Come funzionano le auto elettriche? Scopri i componenti principali e le loro funzioni

La maggior parte delle case automobilistiche cerca di rendere i propri veicoli elettrici convenzionali per non alienare gli acquirenti tradizionali, ma i veicoli elettrici funzionano in modo molto diverso rispetto alle auto a combustione. La loro propulsione si basa su sistemi completamente diversi rispetto a quelli di un veicolo alimentato a carburante liquido.

Questo è il motivo per cui i meccanici automobilistici di solito si rifiutano di lavorare su un veicolo elettrico a meno che non abbiano ricevuto una formazione specifica. Sapere cosa fa funzionare un'auto elettrica e quali sono i suoi componenti principali è importante se vuoi ottenere il massimo dalla tua esperienza di possesso di un veicolo elettrico.

Ecco i componenti e i sistemi principali di cui un veicolo elettrico ha bisogno per funzionare.

1. Pacco batteria

Il singolo componente più grande, più pesante e più costoso che serve per realizzare un veicolo elettrico è il suo pacco batterie. Il suo ruolo è immagazzinare quantità significative di elettricità e resistere anche a ripetuti cicli di carica-scarica in condizioni meteorologiche estremamente variabili. In alcuni veicoli elettrici, il pacco batteria funge anche da elemento strutturale del telaio del veicolo.

I pacchi batteria dei veicoli elettrici sono composti da centinaia di singole celle collegate tra loro e variano in dimensioni da meno di 40 kWh nei veicoli più piccoli a oltre 200 kWh in alcuni camioncini elettrici. Il GMC Hummer EV ha una delle batterie più grandi del settore, un pacco da 205 kWh, che fornisce un'autonomia dichiarata di 329 miglia. All'altra estremità della scala, abbiamo la Mini Cooper SE, i cui piccoli pacchi batteria da 32 kWh possono percorrere solo 114 miglia con una sola carica.

Vale anche la pena notare che i produttori citano sia la capacità della batteria totale che quella netta (utilizzabile), motivo per cui a volte vedi differenze capacità elencate per gli stessi veicoli elettrici. Inoltre, due veicoli elettrici con la stessa capacità della batteria probabilmente non offriranno la stessa autonomia poiché anche tu hai bisogno per tenere conto della leggerezza dei veicoli e della resistenza al rotolamento che hanno, che alla fine si traduce in quanto efficientemente usano elettricità.

2. Sistema di monitoraggio della batteria

Il pacco batteria di un veicolo elettrico sarebbe inutile (e pericoloso) senza quello che è noto come sistema di monitoraggio della batteria, o BMS in breve. Svolge il ruolo estremamente importante di monitorare il pacco batteria e regolarne la temperatura, la tensione e la corrente. È anche il BMS che fornisce stime di autonomia e stato di carica, che calcola in base alla quantità di corrente rimasta nella batteria.

Il BMS monitora anche lo stato di salute del pacco batteria, sia nel suo insieme che in ogni singola cella della batteria. Gli utenti di veicoli elettrici più avanzati possono anche accedere ai registri del BMS che tengono traccia delle prestazioni della batteria e dei modelli di utilizzo. Questi possono quindi essere analizzati in modo molto dettagliato per vedere come funziona la batteria e cosa può essere ottimizzato.

3. Sistema di gestione termica

Un altro ruolo importante ricoperto dal BMS è il controllo del sistema di gestione termica del pacco batterie. Questo vale per tutti i veicoli elettrici in grado di controllare la temperatura del pacco, inclusi i veicoli elettrici più moderni. Veicoli come i primi generazioni della Nissan Leaf e della BMW i3, così come della Renault Zoe e della Volkswagen e-Golf, sono arrivate tutte prive di termico gestione.

La gestione delle temperature in un veicolo elettrico funziona in modo molto simile al sistema di raffreddamento della tua auto a combustione. Si basa su un liquido che viene pompato attorno al pacco batteria attraverso una serie di tubi e canali con l'obiettivo di sottrarre calore a questi componenti vitali in modo che possano funzionare meglio e durare più a lungo vita.

Alcuni produttori di veicoli elettrici consigliano di controllare e cambiando il liquido di raffreddamento ogni pochi anni, mentre altri (come Tesla) affermano che si tratta di un sistema completamente sigillato che non necessita di manutenzione regolare.

Anche le pompe di calore stanno diventando sempre più comuni nei veicoli elettrici. Questi importanti componenti hardware aiutano a riscaldare l'abitacolo nel modo più efficiente possibile utilizzando il calore residuo del pacco batteria e del motore. Aiutano anche con il raffreddamento, poiché il loro funzionamento può essere invertito in modo che possano agire essenzialmente come unità di condizionamento dell'aria.

4. Motore elettrico

Il componente hardware che fornisce effettivamente la propulsione in un veicolo elettrico è il suo motore elettrico. Converte l'energia elettrica in energia meccanica che guida le ruote.

Esistono diversi tipi di motori elettrici, ognuno con i propri punti di forza e di debolezza, ma tutti sono costituiti da due parti principali chiamate rotore e statore. Il primo è essenzialmente l'unica parte mobile di un motore elettrico, mentre il secondo è essenzialmente il l'alloggiamento del rotore e contiene canali attraverso i quali viene pompato il liquido per aiutare l'unità a liberarsi Calore.

Molti veicoli elettrici sono alimentati da un cosiddetto motore a corrente continua, che funziona a corrente continua ed è disponibile in configurazioni brushed e brushless, con quest'ultima notevolmente più comune. Questo tipo di motore è noto per la sua coppia elevata e la durata, ma presenta anche aspetti negativi, come dimensioni, peso e affidabilità (soprattutto nel caso di motori con spazzole).

Anche i motori a induzione sono abbastanza comuni nei veicoli elettrici e offrono numerosi vantaggi rispetto ai motori CC. Sono più piccoli, più semplici e più facili da mantenere, ma allo stesso tempo non possono eguagliare la potenza o l'efficienza dei motori CC, specialmente quelli che utilizzano magneti permanenti.

Alcuni veicoli elettrici di fascia alta utilizzano anche i cosiddetti motori sincroni a magneti permanenti (PMSM), che sono migliori di altri tipi di motori a induzione in termini di densità di potenza ed efficienza. Il loro più grande svantaggio è la loro maggiore complessità e il costo più elevato.

5. Trasmissione

I veicoli elettrici non hanno bisogno di una trasmissione tradizionale. La loro coppia elevata erogata a regimi molto bassi annulla la necessità di avere più marce tra cui cambiare man mano che la velocità aumenta.

Tuttavia, poiché i motori elettrici hanno velocità di rotazione simili (o anche superiori) rispetto ai veicoli ICE, hanno ancora bisogno di un riduttore per aiutarli a raggiungere un buon equilibrio tra accelerazione e massima velocità. I differenziali sono presenti nei veicoli elettrici e funzionano allo stesso modo come in un veicolo ICE.

Gli unici veicoli elettrici di produzione moderna che hanno effettivamente una trasmissione a ingranaggi sono la Porsche Taycan e l'Audi E-Tron GT, che, per i loro motori posteriori, hanno un cambio automatico a due velocità. Non è chiaro se questa soluzione verrà mantenuta in futuro, poiché è stata criticata per essere un'eccessiva complicazione inutile.

Altri produttori non hanno annunciato l'intenzione di implementare soluzioni simili, sebbene ci siano aziende simili specialista di assali Dana Incorporated negli Stati Uniti che vende un cambio a due velocità progettato per funzionare con un elettrico il motore.

6. Caricabatterie a bordo

Tutti i veicoli elettrici hanno una sorta di caricabatterie integrato, le cui prestazioni di solito determinano la velocità massima di ricarica del veicolo quando si utilizza un caricabatterie CA (corrente alternata). Il suo ruolo è anche quello di convertirlo in DC (corrente continua), che viene poi regolata dal BMS.

La potenza dei caricabatterie di bordo nei veicoli elettrici varia da 3,7 kW a 22 kW e possono anche rilevare se la corrente che li attraversa è corrente alternata monofase o trifase.

7. Sistema di frenata rigenerativa

Poiché la maggior parte dei tipi di motori elettrici può fungere anche da generatore di elettricità, tutti i veicoli elettrici dispongono del cosiddetto sistema di frenata rigenerativa. Questo si basa esclusivamente sui loro motori, che possono essere utilizzati cancella la velocità e rimetti il ​​succo nel pacco batteria allo stesso tempo.

Ciò aumenta notevolmente l'intervallo di sostituzione delle pastiglie dei freni per i veicoli completamente elettrici e alcuni ibridi. Consente inoltre ai veicoli elettrici di offrire quella che è nota come guida con un solo pedale, il che significa essenzialmente che il conducente è in grado sia di accelerare che di frenare veicolo utilizzando solo il pedale dell'acceleratore, poiché quando si sollevano completamente, il veicolo inizierà automaticamente a decelerare tramite il motore resistenza.

8. Inverter, convertitori e controller

I veicoli elettrici hanno anche un numero variabile di inverter, convertitori e controller. Questi sono tutti vitali per il corretto funzionamento del gruppo propulsore, poiché aiutano a massimizzare la potenza e l'efficienza attraverso un uso ottimale della corrente disponibile.

Gli inverter sono responsabili della conversione della corrente continua in corrente alternata, mentre i convertitori hanno il ruolo di convertire CC ad alta tensione assorbita dal pacco batteria in una corrente a bassa tensione di cui il veicolo ha bisogno per funzionare vari sistemi. I controller sono vitali per la distribuzione dell'energia in quanto aiutano a gestire il flusso di elettricità da e verso il pacco batteria; sono anche ciò che rende possibile la frenata rigenerativa in un veicolo elettrico.

I veicoli elettrici sono alimentati in modo molto diverso

I veicoli elettrici possono avere meno parti mobili rispetto alle auto a combustione, ma ciò non significa che non siano pezzi di ingegneria complessi. Al contrario, in realtà, poiché hanno bisogno di una serie di sistemi per lavorare insieme al fine di fornire la potenza, l'efficienza, l'autonomia e l'affidabilità richieste dai consumatori.

Le scoperte e i progressi nella tecnologia dei veicoli elettrici sono comuni ed è meglio avere almeno una conoscenza di base di come funzionano e cosa viene migliorato esattamente. Questa conoscenza è importante anche se possiedi un veicolo elettrico e sei interessato a sapere come mantenerlo correttamente e in che modo differisce da un veicolo ICE.