Mito e realtà sulla sicurezza delle moto elettriche

Mito e realtà sulla sicurezza delle moto elettriche
Una MotoE in fase di ricarica da una colonnina Enel X

Lo scorso 14 Marzo, durante i test sulla pista di Jerez, l’E-paddock, la struttura adibita ad ospitare i mezzi della MotoE World Cup, ha preso fuoco. Nell’incendio sono andate distrutte tutte le moto dei team e quelle prototipo di Energica (qui trovate il racconto di quello che è successo). L’esatta dinamica dell’incendio è ancora oggetto di indagine ma Dorna ha comunicato che nessuna moto era in carica e che la causa è stata un cortocircuito che ha coinvolto una colonnina di ricarica. Da lì l’incendio si sarebbe esteso a tutto l’E-paddock. Nonostante la causa dell’incendio non fossero le moto, l’evento ha richiamato l’attenzione sulla presunta pericolosità dei mezzi elettrici (EV – Electric Veichles), in particolare la loro batteria.

I resti di una MotoE dopo l’incendio del paddock a Jerez

Vogliamo partire da questo punto per affrontare il tema della sicurezza delle batterie dei mezzi elettrici e per farlo abbiamo chiesto il supporto di Luca Parisi, vigile del fuoco del Comando di Trento, esperto nazionale per la lotta agli incendi in ambiente confinato e di veicoli ad alimentazione alternativa e curatore del sito cfbt-it.org. Oltre a Parisi, ci siamo avvalsi dell’esperienza di APT Group, il principale centro di formazione ed addestramento italiano in tema di sicurezza (link).
Per iniziare, va chiarito che stiamo parlando di batterie al Litio nelle loro numerose varianti. Questa tipo di batterie rappresenta lo stato dell’arte per la mobilità elettrica; per chi fosse interessato all’argomento, ne abbiamo parlato in questa sezione (link).

La Mugen Shinden Hachi che correrà il TTZero 2019 sull’Isola di Man

Le batterie al Litio non si trovano solo sui vicoli elettrici, sono ovunque, ognuno di noi ne ha in casa almeno una decina: telefonino, computer, tablet, altoparlante, cuffie, aspirapolvere, trapano e via così. Quello che cambia quando si parla di veicoli elettrici è la dimensione e l’energia immagazzinata, più è grande la batteria, maggiori sono i danni in caso di incidente.
Qual è la pericolosità di queste batterie? Principalmente, che quando prendono fuoco sono molto difficili da spegnere e più avanti vedremo perché. Ma non è questo su cui maggiormente si dibatte bensì sulla possibilità che l’incendio si sviluppi dalla batteria. Ora, questo è un evento possibile, benché raro, e quando succede è a causa di un fenomeno che viene chiamato Thermal Runaway, cioè un rapido ed inarrestabile aumento di temperatura dovuto a una serie di reazioni a catena.

Una MotoE in fase di ricarica

Parlando di MotoE, la batteria lavora a temperature tra i 50°C e i 55°C, a 60°C scattano i sistemi di protezioni (il Battery Management System – BMS) e la batteria viene scollegata e messa in sicurezza. In generale, una batteria al Litio è ancora stabile fino ad 80°C. Se però la temperatura sale ulteriormente, intorno ai 130°C circa, si innescano le prime reazioni che portano al Thermal Runaway. Se il calore della batteria non viene dissipato, la temperatura continua ad aumentare generando una serie di reazioni a catena in cui la batteria stessa produce al suo interno gli elementi che alimentano la combustione, soprattutto idrogeno. Inoltre, queste reazioni sono prevalentemente esotermiche, generano cioè calore. E’ la batteria stessa a produrre dall’interno i gas e il calore che la fanno bruciare ed è per questo che l’incendio di una batteria al Litio è molto difficile da spegnere. Per fare un esempio, l’aumento di temperatura passa da circa 1°C/minuto nelle primissime fasi del fenomeno, a 100°C/minuto e più, attraverso dinamiche interne alla batteria e senza apporto di calore dall’esterno.

Gli elementi della batteria dei veicoli Auri serie e-tron

Una batteria al Litio può prendere fuoco per motivi che sono principalmente dovuti alla scarsa qualità dei componenti, al danneggiamento dovuto ad urto o ad altre cause esterne (ad esempio l’esposizione a forti fonti di calore). Nel caso di veicoli elettrici, il pericolo connesso a forti urti meccanici è di gran lunga il principale; per questo motivo le batterie della auto hanno uno scudo protettivo nella parte inferiore per proteggerle dagli urti contro oggetti presenti sulla strada.
Dal modo in cui brucia una batteria al Litio, deriva la tecnica di spegnimento attualmente adottata in tutto il mondo: raffreddare con acqua la batteria fino ad abbassarne la temperatura al di sotto del punto in cui non si generano più i gas e il calore che ne alimentano la combustione. La cosa però non è così semplice perché prima di agire anche al centro della batteria, bisogna aver raffreddato la parte più esterna e per questo ci vuole tempo e moltissima acqua (per la batteria di una Tesla si stima servano 9000 litri d’acqua). Inoltre, l’acqua limita la propagazione delle fiamme all’ambiente circostante e previene il rischio di nuovi inneschi. E’ emblematico il caso di una Tesla negli Stati Uniti: l’incendio che si è generato a causa di un incidente stradale si è reinnescato due volte dopo essere stato apparentemente spento.

La batteria della FormulaE fornita da Williams Advanced Engineering

Per aiutare i pompieri, i progettisti di batterie stanno sviluppando diversi accorgimenti per permettere di raffreddare la batteria anche dall’interno. Un esempio è la batteria delle macchine di FormulaE. Fino all’edizione 2018 del campionato, la società inglese Williams Advanced Engineering ha progettato e fornito le batterie a tutti i team partecipanti. Il loro design prevede una intercapedine, integrata nel corpo della batteria, riempita di acqua e in grado di contenere il riscaldamento della batteria per 10 minuti. Questo è un tempo sufficiente ai mezzi di soccorso per portare in salvo il pilota e collegare l’autobotte dei pompieri a due connessioni previste sul corpo della batteria per, letteralmente, allagarla. Nulla di tutto ciò è mai servito perché durante i 240.000Km totali percorsi dalle auto della FormulaE nelle passate stagioni sono avvenuti solo 2 guasti e nessun thermal runaway. E’ inoltre necessario ribadire che tale evento non ha mai colpito nessuna delle moto prodotte da Energica come dichiarato da Giampiero Testoni, il direttore tecnico delle società (qui la sua nota).

Le Ego Corsa in fase di allestimento presso Energica

Alcuni modelli di batteria sono costituiti da celle divise in moduli separati da uno strato di materiale resistente al fuoco, questo al fine di ostacolare la propagazione dell’incendio da un modulo a quello adiacente.
Non ci sono al momento statistiche generali sugli incendi di auto elettriche ma, da quanto disponibile, non risulta un rischio di incendio di EV più alto rispetto a quello di veicoli tradizionali (fonte National Highway Traffic Safety Administration).
Va evidenziato come il rischio delle batterie al Litio non sia tanto la propensione all’autoinnesco, evento che resta altamente improbabile, quanto la difficoltà di spegnerle una volta coinvolte in un incendio dovuto a cause esterne. Che è poi quello che è successo alla MotoE a Jerez. Per questo motivo è necessario sviluppare tecniche antincendio adeguate e addestrare il personale predisposto ad intervenire, siano essi vigili del fuoco o commissari di gara in circuito (a titolo di esempio a fine 2018 negli Stati Uniti 1 vigile del fuoco su 4 era addestrato ad intervenire in caso di incendio di un veicolo elettrico – fonte NFPA – National Fire Protection Association).
Anche le case produttrici sono impegnate a sviluppare batterie più sicure. Già un primo passo è stato fatto con le batterie ai polimeri di Litio che non contengono quei solventi organici che sono l’elemento infiammabile della batteria al Litio classica. Ma altri sviluppi sono attesi nei prossimi anni.

Ringraziamenti
Luca Parisi (http://www.cfbt-it.org)
ATP Group (http://www.aptgroup.it)

Fonti
Motorsport Magazine – “MotoE: is it safe?” Autore Mat Oxley (link)
http://www.antincendio-italia.it
Williams Advanced Engineering (link)
NFPA – National Fire Protection Association (link)
United States Department of Energy – Sandia National Laboratories (link)