Come cambiano i motori da trazione elettrici con i sistemi a 48V

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2021
Audi RS 5 TDI competition concept

I motori destinati alla trazione elettrica presenti sul mercato rappresentano una realtà molto eterogenea e complessa in continuo sviluppo dovendo rispondere a esigenze estremamente diverse espresse ora dalla movimentazione di prodotti come i droni ora dai veicoli “mild hybrids” a 48V di ultima generazione. Facciamo un breve punto su questi ultimi.

Audi RS 5 TDI competition concept
Audi RS 5 TDI competition concept

La ricerca “Mild Hybrid 48V Vehicles 2016-2031” recentemente realizzata da IDTechEx Research, società inglese di consulenza ed indagini di mercato per supportare le decisioni strategiche da assumere per cogliere le opportunità offerte dalle tecnologie emergenti, offre lo spunto per tratteggiare un rapido quadro dell’attuale situazione nel settore della trazione elettrica. L’indagine assegna per i prossimi 25 anni un grande sviluppo proprio a questa tipologia di veicoli indagandone gli sviluppi anche sul piano dell’evoluzione della componentistica.

Come è noto infatti la progressiva introduzione di norme che limiteranno i livelli di emissione di CO2 a 95g/km dal 2020 cui seguirà un’ulteriore riduzione del 25% nel 2025 e 2030, ha spinto le case costruttrici del comparto automotive ad individuare nei veicoli “mild hybrid”, quelli cioè dove il motore elettrico svolge una funzione non prevalente ma di solo supporto al propulsore endotermico, la risposta più economica ed efficace per ottemperare alle future normative. Ciò può avvenire grazie all’installazione di un sistema a 48V accanto al tradizionale impianto 12V dando vita ad una nuova classe di veicoli ibridi a bassa tensione che comporta una serie di non trascurabili vantaggi.

In particolare la configurazione a bassa tensione presenta minori problemi in ordine alla sicurezza ed alla compatibilità elettromagnetica, richiede investimenti più bassi e riduce i costi rispetto agli impianti ad alta tensione. Allo stesso tempo la presenza dell’impianto a 48V collegato a quello a 12V, risponde alle sempre maggiori esigenze di disporre sulle auto di sistemi che consumano potenze elevate (alternatore, climatizzatore, motorino di avviamento, tenditori delle cinghie, regolazione elettromeccanica di sterzo, frizione, assetto, dispositivi start & stop, etc), senza dover gestire correnti troppo forti. In questo modo è così possibile superare i limiti ormai raggiunti dai sistemi a 12V e dotare le vetture di maggiori confort, di superiori dotazioni di sicurezza e, soprattutto, utilizzare i vantaggi dell’ibrido per ridurre consumi e livelli di inquinamento.

I vantaggi del sistema 48V

Proprio l’opportunità di sfruttare al meglio le caratteristiche specifiche di un veicolo mild hybrid è uno dei principali vantaggi della nuova tecnologia.

Essa consente, ad esempio, di utilizzare il cosiddetto crawling che consiste nella guida in modalità solo elettrico in situazioni di traffico molto intenso per cui sono sufficienti basse velocità così come nei garage o nei parcheggi. Oppure di operare in modalità sailing nella quale il motore elettrico eroga una velocità costante mentre il motore endotermico è spento, o, ancora, servirsi dell’effetto boosting nelle ripartenze ai semafori o dopo una breve sosta grazie ad una coppia supplementare temporanea con cui il motore elettrico assiste quello a combustione interna.

Il sistema a 48V offre inoltre la possibilità del recupero dell’energia cinetica dissipata durante le operazioni di frenata ed il suo reimpiego, dopo essere stata trasmessa alla batteria al litio del mezzo. Diverse sono le applicazioni del sistema di recupero che vanno dall’ottimizzazione della funzione start & stop, alla guida in folle al potenziamento della coppia del motore. Il risultato è quello di una significativa riduzione delle emissioni inquinanti, dei consumi di carburante oltre a poter disporre di spunti di accelerazione che, in talune situazioni, ne migliorano le prestazioni.

Tra le soluzioni tecniche messe a punto si possono citare il TARA (Torque Assist Reversing Alternators) basato sul principio che l’alternatore, essendo una macchina sincrona, quindi reversibile, può operare sia come generatore che come motore ed il BRS (Boost Recuperation System) messo a punto da Bosch. Quest’ultimo, in maniera non dissimile al TARA, utilizza l’energia in eccedenza prodotta in fase di decelerazione che dopo essere stata convogliata alla batteria agli ioni di litio ritorna ad alimentare il dispositivo BRS, che funziona da motore elettrico fornendo, all’occorrenza, maggior coppia.

Infine, un’altra importante conseguenza dell’adozione di una architettura a 48V è la riduzione della sezione dei cavi con diminuzione del peso e dell’ingombro dei cablaggi a tutto vantaggio delle dimensioni e del risparmio dei costi.

I maggiori produttori coinvolti

Un po’ tutti i grandi marchi dell’automotive stanno operando in questa direzione visti gli innegabili vantaggi in termini di rispetto della salvaguardia ambientale, di performance e di contenimento degli investimenti. In realtà, infatti, questa metodologia consente di operare su powertrain esistenti senza dover procedere a onerose progettazione di nuovi sistemi di propulsione.

Il gruppo Volkswagen, con il marchio Audi in prima linea, da tempo lavora attivamente ad un vasto progetto di elettrificazione che coinvolgerà i modelli della sua gamma nei prossimi anni sui quali sarà introdotta la tecnologia mild hybrid 48V. Impegno che si è intensificato dopo il cosiddetto dieselgate e di cui è stato esempio il prototipo Audi RS 5 TDI già presentato in una configurazione particolarmente aggressiva dotata di un vero e proprio turbo elettrico.

Anche BMW e Mercedes sono attivi in analoghi progetti, come PSA e Volvo.

Anche Renault ha annunciato per il 2017 la prima Megane Hybrid Assist che adotterà un sistema ibrido a 48V in grado di sfruttare il recupero d’energia in frenata e ridurre emissioni e consumi.

Grande fermento anche tra le aziende di componentistica come la già citata BoschValeo e Ricardo, tutti impegnati anche a formalizzare un indispensabile standard internazionale da adottare in maniera univoca.

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