Formula E – Una ipotesi plausibile

Rubrica: Curiosità della tecnica da corsa
Titolo o argomento: Tra regolamento, ipotesi tecniche e possibili sviluppi

Considerando, come introdotto precedentemente, una massa del veicolo non inferiore ai 780 kg compreso pilota e pacco batterie di massa non superiore ai 300 kg e supponendo che si intenda conferire alla vettura una potenza di picco di 480 kW (circa 650 cavalli) si può ipotizzare di dotare la vettura di due motori elettrici asincroni (quindi alimentati in corrente alternata) da 110 kW di potenza nominale e 240 kW di potenza di picco. In alternativa, per migliorare la trazione ed il bilanciamento delle masse a bordo, non è poi surreale l’ipotesi di dotare la vettura di 4 motori elettrici asincroni da 55 kW di potenza nominale e 120 kW di potenza di picco.

Tenendo conto di correnti di scarica intense si ipotizza un consumo medio a carico del pacco batterie compreso tra 0,51 e 0,85 kWh/km, ovvero un consumo medio dalle 3 alle 5 volte superiore a quello della migliore vettura elettrica stradale, pur essendo una Formula E più leggera e aerodinamicamente efficiente.

Dovendo le vetture competere in circuiti cittadini (generalmente più corti dei circuiti dedicati) ed essendo il limite temporale delle gare fissato ad un’ora, si ipotizza che queste debbano coprire una distanza di circa 160 km nel tempo totale, vale a dire 80 km per ognuna delle due auto a disposizione del pilota. Ciò significa che, nell’ipotesi di maggior consumo, è necessaria un’energia di 68 kWh per permettere alla vettura di completare una manche.

Tenendo conto del fatto che la maggiore energia specifica attualmente raggiunta dalle migliori batterie per trazione Li-Ion ai nanofosfati è pari a 0,157 kWh/kg, la massa del sistema d’accumulo elettrochimico dovrebbe essere equivalente a ben 433 chilogrammi. Ovviamente tale valore supera quello previsto per regolamento ma la sua riduzione può essere operata rapidamente se si tiene conto di diversi fattori. I conti sono stati effettuati con grande cautela operando sempre in difetto e lasciando quindi dei margini su ogni parametro; il pilota non chiede costantemente per l’intera gara la massima potenza esprimibile; le ricerche che sfruttano le nanotecnologie puntano ad incrementare, anche a fronte di investimenti iniziali consistenti mirati alla Formula E, l’energia specifica delle batterie Li-Ion; infine la vettura è in grado di recuperare quantità non trascurabili di energia ad ogni rilascio del gas, ad ogni frenata e, come vedremo tra poco, anche in un’altra interessante condizione.

I cosiddetti sistemi E.R.S. (Energy Recovery System) ora non interagiscono più esclusivamente con i sistemi di trazione. Come già sappiamo è possibile recuperare buone dosi di energia in frenata, così come in fase di rilascio dell’acceleratore, grazie ai motori che fungono da generatori quando non è richiesta loro potenza e grazie a dispositivi quali Flywheels, Supercondensatori e, ovviamente, accumulatori elettrochimici. Ma non è tutto…

Oltre alla frenata rigenerativa le Formula E potrebbero essere dotate di sospensioni rigenerative. Si tratta di un sistema che trasforma le oscillazioni del veicolo, provocate dal movimento dello stesso (pompaggio e asperità del manto stradale) e dai forti trasferimenti di carico (rollio e beccheggio), in corrente elettrica da inviare ad un sistema d’accumulo (batterie, supercondensatori, ecc.) che provvederà a fornirla nuovamente all’occorrenza.

L’ammortizzatore rigenerativo inventato e brevettato dal professor Ronald Goldner e dal suo collega Peter Zerigian della Tufts University (i cui diritti sono stati acquisiti da Electric Truck LLC) è all’apparenza un comune ammortizzatore. Esteticamente non si notano particolari differenze con i normali ammortizzatori tuttavia, all’interno, il discorso cambia nettamente. Una pila di magneti permanenti è fissata sullo stelo dell’ammortizzatore e con esso compie i movimenti lineari alterni dovuti ai sobbalzi cui è soggetto il veicolo. Sulle pareti interne del corpo cilindrico dell’ammortizzatore troviamo invece un avvolgimento in rame (statore) all’interno del quale può scorrere liberamente lo stelo con i relativi magneti permanenti. Quando lo stelo si muove su e giù, all’interno dell’ammortizzatore, i magneti producono una corrente continua nello statore che può essere storata in un dispositivo di accumulo. Alla Tufts University sostengono che si può aumentare considerevolmente l’autonomia in modalità elettrica di una vettura ibrida, o di una vettura puramente elettrica, addirittura di valori compresi tra il 20 ed il 70%. Il tutto con un aumento di peso trascurabile. Si tratta di valori sui quali andare cauti e per i quali i migliori effetti sembra siano stati riscontrati solo sui veicoli pesanti, tuttavia Goldner non esita a sostenere che gli ammortizzatori rigenerativi costituiranno un fattore nevralgico della progettazione dei futuri veicoli elettrici ed ibridi. Attualmente i partner della Formula E Holdings Ltd sono impegnati nella sperimentazione di sistemi di sospensioni rigenerative esplicitamente dedicati alle vetture da competizione. Sapremo presto con quali esiti.

Continua…

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