La frenata a recupero d’energia cambia automobili e manutenzione

Le elettriche e le ibride usano il motore elettrico per la frenata a recupero d’energia. Questo migliora l’efficienza e ha dei risvolti sui freni e la manutenzione

26 marzo 2019 - 9:00

Le automobili ibride e ancor più quelle elettriche promettono un’efficienza inarrivabile per i powertrain tradizionali e un modo diverso di guidare. Le differenze non finiscono però qui: stiamo infatti cominciando a capire che a cambiare sono anche manutenzione e assistenza. Abbiamo infatti già visto in post precedenti diverse differenze, dovute alla presenza delle batterie ad alta tensione, alle trasmissioni molto semplificate (la Mitsubishi Outlander 2019 PHEV per il motore termico ha solo una frizione e una riduzione a rapporto fisso) e alla lubrificazione che deve soddisfare esigenze particolari. L’elettrificazione incide anche sul sistema frenante sia per la costruzione sia per l’uso e questo perché è possibile implementare la frenata a recupero d’energia. Essa sfrutta una peculiarità molto importante dei motori elettrici, che possono funzionare anche da generatori assorbendo energia meccanica dal veicolo in movimento.

USO DOPPIO

In pratica facendo “trascinare” il motore dall’inerzia del veicolo esso genererà energia (trasferita alle batterie), rallentando l’automobile senza usare i classici freni ad attrito. Una premessa è indispensabile: l’energia non nasce dal nulla ma è presente, in maniera più o meno evidente, (si capisce subito che una valanga o il mare in tempesta contengono energia mentre non altrettanto si può dire di un bidone di benzina) praticamente ovunque. I motori e i generatori non creano energia ma la convertono: un motore a scoppio usa l’energia chimica contenuta nel carburante per erogare energia meccanica così come un utensile usa quella meccanica dell’aria compressa a pressione maggiore di quella atmosferica.

IL GENERATORE CONVERTE L’ENERGIA

Un generatore converte l’energia meccanica in energia elettrica mentre il motore elettrico fa il passaggio inverso: la grande “novità” è che spesso le due tipologie sono riunite in una stesso dispositivo. Questa dote di “reversibilità” si attiva agendo sull’elettronica di controllo e mantiene una gran parte della proverbiale efficienza dei motori. In pratica il motore, invece di muovere il veicolo, si fa “trascinare” da esso e converte l’energia cinetica – quella presente in qualsiasi corpo in movimento – in energia elettrica che, con un ulteriore passaggio, viene immagazzinata nelle batterie.

L’ENERGIA NON SI OTTIENE GRATIS

L’azione generatrice si estrinseca in un “indurimento” della macchina elettrica, che si oppone alla rotazione in maniera proporzionale all’energia che genera. Pensiamo ad un motore/generatore con i morsetti non collegati: per farlo ruotare “in folle” dovremo, in generale, vincere soltanto l’attrito dei cuscinetti e quello dell’aria trascinata dal rotore. Il discorso cambia se esso eroga energia e lo si può sperimentare facilmente con qualsiasi automobile: se con il motore al minimo accendiamo il lunotto termico e gli abbaglianti si potrà notare un rallentamento del regime di rotazione. Questi circuiti assorbono molta energia elettrica, un surplus che l’alternatore eroga a spese dell’energia meccanica della rotazione del motore. In pratica esso aumenta la sua coppia resistente rispetto a quando gli utilizzatori era disinseriti.

QUALCHE SEMPLICE CALCOLO CI AIUTA A CAPIRE

Un rapido calcolo fa capire l’ordine di grandezza del fenomeno. Supponiamo che il lunotto termico assorba 200 watt e gli abbaglianti consumino 60 watt l’uno: il totale è 320 watt. Ricordando che 1 CV equivale a 735 watt e che l’alternatore ha un rendimento di conversione sicuramente minore del 100%, l’assorbimento di potenza sarà di mezzo CV e più. Al regime del minimo anche mezzo cavallo non è trascurabile e questo spiega il leggero rallentamento del motore. Queste potenze sono molto superiori nel caso della frenata a recupero d’energia perché il motore di trazione, se funziona da generatore, può erogare decine di kilowatt. Questa importante trasformazione dell’energia genera una coppia frenante notevole che permette di usare i freni tradizionali soltanto nelle frenate di emergenza, o quasi. Anche il guidatore, dopo un po’ d’esperienza, potrebbe usare il solo pedale dell’acceleratore anche per frenare, come anticipato dall’e-Pedal della Nissan Leaf.

O DORME O LAVORA AL MASSIMO (L’IMPIANTO)

La frenata a recupero d’energia ha quindi conseguenze importanti sui freni ad attrito: in condizioni normali essi saranno freddi o tiepidi e quindi una frenata improvvisa e violenta li metterà a dura prova. I materiali di pinze, dischi e pastiglie dovranno essere inoltre molto resistenti all’ossidazione perché i movimenti dei pistoncini e lo strisciamento (che “pulisce” le superfici) potrebbero essere rari. Hella Pagid, per esempio, ha già sviluppato pastiglie speciali per le auto elettriche e ibride.

FLUIDO IDRAULICO PIU’ STRESSATO

Il fluido idraulico potrebbe assorbire e trattenere più umidità perché sottoposto molto raramente ad alte temperature e quindi potremmo entrare in uno scenario nel quale si “usura” di più l’olio rispetto a dischi e pastiglie (rimangono quindi validi i trucchi da conoscere per la manutenzione dei freni). Tutto questo va inquadrato in una generale vivacità delle elettriche, che erogano la coppia da subito e quindi si portano rapidamente a velocità che potrebbero poi richiedere un rallentamento.

SULLE TESLA PASTIGLIE FRENO A VITA?

Una nota di colore ci informa che Elon Musk su Twitter dichiarò che le sue Tesla potrebbero non dover richiedere mai la sostituzione del materiale d’attrito ma i manuali d’uso mettono bene in guardia sulla tempestiva sostituzione delle pastiglie consumate (le vetture hanno i consueti avvisi di usura). Dov’è la verità? Una guida attenta e la frenata a recupero d’energia potrebbero in ogni caso allungare di molto la durata dei freni delle vetture elettriche e ibride.

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