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Questa raccolta di nozioni sul funzionamento di un veicolo a trazione elettrica sono state scritte nel modo più semplice e chiaro possibile, per rendere comprensibili i concetti anche a coloro che non hanno conoscenze nel campo.

Il documento è suddiviso in due capitoli:
  -  Il primo parla del motore elettrico vero e proprio.
  -  Il secondo è una raccolta di risposte alle domande più comuni che di solito vengono fatte da chi si avvicina per      la prima volta al mondo della trazione elettrica.

Per comprendere meglio i principi di funzionamento di una moto a trazione elettrica, diamo alcuni cenni sul funzionamento di un motore elettrico, utilizzando alcune immagini tratte dal sito: http://it.wikipedia.org

Col termine motore elettrico si definisce una macchina elettrica in cui la potenza di ingresso è di
tipo elettrico e quella di uscita è di tipo meccanico.

Essi hanno importanza fondamentale nella società moderna, basti pensare a tutti gli oggetti che
normalmente ci circondano, dal walkman alla lavatrice al treno e via dicendo, sono dotati tutti di
uno o più motori elettrici che muovono azionamenti meccanici.

 
 
Principio di funzionamento

La corrente elettrica passa in un filo di rame che avvolge a spirale un pezzo di ferro dolce chiamato
rotore. Questo avvolgimento, crea un campo elettromagnetico al passaggio di corrente. Questo campo elettromagnetico è immerso in un altro campo magnetico creato dallo statore, che nel caso più semplice è costituito da una o più calamite, o elettrocalamite. Il rotore per induzione elettromagnetica inizia a girare, in
quanto il "nord" del campo magnetico del rotore è attratto dal
"sud" del campo magnetico dello statore e viceversa. Ogni
mezzo giro la polarità viene invertita, in modo da dare
continuità alla rotazione nel secondo mezzo giro ...e così via.

Durante la trasformazione, una modesta parte dell'energia
viene dispersa in calore per l'effetto Joule. Il motore elettrico a seconda della sua tensione di
alimentazione, e del suo comportamento, può essere un motore asincrono, motore sincrono, o un
motore in corrente continua.
 
         
 
Motore a spazzole (in corrente continua)

Il classico motore in corrente continua ha una parte che gira, detta appunto rotore o anche armatura (in grigio con gli avvolgimenti colorati nelle figure) e una parte che genera un campo magnetico fisso (nell'esempio i due magneti colorati) detta statore. Un interruttore rotante detto commutatore o collettore a spazzole (o anello di Pacinotti) (nelle figure l'anello color rame, fissato all'albero rotante del motore, con i due contatti striscianti + e - collegati alla parte ferma) inverte due volte ad ogni giro la direzione della corrente elettrica che percorre i due avvolgimenti generando un campo magnetico che entra ed esce dalle parti arrotondate dell'armatura. Nascono forze di attrazione e repulsione con i magneti permanenti fissi (indicati con N ed S nelle figure).

La velocità di rotazione dipende da:

  -  Tensione applicata.
  -  Corrente assorbita dal rotore.
  -  Carico applicato (chiamato coppia di carico).

La coppia generata è proporzionale alla corrente che viene fatta passare negli avvolgimenti del rotore. Il controllo più semplice agisce sulla tensione di alimentazione. Più è alta la tensione più sarà alto il numero di giri.
 
         
 

Un semplice motore DC.

Quando la corrente scorre negli avvolgimenti, si genera un campo magnetico intorno al rotore. La parte sinistra del rotore è respinta dal magnete di sinistra ed attirata da quello di destra. Analogamente fa la parte in basso a destra. La coppia genera la rotazione.

 
 
         
  Il rotore continua a girare.  
 
         
 
Quando il rotore sarà allineato orizzontalmente, il commutatore invertirà la direzione della corrente che scorre negli avvolgimenti, invertendo il campo magnetico e inizierà la seconda parte del giro enera.
 
 
         
 
Dato che questo tipo di motore può sviluppare una forte coppia a basse velocità di rotazione è stato usato nella trazione elettrica, come, ad esempio, sulle locomotive. Il motore CC a magneti permanenti ha un comportamento reversibile: diventa un generatore di corrente continua (una dinamo) se si applica un movimento all'albero. Si può allora prelevare l’energia elettrica prodotta collegandosi alle spazzole. (Da questo si può intuire la sua capacità di agire anche da freno: applicando tra le spazzole un resistore, l'energia meccanica trasmessa all'albero si dissipa su questo resistore). Riassumendo si può affermare che il motore CC ha tutte le funzioni necessarie per un mezzo mobile: oltre alla funzione di motore esso può recuperare l’energia funzionando da dinamo e, quando necessario, può servire da freno.

Il suo limite principale è nella necessità del commutatore a spazzole:

  -  Le spazzole sono in grafite. Questo consente un buon contatto elettrico minimizzando gli attriti. La loro usura      richiede periodici interventi di manutenzione (d'altra parte è preferibile dover sostituire le spazzole che non      l'intero collettore, operazione che sarebbe ovviamente molto più complessa).
  -  Le spazzole pongono un limite alla massima velocità di rotazione perchè maggiore è la velocità e più forte è la      pressione che bisogna esercitare su di esse per mantenere un buon contatto.
  -  Tra spazzole e collettore, nei momenti di commutazione, si hanno transitori di apertura degli avvolgimenti      induttivi e quindi scintillio (attenuabile con opportuni sistemi ma non eliminabile).
  -  Queste scintille comportano disturbi elettrici sia irradiati nell'ambiente circostante che trasmessi al      generatore di tensione (che alimenta il motore); questi disturbi, in determinati settori di impiego, possono      causare problemi di compatibilità elettromagnetica.

La presenza di avvolgimenti elettrici sul rotore ha anche due aspetti negativi:

  -  Se il motore è di grossa potenza si hanno dei problemi di smaltimento del calore (gli avvolgimenti si      riscaldano per effetto Joule e il campo magnetico alternato nel nucleo del rotore genera altre perdite e quindi      altro calore).
  -  Gli avvolgimenti appesantiscono il rotore (aumenta il momento d'inerzia): se il motore deve rispondere con      rapidità e precisione (come avviene nelle automazioni industriali e nella robotica) il controllo diventa più      complesso. In ogni caso esso è più rapido di un motore endotermico perciò possiamo dire che nella trazione      elettrica non esiste questo problema.
 
         
 
Curve di Potenza e di Coppia

A titolo indicativo mostriamo le curve caratteristiche di un motore elettrico generico, funzionante in corrente continua.
 
 
Le curve di coppia e potenza massime, dipendono dalla tensione di alimentazione del motore. Nell'uso su veicoli elettrici, queste curve vengono modificate mediante l'utilizzo di una centralina elettronica chiamata "Controller" per meglio adattarle all'uso nella "trazione elettrica". I grafici sopra sono "ideali" e cioè semplificati per evidenziare le caratteristiche peculiari dei motori elettrici.

Ad esempio se guardiamo il grafico della coppia massima erogata vediamo che gia a zero giri e quindi da fermo il motore offre la coppia più alta di tutto l'arco di utilizzo. Questa è anche la situazione in cui il motore assorbe più corrente (la coppia è direttamente proporzionale alla corrente). Se per ipotesi noi usassimo un interruttore per collegare direttamente il motore alla batteria, nel preciso momento in cui pigiamo l'interruttore, la batteria darebbe tutta la corrente possibile ed il motore scatterebbe istantaneamente producendo una coppia fortissima e raggiungendo in un lampo il numero massimo di giri. Poi si stabilizzerebbe a questa velocità consumando solo un minimo di corrente.

Sempre dal grafico della coppia vediamo che essa diminuisce costantemente all'aumentare del numero di giri. Proprio in corrispondenza del numero massimo di giri, detto anche velocità a vuoto, la coppia diventa zero. Quindi nei motori elettrici non c'è il pericolo dei cosiddetti "fuorigiri" tanto temuti nei motori endotermici.

Da queste considerazioni si può facilmente capire perché alle velocità più alte il veicolo elettrico è poco soddisfacente: ruotando la manopola dell'acceleratore la spinta del motore è molto più debole.
 
         
 
Personalizzazione delle Curve di Potenza e di Coppia

Le curve coppia-velocità e potenza massime possono essere modificate addomesticandole secondo le nostre necessità e preferenze, mediante una specifica "programmazione" del Controller.

La maggior parte dei controller in commercio, possono essere facilmente programmati utilizzando l'interfaccia grafica di un comune Personal Computer.

Una tra le più importanti funzioni impostabili nel controller è il limite massimo della corrente da fornire al motore.

Questa limitazione viene fatta per tre motivi principali:

     1) Evitare un eccessivo consumo di corrente che ridurrebbe l'autonomia della batteria.
     2) Permettere una più facile gestione della coppia, sia alla partenza che alle velocità più basse.
     3) Evitare surriscaldamenti di motore e batteria salvaguardando la loro vita.

Vediamo nei grafici come una limitazione della corrente, influisce sulle curve di coppia e potenza massime:
 
 
Altre importanti caratteristiche che si possono impostare sul controller sono la rapidità di risposta alla rotazione dell'acceleratore, la tensione minima della batteria sotto la quale diminuire la potenza o spegnere il motore per evitare che la batteria stessa si danneggi.

I valori che vengono dichiarati dal costruttore come la tensione di alimentazione, la corrente, la coppia e la potenza vengono definiti "di etichetta" per un certo motore e corrispondono ad un impiego continuativo di tale motore, in funzionamento standard nominale alla temperatura ambiente di 20°C. Questo è il massimo che si può chiedere ad un motore elettrico se lo usiamo per tanto tempo (anche per anni) senza mai spegnerlo o rallentarlo.

E' peraltro possibile alimentare il motore con una tensione/corrente diversi, in generale comprese tra -50% e +100% della tensione/corrente prevista in "etichetta". Se sottoalimentato il motore sarà meno potente, se sovralimentato il motore sarà più potente ma si riscalderà maggiormente, perciò va usato in questa modalità solo per tempi brevi (da un minuto fino ad un massimo di 10 minuti a seconda del grado di sovralimentazione).

Questa ultima particolarità del motore elettrico fa capire il perché c'è a volte tanta differenza nei valori di coppia e potenza dichiarati dai costruttori di veicoli elettrici. Lo stesso motore può avere valori molto differenti se si confondono tra loro i valori "di picco" e quelli "di etichetta".

. . . . segue una raccolta di domande e risposte sui veicoli elettrici. . . ..
 
         
   
         
 
E' naturale che chi non è del settore senta il bisogno di fare alcune domande sul tema a chi ha già potuto approfondire le conoscenze in questo campo.

Questo capitolo sarà perciò strutturato in "domanda" -"risposta" come se fosse un'intervista.

A cosa serve il Controller ?
E' il dispositivo che gestisce l'erogazione di energia verso il motore e quindi determina la spinta. Si potrebbe paragonare al carburatore o all'iniezione delle moto a benzina. Esso legge la richiesta di potenza che fa il pilota ruotando l'acceleratore e di conseguenza "modula" la corrente elettrica e la tensione che fornisce al motore.
Generalmente questi controller sono ampiamente programmabili con un personal computer. Con questo strumento si può cambiare il carattere del motore, e quindi la sua destinazione d'uso, in soli 2 minuti.
Tra le altre cose si può limitare a piacere la potenza erogata, oppure la velocità di risposta all'acceleratore ( o sensibilità o reattività), spostare più in alto o più in basso la coppia motrice.

Non c'è pericolo di prendere la scossa vista la potenza elevata in gioco?

Normalmente è una cosa che non si verifica usando un veicolo elettrico. Tutti gli elementi dell'impianto vengono isolati totalmente dall'ambiente esterno. Il pericolo di prendere la scossa esiste quando si lavora sull'impianto. Toccando i collegamenti elettrici o i terminali della batteria in effetti esiste questa possibilità, in alcune condizioni critiche. La tensione elettrica (che si misura in " volt") è sufficientemente bassa da scongiurare il pericolo di fulminazione.
Con una tensione di 75 volts, toccando contemporaneamente con le mani i due poli della batteria, un individuo sano, con le mani asciutte, potrebbe avvertire solo un formicolio alle mani e braccia. Effetti più gravi ci potrebbero essere in condizioni particolari come ad esempio se tocchiamo le parti soggette a tensione con le mani bagnate oppure se abbiamo dei problemi cardiaci.
Non a caso nelle normative di sicurezza, le tensioni sotto i 75 volts vengono classificate come basse tensioni, ed i vincoli per la sicurezza sono minori rispetto a quelli per le apparecchiature elettriche usate nelle abitazioni di ognuno di noi.

Quanta corrente si consuma durante la ricarica della batteria?

La ricarica completa di una batteria da 37 V che abbia una capacità di 45 Ah, e quindi contiene 1,6 KWh di energia, consuma poco più 1,6 KWh cioè quanto una lampadina da 100 watt accesa per 16 ore. Con meno di 20 centesimi possiamo "fare il pieno".

Occorre scaricare completamente la batteria prima di metterla in carica?
Se la batteria è a base di Litio può essere ricaricata in qualsiasi momento, anche se si dispone ancora di autonomia.
Il tempo di carica, in questo caso sarà proporzionalmente inferiore.

E' dannoso per la vita della batteria fare eventuali cadute?
Essa non risente di eventuali urti o cadute normali che non deformino di molto il suo contenitore.

Inclinando troppo la moto fuoriesce qualcosa o si danneggia la batteria?

Può essere posizionata in qualsiasi senso e la batteria non ne risente minimamente. Si può trasportare la moto sdraiata in un furgone o parcheggiarla sdraiandola per terra come fosse una bicicletta.

Che tipo di batteria è meglio usare per trazione elettrica?

Un grosso passo avanti è stato fatto con l'introduzione delle batterie "LiPo" e cioè ai Polimeri di
Litio. Queste batterie consentono di poter utilizzare correnti di carica e scarica molto alte ed erogare
flussi di corrente sempre uguali per tutto l'arco dell'autonomia. Solo la velocità massima del veicolo
diminuirà un po' verso il fine carica (10-12%) .
Il lato negativo è l'alto costo delle batterie in quanto il Litio usato per la loro costruzione non è un elemento molto diffuso sulla terra e la tecnologia costruttiva è ancora nuova. Per il costo di queste batterie va considerato anche il fatto che quelle di alta capacità vengono costruite ancora in modo artigianale e senza uno standard dimensionale come quelle piccole (tipo AAA, AA, R6, ecc).

Come si comporta la batteria al Litio d'inverno con le basse temperature?

Non teme il gelo, riesce a sopportare temperature estreme (fino a -20 gradi). Naturalmente come tutte le batterie diminuirà il rendimento, cioè erogherà meno corrente del solito e noi ci potremo accorgere perché il motore avrà una minore potenza massima. Il freddo influisce molto anche sull'autonomia del veicolo. Per l'uso invernale è consigliabile l'uso di un "riscaldatore" che mantenga la temperatura della batteria sopra i 20°C. Dopo pochi minuti di utilizzo gli elementi della batteria si riscaldano mantenendola "in temperatura".

Occorre seguire con particolare cura la carica della batteria?

I blocchi elettronici interni (BMS), per la salvaguardia della batteria consentono di utilizzarla al meglio pur non essendo esperti del settore. E' molto importante utilizzare un caricabatteria specifico per il tipo di batteria usata, perché le batterie al Litio devono essere caricate con un metodo completamente differente dalle altre.

Ho sentito dire che alcune batterie al Litio hanno la tendenza ad esplodere, e vero?

Tutte le batterie, anche quelle delle nostre auto, in determinate condizioni possono esplodere.

Il caso estremo di esplosione e incendio delle batterie agli "Ioni di Litio" si verifica in caso di uso improprio o accidentale e solamente quando esse sono prive di circuiti elettronici di controllo. Tipico potrebbe essere il cortocircuito provocato appoggiando un utensile metallico contemporaneamente sopra i due poli della batteria dopo averla aperta, oppure perforando uno degli elementi della batteria con un punteruolo o un cacciavite. Un cortocircuito così drastico può provocare esplosione solo se continuato nel tempo per molti minuti. Infatti la batteria è in grado di erogare una quantità di corrente altissima, riscaldandosi molto fino a che le sostanze interne non passano istantaneamente allo stato gassoso creando l'esplosione.

Contrariamente alle batterie delle auto o dei camion, le batterie al Litio hanno un circuito di controllo interno (BMS) che "interrompe" il collegamento verso l'esterno quando la temperatura interna diventa troppo alta, scongiurando perciò il pericolo di esplosioni.

Esistono batterie a base di Litio con diverse tecnologie, e proprio sul fronte della sicurezza, si stanno evolvendo in più direzioni. I tipi più conosciuti sono:

  -  Le batterie agli "Ioni di Litio" classiche, vengono realizzate contenendo il litio all'interno di una sostanza organica potenzialmente infiammabile e all'interno di un involucro metallico. Per ritardare il sopravvento di queste condizioni critiche, viene utilizzato un apposito additivo "ritardante" che aumenta la "stabilità" della batteria. Il ritardante diminuisce un po' la potenza della batteria perciò viene eseguito un dosaggio appropriato a seconda del risultato che vi vuole ottenere.

  -  Le batterie ai "Polimeri di Litio" hanno il sale di litio contenuto all'interno di un polimero solido o gel, caratterizzato da una scarsa infiammabilità e da una conseguente minore pericolosità. Le batterie ai polimeri di litio hanno inoltre un incremento di densità di energia del 20% circa a parità di dimensioni rispetto alle batterie agli ioni. Queste sono le batterie più sicure.

D'accordo che usando moto elettriche non inquino......ma quando butto la batteria non inquino?

Molto meno di quello che si fa con le batterie tradizionali delle auto. Lo smaltimento delle celle LiPo é molto semplice, basta “scaricarle completamente, disassemblarle dal pacco batteria separando le celle che lo compongono, bucare l'involucro di alluminio, immergerle in acqua salata per qualche ora, e quindi si possono aprire separando i materiali da buttare come normale spazzatura differenziata. Comunque è sempre consigliabile rivolgersi agli enti preposti allo smaltimento.

La ricarica della batteria non si potrebbe fare con celle fotovoltaiche?

Certo, se pensiamo di fare una ricarica assolutamente ecologica questa è l'unica soluzione! Per prima cosa dobbiamo accettare di fermare la moto per tutto il tempo della ricarica che sarà più lunga di quella tradizionale, oppure di avere una seconda batteria che mettiamo in carica al mattino mentre siamo in giro usando la prima batteria. Purtroppo le celle fotovoltaiche non danno energia di notte ma solo con la luce del sole.
Per seconda cosa dobbiamo accettare di spendere una discreta cifra per l'acquisto del sistema fotovoltaico.
Il sistema fotovoltaico da usare, dovrebbe essere in grado di erogare almeno 1,5 KWh che si potrebbe ottenere cosi:

Il sole irradia, nelle giornate serene, circa 1kw di energia su ogni metro quadrato di terreno.
Le celle fotovoltaiche comuni hanno un rendimento bassissimo, mediamente del 12 -13% quindi avendo a disposizione un metro quadro di celle, al massimo potremo recuperare 130 watts .
Con queste condizioni la ricarica completa durerebbe circa 11,5 ore.
Se ad esempio volessi sfruttare buona parte dello spazio del balcone di casa mia istallando 2 mq di celle, riuscirei a ricaricare le batterie della mia moto elettrica in 5-8 ore.
Il nostro programma ideale per una felice ed assolata giornata d'estate potrebbe essere:
  -  Girare tutta la mattina in pista o sui sentieri e rientrare a casa almeno per le due del pomeriggio.
  -  Al rientro mettere in carica la batteria coi nostri 2 pannelli fotovoltaici (2mq) fino alle otto di sera, ed avere la moto pronta per il giorno dopo, già prima di andare a letto.
Questi sono conti molto approssimativi ma gli ordini di grandezza sono proprio questi, bisogna solo considerare che non sempre il cielo è sereno, quindi la potenza erogata può scendere anche di molto. C'è anche da considerare la piccola perdita di energia nelle trasformazioni dalle celle fotovoltaiche alla batteria.

Date le dimensioni fisiche abbastanza contenute di una moto, non è possibile utilizzare più di 1 mq di spazio per eventuali celle fotovoltaiche "a bordo". Inoltre il loro peso e la loro fragilità sono ancora troppo alti per pensare di istallare su una moto da fuoristrada un sistema di ricarica "solare".

L'energia accumulata in una batteria è limitata, ma quanta ne serve per fare una giornata in moto?

Per prima cosa dobbiamo capire meglio per quanto tempo teniamo la moto in movimento e quanti Km percorriamo quando facciamo una giornata di enduro con gli amici. Per rispondere a questa curiosità abbiamo registrato i dati del nostro ultimo giro nel piacentino coi soliti amici:
 
 
PerTempo totale in movimento:
Chilometri totali percorsi:
Velocità media (Km/h):
Partenza alle:
Arrivo alle:
Ore di sosta per pranzo:
Tempo totale impiegato:
2,48 ore
95
34
10:20
16:50
2
6,5 ore
 
 
Alla velocità media di 34 Km/h il consumo della mia moto elettrica è di 37 Wh/Km perciò per fare i 95 Km percorsi servirebbero: 37 x 95 = 3,515 kWh di energia.
Utilizzando un sistema di recupero energia in frenata ed in discesa (che ricarica la batteria per circa il 10% ), anche una batteria da 3,3 kWh sarebbe stata sufficiente a completare il giro.

Per questo giro, sarebbe stato meglio usare una moto elettrica, che ci avrebbe portato in fondo al giro senza nemmeno il bisogno di fare il rifornimento, che invece abbiamo dovuto fare con le moto a benzina, per essere sicuri di non rimanere per strada!

Queste sono valutazioni molto approssimative perché nella trazione elettrica l'autonomia è influenzata dalla velocità e dal fondo, in percentuale molto maggiore rispetto ai veicoli tradizionali.
La spiegazione di questo fenomeno risiede nel rapporto tra l'energia consumata e quella effettivamente necessaria al movimento. E cioè:
Nei motori endotermici, il rendimento del veicolo è tra il 25 ed il 30% quindi se per fare il giro abbiamo bisogno di 2,5 kWh netti alla ruota, allora servono almeno 8,333 kWh di energia sotto forma di benzina. Tutto questo spreco di energia è distribuito in vari settori del veicolo, dallo scoppio che trasforma l'energia in calore che in parte si disperde, agli attriti di tutti gli organi in movimento che soprattutto sui 4T sono veramente tanti, alla forza delle molle delle valvole da vincere e dalla forza usata nella fase di compressione dei gas. Come si vede l'energia che viene usata per far muovere il veicolo è una piccola percentuale di quella totale consumata. Ora aumentando anche del 50% questa piccola percentuale, il conto totale dell'energia consumata cambierà di molto poco.

L'elettrico invece ha un rendimento vicino all' 80% perciò gli servono solo 3,0 kWh.
Ora immaginiamo che a causa di un fondo molto fangoso o sabbioso la quantità di energia richiesta per spostarsi sia aumentata di 1 kWh, vedremo che alla moto elettrica serviranno 4,2 kWh di energia alla batteria. In pratica nell'esempio sopra avremmo fatto solo 73 Km di strada.

I 22 Km di differenza tra le due situazioni sono ininfluenti quando l'autonomia del mezzo supera di molto il tragitto da fare. Sono da tenere bene in considerazione quando il tragitto si avvicina all'autonomia del veicolo.

Come fa una batteria da 2 o 3 kWh a dare la potenza necessaria ad un motore da 14 Kw ?

Dato che l'energia è definita come la potenza moltiplicata per il tempo in cui viene applicata (Energia = Potenza x Tempo).
Se abbiamo una batteria che eroga 2 Kw di potenza per la durata di un'ora (e cioè 2 kWh di energia), essa non sarà in grado fornire 14 Kw di potenza al motore, per un'ora intera! Ma sarà in grado di fornire 14 Kw di potenza per un massimo di 8,5 minuti (14 Kw di potenza per 8,5 minuti corrisponde ad una energia di 1,99 kWh ).
Nella pratica difficilmente verrà richiesta una energia così alta per un'ora intera. Qualsiasi viaggio o corsa in moto sono composti da momenti diversi in cui si accelera, si decelera, si parzializza, si apre tutto, si procede con un filino di acceleratore e così via. Sarà la somma di tutte le energie richieste in ognuno di questi momenti che determinerà il momento in cui la batteria sarà scarica.

Per rendere meglio l'idea di quanta energia si consuma, facciamo degli esempi a velocità costante:

Per muovere un veicolo come una piccola moto, alla velocità media costante di 40 Km/h occorre circa 1,5 Kw di potenza, in questo caso la batteria in questione ci darebbe l'energia necessaria per 1,5 ore di movimento.
Su un sentierino o una mulattiera stretti e tortuosi, è difficile avere la possibilità di tenere una velocità di 40 Km/h per tutta la sua lunghezza, forse 20 Km/h sarebbe una velocità più realistica; e per andare a questa velocità abbiamo bisogno di poco più di 0,8 Kw di potenza . Ipotizzando di poter tenere costante questa velocità, la batteria ci permetterebbe un'autonomia di 2,5 ore circa.

Perché sui mezzi a trazione elettrica non si usa il cambio e la frizione?

Il motore elettrico non ha bisogno di girare al minimo come i motori a combustione interna, perciò non serve una frizione o un cambio in folle quando ci si ferma.
Data la notevole coppia erogata dai motori elettrici, non serve avere dei rapporti corti per le partenze o per la marcia in salita. Inoltre essi possono raggiungere regimi di rotazione sufficientemente alti che corrispondono a velocità di punta accettabili per l’uso a cui sono stati destinati fino ad oggi questi mezzi.
Consideriamo poi che un motore elettrico di tipo commerciale, in genere, ha un rendimento che va da 90 a 95%, ed è migliore ai regimi di giri intermedi.
L'aggiunta di qualsiasi dispositivo meccanico comporta una perdita di energia. E nei veicoli elettrici l'energia a disposizione è limitata, perciò bisogna evitarne gli sprechi. Il rendimento meccanico di una coppia di ingranaggi è del 97-98% perciò su una trasmissione con frizione e cambio classici, si perderebbe dal 4 al 6% di energia senza contare gli attriti aggiuntivi dei cuscinetti e dell’olio di lubrificazione (altri 2%?).
Meglio un motore col 90% di rendimento e trasmissione diretta piuttosto che un motore col 96% di rendimento ma con una frizione e cambio che fanno perdere il 6-8% di energia.

Se in un percorso ci sono tante salite ripide, non diminuisce l'autonomia?

Dopo ogni salita c'è una discesa.
In un "viaggio" tanto lungo da dover valutare se è sufficiente l'autonomia, e parliamo di distanze superiori ai 50-60Km, ci possono essere molte salite, ma anche molte discese. Tralasciando i tratti in pianura, in cui valgono i computi energetici descritti sopra, è evidente che in salita si consuma più energia. Però è altrettanto evidente che nelle discese il consumo di energia è quasi nullo, e questo compensa l'energia usata in più nella salita precedete.
Una prova di ciò può essere fatta da chiunque, ad esempio usando la propria auto. Avendo un misuratore di consumi, è sufficiente, in assenza di traffico, usare l'auto in montagna e misurare il consumo in un viaggio andata e ritorno di almeno 50Km totali. Vedrete che il consumo totale è pressoché uguale a quello misurato su un percorso della stessa lunghezza, ma in pianura.
Nei veicoli elettrici, nelle discese e nelle frenate, in molti casi si può recuperare parte dell'energia ricaricando la batteria invece di usare il freno o il freno-motore.

Non si potrebbe recuperare l'energia sviluppata durante una frenata oppure una discesa, per ricaricare la batteria?

Certamente. Basta istallare sul mezzo elettrico, se non è già previsto, un piccolo circuito di recupero energia. Se è ben fatto ed usato regolarmente, questo circuito, può essere usato come frenomotore per rallentare la corsa quando si rilascia l'acceleratore, oppure essere usato come freno vero e proprio con la possibilità di dosare la frenata, senza sforzo, e senza il pericolo di bloccaggio della ruota, come nei sistemi ABS delle auto.
La quantità di energia che torna alla batteria nelle frenate è modesta, ma quella che si recupera nelle discese lunghe e ripide è notevole. Se ne consiglia l’uso in città, in montagna e nell’enduro/motocross.

Nuccio Santandrea 22-03-2009
 
         
   

 
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