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Il funzionamento del motore elettrico auto spiegato bene
Gli italiani sono sempre di più affascinati dai veicoli elettrici. Veicoli ecologici ed economici se confrontati con i tradizionali benzina e diesel. Anche se rimangono alcune diffidenze “critiche”: la durata della batteria, i chilometri di percorrenza con una carica e, soprattutto, il “pieno di energia”. Scopo di questo articolo è descrivere i principi di funzionamento del motore di un’auto elettrica e attraverso la comprensione di come funziona un motore elettrico per auto risolvere i dubbi e le perplessità.
Principio di funzionamento del motore di un’auto elettrica
Il motore elettrico di un’auto si basa sul processo di trasformazione dell’energia elettrica accumulata nella batteria in energia meccanica che fa muovere il veicolo. Il motore di un’auto elettrica non è una novità dei nostri giorni. Ha fatto le sue prime apparizioni nella metà dell’Ottocento con la carrozza elettrica realizzata da Robert Anderson, mentre il primo prototipo di auto elettrica fu realizzato da Thomas Parker nel 1884 utilizzando batterie speciali ad alta capacità da lui progettate. Tra le fine del Diciannovesimo secolo e l’inizio del Ventesimo il motore elettrico per auto poteva essere senza dubbio considerato uno dei metodi di trasporto più confortevole e sicuro rispetto alla vetture alimentate a carburante. Purtroppo lo sviluppo dei motori elettrici fu limitato dalle conoscenze tecniche di quel periodo: la velocità massima che poteva raggiungere il motore elettrico per auto era pari a soli 32 Km/h. Oggi come allora il maggior ostacolo da superare da questa tecnologia riguarda l’autonomia delle batterie e la velocità di ricarica delle stesse, oltre alla rapida diffusione delle stazioni di ricarica.
Auto elettrica: dispositivi principali
Come funziona un motore elettrico per auto? L’energia elettrica accumulata dalla batteria viene trasferita al motore elettrico grazie ad un dispositivo inverter che ha il compito di trasformare la corrente continua in alternata e di inviarla al propulsore. Nelle fasi di decelerazione il motore elettrico diventa un generatore e ricarica la batteria. Su alcune auto elettriche il recupero dell’energia avviene anche in frenata. Il motore elettrico di un’auto è meno “complicato” tecnicamente di un tradizionale motore a scoppio. L’unità a “emissioni zero” è infatti composta da due sole componenti principali: lo statore e il rotore. Lo statore è la parte fissa del motore elettrico di un’auto: composto da un conduttore (formato da fili di rame), genera campi magnetici variabili opposti a quelli generati dal rotore. Il rotore – la parte mobile del motore elettrico di un’auto – è dotato di magneti permanenti. La coppia, nata dall’interazione tra i due campi magnetici di statore e rotore, viene trasmessa dal rotore alle ruote motrici attraverso magneti.
Motore elettrico per auto, una storia antica
Tutti gli elementi necessari per la realizzazione delle auto elettriche erano già stati inventati molti anni fa. Il motore elettrico a corrente continua risale al 1834, mentre le batterie ricaricabili al piombo sono del 1859 e già nel lontano 1880 Edison brevettò il sistema di produzione e distribuzione dell’energia elettrica in corrente continua. Già all’ora la produzione di carrozze alimentate ad elettricità risultavano più semplici di quelle a combustione interna e inoltre la guida era più semplice. I primi veicoli elettrici non necessitavano del cambio, della frizione e neppure della manovella di avviamento. Veicoli semplici e al tempo stesso economici. All’inizio però i veicoli elettrici furono utilizzati principalmente come sostituiti dei taxi dell’epoca, mentre alcuni prototipi di propulsori elettrici furono utilizzati per trasformare le carrozze esistenti in versioni elettriche.
Le parti fondamentali del motore elettrico per auto
Le vetture elettriche sono esteticamente identiche ai modelli a motore a scoppio, se non fosse per la mancanza del tubo di scarico. All’interno invece le differenze sono evidenti. Infatti il motore di un’auto elettrica è meno complicato di quelli termici. Possiamo affermare che i due principali componenti del motore elettrico sono lo statore e il rotore. Iniziamo con il dire che lo statore (parte fissa del motore elettrico) è composto da un conduttore che genera dei campi magnetici variabili in netta opposizione con quelli generati dal secondo componente. Il rotore (parte mobile del motore elettrico) è dotato di magneti permanenti che insieme allo statore trasmettono l’energia necessaria alle ruote per muoversi e tutto grazie ai magneti. Il cuore dei motori elettrici è la batteria utilizzata per accumulare l’energia necessaria per gli spostamenti. La vita media di una batteria, prima della sua sostituzione è di circa 200 mila chilometri, anche se le case automobilistiche stanno lavorando alla realizzazione di batterie più longeve, potenti e più veloci nella fase della ricarica.
Il motore di un’auto elettrica: semplice e innovativo
L’auto elettrica viaggia grazie all’energia accumulata dalla batteria durante la fase di ricarica trasformata in energia meccanica che muoverà il veicolo. In diversi modelli di veicoli è possibile recuperare energia durante le fasi di frenata. Le batterie sono regolate dall’inverter, un’unità di gestione che gestisce il flusso di corrente verso il motore e gli altri componenti dell’autoveicolo. L’inverter ha lo scopo di trasformare la corrente alternata in continua (e viceversa) a seconda delle richieste della batteria e del motore. Essendo la batteria il vero cuore di questi veicoli, il potenziamento avviene utilizzando batterie più potenti. In questo modo si potrà ottenere maggiori autonomie e velocità. Oltre al motore, le auto elettriche si differenziano da quelle termiche poiché sono prive di trasmissione per il collegamento tra il motore e le ruote. Il collegamento che avviene attraverso un riduttore a ingranaggi dal rapporto fisso. La retromarcia sarà attivata semplicemente invertendo la polarità. Addio quindi alla frizione, alle marce e alla retromarcia. Alla fine per condurre un veicolo elettrico servono solo due pedali – il freno e acceleratore – i comandi per la marcia in avanti, la retromarcia, la posizione di folle e di parcheggio. Ovviamente è presente anche il freno a mano.
1891: la prima automobile elettrica italiana
Nel nostro paese il primo modello di automobile elettrica risale al 1891 per opera di Giuseppe Carli. Il suo autoveicolo non fu mai prodotto e commercializzato. Purtroppo i prototipi del veicolo sono andati perduti; tuttavia grazie ai progetti originali è possibile conoscerne i dettagli tecnici. Il veicolo di Carli pesava 140 Kg e la maggior parte di esso era dovuto alla batteria di 3kWh che produceva una potenza di circa 1 cv. La velocità massima era di 15 Km/h e l’autonomia di circa 10 ore.
Come funziona il motore elettrico auto
Il motore elettrico per auto utilizza l’energia elettrica accumulata dalla batteria trasformandola nell’energia meccanica necessaria a far muovere la vettura. L’energia elettrica accumulata dalla batteria viene trasferita al motore elettrico grazie all’inverter. Questo dispositivo trasforma la corrente continua dell’accumulatore in corrente alternata e la invia al motore. In fase di rilascio dell’acceleratore il motore elettrico auto funge da generatore e ricarica la batteria; identica funzione si attiva in fase di frenata. Su strada, l’auto elettrica procede in modo fluido e totalmente silenzioso e può godere di una coppia istantanea che consente una spinta immediata decisamente più veloce rispetto a una vettura dotata di un motore di tradizionale. Elemento fondamentale nel motore elettrico per auto sono le batterie. Questa componente è, ad oggi, il cruccio dei vari costruttori dato che l’elemento penalizzante delle vetture elettriche è l’autonomia. Per i modelli dotati di batterie al litio, le case costruttrici dichiarano un’autonomia che varia da 200 a 400 Km, ma ovviamente questa può variare in base allo stile di guida adottato dal conducente.
Batterie, il cuore delle auto elettriche
Le singole batterie sono di solito raggruppate in grandi sistemi di varia tensione 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. Le batterie delle vetture elettriche devono essere ricaricate. La maggior parte delle auto elettriche possono essere ricaricate all’80% della loro capacità in 30 minuti, ma la velocità di ricarica domestica è vincolata dai contratti di fornitura di energia elettrica dell’impianto. Un’attenta programmazione dell’utilizzo dell’auto può comunque consentire di evitare di ricorrere alla ricarica rapida e usufruire della ricarica convenzionale quando la vettura è ferma nel parcheggio di casa o in quello del luogo di lavoro. Un’alternativa alla ricarica di un’auto con motore elettrico sarebbe quella di sostituire rapidamente il pacco batterie ormai scarico con un altro già carico, ma il costo totale di una simile operazione è al momento antieconomico.
Motore elettrico auto: consumi
Spiegato il funzionamento motore elettrico, occupiamoci ora di un argomento che interessa particolarmente chi sceglie questa tipologia di vetture: il consumo del motore elettrico auto.
Prendendo quale riferimento la Nissan Leaf – vera pietra miliare tra le auto elettriche – dotata di una batteria da 30 kWh può percorrere fino a 250 km con un pieno da 12 euro e un rapporto costo/Km di 0,048 euro; quella da 24 kWh garantisce 160 km di autonomia con un pieno da 9,60 euro. È quindi palese come le caratteristiche del motore elettrico per auto garantiscano un notevole risparmio economico rispetto a una vettura dotata di propulsore tradizionale, ma la scelta per un modello simile deve essere valutata con attenzione in funzione dei chilometri percorsi quotidianamente e della conseguente autonomia disponibile.
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