6 concetti chiave per capire l’auto elettrica: energia, corrente, tensione, potenza, capacità, densità. Spiegati in modo semplice, per far capire anche…un bambino.
6 concetti: l’energia, come e dove si produce
L’energia elettrica è generata dal movimento delle cariche elettriche. Si genera attraverso altre forme di energia. Ad esempio chimica (nelle batterie) o meccanica (nei generatori), solo per citarne un paio. A oggi l’energia viene prodotta principalmente:
- attraverso le centrali termoelettriche. Qui, attraverso la combustione di fonti fossili (energia termica), si produce energia meccanica, che a sua volta è utilizzata per produrre energia elettrica.
- con le centrali nucleari: il calore generato dalla fissione è utilizzato per produrre il vapore che muove le turbine, permettendo all’alternatore di produrre energia.
- con le centrali idroelettriche, nelle quali il flusso dell’acqua si utilizza per mettere in azione le turbine. Che, anche qui, permettono all’alternatore di produrre l’energia.
- con il fotovoltaico: l’energia si genera attraverso i fotoni che raggiungono la superficie della cella fotovoltaica. L’energia dei fotoni è trasferita quindi agli elettroni nel pannello. Questo induce il moto degli elettroni e quindi la produzione di energia.
- con l’eolico, sfruttando l’energia meccanica del vento e convertendola in elettrica.
— Leggi anche: 
6 concetti: la corrente, che cos’è, come si misura, come ricaricare in fretta
La corrente è la quantità di carica elettrica che passa attraverso un conduttore in un determinato intervallo di tempo. Si esprime in Ampere. Perché è utile saperlo? Ad esempio perché la maggior parte delle wall-box destinate all’installazione presso le abitazioni sono da 16 o 32 Ampere. Immaginiamo di ricaricare l’auto elettrica a 16 Ampere in un impianto a 230 volt di tensione (come quello che tutti abbiamo a casa). Significa (16 x 230 = 3680 watt) ricaricare a 3,7 kW di potenza. Se invece sullo stesso impianto montiamo una wallbox da 32 Ampere, raddoppiamo la potenza di ricarica.
6 concetti / La tensione, perché devo conoscerla?
6 concetti / AC/DC, no, non parliamo di musica…
La forma più diffusa di tensione è quella in corrente alternata, quella che tutti abbiamo a disposizione nelle nostre abitazioni. E quella più comunemente diffusa nelle colonnine di ricarica, per la maggior parte AC. Ma le batterie di trazione delle nostre auto elettriche sono invece per eccellenza una fonte di corrente continua. Per questo motivo, quando ricarichiamo l’auto collegandola alla wallbox di casa o a una colonnina AC, il caricatore di bordo dell’auto converte la corrente alternata della rete in corrente continua per la batteria. La maggior parte dei caricatori di bordo non supera gli 11 kW. Se quindi colleghiamo l’auto a una colonnina pubblica AC da 22 kW, il caricatore fa da collo di bottiglia, non consentendo di sfruttare tutta la potenza a disposizione.
Nel caso di una ricarica in una colonnina FAST (DC), in continua, viene bypassato il caricatore di bordo e la corrente raggiunge direttamente la batteria. Essendo la rete elettrica in corrente alternata, esiste sempre un caricabatteria, che converte fra l’altro l’energia da alternata a continua. Nel caso della ricarica DC, è all’interno della colonnina. Ovviamente, a seconda della potenza che la batteria è in grado di sostenere, l’elettronica di gestione regola la potenza di ricarica. Pertanto, un’auto in grado di accettare ricariche a 150 kW ricaricherà comunque al massimo a 150 anche in una colonnina da 350. Durante tutta la ricarica esiste un dialogo tra colonnina e auto, in modo che la potenza sia compatibile sia con le esigenze di entrambe. Può accadere che con una colonnina da 350 kW la carica inizi a 150 kW, ma poi, man mano che la batteria si riempie, la potenza si riduca. Le celle molto cariche non assorbono alla stessa velocità di quando sono scariche.
Che cos’è la potenza? E come si misura?
La potenza che può passare attraverso la sezione di un circuito è data dal prodotto della corrente per la tensione. Nel caso della corrente alternata trifase, quella usata nelle colonnine in AC, la potenza è il prodotto di radice quadrata di 3, per tensione, per corrente. La tensione trifase in tutta Europa è 400 V. Quindi, ad esempio, con 16 A, la potenza è 400 X 16 X radice quadrata di 3, quindi proprio gli 11 kW di molto colonnine pubbliche. La potenza si esprime in Watt. Se parliamo della ricarica di auto elettriche, o dell’erogazione dei motori elettrici, l’ordine di grandezza impone l’utilizzo di kilowatt (kW). Diremo pertanto che un impianto di ricarica FAST è un impianto da 50 kW o che il motore della nostra auto è un motore da 100 kW.
E la capacità? Può dirci quanta strada faremo?
La capacità, con riferimento alla batteria della nostra auto elettrica, è la quantità di energia che è possibile stoccarvi. Si esprime in kWh (kilowattora) e potremmo immaginarla come l’equivalente della capacità del serbatoio di un’auto termica. Più energia è possibile stoccare nella batteria a partità di peso, dimensioni e ogni altro parametro, più strada potremo percorrere con la nostra auto.
Che cosa intendiamo per densità energetica?
Densità energetica, ovvero uno dei più importanti aspetti sui quali si stanno concentrando gli sforzi nello sviluppo delle batterie. La densità energetica è la quantità di energia stoccabile in una batteria in rapporto alla sua massa. Torniamo all’esempio del serbatoio dell’auto termica. Nel caso di diesel e benzina, se voglio aumentare la quantità di energia stoccata a bordo, posso solo aumentare le dimensioni, serbatoio compreso. Un impatto minimo, se analizzato in percentuale su peso e dimensioni complessive dell’auto.
Fare la stessa cosa in un’elettrica è più complicato. A oggi l’impatto della presenza della batteria di trazione sul peso complessivo è notevole. Si sta quindi lavorando su un aumento della densità energetica delle batterie. In futuro potremo avere batterie che, a parità di dimensioni e peso, potranno contenere molta più energia. O, ancora meglio, ridurre notevolmente peso e dimensioni mantenendo la capacità attuale, con un impatto positivo sui consumi. Non solo. Produrre batterie più piccole e leggere significa utilizzare meno materie prime e ridurre l’impatto ambientale per la produzione dell’auto. Non ultimo: ridurre i costi (anche ambientali) di riciclo e smaltimento. Oltre che rapportare l’energia alla massa, è utile rapportarla al suo volume. Entrambe molto importanti: abbiamo necessità di non appesantire il veicolo, ma anche di non occupare troppo spazio!
