Thermo Management nei veicoli elettrici ed ibridi

Il termine "ibrido", in quanto tale, significa miscela o combinazione. In ingegneria automobilistica, significa che il motore a combustione interna di un veicolo con tecnologia di propulsione convenzionale è stato combinato con gli elementi di un veicolo elettrico.

La tecnologia ibrida sta diventando sempre più sofisticata in tre fasi: dalla tecnologia micro, alla tecnologia mild fino alla tecnologia full hybrid. Nonostante le differenze tecniche, tutte le tecnologie hanno in comune il fatto che la batteria utilizzata viene caricata recuperando l'energia di frenata.

solitamente sono dotati di un motore a combustione interna convenzionale con sistema Start-Stop automatico e recupero dell'energia in frenata (il cosiddetto sistema di recupero dell'energia).

invece dispongono anche di un piccolo motore elettrico e di una batteria più potente. La trazione elettrica ausiliaria viene utilizzata esclusivamente come supporto all'avviamento e per una maggiore erogazione di potenza in fase di sorpasso, il cosiddetto "Boost".

non solo dispongono della funzione "boost", ma possono viaggiare come veicoli elettrici puri. A tale scopo sono dotati di un gruppo propulsore elettrico completo. Tuttavia, questo richiede una batteria molto più potente di un ibrido leggero.

offrono la possibilità di ricaricare gli accumulatori, ad esempio di notte, L'effetto collaterale positivo di questo tipo di veicolo è che l'abitacolo può essere contestualmente portato alla temperatura desiderata già prima della partenza. Ciò significa che il veicolo è immediatamente pronto all'uso la mattina seguente. Il Plug-in Hybrid rappresenta una sottospecie di Full Hybrid.

Attualmente i tipici rappresentanti di veicoli Full Hybrid sono la Toyota Prius, la BMW ActiveHybrid X6 (E72) o la VW Touareg Hybrid. Al contrario, la BMW ActiveHybrid 7 e la Mercedes S400 (F04) sono esempi di un Mild Hybrid.

Come si può vedere dalla panoramica, ciascuna delle tecnologie ha diverse funzioni che contribuiscono al risparmio di carburante. Queste quattro funzioni sono brevemente descritte di seguito.

Per definizione, un veicolo elettrico è un veicolo azionato da un motore elettrico. L'energia elettrica necessaria per il suo movimento è ottenuta da una batteria di trazione (accumulatore), cioè non da una cella a combustibile o da un estensore di autonomia (range extender). Poiché l'auto elettrica stessa non emette sostanze inquinanti durante il funzionamento, è classificata come veicolo senza emissioni.

Nei veicoli elettrici, le ruote sono azionate da motori elettrici. L'energia elettrica è immagazzinata in accumulatori sotto forma di una o più batterie di trazione o di alimentazione.
I motori elettrici a controllo elettronico sono in grado di erogare la coppia massima anche a treno fermo. A differenza dei motori a combustione interna, di solito non richiedono un cambio manuale e possono accelerare fortemente già a basse velocità. I motori elettrici sono più silenziosi dei motori a benzina o diesel, quasi privi di vibrazioni e non emettono gas di scarico nocivi. La loro efficienza di oltre il 90% è molto elevata.

Il risparmio di peso dovuto all'eliminazione dei vari componenti (motore, cambio, serbatoio) del motore a combustione interna è compensato dal peso relativamente elevato degli accumulatori. I veicoli elettrici sono quindi generalmente più pesanti dei corrispondenti veicoli con motore a combustione interna. La capacità della/e batteria/e ha un'elevata influenza sul peso del veicolo e sul prezzo.

In passato, i veicoli elettrici avevano un corto raggio d'azione con una sola carica della batteria. Recentemente, tuttavia, il numero di auto elettriche che possono raggiungere distanze di diverse centinaia di chilometri sta aumentando, ad esempio: Tesla Model S, VW e-Golf, Smart electric drive, Nissan Leaf, Renault ZOE, BMW i3.
Al fine di aumentare ulteriormente la gamma dei veicoli elettrici, a volte vengono utilizzati dispositivi aggiuntivi (di solito sotto forma di motore a combustione interna) per generare elettricità. Si parla di "estensore di autonomia" o "range extender"

Per far sì che un veicolo elettrico possa avere un rendimento elevato, è necessario mantenere la temperatura del motore elettrico, dell'elettronica di potenza e della batteria entro un intervallo termico ottimale. A tal fine occorre dotarsi di un sofisticato sistema di Thermo Management.

Grazie alla loro elevata efficienza, gli azionamenti elettrici emettono poco calore nell'ambiente durante il funzionamento e nessun calore quando sono fermi. Per riscaldare l'auto a basse temperature esterne o per sbrinare i cristalli, sono necessari ulteriori riscaldatori. Questi rappresentano ulteriori utenze di energia e gravano sul peso a causa del loro elevato consumo energetico. Consumano parte dell'energia immagazzinata nella batteria, il che ha un notevole effetto sull'autonomia, specialmente in inverno. I riscaldatori elettrici integrati nel sistema di ventilazione sono una forma semplice, efficace ma anche molto dispendiosa in termini di energia. Per questo motivo vengono ora utilizzate anche pompe di calore ad alta efficienza energetica. In estate possono essere utilizzate anche come impianto di climatizzazione per il raffreddamento. I riscaldatori dei sedili e i vetri riscaldati portano il calore direttamente nelle zone da riscaldare, riducendo così anche il fabbisogno di riscaldamento dell'abitacolo. Le auto elettriche spesso trascorrono i loro tempi di inattività nelle stazioni di ricarica. Qui, il veicolo può essere riscaldato o raffreddato prima dell'inizio del viaggio senza caricare la batteria. Lungo il percorso, è richiesta molta meno energia per il riscaldamento o il raffreddamento. Nel frattempo vengono offerte anche applicazioni per smartphone con le quali è possibile controllare il riscaldamento a distanza.

I componenti ad alta tensione sono sempre presenti su veicoli elettrici ed ibridi e sono contrassegnati con targhette di avvertenza univoche. Inoltre, tutti i cavi ad alta tensione di tutti i costruttori sono realizzati con un colore arancione brillante.

La seguente procedura si applica quando si lavora su veicoli con impianti ad alta tensione:

1. Togliere tensione
2. Impedirne il reinserimento
3. Accertare la mancanza di tensione

Osservare le specifiche dei costruttori di veicoli e i nostri consigli per l'officina!

Nei sistemi a trazione convenzionali con motore a combustione interna, la climatizzazione dell'abitacolo dipende direttamente dal funzionamento del motore, a causa dell'azionamento meccanico del compressore. Anche sui veicoli definiti dagli esperti Micro Hybrid e che dispongono solo della funzione Start-Stop, vengono montati compressori con trasmissione a cinghia. Da questo deriva il seguente problema: in caso di arresto del veicolo e spegnimento del motore, la temperatura all'uscita dell'evaporatore del climatizzatore aumenta già dopo 2 secondi. Il conseguente lento aumento della temperatura di uscita della ventilazione e l'aumento dell'umidità dell'aria vengono percepiti con fastidio dai passeggeri.

Per ovviare a questo problema, possono essere utilizzati accumulatori di freddo di nuova concezione, i cosiddetti evaporatori ad accumulo.

I conducenti di veicoli con impianti ad alta tensione (HV) non sono esposti ad alcun pericolo elettrico diretto, nemmeno in caso di guasto. Numerose misure adottate dai costruttori di veicoli garantiscono la sicurezza del sistema di alta tensione.

Anche l'assistenza in caso di guasto di veicoli con impianti di alta tensione è innocua, purché non sia necessario alcun intervento sull'impianto di alta tensione per eliminare i guasti.

Tuttavia, sussistono pericoli in caso di guasto o di traino di veicoli danneggiati da un incidente o che devono essere trainati fuori dalla neve e dall'acqua. Sebbene la sicurezza intrinseca dei veicoli per la protezione contro i rischi di scosse elettriche o archi elettrici sia molto elevata, non esiste una sicurezza completa o al 100% per ogni caso di danno. In caso di dubbio, devono essere prese in considerazione o richieste se non disponibili le rispettive informazioni del costruttore del veicolo.

L'assistenza in caso di guasto di veicoli elettrici ed ibridi può essere fornita da chiunque sia stato appositamente qualificato a tale scopo. I soccorritori ricevono quindi istruzioni per la progettazione e il funzionamento di veicoli con impianti ad alta tensione. Per i lavori non elettrici valgono i requisiti e le condizioni specifiche del rispettivo paese (per la Germania si applica l'informazione DGUV 200-005 "Qualificazione per lavori su veicoli con sistemi ad alta tensione" (precedentemente BGI 8686). Si prega di osservare le rispettive condizioni specifiche del paese.

Rispettare tassativamente le prescrizioni del costruttore! Solo pochi veicoli possono essere avviati da terzi attraverso l'impianto elettrico di bordo a 12/24 V DC. Dopo lo spegnimento possono essere presenti tensioni residue pericolose che non vengono scaricate tramite resistenze a scarica continua. Prima dell'apertura, osservare le istruzioni per l'uso e/o le informazioni tecniche del costruttore del veicolo.

• I veicoli non danneggiati possono generalmente essere caricati su un veicolo di recupero (veicolo a piattaforma).
• Quando si traina con un'asta o un cavo, è necessario rispettare le specifiche del produttore.
• Per recuperare i veicoli in sicurezza, devono essere prese in considerazione tutte le misure del capitolo "Assistenza sicura con i veicoli elettrici".
• Se il veicolo viene trainato/ripristinato con un verricello, nessun componente AT deve trovarsi nella zona dei punti di attacco e né deve essere danneggiato. Lo stesso vale per il sollevamento con un martinetto o una gru di carico.