Ecco perché una gestione termica intelligente è importante per le auto elettriche
12/07/2020Dal punto di vista meccatronico, un'auto elettrica a prima vista è meno interessante: lo stimolante motore a combustione con il suo gran numero di componenti complessi, deve cedere il passo al relativamente semplice motore elettrico. Anche la trasmissione meccanica diventa superflua. "Cos'altro c'è da riparare in un'auto elettrica?": spesso è questa la domanda fatalistica che si pone.
Ma fortunatamente la questione non è così seria: altri componenti e tecnologie acquisiscono sempre più importanza. La gestione termica svolge un ruolo cruciale soprattutto nelle auto elettriche e probabilmente in futuro diventerà ancora più importante. I sistemi di gestione termica delle auto elettriche sono generalmente più complessi di quelli dei veicoli convenzionali. Dopo tutto, le auto esclusivamente elettriche, i cosiddetti Battery Electric Vehicles (BEV), sono dotate di una serie di componenti particolarmente sensibili al freddo e al caldo. E anche il riscaldamento e il raffreddamento dell'abitacolo del veicolo non è da sottovalutare.
Ecco perché un abitacolo riscaldato influisce sull'autonomia
Grazie alla loro elevata efficienza, le trazioni elettriche emettono solo poco calore nell'ambiente rispetto ai motori a combustione convenzionali. Per poter riscaldare ugualmente in modo adeguato l'abitacolo a basse temperature esterne, sono necessari dei riscaldatori supplementari. Il problema: come consumatori di energia supplementari, attingono a una parte considerevole dell'energia accumulata nella batteria. Più caldo è l'abitacolo, inferiore è l'autonomia. I riscaldatori elettrici integrati nel sistema di ventilazione sono una soluzione semplice, efficace ma anche molto dispendiosa in termini di energia. Per questo motivo vengono ora utilizzate anche pompe di calore ad alta efficienza energetica, che possono fungere anche da impianto di climatizzazione per il raffreddamento in estate.
I circuiti di refrigerazione e di raffreddamento devono interagire in modo ottimale
Ma il comfort non è l'unico aspetto da considerare. Affinché un veicolo elettrico possa funzionare in modo sensato e con un grado di efficienza particolarmente elevato, le temperature del motore elettrico, dell'elettronica di potenza e della batteria devono essere sempre mantenute in un intervallo ottimale in termini di efficienza. Ciò è reso possibile da un sofisticato e complesso sistema di gestione termica in cui i circuiti di refrigerazione e di raffreddamento interagiscono in modo ottimale. "A causa dei diversi requisiti di temperatura dei componenti, in veicoli elettrici vengono usati generalmente diversi circuiti di raffreddamento a diversi livelli di temperatura, in parte anche con diversi liquidi di raffreddamento", spiega il Prof. Dr.-Ing. Boris Schilder, Professore di Termodinamica e Meccanica dei fluidi presso l'Università di scienze applicate di Francoforte.
I circuiti di raffreddamento e refrigerazione per auto elettriche sono molto complessi. Fonte: HELLA
La gestione termica influisce sulle prestazioni e sulla durata della batteria
La gestione termica influenza in modo decisivo anche le prestazioni e la durata della batteria: le batterie per funzionare hanno bisogno di una campo di temperatura chiaramente definito. Le batterie agli ioni di litio funzionano alla perfezione in un intervallo compreso tra 15 °C e 30 °C. Se la temperatura di esercizio è troppo elevata, la durata della batteria diminuisce causandone il guasto prematuro.
Le celle della batteria invecchiano anche a temperature molto basse. La conseguenza: la loro durata ne risente. A rendere il tutto ancora più difficile, è il fatto che non solo la temperatura totale della batteria deve rimanere all'interno dell'intervallo descritto,. ma anche la differenza di temperatura tra le singole celle non deve superare un determinato valore. Inoltre, i picchi di carico a breve termine in combinazione con correnti elevate, come il recupero e l'aumento della tensione, causano il riscaldamento delle celle.
Per le officine automobilistiche, i complessi sistemi di gestione termica sono fonte di fatturato
Affinché tutti i componenti, in particolare la batteria, funzionino nei campi di temperatura ottimali, le case automobilistiche e i fornitori hanno sviluppato sistemi intelligenti di raffreddamento della batteria e di gestione termica. Inoltre fanno in modo che il lavoro meccatronico nelle officine automobilistiche non diventerà noioso anche nell'era dell'auto elettrica e non da ultimo generano fatturato per le officine automobilistiche.
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