Auto elettrica

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L'auto elettrica è un'automobile con motore elettrico che utilizza come fonte di energia primaria l'energia chimica immagazzinata in un "serbatoio" energetico costituito da una o più batterie ricaricabili e resa disponibile da queste al motore sotto forma di energia elettrica.

Tesla Roadster, l'auto elettrica prodotta dalla Tesla Motors in vendita dal 2008.
L'auto elettrica della General Motors EV1 aveva nel 1999, un'autonomia dai 120 ai 240 km (a seconda dell'"abilità", tempo e condizioni di carica), utilizzando batterie NiMH.
Il prototipo della Toyota Eliica, alimentata da batterie a ioni di Li, con autonomia di 320 km, ed una velocità massima di 190 km/h, grazie ad 8 motori da 55 kW.

Descrizionemodifica | modifica sorgente

I veicoli che nell'ambito di un unico sistema di propulsione montano due differenti motori sono definiti veicoli ibridi. I veicoli ibridi più diffusi sono quelli che combinano un motore elettrico ed un motore a combustione interna, ma esistono anche veicoli ibridi che combinano un motore a combustione interna ed un motore ad aria compressa (come il recente prototipo della Citroen C3 Hybrid-Air[1]).

È sbagliato, quindi, utilizzare il termine "ibrido" in maniera esclusiva per le vetture con un motore elettrico abbinato ad un motore a combustione interna, visto che il termine "ibrido" si riferisce a tutti quei veicoli che hanno almeno due differenti motori che contribuiscono al movimento del mezzosenza fonte. Nei veicoli ibridi di tipo elettrico-termico, gli accumulatori del motore elettrico possono ulteriormente essere caricati dal motore a combustione interna (termico), dall'energia recuperata durante la frenata e tramite l'inerzia dell'autovettura quando quest'ultima si trova in discesa, oppure in rilascio (gli stessi metodi di ricarica, tranne quelli che sfruttano il motore a combustione interna, sono utilizzati anche sulle autovetture elettriche).non chiaro

I veicoli elettrici più diffusi sono automobili, piccoli autocarri, biciclette motorizzate, scooter elettrici, veicoli per campi da golf, carrelli elevatori e veicoli simili, poiché gli accumulatori erano poco adatti per applicazioni che abbisognavano di un più vasto raggio d'azione oppure di una grande potenza e capacità di carico: questo fattore ora è stato superato e sono stati realizzati autocarri, moto, pullman e altri mezzi elettriciLa non estesa diffusione di tali tipologie di veicoli testimonia come il problema non sia stato "superato".

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 25-28%, un diesel si avvicina al 40%, mentre un motore elettrico a induzione in corrente alternata ha un'efficienza del 90% grazie anche ad una notevole riduzione degli attriti interni[2]. Per rendere equo e corretto il paragone tra i due tipi di propulsione energetica occorre però considerare l'intero ciclo di produzione ed utilizzazione dell'energia in gioco visto che l'energia elettrica è una fonte di energia secondaria ottenuta in massima parte a partire da fonti fossili (si veda paragrafo "efficienza").

I nuoviRispetto a cosa? modelli possono viaggiare per centinaia di chilometri con una sola carica, anche dopo 160.000 km di impiego delle stesse batterie. I veicoli elettrici, riducendo la dipendenza dal petrolionon chiaro, potrebbero rallentare il riscaldamento globale (attenuando l'effetto serra)Non esistono evidenze scientifiche di ciò, 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 della carica delle batterie, anche se nuovi tipi di batteria ricaricabile e nuove tecnologie ne hanno incrementato l'autonomia e la vita utile, riducendone contemporaneamente il tempo di ricarica.

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.senza fonte

I maggiori costruttori di automobili USA sono stati accusati di aver deliberatamente sabotato i loro sforzi per la produzione di veicoli elettrici.senza fonte

Secondo taluni osservatori, le compagnie petrolifereQuali? 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[3] (vedi più sotto).

Storia dell'auto elettricamodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Storia dell'auto elettrica.

Confronto con i veicoli a combustione internamodifica | modifica sorgente

Camille Jenatzy a bordo del prototipo da record La Jamais Contente, nel 1899
Un vecchio modello di Tzero in una drag race (gara di accelerazione tra due soli veicoli). Un veicolo elettrico in gara con un veicolo tradizionale: la Dodge Viper (dietro a sinistra).

Nel 1899 il prototipo a motore elettrico La Jamais Contente fu la prima automobile a superare la velocità di 100 km/h. 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.

Efficienza energetica ed emissioni di anidride carbonicamodifica | modifica sorgente

Si è detto della maggiore efficienza o rendimento del motore elettrico rispetto a quello a combustione, ma anche di come, per rendere equo e corretto il paragone tra i due tipi di propulsione energetica, occorra considerare l'intero ciclo di produzione ed utilizzazione dell'energia in gioco visto che l'energia elettrica è una fonte di energia secondaria ottenuta in massima parte a partire da fonti fossili.

Il rendimento del 90% del motore elettrico va infatti scalato di un fattore di circa 0,57 dovuto all'efficienza di conversione dall'energia contenuta nella fonte primaria (l'idrocarburo) in energia elettrica considerando le centrali elettriche più efficienti, ovvero quelle a ciclo combinato; si ottiene così un valore di efficienza totale nel ciclo di produzione/utilizzazione elettrico pari a circa 51%, che va ulteriormente scalato di un fattore dovuto alle perdite di efficienza nel trasporto dell'elettricità lungo la rete elettrica di trasmissione e distribuzione e di un fattore di efficienza di accumulo dell'energia elettrica nelle batterie di ricarica. Analogamente, per benzina e diesel andrebbe anche considerata l'energia spesa nella raffinazione e nel trasporto (che spesso avviene su gomma, comportando un ulteriore consumo di energia a bassa efficienza) del carburante utilizzato.

Se l'energia elettrica viene prodotta a partire da eolico, solare o idroelettrico, buona parte del discorso precedente perde validità e la convenienza dell'auto elettrica è senz'altro maggiore. Inoltre se il motore elettrico consuma energia prodotta in questo modo, non si producono fumi di scarico né vapor d'acqua nell'intero ciclo di produzione/utilizzazione dell'energia elettrica necessaria.

In termini di consumi 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)[4][5]. Considerando un consumo di 5 litri di benzina per 100 km, una vettura con motore a combustione interna consuma invece 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 ottimisticamente 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.senza fonte

La resistenza aerodinamica (Cx) ha una grande importanza nel determinare l'efficienza energetica, particolarmente alle alte velocità già partendo dai 40 km/h e le vetture elettriche, abbisognando di un minor raffreddamento, hanno pertanto feritoie sulla carrozzeria di minor o nullo impatto aerodinamico con l'aria. Impatto che poi abbisogna di dispositivi aerodinamici vari (es.: alettoni o splitter per mantenere la vettura aderente al terreno alle alte velocità) che aumentano il consumo di energia a causa della resistenza aerodinamica che essi provocano.

Bisogna inoltre tenere conto del fatto che il motore elettrico è dotato di prestazioni superiori alle velocità variabili, condizione di utilizzo tipica di qualunque veicolo, e non consuma nei casi di fermo/stop. Si ritiene per questo che i maggiori vantaggi in termini di efficienza dell'auto elettrica rispetto alle auto a combustione interna si avrebbero con l'uso urbano del mezzo (uniti a sistemi di recupero dell'energia cinetica dissipata in frenata tipo KERS) laddove i motori a combustione perdono significativamente in efficienza nelle frequenti fasi di accelerazione e nelle soste a motore acceso, ed è per questo che soluzioni "ibride", altamente flessibili in base alla tipologia di traffico, appaiano le più praticabili ed effettivamente attualmente le più diffuse nel mercato dell'auto elettrica.

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. Le emissioni di anidride carbonica (CO2) sono utili per confrontare i consumi rispettivi della via elettrica e di quella a combustione interna[6]. 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 CO2 migliorano nei BEV alimentati da fonti sostenibili di produzione elettrica, ma rimangono quasi fisse per i veicoli a benzina.

Impatto ambientale complessivomodifica | modifica sorgente

Un veicolo elettrico da lavoro durante l'utilizzo urbano.

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 perché 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[7]. Ne deriva che lo sviluppo di sorgenti di energia che non emettano CO2 è condizione necessaria per ridurre l'emissione totale netta dei veicoli elettrici mentre è impossibile avere benefici in termini di riduzione di emissioni di CO2 per i veicoli a benzina/diesel. In ogni caso, l'impatto ambientale della produzione di energia elettrica (emissioni indirette) dipende dal mix della produzione ed è enormemente più basso della emissione diretta prodotta dai veicoli ICE[8]

Rispetto al tempo di vita, un'altra importante differenza tra i veicoli elettrici e quelli a combustione interna consiste nell'utilizzo di consistenti batterie di accumulatori. 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 a 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 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 laptop, 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 più pratici e diffusi.

Prestazioni in accelerazionemodifica | modifica sorgente

Molte delle vetture elettriche di oggi sono capaci di prestazioni in accelerazione che superano 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 3,7 secondi: una rapidità superiore a quella di una Ferrari 575M Maranello ad esempio e come una Mercedes SLS AMG.

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 abbassa il centro di gravità complessivo 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[9][10].

Costi operativi ed assicurativimodifica | modifica sorgente

I veicoli elettrici (negli USA) hanno dei costi operativi, considerando solo il costo dell'energia, 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[11].

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.

Come per tutti i dispositivi elettrici ed elettronici, anche i veicoli elettrici a batteria hanno il vantaggio di poter essere smantellati facilmente e riciclati per la maggior parte dei componenti dopo, ad esempio, incidenti stradali. A differenza dei componenti dei motori a benzina, che tendono a 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, e 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.

Un altro problema è che le automobili elettriche costano circa il 50-100% in più rispetto a quelle a combustione interna (a causa delle batterie) ma, con il passare degli anni si ritiene che i costi diminuiranno. Un ulteriore problema è la bassa durata delle pile litio-polimero, attualmente ancora utilizzate, che perdono circa il 15-20% della capacità massima ogni annosenza fonte, risolto con gli accumulatori agli ioni di litio, che non subiscono grandi diminuzioni annue di capacità. Le auto elettriche godono oggi di vantaggi nella circolazione, come parcheggi riservati (con colonnine di ricarica elettriche gratuite oppure a prezzi modici), diritto a circolare sulle corsie per bus e taxi, libertà di accesso alle ZTL e immunità da ogni blocco del traffico. D'altra parte, inquinando di meno, danneggiano meno monumenti e polmoni dei cittadini e questo è un vantaggio reso alla collettività, da non sottovalutare. Molto probabilmente una quota delle nuove licenze di taxi verrà concessa obbligatoriamente a veicoli elettrici e/o ibridi.

Batteriemodifica | modifica sorgente

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Accumulatore di carica elettrica.
Prototipi di batteria a polimeri a ioni di litio da 75  watt-ora/kg. Le batterie più recenti di questo tipo erogano 130 Wh/kg e resistono a migliaia di cicli di ricarica.

Le Batterie ricaricabili utilizzate nei veicoli elettrici includono la pila zinco-aria, l'accumulatore piombo-acido ("inondate" 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 raggiungerà valori che si avvicinano al numero dei veicoli a combustione interna commercializzati al giorno d'oggi. 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 novanta, 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.

Caricamodifica | modifica sorgente

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, la concept 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 6 kW di connessione alla rete, ma si potrebbero evidentemente utilizzare correnti più alte. Si pensi che i carrelli elevatori, la maggior parte dei quali 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 velocemodifica | modifica sorgente

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 dalla AeroVironment chiamato "PosiCharge" per sperimentarlo nelle 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 batterie NiMH in circa dieci minuti, fornendo un'autonomia da 96 a 160 km[12].

Nel 2005, la Toshiba aveva costruito un dispositivo portatile dichiarando di essere in grado di ricaricarsi dell'80% in circa 60 secondi.[13]. 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 da colonnine di ricarica (conduzione/induzione)modifica | modifica sorgente

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.

Se questo sistema funziona ad impulsi ad alta frequenza può trasmettere enormi quantità di energia in pochi istanti (esistono sistemi simili in applicazioni di macchine industriali); questo metodo è particolarmente adatto agli accumulatori al piombo perché ne desolfatano la superficie degli elementi attivi.

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 batteriemodifica | modifica sorgente

Un'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 20–40 kg 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 essere dotate di un circuito con un microchip che riveli 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 potrebbe anche evitare il rischio di commettere errori nel loro utilizzo, errore che sarebbe comunque inferiore a quello di scambiare i vari tipi di benzina (con o senza piombo, diesel) dato che i circuiti elettronici dell'auto elettrica possono misurare la tensione e la corrente disponibili.

Autonomia prima della ricaricamodifica | modifica sorgente

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 l'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[14].

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 recupera 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. Sganciando il carrello non si ha 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 un'autonomia molto più ampia solo quando necessaria.

Durata delle batteriemodifica | modifica sorgente

Le singole batterie sono di solito raggruppate in grandi gruppi a 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.

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 della tensione fornita nell'ambito del loro tragitto quotidiano[15].

Hobby, conversioni, modding, e corsemodifica | modifica sorgente

Robert Schneeveis[16] esibisce il suo veicolo elettrico amatoriale Silver Sofa alla trentatreesima edizione del rally annuale per auto elettriche della Silicon Valley Electric Automobile Association[17], nel 2005.
Il Silver Sofa può ruotare su sé stesso ed è alimentato da pannelli fotovoltaici. È stato concepito per eventi particolari

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 un'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 , di questi la metà è costituita dalle batterie.

Programma CalCars della Davis University in Californiamodifica | modifica sorgente

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'installazione di accumulatori addizionali e modifiche al software di controllo.

Questi veicoli funzionano come vetture elettriche pure per viaggi corti, con ricarica effettuata nelle case e nei luoghi di lavoro. Nei viaggi 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-ariamodifica | modifica sorgente

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, dal punto di vista ambientale, sono estremamente vantaggiose in quanto le pile non contengono metalli pesanti che, 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 piuttosto stabili se l'energia viene prodotta con energie rinnovabili) rispetto ai normali veicoli a combustione interna 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 oltre 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, autotrasportatori, 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 bagagliaio, 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.

Pro e contromodifica | modifica sorgente

Vantaggimodifica | modifica sorgente

A favore dell'auto elettrica sono individuati i seguenti vantaggi:

  • Le V.E. non usano Ossigeno, necessario ed indispensabile per la combustione e quindi fondamentale per il principio di funzionamento di qualunque motore a scoppio, il quale "brucia" quindi una enorme quantità di ossigeno quando è in moto, riducendo drasticamente il deterioramento della atmosfera dovuto percentualmente anche a questo fattore.
  • Le V.E. riducono la dipendenza dal petrolio (che come merce importata danneggia gravemente la bilancia commerciale e crea dipendenza economica, con grande rischio strategico perché alimenta finanziariamente stati notoriamente governati da sistemi dittatoriali e instabili che acquistano pacchetti azionari di importanti società e gruppi imprenditoriali internazionali e sono così in grado quindi, ormai sempre più spesso, di influenzare le strategie, la vita politica ed economica degli stati cosiddetti occidentali).
  • Le V.E. non risentono della volatilità dei prezzi del petrolio, spesso manipolati da produttori e distributori esclusivamente a loro vantaggio.
  • Le V.E. riducono i costi energetici dei veicoli fino al 90%
  • Le V.E. recuperano circa il 15 % dell'energia totale spesa con il sistema a ricarica da frenata (sistema ReGen) e in più energia dai rallentamenti e discese (eccetto quelle con batterie Zinco-aria).
  • Le V.E. hanno molta più coppia motrice ed accelerazione da zero rispetto ad una macchina a benzina ICE (a parità di potenza installata) ed hanno una curva della coppia piatta.
  • Le V.E. possono mitigare il riscaldamento globale (specialmente se la loro energia viene prodotta con l'eolico, l'idroelettrico, il solare, e il nucleare).
  • Le V.E. hanno il motore con una efficienza del 90% rispetto al motore a combustione interna che raggiunge raramente il 30%, limitando così fortemente il riscaldamento generale del pianeta.
  • Le V.E. sono molto meno rumorose rispetto alle auto con motore a combustione interna.
  • Le V.E. non producono fumi nocivi, come CO, CO2, NOx, idrocarburi incombusti e particolato e molto altro.
  • Le V.E. non necessitano della costosa marmitta catalitica in platino, che polverizzandosi, disperde polveri sottili ed altre particelle potenzialmente cancerogene.
  • Le V.E. sono più adatte per i viaggi corti in città e per il pendolarismo corto (meno di 200 km), ma sostituendo rapidamente le batterie si possono fare viaggi anche molto lunghi. Inoltre l'autonomia senza sostituzione, si estende fino a 1500 km con le batterie Li-Ion o Zinco-aria.
  • Per utenze isolate (p.es di campagna) con capacità di generazione elettrica (cogenerazione, fotovoltaico, microturbine nei fiumi e cascate) il rifornimento elettrico è molto più sicuro e conveniente rispetto ai viaggi alle stazioni di benzina.
  • Gran parte delle spese di manutenzione, come il cambio dell'olio, ispezioni sull'inquinamento (bollino blu), la sostituzione del liquido del radiatore, e moltissime piccole riparazioni ed aggiustamenti sono ridottissimi o completamente eliminate, riducendo significativamente i costi di possesso.
  • Le V.E. possono fornire la potenza necessaria ad una roulotte o camper, per alimentare per qualche tempo elettrodomestici e condizionatore, ed in casi di emergenza possono fornire elettricità anche alle abitazioni.
  • Anche se alimentate da elettricità provenienti da impianti elettrici che bruciano il carbone, sono molto più efficienti energeticamente (e complessivamente, molto meno inquinanti, se le centrali a carbone impiegano processi di intrappolamento della CO2) rispetto alle automobili che bruciano benzina. Anche rispetto ai diesel sono più efficienti e molto meno inquinanti.
  • Sotto il punto di vita della sicurezza automobilistica le vetture elettriche sono più sicure perché meno tendenti ad incendiarsi dopo uno scontro (eccetto quelle con batterie Li-ion).
  • Praticamente le V.E. hanno una durata di insieme elevatissima, poiché in caso di problemi al motore lo stesso è facilmente riparabile e nel caso sostituibile con un costo estremamente ridotto, nei confronti di quello a combustione, nell'eventuale cambio totale del gruppo propulsivo. Basta pensare ad una qualunque riparazione necessaria presso officina specializzata, per esempio per il sistema di raffreddamento o di distribuzione, il rischio di grippaggio etc., difetti anche piccoli che notoriamente comportano spese sempre elevate e tempi di riparazione lunghi.
  • Una V.E. se costruita con carrozzeria in alluminio o composito può durare circa almeno 50 anni e oltre, con al massimo la sostituzione degli elementi frenanti e della circuiteria elettrica, garantendo un minor consumo di energia, di materie prime e relative lavorazioni, nonché minor necessità di rottamazione e quindi di spreco di risorse, con le relative emissioni inquinanti e consumi globali mondiali drasticamente ridotti. Socialmente parlando si ridurrebbe oltretomba l'imposta necessità della moda di dover cambiare a tutti i costi modello/i. Per esempio in campo aeronautico o navale un aereo, un elicottero o una nave hanno notoriamente una vita molto lunga e non sono sottoposti alla necessità di sostituzione per motivi di immagine ma genericamente solo per la effettiva efficienza nonché durata delle componenti strutturali.
  • Il trasporto dell'energia elettrica è più semplice del trasporto dei carburanti in oleodotti o autocisterne.
  • La coppia elevata anche a bassi regimi del motore elettrico consente di realizzare V.E. senza frizione e cambio; riducendo perdite meccaniche ed usura degli pneumatici.
  • Il V.E. non si spegne accidentalmente se solleviamo bruscamente la frizione.

Svantaggimodifica | modifica sorgente

Gli argomenti a sfavore dell'auto elettrica sono i seguenti:

  • La maggior parte dell'elettricità è oggi prodotta con fonti fossili, e comporta problemi di emissioni serra o di creazione di rifiuti. Bruciando carbone si producono circa 0,97 kg di CO2 per chilowattora Carbon dioxide più altri inquinanti nelle attività di estrazione, trasporto, raffinazione del combustibile: i VE non sono quindi (e solo in questo caso) a "emissioni zero" nel vero senso della parola, eccetto che nel momento dell'uso.
  • Limitata autonomia di percorrenza tra le ricariche (dipende dalla tecnologia usata).
  • Elevati costi delle batterie, che ora vanno dai circa 1.500 euro (piombo acido) a 15.000 euro (li-ion) a ogni sostituzione; nell'uso reale con percorrenze medie giornaliere ridotte i VE non fanno ora più di 32.000 km con un singolo set di batterie, conseguentemente (ipotesi controversa) l'incidenza del costo di sostituzione può essere da 20 a 30 centesimi al chilometro in più rispetto alle auto a benzina.
  • Scarse prestazioni alle basse temperature da parte di alcuni tipi di batterie.
  • Pericolo di folgorazione.
  • lo spazio occupato, sia in movimento che in sosta, non è diverso da veicoli con motore termico, con analoghi impatti negativi di tipo urbanistico, sulla vivibilità urbana ecc.
  • Nonostante la drastica diminuzione d'inquinamento acustico di cui le strade e le orecchie dei non automuniti beneficerebbero dalla diffusione dell'autotrasporto elettrico, l'alta silenziosità dei mezzi elettrici (motocicli e scooter inclusi) comporta anche un maggiore rischio d'investimento per i pedoni e i ciclisti a causa dell'assenza di rumori udibili durante l'appropinquarsi del veicolo elettrico (problema comunque facilmente eludibile con l'utilizzo di vari generatori di suoni)
  • Gli pneumatici restano comunque responsabili dell'emissione di anidride solforosa, al punto che un veicolo realmente a emissione zero (ZEV) non potrebbe montare ruote in gomma, controversia comunque inutile poiché in questo settore non cambia praticamente nulla essendo gli pneumatici in gomma al momento e probabilmente per molto tempo insostituibili.

Le argomentazioni riguardano in generale il futuro dell'auto per il trasporto diffuso di massa. Si rileva come ingorghi stradali, inquinamento acustico, rifiuti nel corso del ciclo di vita, spesa energetica e prezzo da pagare nel campo della salute per una vita sedentaria non sono risolti dai veicoli a emissioni zero.

Film dove si nota chiaramente l'utilizzo di auto elettrichemodifica | modifica sorgente

Notemodifica | modifica sorgente

  1. ^ Citroen C3 Hybrid Air, Esempio di auto ibrida.
  2. ^ Nozioni base sui motori elettrici
  3. ^ Stan Ovshinsky, Paul M. Rybski – Brevetti batterie NiMH
  4. ^ (EN) Idaho National Laboratory (2006) "Full Size Electric Vehicles" Advanced Vehicle Testing Activity reports at avt.inel.gov, visto il 5 luglio 2006
  5. ^ (EN) Idaho National Laboratory (2006) "1999 General Motors EV1 with NiMH: Performance Statistics" Electric Transportation Applications info sheets at inel.gov, ultimo accesso: 5 luglio 2006
  6. ^ (EN) US Department of Energy e Environmental Protection Agency (anno 2007) "Search for cars that don't need gasoline" Fuel Economy Guide database at fueleconomy.gov visto il 5 luglio 2006
  7. ^ (EN) Tahara, K. et al. (2001) "Comparison of CO2 Emissions from Alternative and Conventional Vehicles." World Resources Review 13:52-60 summary at ilea.org accessed 5 July 2006
  8. ^ (EN) Van Mierlo, J., et al. (2003) "Environmental Damage Rating Analysis Tool as a Policy Instrument" 20th International Electric Vehicle Symposium and Exposition (Long Beach, California) conference paper at etecmc10.vub.ac.be accessed 14 July 2006
  9. ^ (EN) Hedlund, R. (2006) "The 100  Mile Per Hour Club" National Electric Drag Racing Association list at nedra.com
  10. ^ (EN) Hedlund, R. (2006) "The 125  Mile Per Hour Club" National Electric Drag Racing Association list at nedra.com
  11. ^ (EN) Idaho National Laboratory (2005) "Comparing Energy Costs per Mile for Electric and Gasoline-Fueled Vehicles" Advanced Vehicle Testing Activity report at avt.inel.gov accessed 11 July 2006.
  12. ^ (EN) Anderson, C.D. and Anderson, J. (2005) "New Charging Systems" Electric and Hybrid Cars: a History (North Carolina: McFarland & Co., Inc.) ISBN 0-7864-1872-9, p. 121.
  13. ^ (EN) Toshiba Corporation (2005) "Toshiba's New Rechargeable Lithium-Ion Battery Recharges in Only One Minute" dichiarazione alla stampa in toshiba.co.jp (5 luglio 2006)
  14. ^ (EN) Mitchell, T. (2003) "AC Propulsion Debuts tzero with LiIon Battery" AC Propulsion, Inc. press release at acpropulsion.com accessed 5 July 2006
  15. ^ Knipe, TJ et al. (2003) "100,000-Mile Evaluation of the Toyota RAV4 EV" Southern California Edison, Electric Vehicle Technical Center report at evchargernews.com accessed on 5 July 2006
  16. ^ (EN) Robert Schneeveis - Robert Schneeveis
  17. ^ (EN) EV Rally - Rally annuale per auto elettriche della Silicon Valley Electric Automobile Association

Voci correlatemodifica | modifica sorgente

Motoveicolo elettrico a due ruote alla fiera del 2005 sui veicoli elettrici di Vancouver

Altri progettimodifica | modifica sorgente

Collegamenti esternimodifica | modifica sorgente








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