Tendenze della mobilità elettrica: ecco cosa cambierà per i veicoli elettrici nel 2023

I veicoli elettrici diventeranno sempre più potenti, la tecnologia delle batterie e dei motori si svilupperà ulteriormente, i sistemi di assistenza diventeranno sempre più intelligenti. Vi forniamo una panoramica delle attuali tendenze della mobilità elettrica.

Gli sviluppi per i veicoli elettrici hanno ancora molto in serbo. I motori elettrici, le batterie e i sistemi di assistenza diventano sempre più potenti. A livello globale c’è una grande competizione per l’autonomia, le prestazioni e il comfort. Il peso e la potenza svolgono un ruolo importante, in quanto le batterie sono pesanti. Le auto elettriche pesano fino al 30% in più rispetto ai loro equivalenti con motore a combustione interna, indipendentemente dalla classe del veicolo. La grande sfida è quindi quella di ridurre il peso e aumentare la potenza e l'autonomia della batteria. In fin dei conti, però, un veicolo elettrico dovrebbe avere un prezzo accessibile a tutti. Un conflitto di obiettivi che può essere ottimizzato con tecnologie intelligenti e l'aumento delle quantità prodotte.

Tendenza 1: tecnologia di trazione

Di primo acchito, la trazione elettrica sembra meno complessa di un motore a combustione interna. A livello superficiale ciò è corretto, poiché viene meno la complessa tecnologia del motore e del cambio. Ovviamente anche il post-trattamento dei gas di scarico non è più necessario. D'altra parte, la trasmissione elettrica comprende una sofisticata elettronica di potenza e una gestione della ricarica e termica altrettanto complessa.

 

Esistono diversi modi per realizzare il motore elettrico e l'elettronica di potenza: separatamente o in un'unica unità. Per ridurre i costi, molte case automobilistiche si affidano a unità di trasmissione complete. Oltre all’alternatore (400-800 V) e all'elettronica di potenza, comprendono anche un cambio a una o due velocità. Nel settore dei veicoli commerciali, anche i sistemi frenanti, compresa la funzione di recupero, sono talvolta parte integrante dell'unità di trasmissione, ossia si tratta di un asse elettrico completo. Soprattutto i costruttori di veicoli sportivi impiegano rispettivamente un alternatore per asse per creare un veicolo a trazione integrale. Il vantaggio: l'elettronica può azionare i motori individualmente in base al carico, nonché alla situazione guida e ambientale, distribuendo così con precisione le coppie (su ogni singola ruota > torque vectoring). Generalmente sull'asse motore vengono utilizzati motori sincroni a eccitazione permanente. Per le versioni a trazione integrale si ricorre al supporto di un motore asincrono. Le nuove tecnologie, come i semiconduttori al carburo di silicio o gli speciali avvolgimenti hairpin dello statore, migliorano le prestazioni del motore.

Tendenza 2: tecnologia delle batterie

Oltre alla riduzione del peso e dei costi, un altro fattore decisivo per le batterie è la densità energetica. Attualmente si utilizzano soprattutto batterie agli ioni di litio. La tecnologia è matura, la durata è buona, il funzionamento sicuro e affidabile. Ma ci sono anche degli svantaggi: le batterie agli ioni di litio sono relativamente pesanti e i tempi di ricarica sono relativamente lunghi. Le tecnologie di ricarica rapida non si sono ancora del tutto affermate a causa dell’infrastruttura di ricarica dalle prestazioni insufficienti. Anche i costi sono relativamente elevati. Tuttavia, diminuiranno con il potenziamento della produzione. Inoltre, le batterie agli ioni di litio contengono materiali che possono essere nocivi per l'ambiente se riciclati in modo non corretto. Ma anche i processi di riciclaggio vengono costantemente migliorati.

 

Un’alternativa promettente alle batterie agli ioni di litio sono le batterie allo stato solido. che non utilizzano elettroliti liquidi. Il vantaggio è la maggiore densità energetica e la maggiore sicurezza. Sono in fase di sviluppo anche batterie agli ioni di sodio e zinco-aria. Interessante è anche la cosiddetta batteria SALD (Spatial Atom Layer Deposition). Alla base della tecnologia agli ioni di litio sono le nanotecnologie. In futuro, i veicoli elettrici avranno un'autonomia ben superiore ai 1000 km. La ricarica sarà cinque volte più veloce. Quindi c'è ancora molto da fare nel campo della tecnologia delle batterie!

Tendenza 3: gestione termica

La gestione delle temperature di sistema delle batterie, nonché il raffreddamento dell’alternatore e dell'elettronica di potenza sono essenziali per i veicoli elettrici. Le batterie devono essere mantenute entro un certo intervallo di temperatura per ottenere un rendimento ottimale. La vita utile si riduce a partire da una temperatura di funzionamento di +40 °C, mentre il rendimento e la potenza diminuiscono sensibilmente al di sotto dei -10 °C.

 

Inoltre, si verificano picchi di carico dovuti al boosting o al recupero dell'energia di frenata, che causano l'aumento delle temperature di sistema. Anche la differenza di temperatura tra le singole celle non deve superare un certo valore: 20 °C sono ottimali. Inoltre, il calore dell'elettronica di potenza e dell’alternatore deve essere dissipato per evitare danni e mantenere il rendimento.

Il Coolant Control Hub collega i circuiti di raffreddamento della batteria, del motore elettrico e dell’abitacolo del veicolo. Figura: HELLA

Il Coolant Control Hub collega i circuiti di raffreddamento della batteria, del motore elettrico e dell’abitacolo del veicolo. Figura: HELLA

In combinazione con l’impianto di climatizzazione del veicolo, i veicoli elettrici dispongono quindi di un sistema di gestione termica molto complesso e sofisticato, con diversi circuiti di raffreddamento e diversi liquidi di raffreddamento. HELLA collega quindi i circuiti di raffreddamento della batteria, del motore elettrico e dell'abitacolo del veicolo con il cosiddetto Coolant Control Hub (CCH) in un'unità. Grazie a questa centralizzazione, il CCH garantisce una maggiore efficienza, tempi di ricarica più brevi e una maggiore autonomia. Le energie termiche possono essere distribuite in modo ottimale.

Tendenza 4: climatizzazione dell'abitacolo

Nei moderni veicoli elettrici, per riscaldare l'abitacolo e condizionare le batterie ad alta tensione si utilizzano riscaldatori elettrici ad aria o ad acqua, a bassa o alta tensione. Con il riscaldamento ad aria, simile a quello di un asciugacapelli, l'aria viene fatta passare attraverso serpentine che la riscaldano. Vengono utilizzati elementi riscaldanti PTC (coefficienti di temperatura positivi). Con un riscaldatore ad acqua, l'acqua viene riscaldata in un circuito, ancora una volta in modo elettrico e quindi il calore viene rilasciato nell'abitacolo del veicolo.

 

Una soluzione più efficiente è l'utilizzo aggiuntivo di una pompa di calore. Un riscaldatore PTC viene utilizzato solo per esigenze di riscaldamento elevate o rapide. In inverno, la pompa di calore estrae energia termica anche dall'aria fredda esterna. È quindi possibile convertire in calore energia pari a fino a tre chilowattora da un chilowattora proveniente dalle celle della batteria dell'auto elettrica. Ed è possibile farlo in modo ancora più efficiente: anche il motore elettrico e le batterie stesse generano calore, anche se in misura ridotta. Anche questo calore dissipato può essere utilizzato per il riscaldamento dell’abitacolo.

Tendenza 5: sistemi comfort e di assistenza

I sistemi di comfort e assistenza svolgono un ruolo centrale anche nei veicoli elettrici.  Come sappiamo dalle classiche auto con motore a combustione interna, sono integrati l'ABS, l'ESP, i sistemi antislittamento (ASR) e molti altri ADAS. A questi si aggiungono numerosi sistemi di controllo della distanza e di riconoscimento dei segnali stradali, assistenti alle luci e alla pioggia e sistemi di assistenza al parcheggio. HELLA è il leader innovativo per i relativi sensori, attuatori e soluzioni di telecamera e offre un'ampia gamma di soluzioni di sistema. Inoltre, HELLA si concentra in modo mirato sui componenti che rendono la guida autonoma sicura per il traffico e il futuro a tutti i livelli.

Il sistema di segnalazione pedoni AVAS simula i rumori del motore. Figura: HELLA

Il sistema di segnalazione pedoni AVAS simula i rumori del motore. Figura: HELLA

Ovviamente, il processo di ricarica è una peculiarità dei veicoli elettrici: l'attuatore elettronico dello sportello di ricarica (eLA) di HELLA, ad esempio, supporta il processo di ricarica. Con l'aiuto dell'eLA, è possibile integrare ulteriori funzioni speciali individuali per comfort e sicurezza maggiori. Gli innovativi componenti per l’illuminazione visualizzano lo stato della batteria e la modalità di ricarica. A questo si aggiunge un effetto collaterale positivo per le auto elettriche: non emettono praticamente alcun rumore. Tuttavia, ciò può comportare rischi per la sicurezza di pedoni e ciclisti, soprattutto in ambiente urbano. Semplicemente i veicoli non si sentono. Ecco perché il sistema di segnalazione acustica AVAS (Acoustic Vehicle Alerting System) di HELLA garantisce una maggiore presenza acustica nel traffico stradale a bassa velocità. In un certo senso, simula i rumori del motore a combustione interna. In questo modo, l'AVAS contribuisce alla sicurezza del traffico e i veicoli vengono notati.

Tendenza 6: tecnologia degli pneumatici

Fondamentalmente, gli pneumatici dei veicoli con motore a combustione interna e delle auto elettriche non presentano differenze. Nei capitolati sono riportati gli stessi requisiti. Ad esempio, una buona aderenza sul bagnato e buone prestazioni in frenata sono importanti in entrambi i casi. Tuttavia, è possibile formulare quattro caratteristiche che svolgono un ruolo specifico per le auto elettriche.

 

-Un comportamento di rotolamento silenzioso, il veicolo elettrico stesso non genera pressoché nessun rumore di guida - Elevata resistenza alla coppia e all’attrito. La coppia, in parte molto elevata, nei veicoli elettrici si applica immediatamente e direttamente - La resistenza al rotolamento, inversamente proporzionale all’autonomia - L'indice di carico, cioè la portata dello pneumatico, che alcune case costruttrici di pneumatici adattano a causa del peso maggiore del veicolo

Impatto sull’aftermarket

Il veicolo elettrico ha meno componenti di trasmissione che devono essere sottoposti a controllo e manutenzione regolari. Anche l'olio del motore e della trasmissione non è più necessario, sebbene nelle unità di azionamento elettriche vengano utilizzati oli non conduttivi per la lubrificazione e la dissipazione del calore. Fondamentale è però la gestione termica, che in futuro sarà al centro dell'attenzione dell'assistenza automobilistica. Per l’assistenza delle auto elettriche, tutti gli esperti parlano del nuovo "cambio dell'olio” riferendosi alla manutenzione del sistema di gestione termica e al cambio dei liquidi di raffreddamento. Inoltre, si può ipotizzare che, ad esempio, i componenti del telaio come i cuscinetti o gli ammortizzatori siano soggetti a una maggiore usura. I veicoli elettrici sono semplicemente più pesanti e spesso hanno una potenza maggiore.

 

Per gestire la "tecnica dei veicoli elettrici", il personale delle officine automobilistiche deve avere una formazione adeguata. Per poter lavorare sui veicoli ad alta tensione sono necessarie diverse qualifiche. A tal fine HELLA offre corsi di formazione completi. A ciò si aggiunge l'attrezzatura adeguata per l'officina. Nel dubbio, si comincia dalla piattaforma di sollevamento che deve sollevare un peso maggiore; anche per la postazione di lavoro si devono prevedere misure di sicurezza adeguate. In fin dei conti, alle officine automobilistiche il lavoro non mancherà. Al contrario: le attendono nuovi compiti "elettrizzanti"!