Il tema retrofit elettrico è di grande attualità nel mondo dell’e-mobility. Un’occasione industriale e commerciale, purtroppo non ancora sfruttata appieno per difficoltà burocratiche e operative. Eppure lo scenario potrebbe presto mutare. eDriveLAB, spin-off dell’Università di Parma (leggi qui), ha elaborato un progetto, denominato “riqualificazione parco veicoli circolanti”. L’iniziativa è il risultato di una ricerca di tipo multidisciplinare e declinabile per scopi commerciali. Con una tesi allettante: è possibile applicare il retrofit sulle vetture mediante l’omologazione del solo kit di riqualificazione elettrica, e non di tutta la macchina, rispettando la normativa vigente.
Una trasformazione radicale
L’art.2 del D.M. n.219/15 (decreto retrofit) definisce come “sistema di riqualificazione elettrica, un sistema che consente di trasformare un veicolo con motore endotermico in un veicolo con esclusiva trazione elettrica“. La modifica studiata dai ricercatori di eDriveLAB (tenuto conto dell’art.4) non richiede una nuova omologazione dell’intero mezzo sottoposto a retrofit elettrico, ma soltanto del sistema di riqualificazione elettrica. L’installazione del kit spetta all’ “impresa esercente l’attività di autoriparazione” (art.6 del medesimo decreto) e “comporta, a seguito di visita e prova, l’aggiornamento della carta di circolazione“. Ciò accade analogamente in caso di montaggio di un impianto a GPL o CNG su un veicolo dotato di sistema d’alimentazione originario differente. Quest’ultimo può però sempre funzionare in completa autonomia, anche dopo l’intervento. Al contrario, in caso di retrofit, si muta completamente la modalità di propulsione del veicolo, con importanti ricadute sulla dinamica dello stesso.
Retrofit elettrico, vincoli legislativi stringenti
Fortunatamente la legislazione italiana (prima nazione in Europa a disciplinare la riqualificazione elettrica) fornisce dei riferimenti normativi precisi e impone diversi limiti tecnici da rispettare per ottenere l’omologazione. Tali valori richiedono uno studio approfondito del sistema elettrico per non essere oltrepassati. Di seguito sono riportati i principali, sempre estrapolati dal D.M. n.219/15:
“- gli organi di trasmissione del veicolo originale devono essere mantenuti;
– la potenza del motopropulsore elettrico deve essere compresa nell’intervallo chiuso [65/100, 100/100] della potenza massima del motore originale endotermico;
– la distribuzione delle masse sugli assi deve rientrare entro un +/- 20% rispetto a quella del veicolo originario per ogni asse mentre la massa complessiva non deve essere superiore di oltre l’8% (a quella del veicolo originario);
– non devono essere modificati i dispositivi di sicurezza attiva e passiva del veicolo base, obbligatori per l’omologazione. In caso contrario dovranno essere ripetute le corrispondenti prove di omologazione”.
Già da questi punti si evidenzia la complessità nel riuscire a sviluppare un powertrain che soddisfi tali condizioni. La parte più critica da progettare consiste nella batteria. Infatti, il dimensionamento e la posizione dell’accumulatore influiscono fortemente sulla distribuzione delle masse e su quella totale del veicolo elettrificato. Al riguardo bisogna ricordare che la “terapia” retrofit si applica su prodotti industriali dotati di caratteristiche formali, tecniche e prestazionali già ben definite. Ciò non deve essere però considerato un grande limite operativo. La riqualificazione, pur richiedendo un intervento corposo, corrisponde in sostanza a un aggiornamento tecnologico dei veicoli.
L’inizio da una ricerca accademica
eDriveLab ha approcciato il retrofit elettrico grazie a una ricerca supervisionata dall’ing. Davide Lusignani e condotta da Domenico Francesco Liuzzi, studente d’ingegneria gestionale presso l’ateneo parmense. L’elemento portante della startup risiede nella metodologia con cui ha affrontato il tema della riqualificazione, sfruttando le proprie competenze progettuali. Innanzitutto c’è l’analisi del decreto di riferimento per capire le categorie di veicoli cui si può applicare il processo di riqualificazione e i requisiti tecnici richiesti dalla normativa vigente. In particolare, l’art.1 del D.M. n.219/15 individua “l’installazione di sistemi di riqualificazione elettrica su veicoli delle categorie internazionali M1, M1G, M2, M2G, M3, M3G, N1 e N1G, immatricolati originariamente con motore termico“.
Queste indicazioni, dichiara Lusignani, “ci hanno aiutato a sviluppare i componenti (batterie, inverter, motori, cablaggi…) del sistema di riqualificazione elettrica ed eseguire il primo studio di fattibilità dell’operazione. Il tutto è avvenuto mediante parametri imposti dal decreto e da nostre specifiche interne, affiancati da simulazioni di veicolo. Così abbiamo potuto prendere visione delle prestazioni e delle specifiche attese dall’implementazione del sistema retrofit. Successivamente abbiamo svolto la ricerca dei fornitori in grado di procurare i pezzi con cui comporre il kit di trasformazione. Il criterio di scelta si è basato sul miglior rapporto qualità/prezzo, preservando comunque gli elevati standard tecnici da noi stabiliti per il powertrain“.
La modularità razionale
Il bilanciamento tra economicità e rispetto di precisi target prestazionali sono stati adottati come elementi di riferimento anche per la progettazione del pacco batterie. Le case automobilistiche tendono solitamente a sviluppare uno specifico accumulatore quasi per ciascun modello di produzione. Al contrario eDriveLAB ha congeniato una batteria in modo da renderla facilmente adattabile su differenti autoveicoli. Per raggiungere quest’obiettivo è stata elaborata un’architettura modulare e flessibile, ideale per diversi scenari d’uso. A tal fine hanno contribuito fornitori in grado di assicurare celle, pacchi batterie e BMS (Battery Management System) conformi al principio di modularità scelto dai progettisti parmensi.
Kit per tutti i gusti
I componenti del kit per la riqualificazione elettrica variano in base alla tipologia di autoveicolo che si desidera sottoporre a retrofit. Lo studio ha delineato tre configurazioni diverse per i segmenti A, B e C, denominate rispettivamente EV10, EV30 ed EV60. Gli equipaggiamenti si distinguono tra di loro soprattutto per i diversi valori della potenza del powertrain, dell’energia della batteria e della rispettiva tensione nominale. Una proprietà comune consiste invece nell’opportunità di implementare pacchi batterie modulari durante il processo di assemblaggio dei kit.
La standardizzazione del retrofit elettrico permette infatti di ottenere vantaggi sui costi di produzione e sulla dinamica del veicolo. Quest’ultima, in particolare, è agevolata da una migliore distribuzione delle masse in conseguenza di un posizionamento ottimale dell’accumulatore. Per tutte le configurazioni sono previsti optional come l’on-board charger, il cruscotto digitale (con navigatore GPS) e l’aria condizionata. Su richiesta è disponibile anche la colonnina di ricarica domestica, in modo da avere un prodotto servizio completo. Tra i vari kit l’EV60 si caratterizza come l’unico dotato di VCU (Vehicle Control Unit) proprietaria. Si tratta di una centralina di gestione avanzata (interamente sviluppata da eDriveLAB) che consente di monitorare i dispositivi a bordo del veicolo.
Il plus della VCU Proprietaria
“Una Vehicle Control Unit (VCU) proprietaria garantisce numerosi benefici tecnici, soprattutto per i veicoli allestiti con i powetrain più potenti“, afferma Lusignani. Per quanto riguarda la gestione dell’autovettura permette l’implementazione di controlli sofisticati come il traction control. E c’è anche la possibilità, da parte dell’utente, di modificare la mappatura della centralina e la risposta del pedale in base alle proprie esigenze. Ciò comporta un’ottimizzazione non solo delle prestazioni, ma anche dei consumi energetici.
Qualora si desideri incrementare ulteriormente la sicurezza del veicolo, la centralina di gestione avanzata può eseguire il checkup attivo dei componenti del sistema elettrico. In questo modo si può migliorare il loro funzionamento e rendimento, estendendone la vita utile. La VCU consente anche di monitorare attivamente tutti i parametri vitali del veicolo, nonché lo stato di salute e di carica della batteria. Eventuali problemi vengono diagnosticati e comunicati prontamente al proprietario (tramite il cruscotto digitale o l’applicazione per la gestione remota) agevolando le riparazioni in officina. Tra le funzioni aggiuntive, si può avere un sistema d’infotainment personalizzato (display, indicatori, pulsanti) e un collegamento con impianti di ricarica evoluti. Tra questi ultimi spiccano le colonnine DC (leggi) ad alta potenza.
Retrofit elettrico, il percorso
Per poter arrivare a omologare un kit retrofit elettrico, i ricercatori di eDriveLAB hanno sviluppato una serie di passaggi ben definiti. In primo luogo avviene la selezione dei veicoli su cui si desidera eseguire la riqualificazione elettrica. I mezzi sono valutati secondo vari parametri. Tra i principali vi sono il potenziale di penetrazione del mercato, la fattibilità tecnica e il rapporto tra prestazioni teoriche e reali a valle dell’operazione. Questa fase di studio si avvale di sistemi di simulazione sviluppati dallo spin-off universitario. In seguito vi è l’acquisto del veicolo da sottoporre a riqualificazione elettrica e alla ricostruzione (tramite software CAD) della sua struttura meccanica. In tal modo si possono stabilire con precisione l’ingombro e la modalità d’assemblaggio dei componenti che andranno a formare il kit dell’auto.
I pezzi dell’equipaggiamento, una volta stabiliti, sono ordinati presso fornitori selezionati. Il passo successivo vede la programmazione del software per la gestione dei componenti e l’installazione del kit sul mezzo. A questo punto si svolgono i test su strada dell’autovettura aggiornata. Si ricostruiscono tutte le condizioni operative possibili e si esaminano i risultati attesi in termini di performance e autonomia. Tali informazioni sono elaborate mediante sistemi di acquisizione dati progettati da eDriveLAB. Infine il veicolo viene trasportato presso il Centro di Omologazione per compiere la valutazione della conformità. Quest’ultima riguarda anche “gli impianti di produzione dei sistemi di riqualificazione elettrica” come riporta l’art.7 del D.M. n.219/15.
Problematiche e opportunità
Tra i fattori percepiti come più critici per la diffusione della mobilità elettrica (e, conseguentemente, del retrofit) vi è la scarsa disponibilità di colonnine di ricarica pubblica presenti sul territorio. In realtà, secondo VW, al momento ci sono 5.500 unità dislocate lungo la penisola (leggi l’articolo). Anche Lusignani rassicura che “la quantità è destinata a salire rapidamente grazie alle iniziative di molteplici attori, specialmente gli operatori energetici che, peraltro, lavorano anche per offrire soluzioni per il settore privato. Non bisogna poi dimenticare che, in prospettiva, servirà un numero crescente d’installatori e di manutentori per tenere efficiente l’infrastruttura. Le opportunità offerte dall’elettrificazione interessano quindi più filiere. Inoltre l’installazione di una colonnina di ricarica non prevede grandi lavori strutturali, poiché necessita solo di un punto di collegamento alla rete. Si può quindi sistemare facilmente in corrispondenza di qualsiasi cabina d’allacciamento comunale“.
Un altro elemento ritenuto problematico riguarda l’autonomia complessiva del veicolo elettrico. Infatti una ricarica completa non permette al momento di coprire la stessa distanza garantita dal pieno di un automezzo endotermico. Tuttavia, dal rapporto ISFORT, emerge che oltre il 95% degli spostamenti in Italia non supera la soglia dei 50 km. Tale chilometraggio è dunque ampiamente compatibile con il raggio d’azione di 250-300 km solitamente associato ai mezzi elettrificati. In più bisogna tener conto della geografia del nostro territorio. La Penisola presenta una distribuzione diffusa di piccoli comuni. Sono soltanto 146 quelli con oltre 50.000 abitanti (su un totale di 7.914 , fonte ISTAT). La costruzione degli impianti per la ricarica domestica e pubblica dovrebbe generare una rete capillare. In questo modo, si potrebbe aiutare grandemente la diffusione dell’e-mobility.
Fa bene all’ambiente e al portafogli
I vantaggi della riqualificazione elettrica sono numerosi. Da un punto di vista economico, il retrofit propone un costo d’investimento inferiore rispetto all’acquisto di un veicolo elettrificato nuovo. Nel segmento A, per esempio, Lusignani parla di “un esborso di circa 7.500 euro (batteria inclusa) contro i 24.000 euro necessari per acquistare una Smart EQ“. La convenienza si estende naturalmente anche alla fase d’utilizzo dell’autovettura sottoposta a retrofit. Si riducono le spese necessarie per la manutenzione ordinaria, l’assicurazione e il bollo. Tutto ciò mantenendo sempre un elevato livello qualitativo del prodotto, grazie alla tecnologia installata a bordo. I benefici sono anche pratici. Si può circolare tutti i giorni e accedere (gratis e liberamente) alle ZTL. In alcune città si è esentati dal pagamento del parcheggio sulle strisce blu. Inoltre, in caso di attivazione degli incentivi per l’operazione di riqualificazione elettrica, il risparmio sarebbe ancora più tangibile.
Un altro punto rilevante da mettere in luce è il valore culturale del progetto retrofit. Per il CEO della giovane startup “con un aggiornamento tecnico è possibile rigenerare automezzi che altrimenti andrebbero smaltiti, estendendone il ciclo di vita, in accordo con la filosofia dell’economia circolare. Quest’azione può contribuire alla tutela dei veicoli storici, preservando un importante patrimonio industriale e rendendolo a emissioni zero. Senza dimenticare la protezione dell’indotto legato al motorismo storico“. Sarebbe poi auspicabile unire alla riqualificazione elettrica programmi per l’introduzione di pannelli solari e wallbox negli uffici e nelle abitazioni. La creazione di un ecosistema esteso per la mobilità elettrica, coadiuvato da progetti di sharing, potrebbe ridurre notevolmente l’impatto ambientale dei trasporti. Non solo qualitativamente ma anche quantitativamente.
Per ora autoveicoli, ma un domani…
La normativa che disciplina il retrofit elettrico è stringente, così com’è lunga e articolata la prassi per omologare un kit elettrico. Pertanto, occorre una precisa pianificazione operativa ed economica per approcciare con profitto questo settore.”eDriveLAB desidera contribuire attivamente alla riqualificazione elettrica dei veicoli. Non solo grazie al know-how sviluppato nel mondo elettrico, ma anche attraverso la documentazione preparata appositamente sul tema retrofit. Abbiamo a disposizione uno studio di fattibilità completo e un business plan di produzione pronto. L’ultimo step necessario per dar vita al nostro progetto consiste nella raccolta di fondi erogati da eventuali investitori che credono nell’iniziativa“, conclude Lusignani. A tal proposito bisogna ricordare che la riqualificazione con retrofit elettrico, secondo il decreto, interessa poche categorie di veicoli. In futuro ci sarà quasi certamente un allargamento del campo d’applicazione della stessa. La prospettiva del settore, quindi, è allettante a livello strategico, economico e tecnico.
– leggi anche: Il padre del “Decreto retrofit”: ecco a chi conviene e a chi no
