Auto elettriche: principio di funzionamento e struttura. Funzionamento dei veicoli elettrici, modalità, tipologie e velocità di ricarica dei veicoli elettrici, capacità delle batterie. Auto elettrica: quale scegliere?

Auto Elettriche: Principio di Funzionamento e Struttura

I veicoli elettrici stanno vivendo un vero e proprio momento di espansione. Sono sempre di più le case automobilistiche che ogni anno aggiungono questo tipo di veicoli alla loro gamma, a partire ovviamente da Tesla Motors, il marchio per eccellenza delle auto elettriche, passando poi per Nissan, Renault, Citroen, Peugeot e Smart fino ad arrivare ad Audi, Volkswagen, Mercedes-Benz, Hyundai e Jaguar, per non parlare di nuovi nomi quali Byton, Lordstown e Rivian.

Il mercato dei veicoli elettrici è cresciuto enormemente in tutto il mondo. Secondo il rapporto del 2021 stilato dal “Global EV Outlook”, nel 2020 è stato raggiunto il traguardo dei 10 milioni di veicoli elettrici a livello mondiale, con un aumento del 43% rispetto al 2019. Nel complesso il mercato globale per tutti i tipi di auto è stato significativamente colpito dalle ripercussioni economiche della pandemia Covid-19. Nonostante ciò, la Cina, con 4,5 milioni di auto, vanta la flotta più ricca, anche se nel 2020 l’Europa ha registrato il maggiore aumento annuale raggiungendo quota 3,2 milioni.

Funzionamento dei veicoli elettrici

Il nucleo vitale di questi veicoli è rappresentato dal motore elettrico, il cui funzionamento si basa sull’utilizzo dell’energia chimica generata per mezzo di una o più batterie ricaricabili, la quale viene trasformata in elettricità e successivamente trasferita al motore.

Anche se il rendimento energetico di un motore elettrico è superiore a quello di un motore a combustione, la sua autonomia è ancora limitata ed i tempi di ricarica sono ancora lunghi. Tuttavia, questi aspetti sono sicuramente in fase di miglioramento grazie alla ricerca ed ai numerosi progressi fatti dal progresso tecnologico.

Il funzionamento di un’automobile elettrica avviene collegandosi ad un punto di ricarica e prelevando l’elettricità direttamente dalla rete. L’elettricità viene immagazzinata all’interno di batterie, in grado di alimentare un motore elettrico, che a sua volta consente alle ruote di girare.

I veicoli elettrici sono in grado di accelerare più rapidamente rispetto ai veicoli dotati dei tradizionali motori a combustione, pertanto risultano più leggeri da guidare.

Modalità di ricarica dei veicoli elettrici

Molte sono le caratteristiche delle auto elettriche su cui varrebbe la pena soffermarsi. Le informazioni in merito a come avviene la ricarica possono sicuramente rientrare fra le più importanti ed utili da menzionare.

Il veicolo elettrico può essere ricaricato mediante la connessione ad una stazione di ricarica pubblica o anche grazie ad un caricabatterie domestico inserito in una presa di corrente.

Modalità di ricarica dei veicoli elettrici

Le stazioni di ricarica dislocate in tutto il territorio italiano sono ancora poche rispetto a quelle presenti nel resto d’Europa: i punti di ricarica sono sicuramente aumentati se paragonati, ad esempio, con quelli disponibili nel 2019, ma è ancora molta la strada da percorrere per colmare la distanza con la maggior parte dei Paesi limitrofi. Alla netta concentrazione di colonnine elettriche presenti nell’Italia del Centro-Nord, si contrappone una maggiore carenza nel Sud del Paese. In genere le colonnine sono dislocate nelle aree urbane, mentre la rete autostradale non dispone ancora di punti di ricarica adeguati a poter garantire supporto ed efficienza di ricarica durante i lunghi viaggi.

Ogni versione di auto è solitamente dotata di un cavo con spina da collegare alla stazione di ricarica ed un connettore collegabile alla presa dell’auto.

La ricarica dei veicoli in ambito domestico si effettua solitamente mediante corrente alternata (AC) in Modo 2. In ambito pubblico la ricarica può essere effettuata utilizzando corrente alternata in Modo 3 oppure corrente continua (DC) in Modo 4.

Per la ricarica dei veicoli elettrici in corrente alternata (Modo 2 e Modo 3) sono disponibili due tipi di connettori: Tipo 1 e Tipo 2. Il connettore di Tipo 1, detto anche Yazaki, rappresenta il tipo standard per Giappone ed America, mentre l’Europa ha visto l’affermarsi del connettore di Tipo 2, conosciuto anche con il nome di Mennekes.

Per la ricarica dei veicoli elettrici in corrente continua (Modo 4) sono disponibili i seguenti tipi di connettori:

  • CHAdeMO – il connettore standard più diffuso a livello mondiale per la ricarica rapida in corrente continua.
    Tipi di connettori: chademo
  • CCS – abbreviazione di Combined Charging System, si tratta di un tipo di connettore che consente di ricaricare il veicolo sia velocemente, in corrente continua, che lentamente, in corrente alternata. In Europa il sistema CCS viene chiamato Combo 2 in quando si basa sul connettore di Tipo 2.
    Tipi di connettori: ccs-combo-2

Velocità di ricarica dei veicoli elettrici

Le vetture elettriche possono essere ricaricate in base a tre tipi di velocità.

  1. Lenta: in genere ha una potenza massima di 3kW. Viene spesso utilizzata per la ricarica notturna o presso il posto di lavoro. Il tempo di ricarica varia dalle 8 alle 10 ore.
  2. Veloce: in genere con una potenza di 7Kw o 22kW. Nei Paesi in cui l’utilizzo dei veicoli elettrici è maggiormente diffuso, le colonnine di ricarica veloce vengono normalmente installate nei parcheggi, nei supermercati, nei centri ricreativi e nelle case dotate di parcheggio esterno. Il tempo di ricarica va dalle 3 alle 4 ore.
  3. Rapida: in genere con potenza a partire da 43 kW. Compatibile esclusivamente con i veicoli elettrici che dispongono di capacità di ricarica rapida. Il tempo di ricarica va dai 30 ai 60 minuti.

Componenti interni di un veicolo elettrico

I veicoli elettrici presentano il 90% di parti mobili in meno rispetto ad un’auto con motore a combustione interna. Di seguito viene riportata una breve descrizione riassuntiva delle parti che mantengono in movimento un veicolo elettrico:

  • Motore elettrico – Provvede a fornire energia per azionare le ruote. Può essere di tipo DC/AC (corrente continua / corrente alternata), anche se i motori AC sono più comuni.
  • Inverter – Converte la corrente elettrica sotto forma di corrente continua (DC), in corrente alternata (AC)
  • Trasmissione – I veicoli elettrici sono dotati di una trasmissione a velocità singola che invia la potenza dal motore alle ruote.
  • Batterie – Immagazzinano l’elettricità necessaria per far funzionare un veicolo elettrico. Quanto più elevati sono i kW della batteria, tanto maggiore risulterà l’autonomia.
  • Ricarica – La ricarica della batteria avviene collegandosi ad una presa di corrente o a un punto di ricarica EV.

Batterie per veicoli elettrici: capacità, kWh ed autonomia

Il chilowatt (kW) è un’unità di potenza che indica la quantità di energia di cui un dispositivo necessita per poter funzionare. Un chilowattora (kWh) è un’unità di energia utilizzata per indicare quanta energia è stata impiegata in un’ora: per esempio una lampadina da 100 watt usa 0,1 chilowatt ogni ora.

Facendo un breve calcolo, possiamo dire che un consumo domestico medio si aggira sui 3.100 kW di energia all’anno, mentre l’energia consumata dai veicoli elettrici in un anno corrisponde mediamente a circa 2.000 kW.

La distanza percorribile con una carica dipende dalla capacità della batteria (kWh). Quanto più alto è la capacità in kWh della batteria EV, tanto maggiore è la distanza che può essere percorsa. L’autonomia di un’auto elettrica, le dimensioni della batteria di cui è dotata ed il livello di efficienza offerto variano a seconda del modello di veicolo. La vettura elettrica perfetta sarà quella con cui poter effettuare normali spostamenti senza che vi sia la necessità di fermarsi a ricaricare a metà strada.

I veicoli attualmente sul mercato dispongono in genere di pacchetti batteria tra i 30 ed i 50 kWh e di un’autonomia compresa tra i 200 ed i 400 km con una ricarica piena. In ogni caso i modelli elettrici risultano sempre più economici rispetto a quelli tradizionali in quanto dotati di un motore che può essere ben quattro volte più performante rispetto ad un motore a carburante: l’efficienza energetica corrispondente è pari al 90% contro il 25% circa dei motori a combustione interna.

Auto elettrica: quale scegliere?

Sono disponibili diversi tipi di auto elettriche (EV). Alcuni funzionano esclusivamente con l’elettricità e sono detti veicoli elettrici puri. Altri possono essere alimentati anche a benzina o diesel e vengono, perciò, chiamati veicoli elettrici ibridi.

  • Elettrico plug-in – In questo caso l’auto funziona unicamente con l’elettricità ottenendo il massimo dell’energia nel momento in cui è collegata alla rete di ricarica. Si tratta di un tipo di veicolo che non utilizza benzina o diesel per funzionare, di conseguenza non produce emissioni come le auto tradizionali.
  • Ibrido plug-in – Questo tipo di auto funziona principalmente grazie all’elettricità, ma dispone anche di un motore tradizionale a benzina o diesel, che può essere utilizzato in caso di esaurimento della carica. Il funzionamento con carburante causa la produzione di emissioni, che invece viene esclusa in caso di funzionamento ad elettricità. Le auto ibride plug-in possono essere collegate ad una fonte di elettricità che ne ricarichi la batteria.
  • Ibrido-elettrico – Funzionano prevalentemente con carburante quale benzina o diesel, ma dispongono anche di una batteria elettrica, ricaricata mediante la frenata rigenerativa. Le auto di questo tipo consentono di alternare il funzionamento mediante motore a carburante e la modalità “EV”, premendo semplicemente un pulsante. Si tratta di automobili che non possono essere collegate a una fonte di elettricità e ricorrono alla benzina o al diesel come fonti di energia.
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