Una Tesla Roadster, spinta da un motore elettrico.
Un'autovettura elettrica è un tipo di automobile che utilizza un motore elettrico come unico propulsore. Generalmente, questo motore utilizza come fonte di energia primaria l'energia chimica immagazzinata in una o più batterie ricaricabili.
Sebbene le prime vetture elettriche risalgano alle origini dell'automobile, questo tipo di vetture ha iniziato a diffondersi solamente tra la fine del XIX secolo e l'inizio del XX secolo.
Storia[]
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Meccanica[]
Batterie[]
Il pacco batteria della Chevrolet Bolt.
La maggior parte delle auto elettriche utilizzano delle batterie ricaricabili per alimentare il motore elettrico. Le batterie moderne sono realizzate in litio (litio-ione, Li-ion polimero, litio-ferro-fosfato), mentre in passato venivano usati soprattutto degli accumulatori piombo-acido ("inondate" e VRLA), il NiCd e il tipo a NiMH.
Diverse aziende, fra cui le stesse case automobilistiche, stanno studiando nuovi tipi di batterie, al fine di migliorare l'autonomia dei veicoli elettrici. Tra questi vi sono le batterie al litio-titanio (titanato di litio e litio-diossido di titanio) e nuove varianti della pila zinco-aria. La Toyota dal 2011 è al lavoro per mettere a punto una nuova generazione di accumulatori agli ioni di litio ricaricabili in 7 minuti. Ricercatori della Nanyang Technological University di Singapore stanno studiando una batteria gel di diossido di titanio; nel 2014 hanno presentato un prototipo si carica fino al 70% in due minuti. Nel 2017 la startup israeliana ha StoreDot ha presentato un prototipo funzionante (proof of concept) di batteria che permette la ricarica completa in 5 minuti, per un'autonoma di circa 480 km, in una berlina elettrica di grandi dimensioni. L'unica criticità presentata dal prototipo è che per ottenere 100 km di autonomia necessita di una ricarica di almeno 200 kW.
Le batterie sono tipicamente il componente più costoso dei BEV. Sebbene il costo di fabbricazione della batteria sia elevato, l'aumento della loro produzione porta a un sensibile abbassamento dei costi nel momento in cui la produzione dei BEV raggiungerà valori che si avvicinano al numero dei veicoli a combustione interna commercializzati al giorno d'oggi.
L'autonomia delle vetture elettriche può variare notevolmente a seconda del veicolo. Per i modelli con batterie al litio, l'autonomia è tra i 200 e i 400 Km, mentre alcuni modell recentii in commercio sono in grado di percorrere 600 Km. La distanza può essere ulteriormente incrementata, sfruttando sistemi di recupero dell'energia durante la marcia del veicolo, come ad esempio il KERS, che può recuperare una media del 15% dell'energia impiegata in un medio percorso.
Le singole batterie sono di solito raggruppate in grandi gruppi a varia tensione e capacità per ottenere l'energia richiesta. La durata delle batterie dovrebbe essere considerata quando si calcola il costo di investimento, dato che le batterie si consumano e devono essere sostituite. Il decadimento delle batterie dipende da numerosi fattori, anche se si stanno progettando batterie che durano di più dello stesso veicolo.
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Sistema di controllo[]
Il sistema di controllo salvaguardia e gestisce elettronicamente la batteria, impedendo cosumi anomali. Essa regola l'erogazione dell'energia fornita dalle batteria al motore (in base alla richiesta del guidatore) in fase di scarica e carica.
Inverter[]
Nei motori a corrente alternata (i più utilizzati), l'inverter converte la corrente continua delle batterie in corrente alternata, per consentire il funzionamento del motore.
Motore[]
Un'auto elettrica è dotata di un motore elettrico in grado di convertire l'energia chimica, imagazzinata nelle batterie, in energia elettrica. Tale energia viene poi trasferita alle ruote. Rispetto ai motori a combustione interna, il motore elettrico è molto più efficente a livello energetico, perchè, non essendo un motore termico, non è sogetto ai limiti del teorema di Carnot, che impone una limitazione nella resa di un motore termico ciclico, in quanto il motore può estrarre solo una certa porzione di energia meccanica dal calore del fluido.
Nei fatti, un motore a benzina ha una efficienza energetica attorno al 28%, un diesel si avvicina al 40%, mentre un motore elettrico ha un efficienza energetica intorno al 90%.
Trasmissione[]
Il sistema di trasmissione può variare di molto a seconda del modello. In linea generale, l'energia viene trasferita dal motore direttamente ad un riduttore, che a sua volta trasferisce la potenza dal motore alle ruote, con un rapporto di trasmissione fisso. Un'autovettura elettrica non necessita di scatola del cambio, in quanto la coppia fornita da un motore elettrico è sufficiente a gestire la velocità di rotazione delle ruote. In questo caso, la retromarcia si ottiene invertendo il flusso dell’elettricità circolante nel motore, in modo tale da invertire il verso di rotazione del motore stesso, il quale a sua volta cambia il verso di marcia.
Dimensioni e pesi[]
Le vetture elettriche sono molto leggere, poiché il motore a combustione interna è molto più complesso nella meccanica. A differenza delle auto ibride, spesso progettate condividendo telaio e carrozzeria con le auto a benzina o Diesel, per la realizzazione di un'auto elettrica bisogna far fronte a una riprogettazione più complessa, legata alla distribuzione dei pesi e al baricentro. La batteria, ad esempio, il cui peso è molto significativo, viene posizionata in un doppio fondo sotto l'abitacolo, tra le ruote, oppure sotto il bagagliaio, in ogni caso in una posizione molto bassa. A causa di questa problematica, i costruttori preferiscono realizzare modelli progettati esclusivamente a propulsione elettrica, anziché adattare le vetture con motore a scoppio.
Per quanto riguarda le dimensioni non esistono grandi differenze. Esistono infatti auto elettriche in tutti i segmenti del mercato, dalle piccole superutilitarie fino ai SUV e i fuoristrada.
Aerodinamica[]
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Competizioni[]
La Jamais Contente, detendrice del record di velocità terrestre dal 1899 al 1902.
La prima vettura da competizione a propulsione elettrica conosciuta risale al 1898, denominata Jeantaud Duc. Questa vettura fu la prima ad imporsi nel record di velocità terrestre. Guidata da Gaston de Chasseloup-Laubat, la Jeantaud Duc stabilì il record di 92,78 km/h. Tale record venne battuto da un'altra auto elettrica, La Jamais Contente, che raggiunse i 105,88 km/h nel 1899, guidata dal belga Camille Jenatzy. Tale record rimase imbattuto fino al 1902.
L'evoluzione delle vetture indirizzò le case automobilistiche a scegliere i motori a combustione, pertanto anche nelle competizioni, le vetture elettriche non apparvero per molti anni. Qualche sporadica apparizione avvenne in competizioni locali, come ad esempio il G.P. 4E, una competizione organizzata in Italia dalla rivista Quattroruote, tra fine anni Ottanta e inizio anni Novanta, riservata a prototipi da competizione elettrici.
Nel XX secolo, la "rinascita" dei veicoli elettrici spinse diverse case automobilistiche ad investire in tale settore. Nel 2014 fece la sua comparsa alla 24 Ore di Le Mans la Nissan Zeod RC, la prima vettura a trazione elettrica a prendervi parte. Nell'edizione successive l'ACO non consentì la partecipazione di questo modello.
Una vettura di Formula E, del team e.Dams Renault.
L'assenza di auto elettriche in competizioni mondiali fu dovuto proprio al fatto che i regolamenti tecnici delle varie competizioni internazionali sono tutt'oggi molto limitativi. Negli ultimi anni la FIA decise quindi di organizzare competizioni mondiali specifiche per le auto elettriche. Nel 2014 nacque la Formula E, la prima competizione mondiale dedicata alle monoposto elettriche, a cui farà seguito la categoria Gran Turismo, dove per il 2018 è prevista la nascita dell'Electric GT. Anche nei rally fu organizzato un campionato per auto elettriche, con la FIA E-Rally Cup. Nel 2018 è nata una categoria riservata ad auto elettriche nel World Rallycross Championship e per il 2020 la FIA prevede di far diventare tale campionato riservato totalmente ad auto elettriche.