Motori per Auto Elettriche, come sono progettati e come funzionano
Alla base di una vettura BEV (Battery Electric Vehicle) ad emissioni zero, c’è un motore elettrico per auto, ovvero un apparato progettato specificatamente per un utilizzo automobilistico, in termini di potenza, coppia, consumi e sforzo richiesto durante la marcia.
Vediamo tutto quello che c’è da sapere in merito ai motori elettrici.
Motori elettrici di automobili, una breve introduzione
Alla base di ogni vettura c’è il propulsore che in origine, ovvero nel 1876, era a combustione interna o endotermico (a ciclo Otto, dal nome del suo inventore Nikolaus Otto).
Oggi, tuttavia, il motore termico è arrivato alla sua fase finale e perciò, sono in sviluppo le auto con motore elettrico che, invece di sfruttare la combustione come processo per generare energia meccanica, sfruttano l’elettricità.
Volkswagen ID.5
Il motore di un’auto elettrica è concettualmente completamente diverso da un motore termico; tuttavia, il risultato è simile: il propulsore spinge la vettura utilizzando l’energia accumulata nella batteria, anziché quella di un combustibile immagazzinato nel serbatoio.
È proprio questa la grande differenza: all'interno dell’auto elettrica, i motori non producono gas di scarico e neppure vapore acqueo, a differenza di quelli ad idrogeno. Le emissioni sono quindi pari a zero, una manna per l’ambiente.
Auto elettrica, come funziona e limiti di utilizzo
La struttura e il funzionamento di un’automobile con motore termico sono informazioni che vengono insegnate alla Scuola Guida, necessarie per ottenere la Patente di Guida. Per quanto riguarda l’auto elettrica, il funzionamento è comparabile ma la logica di produzione dell’energia per il movimento e l’architettura sono diverse.
Se il pacco batteria custodisce l’energia per azionare il propulsore, rimpiazzando quindi il serbatoio di carburante, il motore di una macchina elettrica è l’apparato che converte l’energia elettrica in energia cinetica, ovvero di movimento. Non ci sono cilindri, iniettori, candele o marmitte, i componenti di un motore elettrico sono differenti.
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Eppure, lo schema di un’auto elettrica è confrontabile con quello di una vettura tradizionale, vediamo quali sono le differenze.
Le differenze tra il serbatoio di carburante e la batteria
Il serbatoio carburante di una vettura tradizionale è di solito alloggiato in zona posteriore, sotto il divano passeggeri, in modo tale da non essere direttamente urtato in caso di tamponamento, il quale potrebbe creare scintille e quindi infiammare il combustibile.
Le batterie di una vettura elettrica invece, grazie alla sua particolare architettura, sono normalmente posizionate sotto il pianale, anche a causa del loro rilevante peso. Questa posizione permette di abbassare il baricentro dell’auto, garantendo una buona stabilità e tenuta di strada.
Le difficoltà nella conversione di una vettura tradizionale in un’elettrica BEV
Purtroppo, la presenza della batteria è anche il motivo principale per il quale è difficile convertire un’automobile a benzina in una vettura a trazione elettrica e viceversa, inoltre, è la ragione per cui le auto elettriche oggi hanno prezzi alti, dovuti ai notevoli costi di sviluppo.
Le auto elettriche necessitano di una progettazione, di piattaforme e di telai a loro dedicati. Elettrificare un modello già esistente, con un design già definito, progettato sulla base di un motore termico, può essere un’autentica sfida.
Tesla Model S
Alcune Case automobilistiche hanno optato per una line-up di vetture con sola architettura elettrica, in primis Tesla, nata già elettrica, con le sue Model 3, Model Y, Model S, ecc.
La maggior parte dei competitor si sono però dovuti adattare: Volkswagen ha sviluppato le sue ID.3, ID.4 e ID.7, la casa d'oltralpe Renault ha esordito con la Zoe, ha resuscitato la Renault 5 e ha elettrificato la Scenic, il gruppo Stellantis ha progettato la FIAT 600e e la Jeep Avenger pensando già alle zero emissioni, tuttavia la Peugeot e-208, la Citroën ë-C3 e la Opel Corsa Electric sono state realizzate sulla base di vetture con motore termico già esistenti.
Molti costruttori, per semplificarsi la vita, hanno realizzato piattaforme flessibili, in grado di ospitare motorizzazioni elettriche, termiche o ibride.
I componenti di un’auto elettrica
L’inverter
Il funzionamento di un’auto elettrica è garantito, di norma, da un inverter (o raddrizzatore) che converte la corrente continua della batteria in corrente alternata per il motore elettrico.
Viceversa, questo dispositivo permette anche di ricaricare il pacco batterie quando il motore elettrico produce corrente, ovvero in fase di rallentamento e frenata.
Ricarica di un Auto Elettrica tramite Wallbox
L’inverter di un’auto elettrica funziona inoltre come gestore dell’acceleratore e dell’erogazione di coppia e potenza. Di fatto, questo dispositivo garantisce la migliore fluidità ed erogazione della potenza in un motore elettrico.
La trasmissione
Le auto elettriche hanno il cambio? Di norma no, anche se abbiamo eccezioni, a seconda di come è disegnata l’architettura e di quali tipologie di motori per veicoli elettrici vengono dedicate ad ogni singolo modello. La presenza o meno del cambio è data dalle specifiche e dalle necessità di utilizzo di un determinato veicolo (esigenze di carico, di trasporto, di prestazioni, ecc.).
Per le auto elettriche, il funzionamento in sincronia di tutti gli organi è importante e fondamentale per l’armonia, proprio come avviene in un’orchestra: tutti gli organi meccanici ed elettrici sono strettamente collegati fra loro e interconnessi.
Di seguito, vediamo come è fatto un motore elettrico per auto, così da capire la logica di progettazione e di funzionamento delle auto elettriche, le loro caratteristiche e le differenze rispetto alle vetture termiche oppure alle auto ibride che conosciamo già e che vediamo circolare sulle strade.
Motori elettrici per auto, caratteristiche e specifiche
Se conosciamo come funziona un motore a combustione interna con cilindri e pistoni, vediamo ora come è fatto il motore elettrico di una BEV (Battery Electric Vehicle), quella che molti chiamano EV (Electric Vehicle), ad emissioni zero.
Il motore elettrico per auto è in realtà molto semplice ed è formato essenzialmente da due componenti abbinati: il rotore e lo statore, i quali generano due campi magnetici necessari per produrre la coppia da trasmettere alle ruote, al fine della trazione.
Componenti di un Motore Elettrico
Questi organi possono essere entrambi alimentati in corrente continua oppure alternata, mentre nel motore brushless per auto elettrica, chiamato così perché si tratta di un motore sincrono senza spazzole, viene alimentato solo lo statore.
Le tipologie di motori per auto elettriche
Che tipo di motore usano le auto elettriche? La tecnologia più diffusa è appunto il motore sincrono a magnete permanente "brushless", alimentato a corrente continua. Questo motore ha la prerogativa di supportare coppie e velocità diverse, inoltre è molto efficiente a livello di consumo. Può funzionare anche con corrente alternata.
Alcune vetture, come la francese Renault Zoe, utilizzano un motore sincrono semplice, mentre l’americana Tesla adotta un motore elettrico “asincrono brushless". In futuro vedremo tecnologie sempre più evolute su questo fronte.
Come funziona il motore elettrico di un’auto? Il rotore “brushless” (senza spazzole) è dotato di “solo” due magneti permanenti che generano un campo magnetico variabile all’interno dello statore, senza utilizzare bobine, né avvolgimenti con fili di rame.
I vantaggi del motore elettrico
Il principale vantaggio del motore elettrico per auto è il funzionamento: questo garantisce un’efficienza intorno al 90-94%, mentre quella di un motore termico moderno ed efficiente si aggira attorno al 50%. Il motivo di questa discrepanza è dovuto dal fatto che il resto dell’energia contenuta nel combustibile si disperde nell’ambiente sotto forma di calore.
Un altro vantaggio è il peso: questo si aggira attorno ai 50 Kg, mentre un motore termico può pesare anche 200-300 Kg.
Motore Sincrono a Rotore Avvolto e Pacco Batteria al Litio di Renault 5 E-Tech electric
Un ulteriore plus del motore elettrico per auto è il suo volume, decisamente più contenuto rispetto ad un motore termico, anche se questo vantaggio è controbilanciato dal volume e dal peso non indifferenti del pacco batterie in dotazione alla vettura elettrica, molto più grande e pesante della batteria di un’auto termica, la quale deve alimentare solo l'accensione, la centralina motore, i servizi quali l’infotainment e poche altre funzioni, non certo l’intera trazione.
Il costo di un motore elettrico e la sua durata vitale
Molti si chiedono: quanto costa un motore elettrico per auto? Difficile trovare un prezzo, così come lo è con i motori termici. Dipende dalla tecnologia, dalle caratteristiche, dalle prestazioni erogate e soprattutto, dai volumi di produzione.
Se questi ultimi sono maggiori, abbassano di conseguenza i costi di produzione della vettura e quindi anche il prezzo di vendita al pubblico.
Possiamo comunque ipotizzare che questa tipologia di motore costi meno della metà di un propulsore termico.
Alla domanda su quanto dura il motore di un’auto elettrica è più facile rispondere: un motore elettrico è praticamente eterno, può arrivare tranquillamente anche a 500.000 chilometri, a patto che venga effettuata una manutenzione periodica, anche minima.
La ricarica di un’auto elettrica: come funziona e cosa ci serve
Per l’auto elettrica, come funziona la ricarica? In ambito domestico ci sono due modalità:
- la ricarica con la presa Schuko, quella della lavatrice, la quale avviene in corrente alternata (AC) a 16A e 220 V per intenderci.
- La ricarica tramite Wallbox, un dispositivo che deve però essere installato nel nostro garage, dalla casa madre del nostro veicolo elettrico oppure anche da aziende terze del settore.
Quando siamo fuori casa, oppure se non disponiamo di un garage, dovremo utilizzare ricarica alle colonnine pubbliche in corrente continua (DC), fruibile tramite l’utilizzo di un cavo EV di Tipo 2, in modalità veloce oppure rapida.
Ricarica in garage oppure alle colonnine: quale conviene
La modalità casalinga è sicuramente più economica, soprattutto per chi ha una tariffa notturna conveniente, la macchina può anche ricaricarsi lentamente durante la notte.
Le stazioni di ricarica presenti sul territorio sono più veloci o addirittura ultrarapide; tuttavia, hanno dei costi maggiori che variano in base al fornitore o all’abbonamento di cui si dispone.
Tesla Model 3 e Model Y in Ricarica alle Colonnine
Alcune Case costruttrici hanno stipulato delle convenzioni con i maggiori fornitori di corrente elettrica, al fine di agevolare i propri clienti con una card dedicata.
Diversi fornitori, come Ionity ed Enel X, forniscono un servizio eccellente, mettendo a disposizione degli automobilisti “green” un’ampia rete di stazioni dedicate sul territorio europeo, utilizzabili dai propri clienti attraverso un abbonamento.
