I veicoli elettrici e la batteria da 12 V
Diversi tipi di auto elettriche e la loro dipendenza dalla batteria da 12 V
Il successo dell'automobile come mezzo di trasporto individuale è iniziato nel 1913, con l'introduzione dell'allora rivoluzionaria catena di montaggio da parte di Henry Ford. Anche un secolo dopo, la maggior parte delle auto che circolano sulle nostre strade si basa ancora sul principio del motore a combustione interna, che è stato continuamente migliorato dagli ingegneri e che oggi combina alte prestazioni, bassi consumi e lunga durata.
La tecnologia dei motori sempre più complessa e, allo stesso tempo, le normative più severe sulle emissioni hanno innescato un salto tecnologico che ha portato all'elettrificazione della trasmissione di oggi. Ma non tutti i veicoli elettrici presenti sul mercato sono uguali. A seconda dei requisiti e del segmento di veicoli, esistono diversi approcci alla mobilità elettrificata.
Che cos'è un xEV?
- HEV – Veicolo ibrido elettrico
- PHEV – Veicolo ibrido elettrico plug-in
- BEV – Veicolo elettrico a batteria
- FCEV – Veicolo elettrico a celle a combustibile
Veicoli elettrici ibridi. Il meglio dei due mondi?
Il termine ibrido significa solo che c'è più di una fonte di energia per il funzionamento del veicolo. In effetti, i veicoli con tecnologia Start-Stop sono già considerati "micro-ibridi", perché in questo caso la batteria da 12 V funge da seconda fonte di energia quando il motore è spento.
L'evoluzione del "micro-ibrido" è stato il cosiddetto "ibrigo lieve", in cui è installata una batteria agli ioni di litio da 48 V per rifornire i consumatori particolarmente affamati di energia. Sebbene questi due sistemi siano già chiamati ibridi, mancano di una caratteristica fondamentale che è stata a lungo associata alle "auto elettriche ibride": Guida puramente elettrica senza l'ausilio del motore a combustione.
La differenza tra veicoli ibridi completi e ibridi plug-in
Il termine "veicolo ibrido elettrico" descrive in realtà due concetti diversi. Il "tutto il veicolo elettrico ibrido" (FHEV, solitamente abbreviato in HEV) e il "Plug-in Hybrid Vehicle" (PHEV). Entrambi gli approcci hanno in comune il fatto che i veicoli sono dotati di una batteria agli ioni di litio ad alta tensione e possono quindi essere guidati in modo puramente elettrico.
La differenza tra i due sistemi sta nella strategia di ricarica della batteria ad alta tensione. In un HEV, la batteria può essere caricata esclusivamente dal motore a combustione o dal recupero dell'energia dei freni (recupero). In un PHEV, la batteria può anche essere ricaricata presso una stazione di ricarica, come in un veicolo puramente elettrico, da cui il termine "Plug-in". A causa delle limitate possibilità di ricarica, la capacità della batteria di trazione di un HEV è generalmente inferiore a quella di un PHEV. A causa della minore capacità della batteria, anche le distanze percorribili in modalità puramente elettrica sono più brevi per un HEV rispetto a un PHEV.
- Batteria a 12 Volt
- ConvertitoreDC/DC
- Batteria ad alto voltaggio
- ConvertitoreAC/DC
- Motore di trazione ad altomotore di trazione ad alta tensione
- Serbatoio di benzina o diesel
- Motore a combustione interna
Carrozzeria PHEV, con serbatoio più piccolo ma batteria più grande con porta di ricarica esterna per una maggiore autonomia elettrica.
- Batteria da 12 Volt
- ConvertitoreDC/DC
- Batteria ad alta tensione
- ConvertitoreAC/DC
- Motore di trazione ad alta tensione .motore di trazione ad alta tensione
- Serbatoio di benzina o diesel
- Motore a combustione interna
- Fonte di alimentazione elettrica (stazione di ricarica/box a muro)
Entrambi i sistemi consentono una guida puramente elettrica e quindi senza emissioni locali. Grazie al motore a combustione aggiuntivo, il veicolo può essere utilizzato anche per lunghe distanze senza limitazioni. Se il motore a combustione non viene utilizzato, un veicolo ibrido elettrico si comporta come un'auto completamente elettrica.
Pro e contro di HEV e PHEV
- Riduzione del consumo di carburante e quindi minori costi operativi
- Guida senza emissioni locali
- Elevata coppia tramite il motore elettrico in fase di partenza e accelerazione
- Minori emissioni sonore durante la guida puramente elettrica
- Più costoso di un veicolo analogo con solo motore a combustione
- Sistema di propulsione più complesso, quindi costi di manutenzione potenzialmente più elevati
- Peso del veicolo più elevato a causa della batteria di trazione e dei componenti aggiuntivi
- Spazio del bagagliaio più ridotto per alcuni veicoli, poiché è necessario lo spazio per la batteria ad alta tensione
Il futuro completamente elettrico: Veicoli elettrici a batteria e auto a idrogeno
Oggi tutti i segnali indicano i sistemi di propulsione elettrici come il sistema di propulsione del futuro. Tuttavia, non è ancora chiaro quale sistema di accumulo di energia prevarrà. Lo sviluppo della tecnologia delle batterie agli ioni di litio e delle celle a combustibile è attualmente molto dinamico, tanto che si stanno compiendo enormi progressi in entrambi i settori. Oltre alle innovazioni tecniche, entrambe le aree si occupano di scalabilità e riduzione dei costi di produzione.
Il fulcro degli sviluppi tecnici nelle batterie da trazione continua a essere l'aumento della densità energetica. L'obiettivo è quello di rendere le batterie più piccole e leggere mantenendo la stessa capacità, cioè la stessa distanza di guida del veicolo. Allo stesso tempo, si sta cercando di ottimizzare la composizione chimica delle celle delle batterie per ridurre al minimo la percentuale di metalli critici, come il cobalto.
Anche se sono già presenti sul mercato alcune automobili alimentate a idrogeno, la produzione di massa di unità a celle a combustibile è ancora più lontana di quella delle batterie agli ioni di litio. Lo sviluppo attuale si concentra sulla riduzione della necessità di platino nelle celle a combustibile per ridurre significativamente i costi. Ulteriori progressi sono in corso per rendere la membrana delle celle a combustibile più robusta e durevole.
A parte il sistema di accumulo dell'energia, l'architettura del gruppo propulsore dei veicoli elettrici a batteria (BEV) e dei veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) è in gran parte comparabile.
- Batteria da 12 Volt
- ConvertitoreDC/DC
- Grande batteria agli ioni di litio ad alta tensione
- Convertitore AC/DC
- Motore di trazione ad altomotore di trazione ad alta tensione
- Fonte di alimentazione elettrica (stazione di ricarica/box a muro)
Il FCEV utilizza un serbatoio di idrogeno, una cella a combustibile e una piccola batteria agli ioni di litio come accumulatore intermedio per alimentare la trazione elettrica.
- Batteria da 12 Volt
- Convertitore CC/CC
- Grande batteria agli ioni di litio ad alta tensione
- Convertitore CA/CC
- Motore di trazione ad altomotore di trazione ad alta tensione
- Cella a combustibile
- Serbatoio di idrogeno
Pro e contro dei BEV e dei FCEV
- Trasmissione meno complessa rispetto agli HEV, quindi costi di manutenzione potenzialmente inferiori
- Coppia elevata e buona dinamica di guida grazie alla trazione elettrica pura
- Guida senza emissioni locali
- Con i BEV: Bassi costi di gestione in connessione con un impianto fotovoltaico privato
- Rete meno estesa di stazioni di rifornimento di idrogeno e di ricarica rispetto alle stazioni di servizio convenzionali
- Lunghi "rifornimenti" per i BEV
- Molti modelli sono solo parzialmente adatti per le lunghe distanze
- Senza sovvenzioni, più costosi di analoghi veicoli convenzionali con motore a combustione
Il sistema a bassa tensione di ogni veicolo elettrico
La rete a 12 V del veicolo alimenta le funzioni di comfort, le centraline, i sensori e gli attuatori.
Chiamarla ancora batteria di avviamento nei veicoli moderni, indipendentemente dal fatto che abbiano un motore a combustione interna o siano "completamente elettrici", non rende giustizia ai compiti della batteria a 12 V. In questo articolo abbiamo descritto in dettaglio i compiti che la batteria svolge oltre all'avviamento vero e proprio del veicolo.
Conclusione
Il futuro dell'Automotive è elettrico. Attualmente sono disponibili diversi concetti contemporaneamente, ciascuno con i propri vantaggi e svantaggi. Il cliente ha quindi l'imbarazzo della scelta quando si tratta di scegliere il concetto più adatto alle sue esigenze individuali. I concetti ibridi combinano il meglio dei due mondi. Da un lato, offrono una lunga autonomia grazie a motori a combustione molto efficienti, la possibilità di una guida locale senza emissioni e una coppia elevata fin dall'inizio grazie all'azionamento elettrico supplementare. D'altra parte, il già complesso sistema di trasmissione e trattamento dei gas di scarico diventa ancora più complesso a causa dei componenti elettrici.
La maggior parte delle auto elettriche oggi si affida a una grande batteria agli ioni di litio ad alta tensione per l'accumulo di energia. Le lunghe percorrenze sono ancora limitate ai veicoli premio con grandi batterie di trazione. Tuttavia, la ricerca attuale mira a migliorare ulteriormente la gamma e a fare a meno dei metalli critici. I progressi tecnici e una produzione su larga scala più efficiente saranno inoltre in grado di ridurre ulteriormente il costo della batteria, in modo che le "auto elettriche" diventino competitive in altri segmenti di veicoli. L'uso dell'idrogeno come mezzo di accumulo dell'energia è un altro approccio promettente per il futuro dell'automobile e potrebbe contribuire a superare i due principali inconvenienti delle attuali auto elettriche a batteria: la pesante batteria di trazione e i lunghi tempi di ricarica.
Quale concetto prevarrà in futuro non può essere previsto con certezza a questo punto. È chiaro, tuttavia, che a parte il concetto di guida vero e proprio, non ci sono altre differenze tra i veicoli. Ciò che hanno in comune è l'elettronica installata nel veicolo per i sistemi di comfort e sicurezza, che continuano a basarsi sul sistema elettrico a 12 V e sono supportati da una batteria a 12 V.
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