come funzionano e come si caricano


L’auto elettrica al centro delle cronache del settore. Incognita o opportunit, da valutare in ottica futura o da considerare come percorribile gi a breve termine a seconda della posizione o dell’interesse di chi ne parla o semplicemente in attesa che la tecnologia sulle batterie compia con calma i soi passi verso costi e pesi pi contenuti. In attesa di capire come si evolveranno le tecnologie ad essa legate e con quali tempistiche viene comunque oggi descritta come il futuro del trasporto su strada, una rivoluzione gi oggi alla portata di alcuni automobilisti, qualcuno la considera una fuga in avanti dalla realt mentre per altri rappresenta la soluzione di tutti i mali del pianeta o una gran rottura di scatole. Cercando di mantenere una visione equilibrata della situazione e ben consci del fatto che per diventare sostenibile in grandi volumi occorreranno ancora molti anni cominciamo per ad illustrarne il funzionamento e le modalit di guida.

Connessione batteria motore elettrico

Connessione batteria motore elettrico

Auto elettriche ed elettrificate: due cose diverse Partiamo da una distinzione fondamentale, spesso trascurata in alcuni livelli della comunicazione: l’auto elettrica una cosa diversa dall’auto elettrificata. La prima un veicolo che funziona esclusivamente tramite un motore elettrico alimentato da batterie; in gergo si usa la sigla inglese BEV, Battery Electric Vehicle. Anche un’auto ad idrogeno elettrica, la differenza sta nel modo in cui l’energia viene stoccata e trasferita al motore; in questo caso viene definita come FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle, veicolo elettrico a celle di combustibile. Ma di questa tipologia specifica parleremo in altra sede. Invece l’auto elettrificata un insieme che comprende sia le elettriche “vere” che le auto ibride, cio veicoli la cui catena di trazione composta da un tradizionale motore endotermico abbinato ad uno o pi motori elettrici e relative batterie. In questa categoria troviamo veicoli a zero emissioni affiancati ad altri che necessitano di una combustione per muoversi, quindi dotati di tubi di scarico che convogliano i conseguenti gas nell’atmosfera. Raggrupparli, come viene fatto in certe ricerche e statistiche, un’operazione scorretta che si compie per far credere che la loro diffusione sia o possa diventare molto pi elevata rispetto alla realt.

Come funziona un motore elettrico
Nelle automobili attuali il motore elettrico quasi sempre di tipo sincrono: significa che funziona con corrente alternata e la sua velocit di rotazione sincronizzata con la frequenza elettrica della rete (cio la frequenza con cui la polarit viene invertita), tipicamente 50 Hertz in Europa. La corrente accumulata nella batteria viene trasformata da continua ad alternata tramite il passaggio in un componente chiamato inverter. Il motore composto da due parti fondamentali: lo statore e il rotore. Lo statore un elemento fisso in cui del materiale conduttore (di solito fili di rame) genera al passaggio della corrente un campo magnetico; poich i fili sono avvolti in un cilindro, il campo diventa rotante, dato che ne segue il percorso; la sua rotazione trascina i magneti permanenti del rotore, il quale collegato ad un albero. In questo modo viene prodotta l’energia meccanica che verr applicata alle ruote del veicolo.


Ciclo di vita di una batteria

Ciclo di vita di una batteria

Si fa il “pieno” rallentandoUno dei grandi vantaggi di cui godono i motori elettrici quello di essere reversibili, vale a dire che se la corrente ha una direzione opposta, i motori si comportano da generatori; quindi producono energia elettrica che pu essere utilizzata immediatamente o immagazzinata in un accumulatore (batteria, condensatore o altro). In un veicolo su ruote ci avviene nelle fasi di decelerazione e frenata: sollevando il pedale dell’acceleratore, il rotore si aziona in senso contrario; i magneti ad esso collegati generano una corrente per il fenomeno fisico dell’induzione elettromagnetica; quindi il relativo campo magnetico passa dai fili dello statore e si dirige verso la batteria, ricaricandola. E’ importante sottolineare che anche l’albero del rotore ruota in senso contrario; di conseguenza viene generata una forza che rallenter le ruote. Ci implica delle notevoli differenze nel modo di guidare, come vedremo fra poco. La stessa cosa avviene durante le frenate (che si chiamano per tale motivo frenate rigenerative), ma pi intensamente.

Una coppia eterna che non cambia maiUn’altra peculiarit del motore elettrico il modo in cui viene erogata la coppia motrice. In un motore termico essa molto bassa quando il regime di rotazione minimo, poi sale parallelamente al numero di giri del propulsore, fino a raggiungere un picco, la coppia massima, oltre il quale scende bruscamente. Di conseguenza il rendimento ottimale del motore limitato ad un ristretto numero di giri; per questo motivo necessario un cambio con diversi rapporti, per poter trasferire alle ruote una coppia (forza) sufficiente ad ogni regime di rotazione del propulsore. In un veicolo elettrico invece la coppia motrice erogata massima gi a zero giri e rimane uguale fino a regimi di rotazione elevatissimi; di conseguenza sufficiente per i progettisti scegliere un solo rapporto di trasmissione che consentir sempre il massimo delle prestazioni a tutti i giri disponibili. Ecco perch in un veicolo elettrico stradale non esiste il cambio di velocit come lo intendiamo tradizionalmente: la coppia massima sempre disponibile ed molto elevata. Non serve nemmeno il rapporto della retromarcia: infatti per marciare all’indietro sufficiente invertire la polarit del motore e questo girer in senso inverso. Un altro vantaggio, in termini di semplicit di costruzione, l’assenza dell’albero di trasmissione: infatti il motore, le cui dimensioni sono notevolmente inferiori rispetto ad un propulsore termico, collegato direttamente all’asse tramite un singolo ingranaggio. Quando si vuole ottenere un veicolo a trazione integrale, si colloca un secondo motore sull’altro asse; sar poi l’elettronica a gestirlo.

Batterie sul pianale di un’auto elettrica del gruppo Volkswagen

Batterie sul pianale di un’auto elettrica del gruppo Volkswagen

La batteria di un’auto elettrica In realt dobbiamo parlare di “pacco batterie”, cio diverse unit (celle) di batterie al litio messe insieme e collegate. Le batterie sono molto pesanti, quindi vengono sempre installate nel pianale del veicolo, nello spazio vuoto tra gli assi. Questo consente un importante vantaggio nella tenuta di strada, perch il baricentro dell’auto viene enormemente abbassato. Il pacco batterie protetto all’interno di un involucro d’alluminio, per mantenerne la sicurezza in caso di urto. In questa posizione si trova anche il sistema di raffreddamento che pu essere di diversi tipi a seconda delle scelte del costruttore (a liquido, o con materie plastiche pi eventuali dissipatori o sistemi di ventilazione). La temperatura di esercizio ottimale per queste batterie tra 25 e 45 C. La batteria di un’auto elettrica funziona come tutte le altre: una reazione chimica (ossidazione) tra i materiali di cui composta rilascia gli elettroni che andranno ad alimentare il motore. In questo caso gli ioni di litio trasportano la carica da un elettrodo all’altro, passando attraverso l’elettrolita che fa da conduttore. L’anodo l’elettrodo che rilascia gli elettroni nel circuito esterno, il catodo quello che li accumula durante la fase di carica. Parleremo in un altro articolo delle fondamentali questioni collegate al processo di ricarica.

Come si guida un’auto elettrica Un’auto elettrica relativamente facile da condurre, tuttavia necessita di un diverso tipo di guida. L’assenza di un cambio e quindi anche di una frizione lasciano due soli pedali, freno e acceleratore esattamente come una normalissima auto a motore termico con cambio automatico. Infatti presente una leva analoga a quella di un cambio automatico tradizionale, ma non agisce su rapporti meccanici, bens su polarit del motore e comandi elettronici. Tuttavia al conducente ci non interessa e l’operativit rimane uguale: la posizione D (Drive), fa procedere il veicolo in avanti, R (Reverse) fa muovere le ruote al contrario per la retromarcia (che, come detto, non una vera marcia), N (Neutral) il “folle” per interrompere il funzionamento del motore, mentre P (Park) il blocco delle ruote per impedire alla vettura di muoversi dopo aver parcheggiato. Cambia invece la modalit di utilizzo dei pedali. Abbiamo visto che sollevando l’acceleratore il rotore gira in senso inverso, quindi il veicolo sottoposto ad un vero e proprio “freno motore”. Le auto elettriche moderne dispongono di due palette al volante, simili a quelle per cambiare marcia nei veicoli a combustione; la loro funzione per quella di variare l’intensit della controrotazione mentre si decelera. Con la paletta di sinistra si aumenta la forza del freno motore per ricaricare maggiormente la batteria, quindi il veicolo rallenter con maggiore decisione (come se “scalassimo”); la paletta di destra invece diminuisce tale forza, per cui il rallentamento sar pi leggero e di conseguenza la batteria si ricaricher meno (come se ingranassimo la marcia superiore). Di solito ci sono due o tre livelli di forza. In questo modo, nella marcia cittadina ad andatura tranquilla, possibile anche fermare il veicolo senza ricorrere al pedale del freno. Il quale andr usato (deve essere usato) quando necessaria una frenata importante, ad esempio in caso di ostacolo improvviso oppure quando si viaggia a velocit sostenuta. Ci che va sempre tenuto in considerazione nella guida di un veicolo elettrico che attualmente le stazioni di ricarica sono poche e i tempi per ricaricare la batteria molto lunghi. Quindi diventa ancora pi importante gestire la batteria in modo intelligente. Se si gioca a fare le gare di accelerazione con le supercar a benzina, la batteria si scaricher molto rapidamente. Inoltre chiedere la massima prestazione troppo a lungo fa attivare i sistemi di protezione, per impedire che batteria e o il motore si surriscaldino. Nella marcia cittadina invece opportuno sfruttare le frequenti fermate e ripartenze per ricaricare al massimo la batteria tramite la rigenerazione, aumentando significativamente l’autonomia. Se si affronta un tragitto extraurbano di una certa lunghezza opportuno mantenere un’andatura conservativa per poter affrontare gli imprevisti che potrebbero richiedere maggiore energia del previsto, come lunghe code in autostrada dove il funzionamento intenso della climatizzazione contribuisce non poco a drenare la batteria, o mantenere una riserva di energia per eventuali variazioni sul percorso.

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Qu il collegamento di ricarica di una Nissan Leaf elettrica

 Gasport 

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