Nel 2010, quando iniziò ad arrivare la prima generazione di auto elettriche prodotte in serie, sentii che le case automobilistiche stavano minando di proposito le auto elettriche.
All'epoca, la maggior parte delle case automobilistiche legacy decise di utilizzare celle della batteria LMO con scarsa densità di energia e durata del ciclo breve nelle loro auto elettriche. Il più grande vantaggio di quelle batterie prive di cobalto era il costo inferiore, tuttavia le auto elettriche venivano vendute a un prezzo tre volte superiore rispetto alle loro controparti a gas. Solo Tesla ha optato per celle della batteria ad alta densità di energia, che a quel tempo erano disponibili sotto forma di celle cilindriche NCA, per lo più realizzate per laptop.
Avanti veloce fino ad oggi, ora le case automobilistiche tradizionali producono effettivamente auto elettriche decenti, ma potrebbero già essere molto migliori.
In questo articolo riassumerò alcune tecnologie già esistenti che presto renderanno i veicoli elettrici ancora migliori.
Sistemi da 800 volt
BYD e-Platform 3.0
I sistemi 800-v, specialmente se combinati con l'elettronica di potenza a semiconduttore al carburo di silicio (SiC), migliorano notevolmente i propulsori elettrici, rendendoli più efficienti, più piccoli, più leggeri ed economici.
Porsche, Hyundai e Kia stanno già producendo auto elettriche con impianti elettrici a 800 volt invece dei soliti 400 volt. Tuttavia, BYD sarà la prima casa automobilistica a rendere disponibile questa tecnologia in auto elettriche a prezzi accessibili con l'imminente BYD EA1.
Cosa rende i sistemi a 800 volt migliori dei soliti 400 volt?
Gli ultimi risultati della ricerca sui veicoli a batteria da 800 volt mostrano che ciò potrebbe portare a motori più piccoli, più leggeri e più rispettosi dell'ambiente . Le auto che utilizzano questi propulsori potrebbero anche essere ricaricate più velocemente e viaggiare più lontano con una singola carica.
Uno di questi vantaggi è che i sistemi elettrici a 800 volt consentono una maggiore ritenzione di energia, che normalmente viene dispersa a causa del calore generato durante il processo di ricarica. Un sistema di tensione più elevato consente di utilizzare una corrente inferiore durante la carica della batteria, il che riduce il surriscaldamento e consente una migliore ritenzione di potenza nel sistema. Questa potenza può essere utilizzata per un'autonomia più lunga.
I sistemi a voltaggio più elevato offrono anche una serie di vantaggi chiave in termini di risparmio di peso e massa. La riduzione del rame è una di queste. I motori elettrici sono molto più semplici dei motori a combustione nella costruzione e al loro interno hanno un rotore, che ruota in risposta a un campo magnetico rotante creato dall'elettricità della batteria. Per raggiungere questo obiettivo, i sistemi elettrici utilizzano spesso fino a quattro volte la quantità di rame che si trova nei motori a combustione. L'utilizzo di sistemi ad alta tensione può ridurre notevolmente la quantità di rame utilizzata nei motori.
Oltre a ridurre il peso dei motori, un sistema a 800 volt ha l'ulteriore vantaggio di ridurne anche la massa. Poiché la tensione più elevata consente ai motori di funzionare a velocità di 20.000 giri / min, ben più del doppio di quella dei loro fratelli da 400 volt, hanno una densità di potenza migliore. Ciò significa che convertono l'energia elettrica in potenza meccanica con questa velocità e non con una coppia elevata. "In generale, la dimensione del motore è definita dalla capacità di coppia", afferma Bitsche, il che significa che la rimozione della coppia dall'equazione consente ai motori di essere molto più piccoli. Tanto, infatti, che i motori ad alta velocità più piccoli possono pesare fino a 25 chilogrammi , con il risultato di ridurre il peso complessivo di un veicolo, consentendogli di viaggiare molto più lontano con una sola carica.
Passaggio a sistemi a 800 volt:perché aumentare la potenza del motore potrebbe essere la chiave per auto elettriche migliori
Riassumendo, con i sistemi a 800 volt, le auto elettriche disporranno di propulsori più efficienti, più leggeri, più piccoli ed economici.
Anodi di silicio
Grafico di carica della batteria con anodo a predominanza di silicio
Negli ultimi anni, la tecnologia delle batterie si è evoluta principalmente introducendo miglioramenti ai catodi, mentre gli anodi sono rimasti quasi gli stessi. Tuttavia, la prossima grande evoluzione nella tecnologia delle batterie avverrà con l'imminente sostituzione degli anodi di grafite con il silicio.
Le celle della batteria con anodi di silicio sono più densi di energia e potenza rispetto alle loro controparti in grafite. Questa tecnologia della batteria va di pari passo con i sistemi a 800 volt, poiché entrambi sono necessari affinché le auto elettriche raggiungano velocità di ricarica estremamente elevate.
Inoltre, gli anodi di silicio possono essere utilizzati anche nelle celle di batterie con catodi privi di cobalto, come l'LFP (LiFePO4) come già dimostrato da Guoxuan.
Riassumendo, con gli anodi di silicio, le celle della batteria aumenteranno le loro capacità e ridurranno i tempi di ricarica.
Batterie prive di cobalto
Confronto delle sostanze chimiche della batteria di Tesla
Presto le batterie prive di cobalto diventeranno standard nelle auto elettriche, con catodi LFP o LNMO. Mentre i prodotti chimici ad alto contenuto di nichel più costosi, come NCM 90, NCA 91 o NCMA, saranno relegati in alcune nicchie, dove è importante ottenere il massimo della gamma.
Grazie alle batterie prive di cobalto, i veicoli elettrici potranno finalmente competere con i loro omologhi ICE (Internal Combustion Engine) per prezzo e disponibilità.
Batteria CTP
Evoluzione del pacco batterie BYD
Le batterie CTP (cell-to-pack) sono prive di moduli e vanno di pari passo con batterie sicure prive di cobalto, come LFP (LiFePO4).
Mentre nella maggior parte dei pacchi batteria, i moduli aumentano la loro sicurezza funzionando come firewall metallici nel caso in cui una o più celle della batteria NCM/NCA brucino o esplodano, non servono a nulla se utilizzate con le celle della batteria LFP, poiché queste celle della batteria super sicure non funzioneranno t prendere fuoco o esplodere anche se forato.
Un esempio di una buona batteria CTP è la popolare batteria BYD Blade, che ha rapporti VCTP (volumetric cell-to-pack) e GCTP (gravimetric cell-to-pack). Ciò significa che nel pacco batteria il materiale attivo – che effettivamente immagazzina energia (celle della batteria) – è proporzionalmente più alto in termini di volume e peso rispetto al materiale passivo, che serve solo a proteggere e assemblare le celle della batteria.
Eliminando i moduli, il rapporto VCTP di un pacco batteria può aumentare dal 40 al 60%. Con CTP, le batterie diventano più semplici, leggere, più piccole ed economiche.
Tetti solari
Hyundai IONIQ 5
Le auto elettriche con tetto solare sono un gioco da ragazzi, soprattutto ora che le celle solari sono diventate più efficienti ed estremamente economiche.
In alcune situazioni, un buon tetto a pannelli solari da 300 W in un'auto elettrica potrebbe aggiungere circa 2 kWh alla batteria al giorno e sarebbe sufficiente per percorrere 10-15 km in più.
V2G e V2L
Kia EV6 con capacità V2L
Tetti solari, V2G (vehicle to grid) e V2L (vehicle to load) sono alcune tecnologie che potrebbero presto diventare standard nei veicoli elettrici. Quanto è bello poter utilizzare la tua auto elettrica come un grande power bank mobile che può essere caricato con l'energia solare?
L'EV6 è dotato della funzione Vehicle-to-load (V2L) che funge da comoda alimentazione elettrica portatile per la vita quotidiana o le attività ricreative.
Può fungere da fonte di alimentazione di emergenza per la tua casa. Infatti, EV6 fornisce fino a 3,6kW di elettricità e può anche funzionare come generatore portatile quando ti godi le attività all'aperto.
Anteprima mondiale Kia EV6
Alcuni esempi in cui possono essere utili i grandi power bank mobili:
Miglioramenti aerodinamici
Anno Luce Uno nella Valle della Morte
Possiamo aumentare l'autonomia di un'auto elettrica, aggiungendo più capacità della batteria o aumentandone l'efficienza.
Ad esempio, Tesla ha recentemente ridotto la capacità della batteria della Model S ed è comunque riuscita ad aumentare la sua autonomia migliorando l'efficienza complessiva.
Sebbene il miglioramento del gruppo propulsore o la riduzione del peso del veicolo siano metodi validi per aumentare l'efficienza complessiva di un'auto elettrica, il miglioramento dell'aerodinamica ha il ROI (Return of Investment) più elevato. I propulsori elettrici sono già estremamente efficienti e, grazie alla frenata rigenerativa, ridurre il peso non è importante quanto migliorare l'aerodinamica in un'auto elettrica.
Non tutte le auto elettriche devono prendere sul serio l'aerodinamica come la Lightyear One - che vediamo nell'immagine sopra -, ma è ovvio che la maggior parte delle auto elettriche ha ancora un ampio margine di miglioramento. Basta guardare le attuali auto elettriche Volvo per capire cosa intendo...
Oltre al design del veicolo stesso, ci sono molti modi economici e facili per migliorare l'aerodinamica delle auto elettriche. Vediamo alcuni esempi di seguito.
Ricarica wireless
Non solo la ricarica wireless è essenziale per i veicoli elettrici autonomi, ma renderà anche più sicuro e conveniente l'uso delle infrastrutture di ricarica pubbliche. Non dovrai più preoccuparti che la porta di ricarica o i cavi vengano vandalizzati da qualche cavernicolo che odia le auto elettriche.
I veicoli elettrici autonomi sono il futuro della mobilità personale, ma senza conducente, chi collegherà il veicolo per ricaricarlo? La risposta è chiara:niente spine, niente cavi. Parcheggia e ricarica in modalità wireless e autonomamente... con la tecnologia WiTricity.
— Alex Gruzen, CEO di WiTricity
Per oggi abbiamo finito, queste sono alcune tecnologie che già esistono e hanno il potenziale per rendere i veicoli elettrici ancora migliori.
Anche se non esiste ancora un'auto elettrica con tutte le tecnologie sopra elencate, penso che l'imminente BYD EA1 illustri come dovrebbe essere un'auto elettrica di prossima generazione e abbia il più grande potenziale per diventare un punto di svolta. Avrà una batteria senza cobalto CTP e un efficiente sistema da 800 volt che consente velocità di ricarica elevate senza compromessi.
Foto spia BYD EA1
Ho dimenticato qualcosa? Cosa ti aspetti dalle auto elettriche di nuova generazione? Come possono le auto elettriche di oggi diventare ancora migliori?
