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Auto elettrica
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Veicoli elettrici puri ed "auto ibride"
I veicoli che utilizzano sia motori elettrici che motori a combustione
interna (ICE: Internal combustion engine) sono noti come ibridi . In tali
veicoli, gli accumulatori vengono ricaricati da un motore a combustione interna.
I veicoli elettrici più diffusi sono automobili, piccoli autocarri, biciclette
motorizzate, scooter elettrici, veicoli per campi da golf, carrelli elevatori e
veicoli simili, perché di solito gli accumulatori erano poco adatti per
applicazioni che abbisognano di un più vasto raggio d'azione oppure di una
grande potenza e capacità di carico, questo però ora non ha impedito la
realizzazione di camion, moto, pullman ecc. elettrici.
I veicoli elettrici hanno complessivamente una maggiore efficienza
energetica rispetto a quasi tutti i motori a combustione interna. Un motore
a benzina ha una efficienza energetica del 25%, un diesel si avvicina al 40%,
mentre un motore elettrico a induzione in corrente alternata ha un'efficienza
del 95%. Non producono fumi di scarico né vapor d'acqua) e, complessivamente,
producono un inquinamento praticamente nullo se riforniti con energia prodotta
da fonti rinnovabili.
Grazie alla elevata coppia prodotta dai motori elettrici, i veicoli elettrici
hanno buone prestazioni in accelerazione, tali da superare i veicoli
convenzionali alimentati a benzina. I nuovi modelli possono viaggiare per
centinaia dichilometri con una sola carica, anche dopo 160.000 km di impiego
delle stesse batterie. I veicoli elettrici, riducendo la dipendenza
dal petrolio, potrebbero rallentare il riscaldamento globale (attenuando
l'effetto serra), sono più silenziosi rispetto ai motori a combustione interna e
non producono fumi nocivi. Come svantaggi si ha una limitata autonomia tra le
ricariche, il tempo di ricarica, e la scarsa durata delle carica delle batterie,
anche se nuovi tipi di batteria ricaricabile e nuove tecnologie di carica (e di
scarica) ne hanno incrementato l'autonomia e la vita utile, riducendone
contemporaneamente il tempo di carica.
Anche se alcuni modelli vengono ancora prodotti in quantità limitate, alcuni BEV
(Battery electric vehicle) che si sono rivelati adatti alle strade (e molto
popolari come il GM EV1) sono stati ritirati dal mercato e sono stati rottamati
dai loro costruttori.
Un piccolo numero di modelli di futura produzione sono stati annunciati, anche
se molti altri sono stati costruiti come prototipi. Negli Stati Uniti, molti tra
i più pratici BEV sono un fai-da-te di veicoli con motore a combustione interna,
eseguiti da hobbisti, dal momento che una produzione industriale è praticamente
inesistente. I maggiori costruttori di automobili USA sono stati accusati di
aver deliberatamente sabotato i loro sforzi per la produzione di veicoli
elettrici.
Le compagnie petrolifere hanno registrato ed acquistato i brevetti di molti tipi
di batteria, ed hanno utilizzato la "patent protection" per impedire che la più
moderna tecnologia delle batterie ricaricabili venisse utilizzata nelle auto
elettriche (vedi più sotto).
Confronto con i veicoli a combustione interna
Nel 1899 l'auto elettrica Jamais Contente fu la prima a superare i 100 km/h su
pista. Sembrava una promessa per le auto elettriche, ma nel corso del XX
secolo queste sono diventate molto più rare rispetto ai veicoli con motore a
combustione interna.
È utile mettere a confronto vetture elettriche e veicoli a combustione interna
per alcuni aspetti.
Costi operativi ed assicurativi
I veicoli elettrici (negli USA) hanno dei costi operativi che variano tra 1 e 2
centesimi di euro per chilometro, mentre (sempre negli USA, dove la benzina è
poco o per nulla tassata) i veicoli tradizionali a benzina hanno costi operativi
maggiori da circa 4 a 6 volte tanto [1].
Il costo principale del possesso dei BEV moderni dipende principalmente dal
costo delle batterie, il tipo e la capacità di esse è fondamentale nel
determinare molti fattori come l'autonomia di viaggio, la velocità massima, il
tempo di vita utile della batteria ed il tempo di ricarica; esistono alcuni
svantaggi e vantaggi dei vari tipi, probabilmente non esiste un tipo ideale per
chiunque, ma alcuni sono più adatti per alcuni utilizzi.
Secondo alcuni[senza fonte], i veicoli elettrici a batteria hanno un vantaggio
nel riciclaggio di parti dell'auto dopo gravi incidenti stradali. A differenza
dei componenti dei motori a benzina, che tendono ad incendiarsi (specie quando i
tubi rotti dell'iniezione soffiano benzina sulla marmitta catalitica o
sul turbocompressore rovente), i componenti delle celle a batteria tendono a
mantenersi integri e funzionanti per poter essere recuperati e riutilizzati. Dal
momento che (eccetto alcuni accumulatori di tipo litio-ione) non hanno materiali
infiammabili, possono essere considerati veicoli molto più sicuri in caso di
incidente, ed anche con molte parti riciclabili.
Con il costo delle batterie che ora per la mancanza di una produzione di serie
va dal 80 % del totale (di 50.000 euro per veicoli potenti, a lungo raggio con
costose batterie NiMH) fino al 50% (di 16.000 euro per veicoli di uso cittadino
con batterie nichel-cadmio, zinco-aria o al magnesio, ed autonomie inferiori ai
160 km) questo comporta minori costi percentuali di riparazione post-collisione,
dal momento che sono per buona parte riciclabili.
Per quanto riguarda le assicurazioni, il costo assicurativo delle vetture
elettriche è paragonabile a quello delle "supercar" sportive, con spese di
copertura assicurativa pari a centinaia di dollari al mese. Esistono attualmente
assicurazioni che per la semplice RCA propongono uno sconto dl 50% e più
rispetto al pari modello ad benzina/diesel.
Efficienza energetica ed emissioni di anidride carbonica
Le vetture elettriche di serie o convertite tipicamente consumano da 0,11 a
0,23 kWh/km (dati sul veicolo GM EV1 : 0,179 kWh/km e 0,373 con basso rendimento
di carica) [2] [3].
Considerando un consumo di 5 litri di benzina per 100 km, una vettura a
combustione interna consuma circa 0,51 kWh/km. Si tenga poi presente che circa
1/3 del consumo della vettura elettrica è dovuto a dispersioni ed al basso
rendimento nella ricarica delle batterie, e quindi non è impensabile un consumo
chilometrico inferiore a 0,1 kWh in un futuro molto prossimo, consumo neppure
ipotizzabile nelle vetture a combustione interna.
Se si considera il sistema globale, includendo l'efficienza energetica
del processo di produzione e della distribuzione al punto di rifornimento, il
calcolo risulta complesso a causa della grande diversità delle fonti prime.
Considerando un generatore elettrico a ciclo combinato ed ipotizzando
pessimisticamente un rendimento pari a 0,6 nella generazione e 0,75 nella
distribuzione, il consumo chilometrico totale di una vettura elettrica passa a
0,33 kWh/km (riferito al valore medio tra quelli sopra detti), mentre si può
ritenere accettabile un rendimento pari a 0,75 alla produzione e 0,75 alla
distribuzione per gli idrocarburi, che comporta un consumo di 0,91 kWh/km per
vetture a combustione interna, valore 2,75 volte superiore, fattore che potrebbe
divenire in un futuro assai prossimo superiore a 3.
Altri sistemi di generazione di energia elettrica possono dare risultati ancora
più eclatanti: accumulatori ricaricati da celle fotovoltaiche, generatori
eolici o simili fonti hanno un consumo primario pari a zero, e l'energia
elettrica di origine nucleare potrebbe essere considerata anch'essa a costo
primario nullo (anche se andrebbe analizzato il costo del materiale fissile con
la sua estrazione, in quanto non rinnovabile).
Le emissioni di anidride carbonica (CO2) sono utili per confrontare i consumi
rispettivi della via elettrica e di quella a combustione interna [4]. Questi
confronti includono la produzione di energia, la distribuzione, la ricarica
delle batterie, ed i vari tipi di perdite generate dai veicoli (attrito,
termica, ecc.). Le emissioni di CO2migliorano nei BEV alimentati da fonti
sostenibili di produzione elettrica, ma rimangono quasi fisse per i veicoli a
benzina. (Sfortunatamente non sono disponibili dati così aggregati relativi ai
veicoli elettrici in commercio).
Si tenga presente che i modelli citati, di produzione statunitense (anche quelli
di marche giapponesi) mostrano valori a volte assai diversi da quelli dei comuni
veicoli europei e che tutti i modelli sono una derivazione di modelli
benzina/diesel, ergo non ottimizzati per il motore elettrico.
La resistenza aerodinamica (Cx) ha una grande importanza nel determinare
l'efficienza energetica, particolarmente alle alte velocità già partendo dai
40Km/h e le vetture elettriche abbisognando di un minor raffreddamento hanno
pertanto feritoie sulla carrozzeria di minor o nullo impatto con l'aria. Impatto
che poi abbisogna di dispositivi aerodinamici vari (es.: alettoni) per tenere la
vettura sulla strada che consumano energia.
Bisogna puntualizzare che non è calcolato il fattore che il motore elettrico è
più performante alle velocità variabili e di consumo zero nei casi di
fermo/stop, ovvero la condizione normale di marcia di qualunque veicolo.
Impatto ambientale complessivo
Molti fattori devono essere considerati quando si compara l'impatto totale
sull'ambiente. Il tipo di confronto più esauriente è quello dell'analisi dalla "catena-di-montaggio-alla-discarica"
oppure l'analisi di tutto il tempo di vita. Questa analisi è così
esaurientemente complessiva che considera ogni tipo di consumo energetico,
includendo i consumi (ed emissioni) implicati dalla produzione originale (ed
anche della componentistica) e le fonti di carburante e tutti i consumi (e le
emissioni) durante la vita utile del veicolo includendo l'inquinamento durante
la produzione delle batterie (ad esempio l'estrazione del cadmio comporta un
elevato inquinamento da metalli pesanti) e la sua deposizione in discarica. I
vari tipi e l'entità dell'inquinamento varia enormemente tra i vari tipi di
batteria, cosa che rende ancora più difficile fare dei confronti.
Ad esempio, è difficile stabilire se siano peggiori gli effetti ambientali
dell'inquinamento da nichel e da cadmio prodotti dall'estrazione mineraria,
dalla fabbricazione della batteria, dalla discarica con successiva ossidazione,
rottura, infiltrazione e dilavamento di una batteria NiCd malamente scaricata;
oppure se siano peggiori e meno duraturi i danni all'ambiente causati
dall'emissione di idrocarburi e dalla raffinazione del petrolio. Sono necessarie
accurate statistiche su ogni tipo di combustibile fossile e di accumulatore in
modo di poter giudicare gli apporti e le fuoriuscite di inquinanti per giudicare
equamente l'impatto ambientale totale. Ma la situazione si è risolta proibendo
questo tipo di batterie anche perchè sono oramai tecnologicamente sorpassate.
Una grande differenza tra i veicoli BEV ed ICE rispetto al tempo di
vita consiste nel fatto che i primi utilizzano la elettricità al posto di
combustibili liquidi. Qualora l'elettricità fosse generata a partire da fonte
rinnovabile ciò presenterebbe un consistente vantaggio in termini di
inquinamento atmosferico. In ogni caso, se la elettricità fosse prodotta
da combustibili fossili (come è nella gran parte dei casi, ma mai l'unica fonte)
Il vantaggio relativo dei veicoli elettrici è sostanzialmente ridotto [5]. Ne
deriva che lo sviluppo di sorgenti di energia che non emettano CO2 è necessaria
ridurre la emissione totale netta dei veicoli elettrici mentre è impossibile
avere benefici nella riduzione per i veicoli ad benzina/diesel. In ogni caso,
l'impatto ambientale della produzione di energia elettrica (emissioni indirette)
dipende dal mix della produzione ed è enermemente più ridotto della emissione
diretta prodotta dai veicoli ICE [6]
Rispetto al tempo di vita, un'altra importante differenza tra i veicoli
elettrici e quelli a combustione interna consiste nell'utilizzo di consistenti
batterie diaccumulatori. I moderni accumulatori hanno dimostrato di poter
superare in durata gli stessi veicoli elettrici su cui sono installate. Ad
esempio gli accumulatori provati da Toyota hanno mostrato solo un minimo calo di
risultati dopo aver percorso 240.000 chilometri. Certamente nell'utilizzo reale
i dati mostrano risultati peggiori, tipicamente gli elementi al litio perdono di
efficienza per circa 20-40 percento all'anno; così se si fanno 240.000
chilometri su una pista di test si possono confermare i dati rilevati da Toyota
ma se, in un utilizzo reale, si percorrono all'anno 10.000 chilometri, la
batteria di accumulatori andrà sostituita dopo 30.000 chilometri con una spesa
di circa 20.000 Euro con un costo pari a 0,67 €/km, ma trattandosi di una
tecnologia recente i futuri progressi porteranno sicuramente ad batterie che
vivono più del veicolo.
I veicoli BEV, non essendo dotati di motore che brucia combustibile liquido e
dei conseguenti apparati necessari al suo funzionamento, sono enormemente più
affidabili e richiedono una manutenzione estremamente minima. Sebbene i veicoli
BEV siano poco diffusi, essi possono trarre vantaggio dagli avanzamenti
tecnologici che si stanno realizzando in altri mercati come quello dei telefoni
cellulari, dei laptops, dei carrelli elevatori e dei veicoli elettrici ibridi.
Le innovazioni nella tecnologia delle batterie elettriche che si sviluppa negli
altri mercati possono essere utilizzate al fine di rendere i veicoli BEV sempre
più utilizzabili e diffusi.
Prestazioni in accelerazione
Molte delle vetture elettriche di oggi sono capaci di prestazioni
in accelerazione che eccedono quelle dei veicoli a benzina della stessa potenza.
La Tesla Roadster, una sportiva biposto attualmente commercializzata dalla
californiana Tesla Motors e dotata di un motore elettrico asincrono a tre
fasi con trasmissione monomarcia, accelera da 0 a 100 km/h in 3,9 secondi: una
rapidità superiore a quella di una Ferrari 575M Maranello ad esempio.
I veicoli elettrici possono utilizzare una configurazione diretta motore-ruota
che aumenta l'efficienza nell'erogazione della potenza. Il fatto che possono
avere molteplici motori collegati direttamente alle ruote permette a ciascuna
ruota di essere sia propulsiva che frenante, cosa che aumenta la trazione.
In alcuni casi, il motore può essere alloggiato direttamente nella ruota, come
nel disegno noto come "Whispering Wheel", che abassa il centro di
gravitàcomplessivo del veicolo e riduce il numero di parti in movimento. Quando
non sono dotate di un asse, di un differenziale, oppure della trasmissione, i
veicoli elettrici godono di una minore inerzia rotazionale del treno direzionale
ma anche di un minor peso e di componenti che consumano energia nel loro
funzionamento. Un sistema senza ingranaggi, o con un solo ingranaggio in alcuni
BEV elimina la necessità di un cambio a marce, dando all'auto un'accelerazione e
frenata più dolce. Si consideri inoltre che i motori elettrici, con i moderni
sistemi di alimentazione, possono lavorare a potenza o a coppia costanti; i
motori a combustione interna hanno una propria curva caratteristica, seguendo la
quale i regimi di coppia e potenza massime si hanno in zone molto limitate della
velocità di rotazione, in genere verso i 2/3 della velocità massima per la
coppia e 4/5 per la potenza.
Alcune vetture elettriche da corsa dragster hanno motori elettrici con cambi e
trasmissioni a due marce per incrementare la velocità massima [7] [8].
Batterie
Le Batterie ricaricabili utilizzate nei veicoli elettrici includono la pila
zinco-aria, l'accumulatore piombo-acido("innondate" e VRLA), il NiCd, il tipo a NiMH,
le litio-ione, le Li-ion polimero.
Le batterie sono tipicamente il componente più costoso dei BEV. Sebbene il costo
di fabbricazione della batteria sia elevato, l'aumento della loro produzione
porterà ad un enorme abbassamento dei costi nel momento in cui la produzione dei
BEV avesse le stesse dimensioni della attuale produzione dei veicoli a
combustione interna. Le nuove tecnologie di produzione delle batterie,
competitive in termine di costo con i motori a combustione interna,
consentiranno un importante abbassamento dei costi nel momento in cui decadranno
i relativi brevetti
A partire dalla fine degli anni 90, lo sviluppo di nuove tecnologie per le
batterie è stato pilotato dalla impetuosa crescita della domanda di computer
portatili e di telefoni cellulari, con la richiesta da parte dei consumatori di
schermi più larghi e più luminosi e di batterie di durata più lunga; ciò ha
pilotato la ricerca e lo sviluppo in quel settore. Il mercato dei BEV ha
utilizzato i progressi ottenuti in quel settore. Se il mercato dei BEV dovesse
crescere esso contribuirà alla ricerca e allo sviluppo di nuove tecnologie
relative alle batterie.
Carica
Le batterie delle vetture elettriche devono essere ricaricate periodicamente
(vedi anche Sostituzione delle batterie, più sotto). Le VE solitamente vengono
caricate dalla rete elettrica. In questo caso l'energia è generata da una
varietà di risorse come il carbone, l'energia idroelettrica, l'olio
combustibile, il gas naturale, altre fonti rinnovabili o, infine, nei paesi in
cui è previsto l'uso, l'energia nucleare.
Le batterie possono essere ricaricate mentre il veicolo viene guidato grazie
al freno rigenerativo. Sono anche state sperimentate alcune fonti di energia
ausiliarie, come la cella fotovoltaica sul tetto della vettura.
Nell'auto ibrida l'elettricità può essere prodotta da un generatore mosso da un
motore a combustione interna. Anche se non si tratta in senso stretto di una BEV,
laconcept car Ford Reflex dispone di celle fotovoltaiche all'esterno per aiutare
ad alimentare il suo sistema di potenza ibrido.
Il tempo di ricarica viene determinato principalmente dalla corrente
trasmissibile da parte della connessione alla rete elettrica. La potenza
normalmente disponibile in una presa di corrente domestica va da 1.5 kW (negli
USA, Canada, Giappone, e paesi con tensione 110 V) fino a 3-6 kW (in paesi con
corrente a 240 V). In Italia è abbastanza comune il contratto 6kW di connessione
alla rete, ma si potrebbe evidentemente utilizzare correnti più alte. Si pensi
che i carrelli elevatori, la cui maggioranza è azionata da un motore elettrico,
ricaricano batterie da 6-700 Ah in pochissime ore con connessioni a prese
dell'ordine di 10 - 12 kW.
Per sorgenti di potenza al livello di 10 Kw, anche ricaricare una piccola
batteria di 250 Ah (20,4 – 50 km), richiederebbe circa un'ora. Questo è davvero
poco rispetto alla velocità nel fornire potenza di una normale pompa di benzina,
che può fornire 5.000 kilowatt. Anche se la potenza somministrata fosse
maggiore, molte batterie, ora, non accettano la carica a velocità maggiori
rispetto al loro tasso di ricarica ("C1").
Sistemi per la ricarica veloce
Nel 1995, alcune stazioni di carica, ricaricavano le VE in un'ora. Nel novembre
del 1997, la Ford acquistò un sistema di ricarica-veloce prodotto
dallaAeroVironment chiamato "PosiCharge" per sperimentarlo nella sue flotte
sperimentali di VE Ranger, che riuscivano a caricare i loro accumulatori
piombo-acido in tempi tra i sei e quindici minuti. Nel febbraio del 1998, la
General Motors annuncia una versione del suo sistema "Magne Charge" che poteva
ricaricare le batterieNiMH in circa dieci minuti, fornendo un'autonomia da 96 a
160 km [9].
Nel 2005, la Toshiba aveva costruito un dispositivo portatile che dichiarava
come capace di ricevere un ricarica del 80% circa 60 secondi [10]. Aumentando
queste caratteristiche di potenza alla scala della batteria da 65 Ah si avrebbe
bisogno di un picco di potenza di circa 340 kW. Non è molto chiaro se questo
tipo di batterie sarebbero ricaricate direttamente nei BEV, dal momento che la
generazione di calore le renderebbe poco sicure.
A molte persone non serve una ricarica veloce perché ad una certa ora della
giornata dispongono di sufficiente tempo (da 6 a 8 ore), di giorno nel
parcheggio del luogo di lavoro, oppure di notte nel parcheggio di casa. Dal
momento che durante la ricarica l'auto non deve essere vigilata, ci vuole meno
di 1/2 minuto per attaccare alla presa oppure staccare il proprio veicolo. Molti
guidatori di BEV preferirebbero rifornirsi a casa, evitando la congestione ed il
viaggio alla stazione di servizio. In alcune ditte "ecology-minded" alcuni
parcheggi hanno delle prese di corrente per veicoli elettrici, provviste di
sistemi di ricarica automatizzati.
Alimentazione dell'auto elettrica dalla colonnina (per conduzione o
induzione)
L'alimentazione di corrente dalla "colonnina" all'auto può avvenire in due modi:
Per via conduttiva, in pratica una presa di corrente più o meno normale, che
attraverso un trasformatore ed un raddrizzatore fornisce alla batteria l'energia
necessaria alla ricarica.
Per via induttiva, in cui l'avvolgimento primario (adeguatamente protetto) viene
inserito in una fessura del veicolo, dove si accoppia con l'avvolgimento
secondario. Con una connessione di questo tipo si elimina il rischio
di folgorazione dal momento che non vi sono parti accessibili sotto tensione.
Mentre nel primo caso la circuiteria di regolazione per la carica può essere
tutta dal lato della colonnina, nel secondo caso buona parte della circuiteria
dovrebbe necessariamente essere a bordo del veicolo (con conseguente
complicazione ed appesantimento del veicolo stesso).
Un sistema che nasconda gli elettrodi può rendere il sistema conduttivo sicuro
quasi come quello induttivo. Il sistema conduttivo tende ad essere meno costoso
ed anche molto più efficiente per la presenza di una minore quantità di
componenti.
Sostituzione delle batterie
Una alternativa alla ricarica (ed ai suoi lunghi tempi) è quella di sostituire
rapidamente le batterie di accumulatori scarichi con altre già cariche. Queste
batterie modulari (spesso alloggiate in un doppio fondo sotto l'abitacolo, tra
le ruote, oppure sotto il bagagliaio) possono scorrere ed essere rapidamente
sostituite dal personale della stazione di servizio oppure da sistemi
robotizzati.
Queste batterie scariche modulari potrebbero essere sostituite con altre cariche
(forse prevedendo il pagamento di un deposito iniziale) in stazioni di servizio,
rivendite di auto, grandi magazzini oppure parcheggi. Con una dimensione
standard (pari a quella di una valigetta d'aereo), comode maniglie, un peso
ridotto a 20-40kg e rotelline, il cambio di uno o più moduli (inserendoli in
fessure di ricarica a nastro trasportatore) è il più veloce (nessun tempo di
ricarica): pochi secondi. Ma il costo totale di tale operazione si rivela molto
antieconomico rispetto alla più semplice ricarica.
A seconda del tipo di batterie ricevute, si procederà a ricaricarle in modi
diversi, gli accumulatori NiMH, Li-ion e Li-pol possono essere ricaricati
immediatamente; le batterie NiCd, ora non più usate, devono essere prima
scaricate allo 0% e poi ricaricate, per impedire l'effetto memoria. La pila
zinco-aria (che non può essere ricaricata in modo semplice), deve essere portata
in un centro industriale (più o meno grande, forse in futuro portatile) e
"rigenerata" con un procedimento elettro-chimico.
Questi vari tipi di moduli hanno "colori standard", prese di corrente, numeri,
lettere e codici a barre identificativi diversi, secondo lo standard IEE ma
potrebbero avere un circuito con un microchip che rivelasse la carica della
batteria, le condizioni di salute della pila, la targa degli ultimi utenti ed
eventuali scuotimenti o urti ricevuti dalla pila (rivelati con accelerometri
inseriti nella batteria) questo per evitare il rischio di commettere errori nel
loro utilizzo e sarebbe inferiore a quello di scambiare i vari tipi di benzina
(con o senza piombo, diesel) oppure di caricare benzina dall'erogatore corretto,
connesso al giusto deposito, ma caricato dal benzinaio con carburante scadente o
diverso da quello indicato... in fondo si tratta sempre di elettroni, ed i
circuti elettronici dell'auto elettrica possono misurare ilvoltaggio e
l'amperaggio disponibili.
Autonomia prima della ricarica
La effettiva autonomia di un BEV dipende sia dal numero e dal tipo di batterie
utilizzate sia dalle prestazioni richieste dal guidatore del veicolo. Il peso e
la tipologia del veicolo hanno ugualmente un forte impatto esattamente come
avviene per la autonomia dei tradizionali veicoli a benzina. Le batterie
utilizzate sono usualmente le normali batterie al piombo-acido che sono
facilmente reperibili e poco costose. Con questo tipo di batterie si raggiungono
normalmente autonomie comprese tra 30 e 80 km. È possibile produrre Auto
Elettriche funzionanti con batteria al piombo-acido con autonomia di 130 km per
ogni ricarica. Le batterie al NiMH hanno una più alta densità di energia e
possono consentire autonomie dell'ordine dei 200 km. Auto elettriche
equipaggiate con le nuove batterie al litio consentono autonomie dell'ordine di
400-500 km [11].
Sarà un compito futuro dei diversi produttori di BEV, il trovare il corretto
bilanciamento tra i livelli di autonomia, peso, tipologie di batteria e costo.
La autonomia di un'auto elettrica può essere aumentata utilizzando un sistema di
ricarica automatica in fase di frenata (che ricupera una media del 15%
dell'energia impiegata in un medio percorso)e in caso di rallentamento o
discesa.
Le auto elettriche possono agganciare speciali carrelli per poter funzionare
come veicoli ibridi quando si renda necessaria una grande autonomia senza
aggravio di peso quando tale maggiore autonomia non sia richiesta. I veicoli di
questo tipo divengono di fatto veicoli a combustione interna quando utilizzano
il carrello, consentendo così una molto più ampia autonomia solo quando
necessaria.
Durata delle batterie
Le singole batterie sono di solito raggruppate in grandi gruppi a vario
voltaggio e capacità per ottenere l'energia richiesta. La durata delle batterie
dovrebbe essere considerata quando si calcola il costo di investimento, dato che
le batterie si consumano e devono essere sostituite. Il decadimento delle
batterie dipende da numerosi fattori, anche se si stanno progettando batterie
che durano di più dello stesso veicolo.
Nell'utilizzo quotidiano in strade di città e campagna, alcuni dei
veicoli Toyota RAV4 EV, utilizzanti batterie NiMH, hanno avuto durate operative
eccedenti i 160.000 km, con poca o nessuna degradazione della capacità di carica
e del voltaggio fornito nell'ambito del loro tragitto quotidiano [12].
Hobby, conversioni, modding, e corse
Il professore giapponese Hiroshi Shimizu della "facoltà di informatica
ambientale" della Keio University ha creato la "limousine del futuro": la Eliica (Electric
Lithium Ion Car) che marcia su otto ruote motrici con motori al mozzo da 55 kW,
per una potenza totale di 470 kW e zero emissioni. La Eliica ha una velocità
auto-limitata massima di 190 km/h (ma su pista di 370 km/h o 230 mph), ed una
autonomia di 320 km (alimentata da batterie a ioni di litio). (video nel sito
www.eliica.com) Comunque, i modelli attuali costano circa 250.000 Euro, di
questi la metà è costituita dalle batterie.
Futuro dell'automobile elettrica a batteria
Il futuro delle auto elettrice a batteria dipende principlamente dal costo e
dalla disponibilità di batterie con alta densità energetica, capacità di fornire
picchi di potenza, lunga vita utile, ed altri aspetti come motori più leggeri ed
economici, controllo elettronico dei motori, della trazione e delle ruote
indipendenti, ruote sterzanti in modo diverso alle alte e basse velocità,
caricabatterie che siano tecnologicamente ed industrialmente maturi, affidabili,
pratici e competitivi nei costi con i molti componenti dei motori a combustione
interna.
Gli accumulatori Li-ion, Li-poly e la pila zinco-aria hanno dimostrato di
possedere densità energetiche sufficientemente elevate per fornire un raggio
decente e tempi di ricarica comparabili a quelli del riempire di benzina i
serbatoi dei veicoli convenzionali.
Mentre ai veicoli ibridi si applicano molti dei ritrovati tecnici sviluppati
all'inizio per le vetture elettriche a batteria, gli ibridi non vengono
considerati BEV. Lo sviluppo e la produzione di veicoli ibridi stanno, comunque,
migliorando il costo e le prestazioni delle batterie, dei motori elettrici, dei
caricatori, e del controllo elettronico dei motori, questi progressi porteranno
aiuti allo sviluppo dei BEV e dei veicoli ibridi plug-in (PHEVs). Dal momento
che la ricerca sulle vetture ibride le renderà sempre più progredite, possiamo
aspettarci che la vita utile delle batterie, la capacità di carica e la densità
energetica di picco miglioreranno e che il loro motore a combustione interna
verrà usato sempre di meno (forse solo nei grandi spostamenti).
Programma CalCars della Davis University in California
Un programma non-profit, noto come California Cars Initiative, or "CalCars" sviluppato
dalla University of California, Davis, ha trasformato automobili ibride Toyota
Prius per farle funzionare come veicoli elettrici plug-in (PHEV), tramite
l'istallazione di accumulatori addizionali e modifiche al software di controllo.
Questi veicoli funzionano come vetture elettriche pure per viaggi corti, traendo
la loro carica da caricatori elettrici nelle case e nei luoghi di lavoro. Per
viaggi più lunghi il veicolo si comporta come un ibrido. Alcuni prototipi di
trasformazione che usano batterie piombo-acido sono attualmente in uso. Si spera
che i veicoli prodotti industrialmente impieghino batterie molto più avanzate.
La CalCars attualmente sollecita la donazione di ulteriori veicoli e fondi per
lo sviluppo dei loro progetti.
Automobile elettrica alimentata con pile zinco-aria
In Italia e negli USA sono già stati testati veicoli elettrici alimentati
con pile zinco-aria, molto leggere, che sotto molti punti di vista (autonomia,
ecologia, economia e sicurezza in caso d'incendio) promettono molti vantaggi
rispetto a vetture BEV con altri tipi di batteria. Come difetto queste vetture
non possono recuperare l'energia di frenata (circa il 15%), e le batterie non
possono essere ricaricate da pannelli solari o da un propulsore secondario, che
le renda auto ibride.
Le autovetture che montano le pile zinco-aria, sotto il punto di vista
dell'ecologia, sono estremamente vantaggiose in quanto le pile non
contengono metalli pesantiche, alla fine del loro ciclo utile, debbano essere
smaltiti con particolare attenzione ad evitare perdite ed inquinamento della
falda freatica, dal momento che causano intossicazioni, anemie e tumori.
Le batterie zinco-aria non possono essere ricaricate, ma devono essere
sottoposte ad un processo elettrochimico in un impianto (industria o stazione di
servizio), dove possono essere facilmente e velocemente [senza fonte] caricate
mediante metodi metallurgici che usano come fonte energetica tipicamente il
carbone.
Un grande vantaggio è, che in certe condizioni atmosferiche (alta temperatura ed
ambiente asciutto), con nuove pile a lastre di zinco metallico una vettura può
percorrere fino a 1600 km (test del 1999 in California).
Un veicolo a batterie zinco-aria ha dei costi di esercizio più convenienti (ed i
costi sono piuttosta stabili se l'energia viene prodotta con energie
rinnovabili) rispetto ai normali veicoli a combustione intera in quanto non
necessita di benzina o altri idrocarburi, e la vettura ha dei motori poco
ingombranti (che possono essere sistemati tra le ruote). Le celle di
combustibile (fatte di zinco) sono fatte di materiali riciclabili otre che
ricaricabili, e dunque esiste un risparmio anche in termini di materiali
strutturali del veicolo.
La diffusione di veicoli elettrici a pile Zn-Oe porterebbe a vantaggi per i loro
possessori (stabilità dei prezzi, impossibilità di subire ricatti di OPEC,
petrolieri, autotrasposrtatori, ecc.) e vantaggi per la collettività, le
emissioni sono zero (non si produce neanche vapore d'acqua, anche se queste
macchine consumano ossigeno ed azoto), e le batterie esaurite, si possono
riciclare e ricaricare infinitamente, senza creare una massa di pesanti metalli
inquinanti (come avviene per il piombo o il cadmio).
Secondo alcuni studiosi, in viaggi a lunga distanza (300-1200 km) queste leggere
batterie verranno caricate nel bagagliao, o in appositi vani, in automobili
elettriche con batterie ricaricabili più convenzionali (al litio, al
nichel-cadmio o altri tipi), ed in questo modo avranno la possibilità di
estendere la loro autonomia, fino a superare quella delle automobili diesel.
Per ulteriori dettagli visitare la pagina: economia allo zinco .
Presto le auto elettriche si diffonderanno ?
Molti annunci di pre-produzione di modelli elettrici da parte dei maggiori
costruttori, suggeriscono la possibilità che molto presto vi sia un'improvvisa
espansione nella disponibilità di veicoli elettrici di uso generale, adeguate
all'uso quotidiano sulle strade esistenti in condizioni di traffico misto:
la General Motors sta sviluppando un ibrido, la CHEVROLET VOLT, previsto in
produzione per il 2010. [13]
La ditta giapponese Mitsubishi si è impegnata per creare una linea di prodotti a
"flessibilità energetica" basati sul minivan Colt, con motori all'interno delle
ruote che possono essere alimentati da batterie elettrriche (BEV), come un
ibrido, oppure come un veicolo a pila a combustibile. [14]
La Subaru potrebbe accelerare lo sviluppo del prototipo R1e. Previsto
inizialmente per la produzione nel 2007, poi posticipato al 2010, sarà
accelerato in conseguenza degli alti costi del petrolio, dei progressi nella
tecnologia delle batterie, e per l'interesse del mercato mondiale. La
grande maturità tecnologicadegli accumulatori al litio svilupati dai laboratori
Subaru è evidenziata da un accordo di scambi tecnologici con la Toyota, che
condividerà il metodo "Hybrid Synergy Drive" degli ibridi Prius e Camry (per
inserirlo in un sport-SUV 4WD turbocompresso) in cambio della tecnologia delle
batterie del R1e (da inserire nella prossima generazione di Prius del 2007).
(vedi prossimo paragrafo).
Vi sono indiscrezioni della Toyota che la prossima generazione delle Prius posa
avere batterie al Litio-ione ed un raggio di nove miglia "furtivo" per riuscire
a raggiungere le 110 MPG (miglia per gallone) in condizioni appropriate,
suggerendo anche la possibilità in futuro di un veicolo elettrico "plug-in"
Prius. Il 18 luglio del 2006, la Toyota annuncia di avere "piani per sviluppare
un veicolo ibrido che circolerà a livello locale (in città ?) grazie a batterie
ricaricate da una classica presa a 120-volt, per attivare in seguito un motore a
benzina più adatto a lunghi tragitti veloci."[15]
La ditta giapponese Nissan effettua ricerche sulle batterie agli ioni di litio a
partire dal 1992, e hanno sviluppato un'auto elettrica, con batteria fatte di
fosfato di litio e osside di manganese, e un'autonomia di 100 km, con
l'obiettivo di arrivare ai 160 entro il 2010, anno della commercializzazione.ù
Tesla Roadster presentata nell 2006 negli USA, progettata dalla neonata Tesla
Motors e Lotus Cars. Da 0 a 100 km\h in 4 secondi; La casa ha già annunciato la
totale vendita del proprio parco macchine per tutto il 2007. È inoltre in
progettazione avanzata una berlina per il consumatore medio.
Nel dicembre 2008 la BMW ha presentato in California la sua vettura
elettrica Mini E, un'auto a trazione elettrica "pura" (accumulatore litio-ione),
con 201 cv di potenza, velocità limitata elettronicamente a 95 M/h (153 kmh) e
dotata di 320 km di autonomia. Questa macchina, esternamente una tipica Mini
Minor-BMW, limitata a due posti, verrà distribuita in 500 esemplari dati in
"leasing" a 10.000 $ per un anno, con la richiesta della ditta di riconsegnare
la vettura a fine anno per compiere dei test. La BMW fornisce anche un
caricatore speciale, in grado di ricaricare l'auto in due ore e mezza.
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