In una recente intervista apparsa su numerosi siti specializzati, Fabrice Bernardin, capo dell’unità di lavoro e-technology presso il dipartimento di ingegneria di Renault, sostiene che i motori elettrici per la nuova Megane E-TECH Electric «offrono un’efficienza energetica ottimale». Raffreddamento a olio e rotore senza magneti sarebbero le soluzioni vincenti. Vera innovazione o solo marketing? L’abbiamo chiesto al professor Massimo Ceraolo, Professore di Veicoli Elettrici e Ibridi e presso Ingegneria dei Veicoli all’Università di Pisa.
Ma vediamo cos’ ha detto esattamente il dirigente Renault. «I motori elettrici devono avere un ottimo sistema di raffreddamento per essere efficienti. Abbiamo quindi collaborato con i nostri colleghi sia in Giappone che a Cléon, in Francia, per sviluppare due innovazioni brevettate. Il primo di questi brevetti riguarda il sistema di raffreddamento dell’olio».
Il secondo brevetto riguarda un processo di avvolgimento del rotore senza magneti. «Abbiamo inventato un processo di avvolgimento del rotore senza magneti. Il magnete è stato sostituito dal rame, che ha un impatto molto minore sull’ambiente. Il processo brevettato permette inoltre di modulare la corrente che scorre attraverso il rotore in modo da limitare il consumo di energia elettrica della batteria, soprattutto alle alte velocità e in autostrada», ha spiegato Edouard Nègre, leader nella progettazione di motori elettrici presso il dipartimento Renault Powertrain Design. I vantaggi sarebbero: -è più ecologico; -è robusto e affidabile; -l’efficienza è ottimizzata attraverso la limitazione del consumo di energia elettrica (mediante la modulazione della corrente) e quindi la riduzione degli sprechi energetici, soprattutto alle alte velocità o in autostrada; -i costi di produzione sono inferiori in quanto la tecnologia viene utilizzata per i motori di ZOE, Twingo Electric, Kangoo Electric e Master Electric, che sono tutti realizzati sulla stessa linea di produzione a Cléon. Ed ora le osservazioni del professor Ceraolo che nell’occasione si è avvalso del contributo del collega professor Luca Sani.
di Massimo Ceraolo e Luca Sani
Provo a interpretare sulla base delle mie conoscenze tecniche e con l’aiuto del collega Luca Sani quanto comparso nell’articolo.
Naturalmente mi potrò sbagliare in quanto le informazioni fornite sono estremamente sintetiche, e mascherate dalla legittima voglia dei costruttori di fare delle comunicazioni senza scoprire troppo della soluzione individuata per evitare di fornire vantaggio competitivo ad altri nonché, in taluni casi, anche dalla traduzione da un’altra lingua, che può introdurre alterazioni.
Nel rescoconto di sopra Bernardin dice:
“I motori elettrici devono avere un ottimo sistema di raffreddamento per essere efficienti”
Quando parla di efficienza (salvo casi particolari) un ingegnere intende “efficienza energetica”. Se ad esempio dico che un motore ha un’efficienza del 90% intendo dire che di tutta l’energia che gli fornisco per alimentarlo ne viene convertita in meccanica solo il 90%, il resto è inevitabilmente convertito in calore, che viene disperso nell’ambiente, con l’aiuto di un sistema di raffreddamento.
Qui però si intende dire evidentemente qualcos’altro (e forse nella versione in lingua originale era stata usata una parola differente da “efficienti”). Ad esempio un migliore sistema di raffreddamento consente di aumentare, a parità di condizioni, la potenza massima che il motore può erogare, in quanto quest’ultima è determinata dalla temperatura raggiunta dalle parti interne, che non deve essere eccessiva, e un buon raffreddamento in questo aiuta. Un ingegnere in questo caso parla usualmente di miglioramento della potenza specifica (o della densità di potenza) non dell’efficienza.
“Abbiamo inventato un processo di avvolgimento del rotore senza magneti. Il magnete è stato sostituito dal rame, che ha un impatto molto minore sull’ambiente”
Qui una piccola puntualizzazione: per definizione ogni motore a magneti permanenti NON ha avvolgimenti sul rotore. Penso che qui si volesse dire (e forse è stato detto nell’originale francese di Bernardin) che il loro motore semplicemente non ha magneti permanenti sul rotore ma un avvolgimento in rame e seguirò questa interpretazione.
Un’altra semplice puntualizzazione che forse non a tutti apparirà superflua è che praticamente tutte le macchine elettriche sono reversibili: quando si dice un motore sincrono si intende una macchina sincrona operante da motore; la stessa macchina potrà funzionare da generatore, quindi come alternatore sincrono. Gli ingegneri quindi spesso parlano genericamente di “macchina” sincrona e asincrona intendendo entrambi i tipi di funzionamento. D’altronde in un veicolo durante la frenata la macchina funziona da generatore.
Detto questo, vorrei notare che i motori macchine elettriche con avvolgimenti sul rotore non sono una novità. Ad esempio la stragrande maggioranza dei motori che si usano a terra (quindi non nei veicoli) è costituita da macchine asincrone, quindi con avvolgimenti sul rotore. Ma anche le macchine sincrone con rotore avvolto sono diffusissime: sono di questo tipo ad esempio gli alternatori di quasi tutte le centrali elettriche tradizionali. Qui l’innovazione di Renault quindi non è tanto dall’aver messo sul rotore un avvolgimento in rame, ma di averne messo uno con tecnologia nuova, ad esempio senza spazzole (v. prossimo punto)
“Il processo brevettato permette inoltre di modulare la corrente che scorre attraverso il rotore […] in modo da limitare il consumo di energia elettrica della batteria, soprattutto alle alte velocità e in autostrada”
I motori a magneti permanenti alle più alte velocità devono utilizzare una parte delle correnti di statore per “deflussare”, cioè parzialmente contrastare il campo magnetico prodotto dai magneti permanenti. Siccome la tensione prodotta è proporzionale alla velocità, se non deflussassi alle alte velocità la tensione ai morsetti di macchina, infatti, si alzerebbe troppo; questo spiega perché il deflussaggio avviene solo alle più alte velocità.Per ovviare a questo inconveniente si può usare un sincrono con avvolgimento sul rotore, del tipo di quelli che si usano nelle centrali elettriche tradizionali: alle più alte velocità si deflussa semplicemente riducendo la corrente di rotore.
L’innovazione sembra quindi nella modalità di trasferimento dell’energia nell’avvolgimento di rotore. In passato si ricorreva a contatti striscianti, in grafite (le spazzole) che insistevano su anelli conduttori calettati sull’albero, e così si fa tutt’ora in molti alternatori delle centrali elettriche. I limiti di tale soluzione sono la necessità di manutenzione (le spazzole vanno periodicamente cambiate) e un limite alla velocità dell’albero. La ricerca in questo ambito si è rivolta a soluzioni di tipo brushless, ossia prive di spazzole, tipo accoppiamenti induttivi a frequenze elevate. Può darsi che la Renault abbia messo in campo una soluzione di questo tipo.
Con una soluzione di questo genere si possono ridurre le perdite negli avvolgimenti di statore e nell’inverter che alle alte velocità possono anche sovracompensare le perdite che si sono introdotte sul rotore e quindi, sebbene la potenza meccanica sia la medesima, anche la potenza della batteria si riduce leggermente, con miglioramenti in effetti dell’efficienza e (di conseguenza) dell’autonomia. Non sappiamo quanto sia l’entità di questo miglioramento. Potrebbe anche essere piccola, ma come si sa l’energia è un bene prezioso e miglioramento, anche modesto aiuta. Lo fa in particolare nei veicoli elettrici dove ogni miglioramento di efficienza si traduce automaticamente anche in miglioramento dell’autonomia.
Quindi se, a parità di dimensioni, una macchina sincrona a magneti permanenti alle basse velocità è sicuramente più efficiente di una con avvolgimento sul rotore per via delle perdite per effetto joule in quest’ultimo, è ragionevole pensare che alle alte velocità la situazione si possa ribaltare in quanto nel caso di avvolgimento sul rotore il deflussaggio avviene con riduzione delle perdite sul rotore, mentre nel motore a magneti permanenti con aumento delle perdite sia sullo statore stesso che sull’inverter che alimenta la macchina per via dell’uso delle correnti di statore per deflussare.
Inoltre è notevole il fatto che eliminando i magneti si evita di dover consumare terre rare dall’ambiente che hanno una disponibilità limitata.
In questo articolo si parla di deflussaggio: ai miei tempi nel libro di Macchine Elettriche OLIVIERI RAVELLI si usava il termine “indebolimento di campo” ma il concetto è uguale e si può applicare a qualsiasi macchina elettrica rotante. Il succo è che attivando questa funzione il rotore è più “libero” di ruotare e con bassi carichi ed alte velocità di rotazione l’efficienza del motore migliora. Altro discorso è la configurazione dei motori di quel costruttore di auto che arrivano a 17’000 al minuto.
@Paolo: ai tuoi tempi (e anche i miei) i motori DC si consideravano alimentati a tensione costante e il rendimento, in queste condizioni, ha un massimo a circe 2/3 della velocità a vuoto. Con i moderni azionamenti (insomma, da più di 20 anni, già dai tempi in cui lavoravo alla MARPOSS, 1983-1985), si usano motori con resistenza di armatura bassissima e si controllano in corrente alimentandoli a tensione prossima a quella della FCM (Forza Contrelettro Motrice). Non esiste la Corrente di Cortocircuito, esiste la Corrente che fornisce la Coppia nominale, La tensione relativa è bassissima. In effetti questi motori DC erano chiamati ServoMotori. I moderni motori sincroni, Brushless o a rotore avvolto, seguono lo stesso principio, meglio, perchè essendo gli avvolgimenti sullo statore non hanno il vincolo dimensionale che ha il volume del rotore. La commutazione si fa elettronicamente, non c’è “sfiaccolamento” e si può andar su con la frequenza e, di conseguenza, col numero di giri. I motori DC hanno il limite nello “sfiaccolamento” delle spazzole, i motori dei trapani o meglio delle smerigliatrici angolari vanno a più di 10.000 RPM, si chiamano motori universali perchè vanno in AC o DC indifferentemente e girano solo in un verso: sono dei DC con elettromagnete (eccitazione separata) che va in alternata come il rotore, quando la corrente sul rotore si inverte (AC) anche il flusso elettromagnetico si inverte e la coppia mantiene lo stesso verso. In AC a 50Hz niente potrebbe andare sopra i 3.000RPM. Concludendo, i sincroni delle BEV sono la naturale conseguenza dei vecchi DC con “collettore” elettronico e seguono le stesse leggi. PS: un tempo c’erano dei sincroni che venivano usati come “motori di posizione”, si chiamavano Passo-Passo ed erano dei sincroni Bifase (non trifase come i nostri delle BEV).
I COMMENTI SEGUENTI SONO IN ORDINE INVERTITO ahahah Il primo nella realtà è l’ultimo. Per forza, invornito che sono, l’ultimo postato diventa il primo della lista ?♂️?
Io non posso che ringraziarti, ma la mia ignoranza è come un buco nero. Non posso che arrendermi e ammettere che dovrei iscrivermi a qualche ITIS prima di sperare di capirci qualcosa.
RPM e modulazione PWM Per generare le sinusoidi di alimentazione dello statore trifase si ricorre alla modulazione PWM (Pulse Width Modulation), chi si interessa di audio è la tecnologia dei nuovi amplificatori in classe D. In soldoni ci sono interruttori (Transistor) che aprono chiudono a velocità (frequanze) molto maggiori di quelle da generare e sicuramente fuori dell’udibile (maggiore di 20kHz). Per generare sinusoidi da 500Hz sarebbe preferibile andare sui 50kHz di modulazione PWM. Le perdite per commutazione sono proporzionali alla frequanza di modulazione (PWM) e al quadrato della tensione di alimentazione. Nei PC i microprocessori funzionavano a 5V e adesso, avendo aumentato la frequenza di lavoro, vanno a 3,3V perchè alla stessa frequenza dissipano (3,3/5)^2 = 0,43 volte, il 57% in meno. Le perdite sono dovute alle continue cariche e scariche dei “condensatori parassiti”, quelli che non ci dovrebbero essere. Per pura filosofia, l’energia cinetica è 1/2m*v^2, l’energia su un condensatore è 1/2C*V^2 (C= capacità, V= tensione), in un induttore (le sfiaccole delle spazzole dei motori DC) è 1/2L*I^2 (L=induttanza, I=corrente), termicamente 1/2Ct*T (Ct=capacità termica, T=temperatura assoluta. E se ci fosse un sistema con 2 grandezze Pippo e Poldo con una relazione di linearità? L’energia sarebbe 1/2Pippo*Poldo^2 ahahah. Conclusione, mia, non assoluta: i nuovi transistor non più MOSFET o IJBT ma al carburo di silicio (SIC) o arseniuro di gallio (GaAsFET) hanno migliorato di molto i parametri parassiti dei vecchi e diminuito considerevolmente le perdite di commutazione. Certo che andando sugli 800V queste quadruplicano ma l’evoluzione fa ben sperare. Senza aver bisogno del “cambio” ???
A rotore avvolto: il deflussaggio è semplicissimo, si alimenta meno l’avvolgimento del rotore, come bere dell’acqua. E si consuma meno (roba da ridere in relazione alle potenza in gioco). Rimane il fatto che per andare ad alti RPM le sinusoidi degli avvolgimenti trifase dello statore devono andare più forte. Nella ZOE ai 140km/h il motore viaggia a 11163 RPM le sinusoidi sono a 372Hz (è un 4 poli).
Brushless a magneti permanenti: il campo rotante dello statore è la somma di 2 campi. Il primo è a 90 gradi con quello del rotore (del magnete permanente) ed è quello che produce la coppia, identicamente a quello del nostro primordiale DC motor. Il secondo è in fase col campo rotorico e lo rafforza o lo indebolisce. Quando lo indebolisce avviene il DEFLUSSAGGIO. La somma dei 2 campi rotanti alla fine è un unico “vettore” e questo tipo di controllo viene detto FOC, Field Oriented Control, controllo ad orientamento di campo. Ce l’ha anche il mio NIU. Anche qui abbiamo il problema degli alti RPM.
Cambio VS deflussaggio 1) il deflussaggio si può fare solo se il motore in continua (DC motor) è ad eccitazione separata, per i sincroni vedremo dopo. 2) il cambio ha delle perdite maggiori del semplice riduttore e non sono per nulla trascurabili. I “vecchi” ricorderanno le differenze di prestazioni tra gli ingranaggi a denti dritti e quelli a denti elicoidali (simbolo della Citronen). 3) il deflussaggio in un DC (anche in un sincrono a rotore avvolto) comporta un minor consumo nel generare il campo magnetico. 4) il maggior vantaggio del cambio è che il motore gira più piano. Per un DC sono meno “sfiaccole” sulle spazzole, per un sincrono sono frequeze di lavoro più basse.
Deflussaggio Supponiamo che il nostro motore DC sia a eccitazione separata e possiamo ridurre la corrente sull’elettromagnete. La riduciamo della metà. Il campo magnetico “motore” si riduce alla metà per cui da fermo la coppia al motore diventa 10 (dopo il riduttore diventa 100 dagli iniziali 200). Essendo anche la metà la forza controelettromotrice (FCEM) la velocità a vuoto aumenta di conseguenza, raddoppia, gli RPM diventano 10.000 e dopo il riduttore sempre 10:1 diventano 100km/h. Identicamente al “cambio”.
Cambio Supponiamo un riduttore 10:1 nel grafico km/h – Coppia alle ruote la coppia da fermo diventa 200 e supponiamo che i 5.000RPM diventino 50km/h. Mettiamo un cambio con rapporto di riduzione la metà del precedente, 5:1. Cosa succede alla nostra caratteristica di carico? Alla tensione dei nostri 100V abbiamo che la coppia a RPM=0 si dimezza ma la velocità a vuoto si raddoppia. C a RPM=0 diventa 100 e la velocità a vuoto divente 100km/h.
Mi sono riletto i precedenti 5 articoli (6 con l’ultimo video) del Prof Cerasolo per vedere se qualcosa fosse già stato scritto a riguardo. Per cui mi accingo a fare qualche considerazione maggiormente approfondita sul cambio e/o demagnetizzazione. Premessa Prendiamo un vecchio motore DC e proviamo a tracciare la sua retta di funzionamento in un piano X Y con ascisse X gli RPM del motore e le ordinate Y con la Coppia C del motore (proporzionale alla Corrente sul motore). A tensione di alimentazione costante la retta di funzionamento parte dal pulto RPM=0 e CoppiaMax a corrente di cortocircuito. Facciamo finta che a 100V di alimentazione abbiamo RPM=0 e C=20 (così chi vuole con carta a quadretti si può fare il suo disegnino). Col motore “a vuoto”, non caricato, la velocità è la sua massima e passerà dal punto C=0 e RPM=RPMmax (questo valore dipende dalla tensione di alimentazione). Facciamo C=0 RPM=5.000. E’ una retta e, per inciso, continuerebbe a sinistra (RPM negativi) come freno e in basso (Coppia negativa) come freno/generatore. Se lo alimentassimo a tensione doppia la rettanuova sarebbe una parallela e passerebbe dai punti RPM=0 C=4 e RPM=10.000 C=0. Potremmo anche cambiare le grandezze degli assi e la Coppia chiamarla Coppia Alle Ruote o Forza alle ruote se gli si collega l’oppurtuno riduttore e le ascisse da RPM potrebbero diventare km/h come nella fig.7 di https://www.vaielettrico.it/capire-i-veicoli-elettrici-5-coppia-potenza-e-velocita-base/.
Far capire qualcosa a noi comuni mortali no?
sigh, sigh, neanche leggendoli in ordine giusto?? non ho messo neanche una formula, sigh sigh Comunque il concetto è che del cambio in applicazioni normali non ce ne è bisogno perchè sostituito dal Deflussaggio. Il cambio CVT è proprio il Deflussaggio del motore. Nei motori a rotore avvolto il deflussaggio è semplicissimo e comporta un minimo (ma proprio minimo) risparmio energetico. Nei motori a magneti permanenti il deflussaggio è un leggero consumo maggiore (ma proprio minimo). Mandare i motori a 20.000RPM non è cosa fantascientifica, c’è chi già ora li manda a 17.000 RPM (indovinate chi).
Adesso comincio a capire e la cosa è veramente interessante.
Solo una cosa, ma non per voler avere a tutti i costi ragione. E’ perchè mi sembrerebbe scorretto, visto che in parte è “il mio”, non fartelo presente.
-il cambio ha delle perdite maggiori del semplice riduttore e non sono per nulla trascurabili. I “vecchi” ricorderanno le differenze di prestazioni tra gli ingranaggi a denti dritti e quelli a denti elicoidali (simbolo della Citronen).-
Verissimo, ma non “così verissimo”. Lasciando perdere il “favoloso” mondo dei cambi automatici, magari fatti da una fila di riduttori epicicloidali, non “bloccarti” al canonico cambio ad H, con più alberi inframmezzati fra l’entrata e l’uscita, 10 o 12 coppie di ingranaggi e 3 o 4 manicotti guidati da altrettanti ingranaggi, il tutto condito dall’invertitore per far la retro. E magari con gli scorrimenti di ingranaggi e parti mobili “tarati” per lavorare in un contesto dove la “batteria” (e cioè il serbatoio del carburante) contiene minimo 500 kwh di energia da usare (e magari sprecare senza rimpianti sul risultato finale). Pensati per “resistere” allo “strappo” della classica cambiata meccanica con tanto di frizione. Chiaro che vista così, “copiata e incollata” su un elettrico, la cosa sia un disastro annunciato.
Non sto dicendo assolutamente che nelle applicazioni “normali” la cosa sia assolutamente necessaria, ma solo per pura accademia credimi che c’è un margine decisamente ampio. E non dimentichiamoci che il vero “mangiacavalli” è il differenziale. Di cui non si può fare a meno salvo mettere i motori sulle ruote e “gestirli” tramite l’inclinazione angolare del volante. Fattibile eh?
Prova ne sia che ad oggi nessuno si è ancora azzardato a mettere un autobloccante. Tutti differenziali liberi ed eventualmente il blocco si gestisce con i freni. Che di per sè non è nemmeno un’idea stupida, intendiamoci. Ma l’autobloccante lo farebbe da solo e senza software. Però sarebbe un’ulteriore dissipazione in un contesto già “provante” per l’efficienza energetica (il differenziale intendo).
Insomma, a sto punto assolutamente d’accordo che con un sistema di deflussaggio (che dovrà studiarmi ancora bene per poter dire di aver capito anche solo nei fondamentali) si potrebbe effettivamente ridurre le problematiche relative al far lavorare il nostro motore elettrico diciamo “al di fuori” di quello che potrebbe essere considerato un range ottimale di giri. Archiviamo dunque il discorso del cambio (seppure continua ad affascinarmi) per veicoli chiamati a viaggiare su strada a velocità “normali” (facciamo tra 0 e 150 orari?). Teniamocelo in testa solo per “giocare” a fare il pilota.
Ma per pura accademia: d’accordo che nulla è gratis, ma se vuoi credermi di margine per un valido sistema di rapportatura specifico per un motore elettrico ce ne sarebbe tantissimo. E’ che si ragiona per abitudini e “dogmi”, e chi si occupa di trasmissioni sta cominciando solo adesso a guardarci dentro con mente libera.
Ah… Cambio sempre rigorosamente a denti dritti, mi raccomando. ? Se hai presente cosa intendo, potrebbe anche risolvere la “querelle del sound” tanto cara al buon Enzo.
Grazie ancora per il tempo perso a cercare di lavar la testa all’asino. L’asino ti promette che cercherà di studiare un po’ la materia.
Sono io che ti ringrazio, ho fatto l’insegnante per 30 anni senza la minima gratificazione istituzionale ma quando trovavo un alunno (nel nostro caso un lettore) che vedevo che ha recepito qualcosa, beh, queste erano soddisfazioni. Il vero asino è chi legge e non si impegna minimamente per capire almeno un minimo e con il tuo commento Alessandro D. 6 Settembre 2022 at 22:55 mi avevi un po’ demoralizzato. Non pensare che sia così categorico. L’epicicloidale della Toyota mi aveva affascinato http://eahart.com/prius/psd e per puro masochismo mi sono interessato ai riduttori CICLOIDALI (senza l’EPI e senza denti ahahah). I cambi da bici sul mozzo? Shimano Nexus o Rohloff … prima o poi mi faccio una bici da città con uno di questi… E’ che mi fido dei tecnici e, cercando di studiarne la teoria, mi convinco sulle scelte, quando non mi convincono, passo ad altro prodotto (come mi successe 20 anni fa con Renault Megane che aveva curve di coppia e potenza incoerenti fra di loro). Differenziale o 2 motori: mi sono posto più volte il problema, bah, non sono riuscito a trovare indicazioni sull’efficienza di un differenziale per cui aspetto che un motore in più costi meno e renda di più di un differenziale. Autobloccante vs gestione freni (EBS): ho avuto il Vaneo con questa funzione [freno par bloccare la ruota che slitta, questa funzione esiste solo dopo l’ABS con i dovuti sensori sulle ruote (ruote foniche) e gestione dei freni], per quello che mi è stato utile in un parcheggio su fango, spettacoloso. Se il sistema sia entrato in funzione in marcia normale, mai saputo, mai guidato in modo “sportivo”. Forse sulla neve? In ogni caso, il software, una volta messo a punto, non costa niente. Cambio per applicazioni “normali”: c’era una volta la panda 4×4 e altre similari. Se vuoi un motore piccolo ma vuoi fare delle salite sullo sterrato impegnative (non solo far slittare le gomme alla partenza che qui ci vuole poco) hai bisogno di coppia e molta. Riduttore ad alto rapporto. Ma in questo caso il “piccolo” motore, deflussato quanto vuoi, non puoi farlo girare a 25-30.000RPM (oggi, domani chissà). E qui ci vuole un cambio meccanico. Un panda 4×4 non è una macchina da movimento terra, è un’auto e neanche una “per giocare”. Quando la faranno elettrica e ci metteranno un cambio, non mi sorprenderà, anzi, mi sembrerà ovvio.
E ringrazio pure Vaielettrico per questi articoli che mi hanno spinto ad approfondire maggiormente certi aspetti. Il controllo FOC propagandato ogni ove e che sapevo esistesse nel mio scooter NIU (motore brushless BOSCH nel mozzo posteriore), non sapevo si preoccupasse del deflussaggio. Il motore del NIU gira a 850 RPM a 75km/h!
-Il motore del NIU gira a 850 RPM a 75km/h!-
Io sono sempre più convinto che i motori dei mezzi elettrici di base debbano girare tendenzialmente poco. Sempre più convinto che meno girano meglio è. Tanto la coppia massima, una volta raggiunto il picco, sempre quella rimane.
Molto interessante. Noto pragmaticamente che avere un motore efficiente alle alte velocità sia molto poco interessante, statisticamente. Curiosamente il picco di massima efficienza di una Model 3 è ai 45 km/h benché la sua velocità massima nel modello più lento sia 225 km/h. E sempre curiosamente il consumo e la rumorosità cominciano ad aumentare esponenzialmente sopra ai 110km/h, la velocità massima autostradale USA (105 o 113). In altre parole, è una scelta progettuale in funzione di parametri presunti di utilizzo. Ben venga, comunque, il non utilizzo di neodimio e altre terre rare. Anche BMW nella recente i4 è tornata ai motori brush ad avvolgimento rotore.
Butto lì: se l’efficenza massima si raggiungesse alla velocità autostradale, quando l’autonomia e la ricarica diventano fattori critici, sarebbe ancora così poco interessante?
Ma che fa, mi dà la sponda a quelli degli 800 km con una tirata? Ho scritto “statisticamente”: se la percorrenza media degli italiani è inferiore ai 1000 km al mese, l’autostrada la fanno sistematicamente in pochi: loro sceglieranno veicoli pensati per le alte velocità medie. Direi che al momento non lo si è fatto dato che Tesla (che non si suppone di uso urbano) non ha rotore avvolto mentre Twingo (che non si suppone ad uso autostradale) sì. Adesso provoco Daniele: ci vorrebbe un cambio a 2 marce….
Gli 800 km non mi fanno un baffo. Mi interesserebbe invece un’utilitaria di massa a basso costo, quindi con batterie piccole, ma con autonomia sufficiente per il viaggio autostradale classico (gita domenicale) di 250 km. Quindi con motore più effciente alle velocità autostradali e senza criticità sulle materie prime.
Vero, lo scoglio dei 250 psicologicamente è da superare e l’argomento delle terre rare non è trascurabile (auspico LFP o altro per tutti, senza cobalto) e per molti sarebbe più importante riuscire a fare l’autostrada senza soste anche a costo di consumare di più nei restanti 300 giorni. È controintuitivo, ma pare che la macchina esca dalle scelte razionali nonostante il costo. È solo una constatazione, non vuole essere una risposta polemica, pare che io non ragioni come la massa, che non vuole storie, vuole una macchina senza sbattimenti. Spero arrivi presto. Serve la Panda o la Uno o la R5 (e qui, tante aspettative…)
Non trovo che sia poi tanto irrazionale. Mettiamo che i maggiori consumi per la minore efficienza in ambito ubano (non del tutto compensati dai risparmi nei meno frequenti viaggi autostradali) siano nel complesso del 10% e che in termini economici qesto significhi una maggior spesa di alcune decine di euro all’anno. In cambio avresti la stessa comodità d’utilizzo in città, dove la ricarica non è mai un problema, e la garanzia di non averne praticamente mai nemmeno nelle tratte classiche delle gite domenicali. Credo che il rapporto costo-beneficio psicologico sarebbe vantaggioso, almeno per un automobilsta medio.
Messa in questi termini, concordo completamente. Oggi è importante la diffusione di massa, domani magari c’è la fusione e la massimizzazione del consumo annuale diventa argomento di disputa tra “talebani” senza risvolti pratici. La sintesi è che il progresso avanza mentre noi litighiamo, fortunatamente!
Ha detto tutto Massimo e sottoscrivo. L’autonomia non è un problema in città ma lo è in autostrada, dove le velocità sono più elevate: lì serve il massimo di efficienza per avere un’autonomia reale. Già siamo davanti al “paradosso” che l’autonomia WLTP dichiarata non vale in autostrada e quindi diventa molto complicato già conoscere la reale autonomia a 130 km/h effettivi anche in virtù di tutte le variabili (meteo, pendenza, etc.), se a questo ci aggiungiamo che i motori sono meno efficienti proprio a quelle velocità è la fine.
Tutto ciò che migliora l’autonomia autostradale serve come il pane. Se poi la soluzione è migliorare l’efficienza, è grasso che cola …
@Enzo Potresti indicare per quale veicolo l’autonomia WLTP è rispettata in autostrada? A me non ne viene in mente nemmeno uno.
Ridurre i consumi a 50 km/h serve relativamente poco, mentre aumentare l’autonomia delle piccole elettriche anche del 10-20% aprirebbe le porte ad un uso esteso delle stesse per viaggi più lunghi.
Leggermente off topic, in merito al dato degli 11.200 km annui percorsi dall’automobilista medio (dato del 2016) qui spesso citato, ho letto vari rapporti Unrae ed anche un report di Unipol e la situazione è molto frastagliata, con province in cui la percorrenza sfiora i 17.000 km annui.
Se riesco a trovare un po’ di tempo per ordinare i dati, vi mando un riepilogo, che ritengo interessante per individuare quanta gente percorre 30-40 mila km l’anno e sarà perciò interessata ad alettriche ad alta percorrenza.
Grazie Luca, sarebbe un contributo molto interessante
Athos Direi non possa proprio matematicamente esistere un veicolo che a velocità autostradali rispetta il WLTP dato che in quest’ultimo si raggiungono i 125 km/h per meno di un minuto su un test che dura mezz’ora.
Scusatemi ragazzi ma sconcordo immensamente. A mio personalissimo parere queste cose non si possono sentire, soprattutto da Massimo Degli Esposti. Calare l’efficienza complessiva, aumentare il consumo energetico complessivo (aumentare l’entropia) per la comodità, comodità che, fra l’altro, vale per poco tempo. noooo. Per fortuna, come nel commento successivo di Guido Baccarini, la maggior efficienza in un cambio (identico alla Demagnetizzazione) è un aumento risibile. Andare ai 128km/h invece che ai 130 produce un minor consumo del (128/130)^2 = 0,969 ovvero del 3,1%.
-Adesso provoco Daniele: ci vorrebbe un cambio a 2 marce….-
Sono arrivato adesso, leggo meglio e rifletto. Il primo commento è che, come per i vecchi motori DC a eccitazione separata, modulando l’eccitazione il motore diventava un bassoRPM e alta coppia in un altoRPM e bassa coppia. Equivalente ad un cambio a infiniti rapporti. Che io sappia la mia ZOE ha le spazzole, non contemplate nella manutenzione, non sapevo (anche se avevo immaginato) che modulassero l’eccitazione del rotore. Fare un’alimentazione del rotore senza spazzole mi sembra sia una cosa facile e credevo fosse così prima di conoscere che invece è a spazzole: trasformatore con secondario sul rotore (primario e secondario coassiali) sul secondario un semplicissimo convertitore AC/DC a ponte di diodi.
– Il primo commento è … ponte di diodi.-
C’è l’aiuto del pubblico o devo chiedere l’aiuto a casa? :/
/// se l’efficenza massima si raggiungesse alla velocità autostradale \\\ Se ho capito bene l’articolo parla genericamente di “alte velocitá” senza quantificarle, immagino che si riferisca a velocitá piú alte di quelle urbane (situazione dove gli attuali veicoli elettrici si trovano meglio..) ma piú basse di quelle autostradali dove la resistenza aerodinamica è tuttora importantissima, vedi anche articolo sulla velocitá di pareggio https://www.vaielettrico.it/autonomia-in-autostrada-occhio-alla-velocita-di-pareggio/
In realtà si parla di alte velocità di rotazione del motore. La velocità in km/h dipende poi dai rapporti della trasmissione. L’efficienza del motore è data dalla quantità di energia che si trasforma in moviemto.
Concordo con lei Guido, e aggiungo che si potrebbe prevedere un “cambio” a variazione continua in modo che il motore giri sempre nel punto più efficiente, quindi anche ai 130km/h non avrebbe bisogno di più energia, ma solo il + dato fatta resistenza del auto Vs. Aria e aumento di peso
Temo che un CVT comporti una perdita di efficienza tale da vanificare o ridurre sensibilmente i vantaggi portati. Si tratta comunque di un componente meccanico con attriti ed usure che inoltre andrebbe ad aggiungere un’ulteriore fonte di guasti ed incremento dei costi per la manutenzione periodica.
-Temo che un CVT comporti una perdita di efficienza tale da vanificare o ridurre sensibilmente i vantaggi portati-
Lo temo pure io. Anzi ne sono quasi certo.
La relativa inefficienza di un CVT è pari solo alla sua immensa comodità.
/// un “cambio” a variazione continua in modo che il motore giri sempre nel punto più efficiente \\\ /// la relativa inefficienza di un CVT è pari solo alla sua immensa comodità \\\ Il punto (anzi i punti) è proprio questo.. Mi spiego : in effetti credo anch’io che non abbia molto senso abbinare un CVT tradizionale ad un motore elettrico, anche perché quest’ultimo, avendo una curva di coppia “piatta” o quasi, non ha bisogno di essere mantenuto intorno ai regimi ottimali come i motori termici. Da quello che ho capito dell’articolo, il rotore senza magneti – in grado di modulare l’intensitá della corrente che attraversa appunto il rotore – serve proprio a “simulare” almeno in parte un CVT adattando il motore alle diverse situazioni d’uso.
Ne capisco poco, ma alle alte velocità, non conta molto di più la dissipazione di energia dovuta al Cx?
Guido, se e quanto si guadagnava in autonomia mettendo i copricerchioni aerodinamici di Tesla, ora praticamente quasi scomparsi dalle discussioni?
/// alle alte velocità, non conta molto di più la dissipazione di energia dovuta al Cx? \\\ Direi proprio di sí, vedi articolo sulla velocitá di pareggio (https://www.vaielettrico.it/autonomia-in-autostrada-occhio-alla-velocita-di-pareggio/) nonché altre lezioni del prof. Ceraolo (https://www.vaielettrico.it/capire-i-veicoli-elettrici-4-dalla-combustione-allelettricita/ e https://www.vaielettrico.it/capire-i-veicoli-elettrici-5-coppia-potenza-e-velocita-base/)
Si parlava di un 2/3%, analogamente alle differenze che si possono avere con un pneumatico classe A nel rotolamento vs un classe D, ad esempio. il 2% in meno, tradotto, significa che per fare 100.000 km ai 130 (consumo di 20 kWh/100 km) portano ad un risparmio di 400kWh che valorizzati a 0,5€ (costo colonnina DC ultrafast tanto per fare un calcolo) sono 200€. O, se si preferisce, a parità di costo, anzichè fare 100.000 km ne posso fare 102.000 con le stesse ricariche.
In pratica, se capisco bene, per apprezzare l’aerodinamica, occorre avere la stessa forma mentis di chi usa il TCO per decidere dove investire i suoi soldi.
Grazie Prof. Ceraolo. Articolo di lettura non semplicissima, ma davvero molto interessante.
Lettura interessante anche perché il principio del deflussaggio (“field weakening” in inglese) puó essere applicato per “simulare” un cambio a variazione continua, esempio classico il reostato dei tram (qui discussione tecnica in ambito macchine utensili https://www.plcforum.it/f/topic/213953-motore-funzionamento-in-deflussaggio/)
Considerazione potenzialmente interessantissima ma che supera di gran lunga le mie conoscenze. Se riuscisse a semplificarmi il concetto credo che gliene sarei decisamente grato. ?
Da quello che ho capito, per sfruttare meglio i motori elettrici in tutte le situazioni d’uso (spunto da fermo, marcia in pianura, marcia in salita..) puó essere vantaggioso variare ad hoc non solo l’intensitá della corrente erogata ma anche la tensione operativa, il tutto tramite resistenza variabile o apposita circuiteria. Il fatto, credo, è che non mi risultano in atto progetti per adottare questa soluzione tecnica sulle future auto elettriche, quindi immagino che il rendimento non sia un granchè (ma sui tram reostato-muniti era un aspetto secondario..) In ogni caso accetto volentieri correzioni da parte del prof. Ceraolo o chiunque ne sappia piú di me ?
Grazie, inizio a capirci qualcosa.
Ale il deflussaggio te lo semplifico io: https://www.youtube.com/watch?v=YSf6_pvJt94
Comunque in effetti tutto torna: anche quella macchina era ottimizzata per andare a 88 miglia orarie. Che son poi 140 chilometri orari. Quindi possiamo dire che la cosa ha senso. ☝️?
“La ricerca in questo ambito si è rivolta a soluzioni di tipo brushless, ossia prive di spazzole, tipo accoppiamenti induttivi a frequenze elevate. Può darsi che la Renault abbia messo in campo una soluzione di questo tipo”. In verità io sapevo diversamente, ovvero che i motori di Zoe, Twingo e aggiungo anche Twizy non sono brushless ma hanno proprio le spazzole, questo almeno fino allo scorso anno. E forse lo stesso vale anche per Megane (forse!). E non brillano neanche per robustezza, ci sono proprietari di Zoe (modelli recenti) a cui il motore ha ceduto prima di fare 30000 km (neanche le batterie della Zoe brillano in quanto a longevità). Il motore è un Renault/Continental Q210 a magneti permanenti fino al 2017, sostituito poi dalla “variante” r240 (effettivamente più efficiente del q210) con avvolgimenti in rame al posto dei magneti permanenti e comunque con spazzole, costruito dall’alleanza Renault Nissan. Anche la BMW se non sbaglio usa motori con spazzole, ovvero non brushless.
Anche io sapevo questo ma solo riguardo alla Zoe 22 kWh, nulla so riguardo alla 41 e alla successiva 52 kWh. Del resto anche la Megane appena uscita, pare sia un progetto totalmente nuovo
È vero, i motori elettrici Renault almeno fino alla Zoe compresa sono a rotore avvolto con contatto strisciante. A differenza di quanto avviene nei motori DC però questa interfaccia funge solo da connessione, non da commutatore quindi è un tipo di contatto che può durare molto di più rispetto alle spazzole dei “vecchi” motori DC. Renault da quanto so non prevede di sostituire questi contatti con nessuna manutenzione ordinaria, perciò dovrebbero durare sui 200.000 km almeno. Ovviamente di problemi al motore ce ne possono essere su altri aspetti.
È per questo motivo che l’anno scorso avevo escluso Renault dalla mia lista e tutte le auto con motore a spazzole.
Voi non capite, le spazzole sono il futuro. ✊
L’automobile elettroproletaria lo richiede!✊ La mobilità come diritto delle masse lo esige! ✊ La rivolta contro il paradigma litio-brushless imposto dalla elettroborghesia per impedire la mobilità del popolo lo invoca! ✊ La rivoluzione si farà impugnando i carboncini, le batterie al sodio alimenteranno il movimento delle masse lavoratrici, il reostato regolerà la velocità del progresso proletario! ✊
ELETTEOPROLETARI DI TUTTO IL MONDO! ✊CONNETTETEVI! ✊
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