In esclusiva per ME il nostro Ing. Silvano Robur ha provato in anteprima la nuova vettura elettrica
Mitsubishi I – MIEV. Vi lascio all'interessantissima analisi.
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Nuove tecnologie per la mobilità privata sostenibile
LA MITSUBISHI I – MIEV
Fig. 001 – La Mitsubishi I – MIEV esposta presso il Palazzo della Cancelleria a Roma.
(Foto dell’autore)
000 – Generalità introduttive.
In occasione della manifestazione H2ROMA è stata presentata a Roma, al Palazzo della Cancelleria, l’autovettura elettrica Mitsubishi I – MIEV.
L’autovettura, una monovolume compatta a 4 posti, deriva da un analogo modello in circolazione in Giappone altrimenti mosso da un motore a combustione interna posto posteriormente sotto il pianale bagagli.
Queste le sue dimensioni, in mm, fuori tutto :
- Lunghezza : 3.395,00 mm ;
- Larghezza : 1.475,00 mm ;
- Altezza : 1.600,00 mm ;
Il peso dell’autovettura è di 1.080,00 kg, batterie incluse.
Il peso delle batterie è di 140,00 kg.
La tensione di uscita dalle batterie è di 330,00 V.
Mantenendo inalterata la disposizione del motore sotto il pianale portabagagli esso è stato sostituito da un motore elettrico sincrono a magneti permanenti da 47,00 kW.
Un cenno sul funzionamento del motore sincrono : nel motore sincrono è composto da due parti.
Una parte statica, che prende il nome di statore.
Ha la forma cilindrica cava ed ospita gli avvolgimenti statorici.
Una parte rotante, che prende il nome di rotore, collegato alle ruote motrici posteriori.
Il rotore ha dei magneti permanenti che, al pari di calamite, generano un campo magnetico fisso e costante nel tempo.
Per poter funzionare viene prodotto un campo magnetico ruotante dallo statore che trascina il rotore.
Il campo magnetico ruotante dello statore è prodotto dall’alimentazione degli avvolgimenti con una corrente a frequenza variabile (da 0 Hz ad auto ferma a 3.000 Hz per la massima velocità della vettura corrispondnete a circa 130,00 Km/h).
La corrente a frequenza variabile è ottenuta dalle batterie mediante un circuito di elettronica di potenza che trasforma l’energia elettrica da continua (330 V) ad alternata a frequenza variabile.
L’aver adottato un rotore a magneti permanenti ci permette di fare a meno di anelli e spazzole di alimentazione dell’avvolgimento rotorico per la produzione del campo magnetico fisso.
Quindi non vi sono nel motore componenti soggetti ad usura.
Fig. 002 – Motore sincrono della Mitsubishi I – MIEV.
(Per gentile concessione Mitsubishi)
La trazione rimane posteriore.
L’alloggiamento del pacco di batterie, agli ioni di litio, è posto sotto i sedili.
La posizione del pacco di batterie conferisce all’auto un baricentro basso con notevole beneficio della tenuta di strada.
Le batterie consentono di accumulare energia per un totale di 16,00 kWh.
La densità energetica è di 0,114 kWh/kg contro 0,038 kWh/kg delle usuali batterie al piombo.
Fig. 003 – Disposizione degli elementi di batterie della Mitsubishi I – MIEV.
(Per gentile concessione Mitsubishi)
Fig. 004 – Disposizione degli elementi di batteria, del motore, delle apparecchiature di ricarica sulla Mitsubishi I – MIEV.
(Per gentile concessione Mitsubishi)
L’autonomia dichiarata, secondo lo standard giapponese, è di 160,00 km.
La velocità massima è di 130,00 km/h.
Per quanto riguarda il tempo di ricarica, ipotizzando di utilizzare una presa domestica da cui limitare l’assorbimento a soli 2,00 kW, esso è di 8,00 ore.
Andiamo ad analizzare i costi di esercizio prendendo in esame :
- I costi energetici.
- I costi per la tassa di circolazione.
- I costi per la copertura assicurativa.
Per quanto attiene i costi energetici ipotizziamo un costo medio unitario Cu del kilowattora domestico di 0,140 €/kWh.
Per caricare la batteria, avente una capacità Cbatteria di 16.00 kWh, il costo di ricarica Cric è dato :
(1) Cric = Cu x Cbatteria = 0,140 x 16.00 = 2,24 € ;
Il costo unitario Ckm per chilometro percorso, ipotizzando di poter percorrere una distanza d di 120.00 km :
(2) Ckm = Cric / d = 2.24 / 120,00 = 0,0187 € / km ;
Per onestà di parte è bene analizzare questo dato nelle sue componenti.
Abbiamo detto che questo dato è stato ricavato dal costo di ricarica.
Ma non tutta l’energia viene utilizzata per la trazione.
Dalle batterie viene prelevata energia anche per l’alimentazione dei seguenti servizi :
- Illuminazione notturna.
- Condizionatore.
- Resistenze elettriche del riscaldamento auto.
- Resistenze elettriche del lunotto termico.
- Resistenze elettriche aria calda antiappannamento del parabrezza.
Quindi in condizioni di criticità ambientale esterna (caldo estivo o freddo invernale) sarebbe opportuno rivedere tale valore aumentandolo di almeno il 40 %.
E’ chiaro che privilegiando la ricarica notturna si possono ottenere vantaggi sulla tariffazione dei consumi negli archi temporali in cui vi sia una limitata richiesta di energia da determinarsi in base ad accordi commerciali da stipularsi direttamente con il soggetto fornitore.
E’ chiaro che il prelevamento di energia dalle batterie per altri usi (ad esempio per il riscaldamento od il raffrescamento dell’abitacolo) comporta un abbassamento anche considerevole dell’autonomia dell’auto.
L’autovettura è equipaggiata di due prese per la ricarica.
Una “lenta” per collegarsi all’utenza domestica.
Fig. 005 – Presa di ricarica lenta.
(Foto dell’autore)
L’altra “rapida” utilizzando una stazione apposita di ricarica.
Fig. 006 – Presa di ricarica rapida.
(Foto dell’autore)
Tra una ricarica “lenta” ed una ricarica “rapida” è preferibile utilizzare la prima.
In quanto verrebbero impiegati valori di corrente bassi con minor pericolo di surriscaldamento delle batterie.
Nella ricarica veloce, in circa 30 minuti, è possibile caricare la batteria fino a circa l’80 % raffreddando con un particolare dispositivo di ventilazione delle batterie.
Per quanto attiene i costi assicurativi è previsto una abbattimento del 50 % del premio assicurativo ai sensi del provvedimento C.I.P. n. 10 del 05.05.93.
Per quanto attiene la tassa di circolazione, l’art.20 del D.P.R. n. 39 del 5 febbraio 1953 prevede per i veicoli elettrici la completa esenzione per 5 anni dalla data di immatricolazione.
001 – Comportamento su strada.
La seduta, pur molto spartana, è comoda.
La visuale risulta essere ampia grazie l’assenza del vano motore.
Il cruscotto ha una grafica molto semplice, di immediata lettura.
Fig.007 – Quadrante del cruscotto.
(Per gentile concessione Mitsubishi)
Il quadrante più grande racchiude due strumenti posti in maniera concentrica.
Al centro abbiamo il tachimetro digitale che misura la velocità del veicolo.
Sopra, disposto ad arco, abbiamo un amperometro.
L’amperometro misura la corrente erogata dalle batterie.
Esso ha un fondo scala a destra di 300 A.
Lo zero è posto circa a ore 9.30 (facendo riferimento al quadrante di un orologio).
A sinistra dello zero la scala si ferma a 100 A.
Vediamo per quale motivazione è stata posto questo tipo di amperometro caratterizzato da una doppia scala.
Quando il veicolo parte la lancetta dell’amperometro si muove verso destra. Significa che il veicolo assorbe corrente dalle batterie.
In fase di partenza da fermo per vincere l’inerzia della massa veicolare lo spunto della corrente è notevole, raggiungendo anche valori di 250 A.
Una volta partita l’autovettura e stabilizzata la velocità, l’assorbimento dalle batterie si stabilizza. Per una velocità di circa 50,00 km/h, con due passeggeri ed un percorso pianeggiante, l’assorbimento di corrente si aggira sui 30,00 A.
Aumentando la velocità, con un percorso pianeggiante, una volta raggiunta la velocità massima di 130.00 km/h, l’assorbimento di corrente è di 60,00 A.
Cosa succede se togliamo il piede dell’acceleratore ?
Il veicolo passa automaticamente nella fase di frenatura elettrica.
Questo passaggio viene descritto visivamente dall’amperometro in quanto la lancetta passa dalla scala di destra (fase di assorbimento della corrente), sorpassa lo zero, portandosi sul quadrante di sinistra.
In questa fase la reazione d’indotto del motore sincrono a magneti permanenti produce una coppia frenante agente sulle ruote motrici causata dalla forza elettromotrice prodotta dal taglio del flusso magnetico rotorico.
Il motore in questa fase funziona come generatore.
L’energia di frenatura altrimenti dissipata sotto forma di calore viene convertita in energia elettrica la quale viene utilizzata per ricaricare la batteria.
Il vantaggio della frenatura elettrica è triplice, in quanto :
- Non vengono utilizzati i freni : assenza di usura.
- Viene ricaricata la batteria : aumento della autonomia di percorrenza.
- Conservazione della traiettoria di marcia : assenza di perdita di aderenza gomma/strada.
Continuando a descrivere il cruscotto vediamo in alto sulla sinistra un quadrante con indicato il simbolo della batteria.
Questo quadrante è uno strumento che indica lo stato della batteria.
E’ un kilowattometro digitale che sottraendo automaticamente la quantità di energia (kWh) assorbita dalla batteria dalla quantità di energia ricevuta all’atto della ricarica calcola quanta energia mi rimane immagazzinata nelle batterie.
In alto sulla destra abbiamo un usuale contachilometri digitale.
Misura la distanza percorsa, in km, tra un intervallo di rifornimento ed un altro.
Il resto delle spie sono quelli di una auto tradizionale.
La povertà strumentale non deve stupire : una automobile elettrica dal punto di vista costruttivo è molto più semplice di una auto con propulsione a combustione interna.
Non ha cambio, non ha radiatore, non ha filtri, non ha olio, non ha valvole, non ha testata, non ha guarnizioni.
Si caratterizza per l’estremo confort di guida, assenza di vibrazioni, di rumore.
Nessuna necessità di ricorrere al cambio : possiamo semplicemente dimenticarcelo.
Una leva del cambio, effettivamente, esiste.
Ma non è un cambio di velocità.
E’ un selettore di marcia.
La trasmissione, tra motore e ruote posteriori, avviene tramite un cambio automatico con cinghia trapezoidale a variazione continua.
Sotto vediamo la foto del cambio selettore.
Fig. 008 – La Mitsubishi I – MIEV – Vista del comando selettore di marcia.
(Foto dell’autore del presente articolo)
Abbiamo sei posizioni :
Posizione P : Parking – Per il veicolo fermo.
Posizione R : Retromarcia – Per le retromarcia.
Posizione N : Normal – Per l’avanzamento del veicolo.
Posizione D : Drive – Per l’avanzamento del veicolo con guida “sportiva”.
Posizione ECO : Ecologico – Vengono ottimizzate le prestazioni del motore al fine di ridurre il dispendio energetico.
Posizione β : Beta – Da utilizzare nelle lunghe discese dove il motore elettrico viene fatto funzionare da generatore di corrente per la ricarica delle batterie.
Per la marcia normale è sufficiente spostare il selettore su ECO e la guida sarà più che soddisfacente.
Se poi si vuole ottenere un po’ di brio basta spostare il selettore su Drive.
A discapito della minor autonomia dato il maggior dispendio energetico.
Risulta molto interessante una lettura del grafico della caratteristica meccanica del valore della coppia in funzione del numero di giri e metterlo in confronto con la caratteristica meccanica di un corrispondente motore endotermico di pari potenza che equipaggio lo stesso modello di autovettura.
Nel grafico, per ragioni di chiarezza, riportiamo con la linea verde la caratteristica meccanica di un motore endotermico a benzina.
Con la linea azzurra riportiamo la caratteristica meccanica del motore elettrico sincrono a magneti permanenti.
Fig. 009 – Caratteristica meccanica del motore elettrico (linea azzurra) e caratteristica meccanica del motore endotermico a benzina (linea verde). (Per gentile concessione Mitsubishi)
La lettura di questo grafico fornisce molte informazioni sulla superiorità del motore elettrico rispetto ad un motore endotermico di eguale potenza.
L’asse delle ascisse (quello orizzontale, per intenderci) rappresenta la velocità di rotazione in giri al minuto.
Parte da 0 (origine degli assi) fino ad arrivare a 3.000,00 giri al minuto (dove è riportata la scritta “High”).
L’asse delle ordinate (quello verticale, per intenderci) parte da 0 (origine degli assi) fino ad arrivare a 180,00 n x m in corrispondenza della scritta “High”.
Supponiamo di salire in auto e di voler partire da fermo.
Il motore elettrico, a zero giri al minuto, fornisce una coppia (linea azzurra) di 180,00 N x m.
Il motore a combustione interna (linea verde) non ha coppia disponibile a zero giri al minuto.
Infatti per poter avviarsi l’auto a combustione interna deve far salire il numero di giri a 1.500,00 giri/min per avere della coppia disponibile.
Per poi “dosare” il carico nell’accoppiamento delle ruote a mezzo del cambio meccanico e della frizione.
Un vero inferno dal punto di vista della componentistica meccanica
E’ all’avviamento, a veicolo fermo, che ho bisogno di coppia.
Che nel motore a combustione interna è praticamente assente.
Si noti la differenza tra i valori di coppia massima.
Con il motore elettrico è di 180,00 N x m.
Con il motore a combustione interna è di 94,00 N x m.
Con il motore elettrico ho il doppio della coppia massima rispetto al motore endotermico.
003 – Aspetti da migliorare.
Dobbiamo riconoscere alla Casa Giappone di avere messo sul mercato un prodotto spartiacque : tra quello che sarà l’auto rispetto a quello che è stato.
Si tratta di un processo irreversibile a cui molte case automobilistiche risultano, al momento assenti.
Sul piano qualitativo del prodotto si sono rilevate anche mancanze :
- Abitacolo : è privo di un adeguato isolamento termico. L’isolamento termico è necessario a ridurre il prelievo energetico dalle batterie per alimentare il riscaldamento durante l’inverno l’impianto di condizionamento durante l’estate.
- Impianto di riscaldamento : è a resistenza elettrica. E’ quanto di più deleterio possa esistere per il riscaldamento di un abitacolo dal punto di vista del dispendio energetico. Sarebbe stato meglio ed auspicabile che l’impianto di riscaldamento fosse stato a pompa di calore aria/aria. Cioè sfruttando l’aria a temperatura ambiente. In questo caso avremmo potuto raggiungere carichi energetici ridotti anche di un terzo rispetto all’uso di una normale resistenza elettrica.
- Cronoprogramma di ricarica : è mancante. Questo dispositivo serve a dosare la quantità di potenza da assorbire dalla rete elettrica domestica in un intervallo orario stabilito. L’utilità di questo dispositivo è lampante : la potenza di una utenza elettrica è limitata contrattualmente a 3.00 kW. E’ chiaro che se nell’utenza domestica vi siano altri carichi di potenza dovrò limitare l’assorbimento durante la fase di ricarica. Non solo. Dovrò anche programmare la fascia oraria in cui avverrà la ricarica. Preferibilmente, durante le ore notturne, dalle ore 22.00 alle ore 5.00.
- Fari illuminazione : non è stata provvista di illuminazione a LED ma con lampade tradizionali. Con grave pregiudizio del risparmio energetico che altrimenti se ne deriverebbe.
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Il 15 Dicembre è stata installata la prima delle 100 colonnine di ricarica gratuite per auto elettriche che verranno installate nel centro e nella zona est di Nuova Delhi (India) grazie all'accordo tra la BSES Yamuna Power Ltd (BYPL) , azienda che fornisce energia elettrica, e la Reva Electric Car Company entro la data della manifestazione sportiva (Commonwealth Games) fissata per l'Ottobre 2010 .
Jochem Heizmann, membro del consiglio Volkswagen e responsabile per la produzione, ha detto, che è troppo presto per rivelare i dettagli concreti dei loro piani, ma ciò che è definito chiaramente sono i progetti comuni in materia di nuovi veicoli ibridi ed elettrici.
