Oerlikon Graziano lancia la motorizzazione elettrica a 4 velocità

Una soluzione innovativa per una vasta gamma di applicazioni elettriche ed ibride, con aumento di efficienza del 15%

<Lo specialista in trasmissioni Oerlikon Graziano, una sezione della Oerlikon Segment Drive System, presenta la sua innovativa 4SED (4 Speed Electric Drive) per i clienti in tutta Europa.

Questa nuova e compatta trasmissione leggera vanta una maggiore efficienza, un avanzamento senza scatti, e un design scalabile che la rende adatta ad una vasta gamma di veicoli. "Questo è un concetto completamente nuovo di trasmissione che farà progredire lo sviluppo di veicoli elettrici", ha detto Heriberto Diarte, amministratore delegato della Segment Drive System.

Oerlikon Graziano, con oltre 20 anni di esperienza nella progettazione e produzione di propulsione elettrica ed ibrida, ha sviluppato la trasmissione 4SED prevedendo che il mercato ha bisogno di trasmissioni sempre più efficienti per i veicoli a basse o zero emissioni.

Il concetto di design meccanico è stato sviluppato dalla Oerlikon Graziano, mentre il sistema di comando del cambio è stato progettato nel Regno Unito dallo specialista in controller Vocis Driveline.

Il 4SED, sulla base dell'originale eDCT di Graziano, utilizza due motori di trazione in un propulsore molto compatto che fornisce quattro velocità per consentire un utilizzo più vicino al picco di efficienza - circa il 90 per cento. Il risultato è un miglioramento dell'efficienza complessiva fino al 15 per cento, che si traduce in maggiore autonomia o migliori prestazioni del veicolo. "Il design della scatola del cambio è molto semplice", dice Paolo Martelli, responsabile Oerlikon Graziano Automotive Performance.

"La configurazione unica della trasmissione utilizza due alberi di ingresso, ciascuno guidato da un proprio motore elettrico. I due motori che sostituiscono le frizioni gemelle e i sincronizzatori, consentono la preselezione della marcia successiva prima che la precedente sia disinserita, e si può sincronizzare la velocità dell'albero".

L'utilizzo dei motori di trazione permette anche un ridotto utilizzo di algoritmi software rispetto a un normale cambio automatizzato, e non essendoci idraulica, non vi è nessuna necessità di controllo della valvola. La tecnologia è scalabile per soddisfare una vasta gamma di veicoli, auto urbane elettriche, auto ad alte prestazioni, applicazioni ibride 4WD (4 ruote motrici), autobus e camion elettrici.

E' adatta anche per applicazioni con motori a 48V, e "consentendo significativi risparmi sui costi e riduzione dei rischi di alta tensione, il 4SED parla da sè", continua Martelli, "non ha bisogno di frizione, nè sincronizzatore ed è veramente innovativo".

Un minibus elettrico su base Mercedes Vito

Un prototipo è stato montato su un minibus elettrico Mercedes Vito ed è attualmente in giro da rinomati costruttori europei per mostrare le sue caratteristiche uniche. Il riscontro iniziale dei clienti è molto positivo: "Come prima dimostrazione sulla funzione del cambio è molto impressionante, non c'è alcun sensazione di interruzione di coppia e ruota liscio". "Questa trasmissione è perfettamente scalabile per le esigenze del cliente su piattaforme e richiesta di prestazioni diverse.

Maggiori dettagli su questo innovativo 4SED seguiranno al simposio CTI di Berlino in dicembre di quest'anno.>

Questa è una innovazione degna di nota. Se lo sviluppo di questa tecnologia non ha un costo eccessivo, l'aumento di efficienza del 15% porterebbe ad una richiesta inferiore di energia dalle batterie, diminuendo il costo complessivo dell'auto, oppure a parità di accumulatori permetterebbe una autonomia superiore di almeno il 15%.

Resta da vedere se lo stesso risultato si possa ottenere con altre vie: disegni diversi dei motori, software più affinati, riduzione delle masse, minori perdite nei rapporti di riduzione, ecc. In ogni caso lo sviluppo è da premiare, e probabilmente con l'unione di altre strategie porterà ad una maturazione del settore.

Fonte: Comunicato stampa Oerlikon Graziano

Foto: Mercedes eVito

Ricercatori della Rice University sviluppano batteria verniciabile

La tecnica potrebbe trasformare qualsiasi superficie in una batteria agli ioni di litio, e potrebbe essere combinata con celle fotovoltaiche

<I ricercatori della Rice University hanno sviluppato una batteria agli ioni di litio che può essere verniciata su qualsiasi superficie.

La batteria ricaricabile creata dallo scienziato dei materiali della Rice University Pulickel Aiayan è costituita da strati dipinti a spruzzo, ognuno dei quali rappresenta i componenti di una batteria tradizionale. La ricerca appare in Nature's online, rivista dei report scientifici ad accesso libero.

"Questo significa che contenitori tradizionali per le batterie lasciano il posto ad un approccio molto più flessibile che permette tutti i tipi di design e possibilità di integrazione per gli accumulatori", hanno detto Aiayan, Benjamin M. e Mary Anderson Greenwood, professori di ingegneria meccanica e scienza dei materiali e di chimica. "C'è stato molto interesse in questi ultimi tempi nella creazione di fonti di energia con un fattore di forma migliore, e questo è un grande passo in avanti in questa direzione".

Neelam Singh, uno studente laureato alla Rice ed il suo team hanno trascorso ore formulando miscele e collaudando vernici per ciascuno dei cinque componenti stratificati - due collettori di corrente, un catodo, un anodo e un separatore polimerico in mezzo.

I materiali sono stati spruzzati su delle piastrelle in ceramica, su polimeri flessibili, vetro, acciaio inox e anche un boccale di birra per vedere il legame di ogni substrato.

Nel primo esperimento nove batterie su piastrella sono state collegate in parallelo. Una è stato sottoposta ad una cella solare che convertiva la luce bianca di una lampada da laboratorio in energia.

Quando completamente cariche, sia dal pannello solare o dalla corrente di casa, le batterie da sole alimentano una serie di diodi emettitori per sei ore, spiegano alla Rice, fornendo una tensione costante di 2,4 volt.

I ricercatori hanno riferito che le batterie dipinte "a mano" erano coerenti con la loro capacità, a circa il 10% dell'obiettivo. Sono state sottoposte inoltre a 60 cicli di carica-scarica, perdendo solo una piccola percentuale di capacità, ha detto Singh.

...

"La parte più difficile è stata raggiungere la stabilità meccanica, e il separatore ha giocato un ruolo fondamentale", ha detto Singh. "Abbiamo scoperto che il nanotubo e gli strati catodo si collegavano molto bene, ma se il separatore non è stabile meccanicamente avrebbe scollegato il substrato. L'aggiunta di PMMA ha dato adesione al separatore. "Una volta dipinte, le piastrelle e altri oggetti sono stati infusi con l'elettrolita e quindi termosaldati e caricati".

...

I Ricercatori della Rice hanno depositato un brevetto sulla tecnica, che continueranno a perfezionare. Sono attivamente alla ricerca di elettroliti che renderebbero più facile creare batterie dipinte a cielo aperto, e si immagina che anche le loro batterie come un insieme di tasselli possono essere configurate in molti modi.

"Possiamo davvero considerare questo un cambio di paradigma", ha detto Singh.>


Fonte: Rice University

Foto: Per gentile concessione di Neelam Singh/Rice University

Progressi nelle moto elettriche: nel campionato TTXGP stessi tempi delle moto a benzina entro 4 anni

Il TTXGP è un mondiale per moto elettriche nato nel 2009, da un club autonomo rispetto alla FIM (Federazione Internazionale Motociclismo), con lo scopo di sperimentare trazione e batterie di alto livello da trasportare alla produzione di serie.

<Benchè l'atteggiamento dei costruttori sia stato più propenso ad usare la formula come trampolino di lancio per portare agli occhi degli investitori la propria tecnologia, di fatto si è vista una grande varietà tecnica ed una notevole escalation dei risultati, mentre all'inizio più o meno tutti correvano con l'identica formula di una coppia di motori a spazzole anglo indiani di AGNI, la ricerca di maggiori potenze e più elevati rendimenti ha spinto tutti a sviluppare motori specifici in corrente alternata privi di spazzole e pilotati da centraline e in diversi casi dotati di raffreddamento ad olio o ad acqua... differenze si sono viste anche nella collocazione degli stessi, da chi come la australiana Catavolt ha optato per una motoruota da 60 CV, a chi ha collocato alla base del forcellone o nel telaietto della sella motori da 120-130 CV.

La californiana versione stradale di Mission Motors

Tutto questo ha visto crescere molto rapidamente le prestazioni con una progressione estremamente lineare: se per il primo TT è bastata una media di 88 miglia orarie per vincere 2 anni fa è stato sgretolato il tetto delle 100 miglia orarie e quest'anno per un soffio non si sono superate le 110.

Sulla base dell'interpolazione di questi dati il pareggio prestazionale con le moto a benzina di quest'anno so dovrebbe avere nel 2017, pertanto ritenendo che la progressione delle prestazioni delle moto a benzina al TT non sia così veloce, è plausibile ritenere che dal 2018 in poi si avrà una sostanziale parità di prestazioni sul giro tra mezzi elettrici e mezzi a benzina, fermo restando che i mezzi elettrici allo stato attuale non vanno oltre il singolo giro di 66 km mentre invece la superbike si svolge su 6 giri per un totale di circa 400 km, il paradosso è che mentre la parità sulla autonomia con le attuali chimiche è abbastanza lontana, la parità prestazionale è abbastanza vicina... le migliori elettriche girano già più veloci delle supersport 600.>

Se volete caricarvi con un pò di adrenalina guardate questo video sul tracciato alla Isle of Man a bordo del team MotoCzysz.

Fonte: Motorcafè, MotoCzysz

Foto: Mission Motors, Motorcafè

Tesla risponde a domande sul cambio batterie veloce

Dopo la demo pubblica del cambio batterie sulla Tesla Model S, vi è stata una conferenza stampa con il CEO Elon Musk che ha risposto ad alcune domande sul programma.
Ci sono dei particolari interessanti, che fugano dubbi sull'effettiva funzionalità del sistema.

D: per i proprietari sarà necessario fare una prenotazione del cambio batterie?
R: non sono necessarie prenotazioni. Ognuno dei siti sarà rifornito di abbastanza pacchi batteria per soddisfare la domanda.

D: quante batterie saranno disponibili in ogni stazione?
R: dipende da quanto spesso viene usata la stazione. Per la maggior parte di esse ci sarà un magazzino di 50 batterie. Tuttavia, le stazioni affollate ne avranno di più e le stazioni meno affollate ne avranno meno. La quantità sarà essenzialmente allineata in proporzione al numero di unità Supercharger alla stazione.

D: le batterie saranno nuove di zecca?
R: in un primo momento saranno nuovissime. Ma, come i proprietari le useranno, ovviamente accumuleranno cicli di ricarica su ognuno di loro. E saranno monitorati per ottimizzarne le prestazioni, per cui il cliente non dovrà preoccuparsi di questo.

Un momento della demo di cambio batterie Tesla

D: quanto è il costo per aggiornare una stazione di ricarica e permettere lo scambio batterie?
R: il costo è di circa 500.000$ per sito, ed include scavo del pozzo, la costruzione e i materiali. La capacità di energia è già disponibile (fornitura elettrica alla Supercharger)

D: quando sarà pronta la prima stazione di scambio?
R: la prima in California sarà pronta entro fine anno.

D: in che modo i proprietari pagheranno per il cambio batterie?
R: i dati della carta di credito saranno archiviati, così l'operazione sarà veloce.

D: le batterie del futuro Model X avranno la possibilità di cambio?
R: si, il model S e il model X avranno entrambe la possibilità di scambiarsi reciprocamente le batterie.

D: le batterie non sono solo collegate elettricamente all'auto, ma sono raffredate a liquido. Come questo ha influenzato il sistema automatico di scambio?
R: questo è stato un altro ostacolo tecnologico che doveva essere superato durante la progettazione. Alla fine, è stato progettato un sistema che ha permesso ai giunti idraulici di essere collegati e scollegati senza alcuna perdita di liquidi.

Il pacco batterie sottile da posizionare sotto la Model S

D: vedremo stazioni di scambio batterie di terze parti in futuro?
R: Tesla prevede di vendere la tecnologia ad altre imprese in futuro, quindi c'è una buona probabilità di vedere stazioni indipendenti.

D: come è stata sviluppata la tecnologia di scambio delle batterie?
R: il processo è stato impegnativo, come ad esempio i dadi sulla batteria richiedono una coppia precisa di serraggio, ma Tesla è stata in grado di usare la tecnologia e unirla con nuovi processi produttivi per rendere il funzionamento regolare e senza complicazioni al cliente.

Auguriamo a Tesla il meglio anche per questa nuova soluzione.

Fonte: Tesla

Foto: Tesla

Parole e musica

Quando si presenta una canzone si citano gli autori di parole e musica.

Parlando di auto elettriche il paragone è simile. Di parole ne sono state fatte tante, dagli anni 70 quando la crisi petrolifera chiedeva soluzioni alternative per il trasporto di persone e merci, e i veicoli elettrici sembrava dovessero prendere il sopravvento nel giro di poco tempo. Ne sono state fatte tantissime quando alla fine degli anni 80 lo stato della California promulgò leggi durissime contro l'inquinamento veicolare, e una graduale introduzione di mezzi ad emissioni zero avrebbe dovuto sostituire il parco circolante (uno stato come quello della California può far prendere decisioni importanti ad un costruttore automobilistico, impegnando circa 200.000 nuovi mezzi).

In effetti in tutti e due i periodi storici studi e test erano stati fatti, nei primi anni 90 anche con risultati eccellenti. Nella mia formazione di appassionato del settore, non posso dimenticare quell'esempio straordinario che è stata la EV1 di General Motors.

La EV1 di General Motors

La General Motors devo ammetterlo era riuscita a creare un veicolo eccellente e avanti nel tempo utilizzando solo la tecnologia disponibile all'epoca: cioè con batterie al piombo!

Anche se poteva trasportare solo 2 persone la EV1 (il prototipo si chiamava Impact), poteva arrivare a 100 km/h in meno di 9 secondi, raggiungere una velocità autostradale di circa 130 km/h e coprire distanze fino a 145 km, più che sufficienti per la maggior parte degli utilizzatori che ebbero la fortuna di averla in leasing.

Già perchè il leasing era l'unica forma con cui il costruttore aveva deciso di distribuirla, e il riscatto finale non era previsto, cioè una volta finito il periodo la vettura doveva tornare alla casa madre.

A meno che non conosciate questa vicenda, non immaginerete mai cosa successe alle auto tornate dal leasing: queste erano tutte in perfette condizioni, ma la General Motors decise di distruggerle!

Furono accatastate in recinti chiusi in attesa della loro fine prematura. A nulla servirono comitati e incatenamenti degli utenti per scongiurare questa scelta insensata.

O meglio insensata, un senso lo aveva: l'unico modo per fermare un mezzo perfetto era quello.

Un cimitero di EV1

Se siete curiosi di conoscere la vicenda esiste un film distribuito da Sony Pictures dal titolo "Who killed the electric car?" ("Chi ha ucciso l'auto elettrica", qui in versione con sottotitoli in italiano, non è una versione ufficiale ma non credo esista nella nostra lingua).

Aggiungo che l'auto aveva ABS, controllo della trazione, un climatizzatore a pompa di calore che poteva essere attivato prima di salire a bordo durante la ricarica, caricabatterie a induzione (cioè senza contatti), pneumatici con check system per la pressione, regolatore di velocità, ingresso e power con chiave elettronica. Presentata nel 1991.

Poco tempo dopo la California, sotto pressione dei costruttori di auto, abbandonò quelle leggi.

Adesso basta con le parole, servono i fatti. E i fatti dicono che le auto elettriche possono essere costruite con la tecnologia che esisteva 25 anni fa con risultati straordinari, che possono costare meno di una tradizionale, che non esiste un problema di autonomia vero (ricordate la ricarica in mezz'ora gratuita, o la sostituzione con un pacco carico al 100% in 90 secondi?). E poi le soluzioni se volete fare viaggi lunghi ce ne sono quante ne volete, pensateci bene.

Se andate da un concessionario che le ha a catalogo, parlo di Renault Zoe non ci giro intorno, non vogliono venderle.

Il prezzo parte da 21.650 euro, eh sa di sconti non possiamo farli la provvigione per noi è del 5%, un finanziamento agevolato ha un tasso Taeg del 7% circa, la presa a muro deve essere quella certificata da Renault altrimenti niente garanzia, altri 1.000 euro quasi. Poi ci sono le batterie a noleggio, ho chiesto su un periodo lungo mi hanno detto si poteva fare, il massimo che ho ottenuto è 4 anni con 80.000 km totali vengono altri 100 euro/mese, poi devi rifare il contratto di noleggio, in pratica le paghi fino a quando tieni l'auto. Se la tieni 10 anni, in tutto paghi 12.000 euro di batterie.

Un po' carina la mia auto elettrica... mia per modo di dire, non la prenderei a questi prezzi.

Proprio oggi ho sentito un annuncio alla radio per le auto Seat: tasso zero vero, nessuna spesa di apertura pratica, nessuna spesa di incasso rata, 4 anni di incendio e furto inclusi, 4 anni di manutenzione ordinaria inclusa, 4 anni di garanzia. Si chiama Seat Zero Pensieri. Questi le vogliono vendere sul serio! Capito come si fa?

Un sondaggio dice che il 70% degli italiani comprerebbe una auto elettrica, bene.

Mettiamoci insieme, potrei garantirvi che riusciremmo ad avere l'auto dei sogni cioè esattamente come la vogliamo allo stesso prezzo di una Seat con le stesse condizioni della pubblicità che ho sentito.

E potremmo pagare l'energia per farla andare quasi 0. Fine delle parole.

Adesso la musica. Quella che potete ascoltare finalmente senza alzare il volume perchè il rumore del motore semplicemente non c'è. E potete parlare con i vostri compagni di viaggio senza innervosirvi più perchè fino a ieri urlavano per farsi sentire.

Renault Zoe

Quella che avrete negli orecchi anche se la radio è spenta, perchè non dovrete più preoccuparvi di sostituire i filtri, l'olio, le candele, la cinghia di distribuzione, regolare le valvole e tutto il resto. E anche i pedoni ringraziano, la somma del rumore prodotto da tante auto elettriche è sempre minima.

E poi in questi giorni di calura estiva il motore endotermico scalda ulteriormente, provate a mettere una mano sul cofano dopo aver viaggiato per un paio d'ore. Fatelo poi con una elettrica, che non scalda quasi nulla, non rischiate di arrostirvi e le città avranno qualche grado di temperatura in meno.

Fonte: General Motors, Seat, Ecoblog, Renault

Foto: General Motors, Renault

Costi e infrastrutture auto elettrica

Costi

Le auto elettriche sono di per sè più semplici di quelle con motore ICE. Confrontando il motore, si vede che quello elettrico è fatto di poche decine di parti e quello endotermico di parecchie centinaia.

Poi, nel motore elettrico c'è un pezzo solo, l'albero, cui basta una tolleranza di lavorazione di 1/100 di mm, mentre tolleranze simili o anche più spinte sevono su circa 40 parti del motore ICE. Da qui si evidenzia che il motore elettrico prodotto su scala industriale sarebbe almeno competitivo con quello tradizionale.

Considerazioni analoghe si possono fare per il controller elettronico.

Tuttavia, al momento, il costo di un veicolo elettrico è di 1,5-3 volte di quello tradizionale.

Questo perchè la scala di produzione dei vari componenti dell'elettrico è ancora limitata: i motori con potenza da 10 a 60 Kw, adatti alle vetture elettriche, sono prodotti in Italia in poche migliaia di unità l'anno, contro i centinaia di migliaia di motori termici di pari taglia.

A questi costi elevati si deve aggiungere il costo dell'assemblaggio che è praticamente artigianale (quindi anch'esso alto). La soluzione potrebbe essere l'espansione del mercato, in grado di innescare economie di scala e ridurre i costi. Ma poichè i prezzi attuali scoraggiano l'espansione, si crea un circolo vizioso che limita fortemente il decollo dell'elettrico.

Mitsubishi iMiev

Infrastrutture

Il rifornimento è l'altro fattore che condiziona la diffusione.

Se consideriamo che il rifornimento di 30 litri (un contenuto energetico di 270 Kwh) viene effettuato in 1 minuto, abbiamo che la potenza trasmessa dal tubo flessibile della benzina è di oltre 16.000 Kwh (16 Mwh).

Per confronto, un cavo elettrico trifase in media tensione con la stessa dimensione del tubo di benzina ha una potenza di soli 30 Kwh, e il cavo monofase in bassa tensione di casa di soli 3 Kwh.

Ecco perchè il tempo di rifornimento di energia al veicolo elettrico è molto più lungo, anche se la quantità di energia da accumulare è 4-5 volte inferiore, grazie al maggior rendimento della trazione elettrica.

Naturalmente in parte dipende anche dalla chimica delle batterie stesse, che a seconda della coppia elettrochimica utilizzata (piombo, piuttosto che nichel o litio), non permette grosse correnti di ricarica.

In ogni caso, impiegando tutta la notte e utilizzando la rete in bassa tensione di casa, la ricarica permette almeno 150 km di percorrenza (8 h).

Con la sostituzione rapida delle batterie presso stazioni robotizzate di cui parlavamo altrove, ci sarebbero costi alti da sostenere inizialmente (vedi vicenda di Better Place). Però queste stazioni si occuperebbero anche della manutenzione e dell'assistenza delle batterie, con un controllo più alto di quanto potrebbe fare un singolo utente.

Da tenere d'occhio il sistema con noleggio delle batterie, che permetterebbe di non gravare sul costo di acquisto delle batterie stesse.

Fonte: "L'auto elettrica, la tecnica e le prospettive" Pietro Menga - ed. Delfino 1979

Foto: Mitsubishi

Come funziona una auto elettrica - terza parte

Requisiti delle batterie.

Sono in funzione di alcuni fattori:

- assorbimento per determinati percorsi (urbani o extraurbani);

- autonomia desiderata;

- quantità di batterie installate a bordo del veicolo.

Il metro di giudizio più significativo per confrontare le prestazioni è l'energia specifica della batteria, ossia l'energia che può fornire per unita di peso (Wh/kg).

Tipo	Densità di energia	Tensione di una cella	Durata di vita (cicli di carica)	Tempi di carica	Auto scarica mensile	Tensione minima di ricarica (per cella)	Effetto memoria
Piombo	30-50 Wh/kg	2,4 V	200-300	8-16 h	5 %	2,3 V	?
Ni-Cd	48-80 Wh/kg	1,25 V	1500	1 h	> 20 %	1,25 V	Si
Ni-MH	60-120 Wh/kg	1,25 V	300-500	2-4 h	> 30 %	1,25 V	parziale
Ni-MH LSD	60-120 Wh/kg	1,25 V	1800	2-4 h	< 2 %	1,25 V	parziale
Alcalina	80-160 Wh/kg	1,5-1,65 V	100	1-16 h (secondo la capacità)	< 0,3 %	a seconda della batteria	?
Li-ion	110-160 Wh/kg	3,7 V	500-1000	2-4 h	10 %	3,7 V	No
Li-Po	130-200 Wh/kg	3,7 V	300-500	2-4 h	10 %	3,7 V	No

Tabella comparativa principali caratteristiche batterie - Wikipedia

Dato un peso della nostra auto di 1200 kg, con batterie al piombo si ottengono 50-90 km di autonomia in percorso urbano, con un rapporto batteria/peso del veicolo di 0,2-0,3. Con lo stesso carico utile rispetto a una tradizionale il sovrappeso dell'auto sarebbe del 10-20%;

con batterie litio di buona fattura l'autonomia sale a 100-160 km, limitando allo stesso tempo la quantità di batterie al 15-25% del peso del veicolo. Il sovrappeso rispetto a una auto tradizionale si attesta a un 5-15%;

con batterie avanzate (ancora in fase di sviluppo, non in produzione) si potrebbero coprire 200-350km con il 10-20% di peso in accumulatori e un sovrappeso inferiore al 10%.

In percorso extraurbano l'energia specifica assorbita per unità di percorso è un 20% più alta (a 120 km/h), e dello stesso valore si riduce l'autonomia.

Le distanze percorribili con una vettura elettrica possono essere anche maggiori, la società californiana Tesla Motors con la sua Model S lo dimostra.

Tesla Model S

Questa automobile ha prestazioni migliori di molte vetture tradizionali di fascia alta, non a caso al lancio si poneva l'accento sulla migliore accelerazione nei confronti di una berlina tedesca di pari categoria.

Stiamo parlando di un automezzo lungo 4,97 mt, pesante 2,1 tonnellate, con cerchi ruota da 19" (optional da 21"), che impiega 6,2 secondi per coprire lo 0-100 km/h, 190 km/h di velocità massima autolimitata e 60 Kwh di batterie nel modello "base" con le quali percorre fino a 370 km. Il caricabatterie a bordo di questa berlina prevede la presenza di una presa 220V ad almeno 32 Ampere (7 Kwh a disposizione per la ricarica, per effettuare il pieno in 9-10 ore). Il listino in Italia parte da 72.000 euro.

Il modello superiore possiede una batteria di capacità maggiore (ben 85 Kwh!), accelera da 0 a 100 km/h in 5,6 secondi, la velocità massima sale a 200 km/h e si riescono a coprire distanze fino a 480 km.

Se proprio le prestazioni non fossero all'altezza delle vostre aspettative sappiate che esiste anche un versione chiamata "Performance", che si differenzia da quella intermedia per accelerazione (4,4 sec lo 0-100 km/h), e velocità massima 210 km/h.

Questi dati non per esaltare le qualità di questa automobile, che già riscuote enorme successo negli USA, ma per notare che a partire dalla versione base ricaricare le batterie presuppone una potenza installata di almeno 9 Kw, di cui 7 sono impegnati nell'operazione con tempi importanti. Nella versione superiore gli 85 Kwh richiedono quanto meno 12-13 ore partendo da batteria completamente scarica. Quindi, 60 minuti di carica a 7 Kwh permettono di viaggiare per 32 km.

Tesla comunque sta dimostrando di credere in questo settore, tanto che ha previsto per questa astronave la sostituzione rapida del pacco batterie in apposite stazioni debitamente attrezzate, in alternativa alla ricarica da presa a muro o da colonnine pubbliche o da una rete veloce Tesla chiamata "Supercharger".

Con le colonnine pubbliche 60 minuti di carica a 10 Kwh permettono di viaggiare per 48 km.

Utilizzando la rete Supercharger 30 minuti a 120 Kwh permettono di viaggiare per 320 km.

Di queste stazioni di ricarica veloce, con pensiline solari, ne sono state installate negli Stati Uniti 12 unità, che dovrebbero diventare 27 entro l'estate, e crescere ulteriormente fino a coprire il 98% della popolazione USA e parte del Canada entro il 2015. 

Tesla Supercharger - stazione di carica rapida gratuita 120 Kwh, 80% in 30 minuti

Se non bastasse, segnaliamo che la ricarica in queste aree apposite è gratuita, previo esborso di circa 2000 euro come optional (sul listino italiano) al momento della prenotazione vettura. Probabilmente, è una mia riflessione, perché nel nostro paese queste stazioni non sono ancora previste.

Ma allora, se ci sono solo vantaggi ricaricando le batterie in mezz'ora tanto da eliminare dubbi sulle effettive potenzialità dell'auto elettrica, dove sono i problemi?

I problemi possono nascere dall'impiego di una rete esistente di distribuzione pubblica dell'energia che non è adatta a reggere tali carichi. Se una sola auto in carica veloce assorbe 120 kwh, 10 auto assorbirebbero 1.200 kwh, e 100 auto 12.000 kwh (12 Mwh, una centrale!). e 100 auto elettriche in una grande città sono un numero infinitesimo.

Una città di 3 milioni di abitanti ha un parco macchine di 1,8 milioni di automezzi, se la penetrazione di elettriche arrivasse al 5% nei prossimi anni avremmo circa 95000 vetture da ricaricare, forse non tutte contemporaneamente, ma prevederlo è una cosa sensata.

Tornando all'energia specifica è quella che la batteria deve avere all'effettivo regime a cui è previsto che si impieghi. Da tenere presente che la capacità di una batteria decresce all'aumentare della corrente di scarica, ossia l'energia specifica (Wh/kg) diminuisce al crescere della potenza specifica (W/kg) che questa deve fornire.

Quindi per dimensionare bene i requisiti della batteria va definita anche la potenza specifica a cui lavora.

Nei percorsi extraurbani questa coincide con la potenza continua assorbita dal motore elettrico.
In città la potenza media è più bassa, ma la batteria deve poter fornire anche i picchi durante le accelerazioni.

Nei mesi scorsi oltre a Tesla che si posiziona in una fascia di acquirenti medio-alta, hanno fatto la comparsa altre vetture degne di nota, Nissan Leaf e Renault Zoe. Il discreto successo della Leaf, forte di 65.000 consegne in poco più di un anno (a livello mondiale, con Giappone e Usa maggiori acquirenti), e il forte interesse suscitato da Zoe dimostrano che percorrenze reali di 150-170 km con le attuali auto a batterie sono possibili e considerate dagli utenti come il minimo per poter prendere in considerazione il passaggio ad una vettura elettrica.

Studi compiuti da vari paesi in realtà dimostrano che il 95% dei giorni in cui l'auto viene utilizzata percorre meno di 100 km, e addirittura l'80% meno di 60 km. Di conseguenza costosi programmi di ricerca e sviluppo (spesso finanziati dai governi, Usa e Germania in testa), alla ricerca di batterie con energia specifica oltre i 200 Wh/kg che garantirebbero autonomie superiori, servirebbero a meno del 5% di utenti che coprono distanze maggiori.

Settimanalmente vengono mostrati progressi nelle capacità di batterie con coppie elettrochimiche quasi sempre derivate dalle litio-ioni, ma sono altrettanto importanti le performance che riguardano la vita stessa degli accumulatori, e influirebbero verso il basso sui costi di esercizio dell'auto.

Better Place - sistema dimostrativo di scambio batterie

Una soluzione per assicurare percorrenze elevate è senz'altro distribuire le infrastrutture capillarmente sul territorio, sia per la carica che per la sostituzione rapida delle batterie. A questo proposito Renault aveva collaborato con la società israeliana Better Place (purtroppo fallita alcune settimane fa), ideatrice di un sistema con sostituzione rapida delle batterie in apposite stazioni di servizio. L'operazione avviene in meno di 3 minuti, il pacco batterie scarico viene estratto da sotto la vettura da un sistema robotizzato e sostituito con uno completamente carico. Naturalmente le batterie non sono di proprietà dell'utente, al quale vengono proposti pacchetti con tariffe flat come quelle dei telefoni cellulari, dove invece dei minuti inclusi si trovano i km percorsi.

L'idea della sostituzione rapida di tutto il pacco batterie non è nuova, dagli anni 60-70 varie aziende si sono cimentate nel proporre soluzioni che sfruttano questo principio. L'idea di Better Place appariva interessante soprattutto per la modalità di affitto delle batterie. I costi elevati però delle stazioni di sostituzione e il sistema legato ad un produttore di autoveicoli e di pacchi batterie con poche variazioni dimensionali, hanno fatto saltare la neonata azienda.

Da questa collaborazione Renault ha comunque mantenuto l'idea del noleggio batterie, svincolandone quindi il costo dal veicolo, il cui prezzo finale è come quello di una moderna versione turbodiesel. L'idea è buona, bisogna lavorarci, al momento attuale la casa francese propone noleggio per periodi di 2-3 anni (sono possibili altre personalizzazioni), con un limite ai km totali che determina anche il costo stesso del noleggio.
Ovviamente questa proposta permette di avere le batterie sempre efficienti, ed eventuali noie o soste forzate sono agevolate dall'intervento di mezzi di assistenza inclusi nel canone mensile. Ne parleremo meglio nel post dedicato alla prova della Zoe, che ho testato due settimane fa.

Concludiamo ancora con il sistema di sostituzione batterie presentato da Tesla di recente. Nel video di presentazione si chiede se il cliente preferisce la ricarica gratuita (tramite Supercharger in 90 secondi) o quella veloce. In effetti l'utente può scegliere più possibilità: la ricarica domestica o da colonnine pubbliche, la ricarica veloce Supercharger o la sostituzione completa del pacco batterie. Questa strategia multipla lascia utenti con pochi alibi per non prendere seriamente in considerazione il passaggio ad un veicolo elettrico.

Resta da vedere se anche questo sistema risulti costoso e rigido quanto quello di Better Place, ma la strada presa sembra essere quella giusta. Posso confermarlo perchè lo scorso anno, pur non conoscendo i piani di Tesla in questo senso, io stesso ho depositato domanda di brevetto per un sistema di carica rapida tramite scambio batterie. Ne parlerò in un post dedicato a breve.

Fonte: Wikipedia, Tesla Motors, "L'auto elettrica, la tecnica e le prospettive" Pietro Menga - ed. Delfino 1979

Foto: Tesla, Better Place

Come funziona una auto elettrica - seconda parte

In vari siti si trovano informazioni sul funzionamento di una auto elettrica, e degli elementi che la compongono.

Nel sito Nissan ad esempio (che trovate a questa pagina), si dice che la tecnologia è stata perfezionata tanto che le auto elettriche sono ora più pratiche, più potenti, più veloci e più rapide da ricaricare che mai. Questo è vero, ma porta alcune conseguenze che molto spesso i venditori non raccontano (oppure proprio non le sanno, il passaggio dalle auto tradizionali a quelle elettriche richiede un pò di conoscenza del settore). Analizzeremo più avanti i pro ed i contro delle più recenti soluzioni.

Adesso vediamo quali sono i componenti chiave di un veicolo elettrico tipo:

- Connettore - dove inserire il cavo da collegare alla presa di corrente per la ricarica;

- Inverter potenza - trasforma la corrente continua delle batterie (DC) in corrente alternata per il motore (AC);

- Trasformatore/convertitore DC/DC - converte la tensione in corrente continua ad alto voltaggio dell'inverter in corrente continua a 12V per i servizi (luci, frecce, radio, ecc.);

- Caricabatterie - converte la corrente alternata 220V alla presa in corrente continua ad alto voltaggio per ricaricare le batterie;

- Motore elettrico - il cuore del sistema di trazione, converte l'energia elettrica in movimento;

- Riduttore - riduce la velocità di trasmissione da un alto numero di giri nel motore ad un valore molto più basso adatto alla velocità massima che si vuole far raggiungere al veicolo. Il rapporto è fisso, sia nella marcia avanti che in retromarcia.

Estrima Birò, progettazione EV senza schemi tradizionali

Un sistema di trazione così diverso dal solito presuppone una progettazione ad hoc; l'auto elettrica (ma lo stesso discorso posso applicarlo ad altri veicoli elettrici siano scooter o autobus), per ottenere tutti i vantaggi derivanti dall'adozione del motore elettrico e delle batterie deve essere progettata intorno a questi, non può semplicemente ridursi a una trasformazione di vettura con motore ICE in EV.

Il peso eccessivo, la concentrazione di parti rigide dove non serviranno più (il motore è molto più compatto e potrebbe essere vicino alle ruote eliminando anche il differenziale), e la mancanza di rigidità proprio dove sarà chiesta (i contenitori delle batterie, pesanti da 1 a 4 quintali), sconsigliano fortemente l'utilizzo di piattaforme nate per altri usi.

Alcune case automobilistiche hanno lanciato sul mercato dei modelli EV interessanti: cinque posti più bagagli, uno stile finalmente di gran livello come finora non si era visto, autonomie di 150 km e oltre, livello di comfort elevato, manutenzione semplice e prestazioni oltre le aspettative.

Nissan Leaf, auto dell'anno 2011, utilizzata a Londra come taxi

Quasi tutte offrono la possibilità di ricarica veloce, fino all'80% della capacità in mezz'ora da apposite colonnine ad alto voltaggio, oltre al metodo standard da presa casalinga in 8-10 ore per il 100% di energia.

In ogni caso dobbiamo essere onesti con noi stessi: la migliore batteria attuale, ma anche quelle che verranno, non potrà mai competere con la densità di energia contenuta in un litro di benzina. La progettazione dei veicoli elettrici deve non solo usare la migliore tecnologia di batterie disponibile, ma anche sull'ottimizzazione dell'energia da queste accumulata.

L'efficienza del sistema di trazione assume così una importanza strategica, così come la riduzione del dispendio di energia dovuta alla resistenza aerodinamica e all'attrito dei pneumatici, il recupero di energia cinetica in frenata o discesa, la riduzione dei pesi, tutti aspetti sottovalutati fino ai giorni nostri.

Un altro aspetto determinante ai fini del consumo di energia e quindi dei km percorribili, riguarda i sistemi ausiliari, prima fra tutti la climatizzazione dell'abitacolo. Specie in inverno, l'energia richiesta per scaldare l'interno della vettura può arrivare al 30-50% di quella totale.

E' vero che fino alle ultime generazioni di automobili elettriche i sistemi di riscaldamento erano di tipo convettivo, mentre veicoli usciti dal 2011 ad oggi impiegano climatizzatori più efficienti o pompe di calore simili a quelle dei sistemi casalinghi con split. Con tali tecnologie la richiesta di energia è meno spinta, utilizzando un 15% dell'energia in fase di condizionamento estivo, e un 20% dell'energia in fase di riscaldamento invernale. 

Fonte: Nissan.it, "L'auto elettrica, la tecnica e le prospettive" Pietro Menga - ed. Delfino 1979

Foto: Nissan, Estrima

Come funziona una auto elettrica - prima parte

La storia delle auto elettriche a batteria ha origini lontane, gli ultimi anni dell'800.

In quel periodo i motori a scoppio erano inaffidabili, poco efficienti, fracassoni, si avviavano a manovella e la distribuzione del carburante era praticamente inesistente. Motivo per cui l'auto elettrica conobbe un periodo di gloria, almeno fino a quando l'introduzione del motorino di avviamento e la maggiore distribuzione della benzina mostrarono il problema principale di questi veicoli, ossia la scarsa autonomia e la ricarica lenta.

In Italia già nel 1891 in Garfagnana il Conte Carli aveva brevettato un veicolo elettrico per partecipare ad una competizione che si svolgeva alle porte di Parigi, la Parigi-Rouen (trovate maggiori informazioni qui).

Il veicolo elettrico brevettato del Conte Carli, 1891

I veicoli a combustione hanno consentito una mobilità a persone e merci ormai irrinunciabile, ma sono anche tra i maggiori responsabili dei gas inquinanti che coprono le città, ed anche i divoratori del 23% delle risorse mondiali di petrolio.

Un lusso che non potremo permetterci a lungo. Trovare soluzioni alternative per i trasporti su strada è un compito che tutte le case automobilistiche si sono date. Ecco perchè anche l'auto elettrica è stata ripresa, le ricerche sulle batterie intensificate e i limiti tecnici di questi veicoli saranno superati nel giro di pochi anni.

In questa fase è necessaria anche una nuova cultura che spinga per un uso più razionale delle risorse, accettando qualche chilometro in meno di autonomia in cambio di una integrazione maggiore uomo-ambiente.

Dicevamo quindi che le auto elettriche mostrano caratteristiche vantaggiose rispetto a quelle con motore a combustione: hanno una marcia silenziosa e dolce (nessun moto alternativo dei pistoni), sono più facili da guidare (niente cambio nè frizione), più pulite e semplici da mantenere (niente olio e filtri).

Ma uno degli aspetti fondamentali che pone il veicolo elettrico sopra quello tradizionale è senza dubbio il motore elettrico.

Questo è nettamente più efficiente (dal 70 al 95% dell'energia elettrica viene trasformata in movimento, mentre i motori a combustione trasformano dal 15% se a benzina, al 30% se turbodiesel l'energia del carburante in movimento, il restante 70-85% se ne va in calore disperso); con una distribuzione della coppia favorevole che parte dal valore massimo alla partenza, e che quindi rende superfluo l'uso del cambio e della frizione; sovraccaricabile con alti voltaggi senza danni per un periodo breve; composto da poche parti e relativamente più semplice di un motore ICE (un motore elettrico prodotto in 10.000 pezzi costa meno di un motore endotermico prodotto in 1.000.000 di pezzi); estremamente duraturo (alcune tipologie possono durare 2 milioni di chilometri, dopo di che basta cambiare cuscinetti e avvolgimenti e il motore torna nuovo).

Una efficienza così alta si traduce in costi di energia per muoversi molto bassi, consumo inferiore di risorse, riscaldamento minore.

Aggiungiamo altre caratteristiche come minor peso e maggiore compattezza rispetto ai motori a combustione interna (ICE), che permettono una nuova distribuzione delle masse all'interno del veicolo e maggiore spazio a disposizione, e appare chiaro il motivo di come tante aziende nel mondo ormai si cimentano in ricerca e sviluppo in questo settore.

Inoltre ritengo da sempre la trazione elettrica un modo "democratico" per spostarsi: non si è legati ad un monopolio di aziende che controlla il petrolio, ma l'energia che la alimenta può provenire anche da produzione con fonti rinnovabili, idroelettrica, eolica, solare, geotermica, oltre che da combustibili fossili come il carbone o dal nucleare.

Foto: Associazione Antiche Ruote, Kelvin Elettromeccanica