la tecnologia a batterie guiderà l’elettrificazione dei veicoli commerciali

Sono diversi i costruttori che hanno iniziato a commercializzare gli e-trucks. I prezzi sono ancora alti, ma un importante lavoro di ricerca e sviluppo li sta facendo scendere per raggiungere o battere la parità di costo con il diesel.

Negli ultimi tre anni si è assistito a un grande cambiamento nella percezione dei veicoli commerciali elettrici determinato da una varietà di fattori che si sono andati a sovrapporre. Tra questi, una crescente consapevolezza dell'impatto delle emissioni di CO2 sul cambiamento climatico e dei pericoli delle emissioni diesel, insieme ad una crescente maturità della tecnologia elettrica e ad un migliore profilo di costo della stessa. Per tutti questi motivi, oggi i proprietari di flotte e i costruttori considerano i veicoli elettrici un’alternativa sempre più viabile.

All'interno del panorama della tecnologia elettrica, i pacchi batterie agli ioni di litio si distinguono come il pezzo più critico del puzzle e rappresentano il più grande ostacolo per l'adozione di massa. Le sfide che il settore deve affrontare per risolvere l'enigma dei pacchi batterie sono diverse, ma alcuni possibili sviluppi potrebbero contribuire al loro superamento.

Alexander Schey, CCO per l'elettrificazione di Allison Transmission, nonché CEO e co-fondatore di Vantage Power - acquisita da Allison nell'aprile 2019, racconta il suo punto di vista, basato sull’esperienza acquisita in Vantage Power, impresa specializzata nella tecnologia a batterie, nell’integrazione nei veicoli e nella connettività.

“L’ostacolo principale all'adozione diffusa dell'e-truck è il costo del pacco batteria, che può rappresentare oltre il 50% del valore di un mezzo. Molti fattori contribuiscono a questo costo, tre dei più critici sono il costo delle celle, il costo del pacco e quello della sua eventuale sostituzione".

"Sono stati fatti enormi passi avanti che hanno contribuito ad abbassare il costo delle celle. Guardando alla chimica delle celle che più probabilmente alimenteranno i camion elettronici del futuro - ioni di litio, ossido di manganese e cobalto (NMC) - si è registrata una riduzione media annua del prezzo del 20,5%, da 1.160 dollari/kWh nel 2010 a 176 dollari/kWh nel 2018. Anche se questi numeri possono sembrare allettanti, non rappresentano però il quadro completo".

"Con le aziende automobilistiche che prevedono di acquistare la maggior parte della produzione di celle nei prossimi anni, rimarrà poco volume disponibile per il mercato dei veicoli commerciali più piccoli e la disponibilità di celle diventerà di conseguenza più costosa. Ci sono anche legittime preoccupazioni circa la sicurezza dell'approvvigionamento di cobalto, un elemento critico utilizzato nella produzione di celle agli ioni di litio. Quindi, mentre i volumi di produzione stanno aumentando a ritmi impressionanti e un esercito di ingegneri in tutto il mondo sta lavorando per ridurre il contenuto di cobalto nelle celle, il costo continuerà ad essere un fattore critico per alcuni anni a venire".

L’acquisizione da parte di Allison Transmission della divisione EV di AxleTech ha portato alla nascita delle Serie AXE (nella foto) e ABE, assali elettrici per camion e autobus. Queste soluzioni integrate sono compatibili con il telaio, le sospensioni e i fine ruota dei veicoli e stabiliscono nuovi standard di efficienza, durata e affidabilità.

"Le celle rappresentano tipicamente il 50-75% del costo del pacco batteria. È necessaria un'ampia gamma di componenti aggiuntivi per alloggiare le celle, collegarle, controllarle e gestirle termicamente. È importante notare che non esiste un approccio unico per questo, in particolare nello spazio dell'e-truck, dove i veicoli operano in una varietà estremamente ampia di climi e cicli di lavoro".

"Consideriamo ad esempio la sfida della gestione termica di un pacco batterie, un'area in cui Allison, attraverso l'acquisizione di Vantage Power, ha investito molto. In un pacco batteria ci possono essere fino a 10.000 singole celle, che devono essere tutte riscaldate o raffreddate alla stessa temperatura all'interno della fascia termica ottimale di 20-30°C, ma un autocarro elettrico può funzionare a temperature che variano considerevolmente da questo range".

"L'errata implementazione di questa tecnologia riduce la sicurezza, la durata e l'affidabilità del pacco batterie ma, al contempo, la complessità dell'inclusione di tale tecnologia può aumentare notevolmente i costi. Allison ha messo a punto una serie di innovazioni che utilizzano il raffreddamento evaporativo in combinazione con un “effetto sifone” esclusivo per ottenere le proprietà termiche necessarie, limitando al contempo i costi".

"Infine, la durata della batteria è un fattore chiave per il costo totale di proprietà (TCO). La capacità, o la quantità di energia che una batteria può immagazzinare diminuisce nel tempo in base all'intensità di utilizzo del pacco batterie e alle condizioni in cui si opera. È generalmente accettato che un pacco batteria abbia raggiunto la fine della sua vita utile una volta che la capacità raggiunge l'80% del suo valore iniziale".

La londinese Vantage Power, recentemente acquisita da Allison Transmission, è pioniera nei sistemi di propulsione elettrici per veicoli commerciali medi e pesanti e specializzata in pacchi batterie, integrazione veicoli e connettività.

"Ma, in un veicolo con un funzionamento relativamente leggero, questo livello di capacità potrebbe non essere mai raggiunto e il veicolo avrà bisogno di un solo pacco batterie. Tuttavia, in applicazioni più impegnative potrebbe essere necessario installare un nuovo pacco batteria dopo sette anni di funzionamento, aumentando notevolmente il TCO del veicolo. Ciò significa che la comprensione e la pianificazione del modo in cui il veicolo verrà utilizzato e la corretta specificazione delle dimensioni del pacco batteria è fondamentale per controllare il TCO. Una delle primarie aree di sviluppo del settore riguarda le tecnologie per aumentare la flessibilità e la modularità dei pacchi batteria e consentire agli operatori di specificare pacchi di diversa capacità energetica, in base alle loro necessità".

"Mentre le batterie sono certamente un fattore critico nella tendenza all'elettrificazione, ci sono altri importanti fattori che gli operatori dovranno considerare. Sarà necessario lavorare sulle infrastrutture di ricarica, sulla manutenzione dei veicoli e sui profili operativi. Le aziende di tutto il mondo si stanno mobilitando per risolvere queste sfide e - conclude Schey - il futuro dell'autotrasporto elettrico è ora più vicino di quanto non lo sia mai stato prima".

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