Renzo Emili
La Città Elettrica
Fig.1
E’ da molto tempo che si pensa all’uso delle batterie nel campo della trazione automobilistica e ferrotranviaria.
Già alcune applicazioni furono realizzate con le tradizionali batterie Piombo-Acido, come ad esempio illustrato nella foto in fig.1 (fonte: UK Tram) che mostra un convoglio ferroviario composto da due carrozze della British Rail, in servizio a Deeside in Scozia dal 1958 al 1962. Il convoglio era alimentato da una serie di batterie al piombo montate sul telaio di ogni singolo veicolo. Nonostante l'elevato peso delle batterie usate era in grado di operare per oltre un centinaio di miglia al giorno con una velocità media di circa 40 miglia l’ora.
Già alcune applicazioni furono realizzate con le tradizionali batterie Piombo-Acido, come ad esempio illustrato nella foto in fig.1 (fonte: UK Tram) che mostra un convoglio ferroviario composto da due carrozze della British Rail, in servizio a Deeside in Scozia dal 1958 al 1962. Il convoglio era alimentato da una serie di batterie al piombo montate sul telaio di ogni singolo veicolo. Nonostante l'elevato peso delle batterie usate era in grado di operare per oltre un centinaio di miglia al giorno con una velocità media di circa 40 miglia l’ora.
Nella tabella di fig.2 è riportata la situazione ad oggi in termini di energia specifica (Wh/kg) potenzialmente accumulabile con le diverse tipologie di batterie elettrochimiche oggi conosciute.
Italia, Roma. Minibus elettrici alimentati da batteria “Zebra” percorrono le strette stradine del centro storico. Le batterie consentono una autonomia a pieno carico (25 passeggeri) di 130 km.
Francia, Nizza. Il tram alimentato da batterie Ni-MH mentre attraversa la storica riqualificata P.zza Masséna. Le batterie consentono al veicolo di percorrere due tratte senza linea di contatto, per un totale di 1.820 m per ogni giro/corsa.
Dall’inizio degli anni 2000 i precursori delle moderne batterie per trazione sono state le batterie “Zebra” (batterie Ni-NaCl, cosi definite dall’acronimo inglese zero emission battery research activities) e successivamente quelle Ni-MH (nichel-idruri di metallo).
Le batterie “Zebra” per la loro elevata densità di energia accumulabile (125 Wh/kg) hanno trovato diffuso impiego nell’autotrazione.
Le batterie “Zebra” per la loro elevata densità di energia accumulabile (125 Wh/kg) hanno trovato diffuso impiego nell’autotrazione.
Italia, Roma. Il filobus della linea 90 alimentato da batterie Ni-MH mentre attraversa P.zza dei Cinquecento. Le batterie consentono al veicolo di percorrere senza linea di contatto 3,2 Km per ogni giro/corsa.
Tuttavia richiedono un’elevata temperatura d'esercizio, circa 245 °C, che ne abbassa l'efficienza in termini di bilancio energetico e determina non poche problematiche nella loro gestione.
Agli inizi del nuovo secolo le batterie Ni-MH hanno incontrato molto interesse per
Agli inizi del nuovo secolo le batterie Ni-MH hanno incontrato molto interesse per
Italia, Padova. Il tram su gomma alimentato a batteria attraversa per 600 m (1.200 m per ogni giro/corsa) la storica Piazza di Prato della Valle.
applicazioni di trazione filo-tranviaria, soppiantando la precedente tecnologia basata sulle batterie Nichel-Cadmio perché non avendo il pericoloso cadmio sono più sicure in fase di smaltimento. Inoltre possiedono una maggiore energia specifica accumulabile (70 Wh/kg) e un minore effetto di memoria.
Queste batterie possono essere ottimizzate per l’impiego in veicoli ibridi per la trazione filo-tranviaria. Infatti, limitando l’energia specifica a valori di 55 Wh/kg è possibile elevare il livello di erogazione di impulsi brevi fino a 1500 W/kg.
L’uso migliore di questa tipologia di batteria esige che il processo di carica e scarica dell’energia sia contenuto entro il 30% della capacità totale della batteria stessa.
Stante la citata condizione per consentire l’autonomia richiesta a una vettura tranviaria di 33 m, con 270 passeggeri a bordo, per percorrere 1 km la batteria dovrebbe avere una capacità di circa 23 KWh; per tale capacità le batterie ora esistenti hanno un peso di circa 500 Kg. Questo peso corrisponde all’equivalente di circa sei passeggeri, che per un rotabile della capacità di 270 passeggeri è una proporzione tollerabile.
A quanto detto si aggiunga che la stessa batteria consentirebbe una potenza di circa 300 KW, utile a far fronte allo spunto di 500 A alla tensione nominale di 600 V (tensione di linea precedente a quella normalizzata CEI di 750 V e ancora presente sulle più antiche reti italiane) sufficiente all’avvio di una vettura tramviaria del tipo accennato.
Occorre registrare che la ricerca nel campo delle batterie a scopo di Energy Storage e trazione elettrica è oggi stimolata da molte importanti aziende automobilistiche in concorrenza fra loro, oltre ad incontrare anche l’interesse del settore militare. Quindi molta parte della materia è mantenuta riservata e coperta da privative industriali.
Allo stato dell’arte si hanno particolari attese sulle batterie al Litio-polimeri e alcune tipologie di batterie a sali fusi, come ad esempio quelle al sodio-zolfo che lavorano a una temperatura di cella intorno a 350 °C.
Queste ultime batterie impiegano zolfo allo stato liquido (all’elettrodo positivo), sodio (all’elettrodo negativo), nonché un tubo ceramico di ß-allumina solido come elettrolita, e sembra permettano densità energetiche dell’ordine di 750 Wh/Kg, con vita utile di 1000 cicli di carica/scarica.
Queste batterie possono essere ottimizzate per l’impiego in veicoli ibridi per la trazione filo-tranviaria. Infatti, limitando l’energia specifica a valori di 55 Wh/kg è possibile elevare il livello di erogazione di impulsi brevi fino a 1500 W/kg.
L’uso migliore di questa tipologia di batteria esige che il processo di carica e scarica dell’energia sia contenuto entro il 30% della capacità totale della batteria stessa.
Stante la citata condizione per consentire l’autonomia richiesta a una vettura tranviaria di 33 m, con 270 passeggeri a bordo, per percorrere 1 km la batteria dovrebbe avere una capacità di circa 23 KWh; per tale capacità le batterie ora esistenti hanno un peso di circa 500 Kg. Questo peso corrisponde all’equivalente di circa sei passeggeri, che per un rotabile della capacità di 270 passeggeri è una proporzione tollerabile.
A quanto detto si aggiunga che la stessa batteria consentirebbe una potenza di circa 300 KW, utile a far fronte allo spunto di 500 A alla tensione nominale di 600 V (tensione di linea precedente a quella normalizzata CEI di 750 V e ancora presente sulle più antiche reti italiane) sufficiente all’avvio di una vettura tramviaria del tipo accennato.
Occorre registrare che la ricerca nel campo delle batterie a scopo di Energy Storage e trazione elettrica è oggi stimolata da molte importanti aziende automobilistiche in concorrenza fra loro, oltre ad incontrare anche l’interesse del settore militare. Quindi molta parte della materia è mantenuta riservata e coperta da privative industriali.
Allo stato dell’arte si hanno particolari attese sulle batterie al Litio-polimeri e alcune tipologie di batterie a sali fusi, come ad esempio quelle al sodio-zolfo che lavorano a una temperatura di cella intorno a 350 °C.
Queste ultime batterie impiegano zolfo allo stato liquido (all’elettrodo positivo), sodio (all’elettrodo negativo), nonché un tubo ceramico di ß-allumina solido come elettrolita, e sembra permettano densità energetiche dell’ordine di 750 Wh/Kg, con vita utile di 1000 cicli di carica/scarica.
Fig.2
