L’omologazione dei veicoli elettrici sta entrando in una nuova fase. Non basta più dimostrare quanta strada può percorrere un veicolo da nuovo. Le autorità di regolamentazione vogliono sempre più capire con quale efficienza il veicolo utilizza l’energia, come cambia l’autonomia in condizioni operative gravose e se la batteria di trazione è in grado di mantenere una prestazione adeguata per tutta la vita utile prevista.
Autonomia, consumo di energia elettrica e durabilità della batteria stanno quindi diventando parametri normativi interconnessi. Veicolo, batteria, sistema di gestione della batteria, strategia di gestione termica, comportamento di ricarica e propulsore elettrico devono sempre più essere considerati come un unico sistema di omologazione.
WLTP, i requisiti UN sulla durabilità delle batterie e l’Euro 7 stanno accelerando questa transizione da un unico valore prestazionale dichiarato verso una conformità dei veicoli elettrici misurabile e sempre più orientata al ciclo di vita.
L’autonomia da sola non racconta tutta la storia
L’autonomia resta una delle caratteristiche prestazionali più visibili di un veicolo elettrico. Eppure due veicoli con un’autonomia certificata simile possono raggiungere tale risultato con capacità della batteria, efficienze e strategie ingegneristiche molto diverse.
L’omologazione si occupa quindi sempre più del rapporto tra l’energia disponibile della batteria, l’efficienza del veicolo, le condizioni ambientali e la capacità della batteria di mantenere la propria prestazione con l’invecchiamento del veicolo.
L’autonomia fornisce una misura comprensibile della distanza ottenibile dall’energia utilizzabile della batteria del veicolo.
L’autonomia deve sempre più essere considerata insieme al consumo di energia, alle condizioni operative e alla prestazione mantenuta della batteria.
Come viene determinata l’autonomia ai fini normativi
L’autonomia certificata di un veicolo elettrico non è semplicemente la distanza massima che un costruttore può raggiungere in condizioni stradali favorevoli. Viene determinata mediante procedure prescritte, volte a produrre risultati normativi ripetibili e comparabili.
Massa del veicolo, pneumatici, configurazione aerodinamica, caratteristiche di resistenza all’avanzamento, impianti elettrici e configurazione omologata del veicolo possono tutti influire sul valore risultante.
Riflette non solo la batteria di trazione, ma anche l’efficienza di motore, inverter, trasmissione, sistemi termici, ausiliari, pneumatici, aerodinamica e strategia di controllo del veicolo.
L’efficienza dietro il valore di autonomia
Il consumo di energia elettrica descrive quanta energia elettrica un veicolo richiede per percorrere una distanza definita secondo la procedura di prova applicabile.
Ciò rende il consumo di energia uno degli indicatori più chiari dell’efficienza complessiva del propulsore di un veicolo elettrico.
L’efficienza del motore incide su quanto efficacemente l’energia elettrica accumulata viene convertita in propulsione.
Le perdite dell’inverter e della conversione elettrica contribuiscono al fabbisogno energetico complessivo.
La resistenza aerodinamica del veicolo diventa sempre più importante all’aumentare della velocità.
Pneumatici, massa del veicolo e caratteristiche del telaio influiscono sull’energia necessaria per il movimento.
Il riscaldamento o il raffreddamento di batteria e abitacolo possono creare un fabbisogno energetico aggiuntivo significativo.
Il recupero dell’energia cinetica in decelerazione può migliorare l’efficienza complessiva del veicolo.
Rendere comparabili le prestazioni dei veicoli elettrici
La WLTP fornisce un quadro armonizzato a livello internazionale, utilizzato in numerosi mercati, per determinare il consumo di energia elettrica e l’autonomia elettrica dei veicoli leggeri interessati.
La standardizzazione è importante perché differenze apparentemente piccole di massa del veicolo, coefficienti di resistenza all’avanzamento, configurazione dei pneumatici, temperatura o preparazione del veicolo possono influire sul risultato misurato.
L’autonomia reale resta influenzata da velocità, temperatura, terreno, carico, traffico, stile di guida, riscaldamento, raffreddamento e altre variabili operative.
Le condizioni ambientali mettono alla prova l’intero sistema del veicolo elettrico
La temperatura può incidere in modo sostanziale sull’autonomia dei veicoli elettrici. Le basse temperature ambientali influenzano il comportamento della batteria e al tempo stesso aumentano l’energia necessaria per il riscaldamento dell’abitacolo e la gestione termica della batteria.
Le basse temperature possono incidere sulla prestazione disponibile della batteria e aumentarne la resistenza interna.
L’energia per il riscaldamento viene prelevata dalla stessa energia elettrica accumulata che sostiene la propulsione.
I sistemi di gestione termica possono consumare energia per mantenere la batteria entro un intervallo operativo adeguato.
Il software del veicolo stabilisce come bilanciare comfort dei passeggeri, protezione della batteria ed efficienza della propulsione.
La prestazione oltre il veicolo nuovo
Le batterie di trazione cambiano naturalmente con l’invecchiamento. Invecchiamento di calendario, cicli di carica e scarica, esposizione alla temperatura, abitudini di ricarica e condizioni operative possono ridurre progressivamente la capacità energetica disponibile.
La batteria di trazione entra in servizio con le sue caratteristiche iniziali di energia utilizzabile e una prestazione calibrata.
I requisiti di durabilità valutano se venga mantenuta una prestazione sufficiente della batteria con l’aumentare di età e chilometraggio del veicolo.
La domanda normativa passa sempre più da “la batteria funziona?” a “continua a funzionare adeguatamente dopo anni di utilizzo del veicolo?”
Rendere misurabile il degrado della batteria
Lo stato di salute della batteria fornisce un meccanismo per descrivere la capacità residua di una batteria di trazione invecchiata rispetto a una condizione di riferimento applicabile.
L’energia utilizzabile mantenuta dalla batteria può essere valutata rispetto alla prestazione di riferimento pertinente.
I sistemi di gestione della batteria generano informazioni utilizzate per determinare e monitorare le condizioni della batteria.
Il valore normativo dello stato di salute dipende da una determinazione affidabile e da una verifica adeguata.
Le informazioni sullo stato di salute forniscono un meccanismo per valutare la prestazione della batteria dopo l’ingresso sul mercato.
La prestazione della batteria diventa un requisito normativo di durabilità
L’Euro 7 stabilisce requisiti minimi di durabilità della batteria per i veicoli ibridi plug-in ed elettrici puri interessati.
I requisiti applicabili ai PEV e OVC-HEV M1 coprono il periodo dall’inizio della vita fino a cinque anni o 100.000 km, a seconda di quale condizione si verifichi prima.
Il requisito successivo si applica oltre i cinque anni o i 100.000 km e fino a otto anni o 160.000 km, a seconda di quale condizione si verifichi prima.
L’Euro 7 contiene requisiti di durabilità della batteria specifici per categoria. La categoria del veicolo, il propulsore, la data di attuazione e le disposizioni normative dettagliate applicabili devono quindi essere confermati per ciascun programma.
La durabilità della batteria si progetta nel veicolo
La prestazione a lungo termine della batteria è influenzata da decisioni prese durante lo sviluppo di batteria, propulsore, sistemi termici, ricarica e software.
La formulazione delle celle influisce su densità energetica, comportamento di invecchiamento, capacità di ricarica e caratteristiche termiche.
Il controllo della temperatura è fondamentale per la prestazione, la ricarica rapida e la durabilità a lungo termine.
Potenze e strategie di controllo della ricarica influiscono sulle sollecitazioni e sul degrado della batteria.
I sistemi di gestione della batteria possono riservare capacità per bilanciare l’autonomia disponibile con la protezione della batteria a lungo termine.
Un minore consumo di energia può ridurre il volume di energia che la batteria deve erogare per percorrere una determinata distanza.
Il software di controllo coordina ricarica, protezione termica, disponibilità di potenza e stima dello stato di salute.
Deve essere considerata durante la scelta della batteria, la progettazione del sistema termico, la calibrazione del veicolo, la strategia di ricarica e la pianificazione della validazione.
La prestazione della batteria diventa tracciabile
Un requisito di durabilità diventa molto più utile quando le condizioni della batteria possono essere determinate anche dopo l’entrata in servizio del veicolo.
La durabilità delle batterie sta diventando un tema normativo internazionale
Il regolamento tecnico globale UN n. 22 fornisce un quadro tecnico internazionale sulla durabilità delle batterie a bordo dei veicoli elettrificati leggeri.
L’importanza di questo approccio va oltre qualsiasi singola giurisdizione. Durabilità della batteria, determinazione dello stato di salute e prestazione lungo il ciclo di vita fanno sempre più parte del dibattito internazionale sulla regolamentazione dei veicoli elettrici.
Fornisce un quadro tecnico internazionale per la durabilità delle batterie a bordo dei veicoli elettrificati leggeri.
Introduce requisiti minimi vincolanti di durabilità della batteria nel quadro europeo di omologazione dei veicoli.
Le informazioni sulla prestazione della batteria collegano sempre più la certificazione iniziale alle condizioni del veicolo in servizio.
I requisiti di prova, monitoraggio e durabilità possono continuare a evolversi con la maturazione della tecnologia delle batterie e dei veicoli elettrificati.
Integrare autonomia, efficienza e durabilità
Un programma di omologazione efficace dovrebbe integrare autonomia, consumo di energia e durabilità della batteria, anziché trattarli come attività di certificazione scollegate.
Stabilire i requisiti WLTP, Euro 7, UN e specifici del mercato applicabili.
Definire propulsore, configurazione della batteria, famiglia di veicoli e requisiti di prova applicabili.
Pianificare le prove di omologazione utilizzando configurazioni rappresentative e omologate del veicolo.
Valutare l’autonomia e il comportamento della gestione termica nelle condizioni ambientali di prova applicabili.
Validare la determinazione dello stato di salute e i requisiti minimi di prestazione applicabili.
Mantenere le evidenze normative e la tracciabilità della prestazione della batteria dopo l’ingresso sul mercato.
Dall’autonomia massima a un’autonomia sostenibile
La prima generazione della competizione tra veicoli elettrici si è concentrata in larga misura su quanta strada potesse percorrere un veicolo con una batteria completamente carica.
La prossima generazione della regolamentazione pone una domanda più impegnativa: con quale efficienza può essere ottenuta tale autonomia, in quali condizioni operative e quanta parte della prestazione della batteria resterà disponibile dopo anni?
La massima attenzione è rivolta all’autonomia certificata iniziale del veicolo.
La prestazione del veicolo viene sempre più valutata come un sistema interconnesso e orientato al ciclo di vita.
Efficienza energetica, prestazione ambientale, degrado della batteria e una determinazione affidabile dello stato di salute definiscono sempre più la qualità normativa dell’intero veicolo elettrico.