Un powertrain elettrico è composto di diversi elementi; schematicamente da un motore elettrico, un sistema elettronico di azionamento del motore stesso e una batteria di alimentazione. Il sistema deve poi comprendere in qualche modo anche un dispositivo caricabatteria, tipicamente dalla rete elettrica tramite una wallbox o similari, e una logica di comando e controllo del veicolo che coordini tutte le varie funzioni.
Piccoli veicoli quali uno scooter necessitano di un elevato grado di integrazione tra i componenti e di sfruttare al meglio le caratteristiche della trazione elettrica, quale ad esempio la possibilità di non utilizzare un variatore continuo o un cambio di velocità, nonché una frizione, nella trasmissione della potenza dal motore alla ruota. Per ottenere questi risultati occorre un lavoro congiunto dei progettisti del veicolo, del complesso powertrain e dei sistemi elettronici che ne regolano il funzionamento, in quanto ogni requisito del sistema viene soddisfatto dalla combinazione di diverse caratteristiche.
Un dispositivo elettronico così concepito e ottimizzato, oggi montato su un e-scooter, ci mostra quante interazioni vadano valutate e risolte per ottenere questo risultato. I requisiti principali sono la possibilità di non usare un cambio di velocità pur montando un motore piccolo e leggero, l’utilizzo di batterie al Litio a bassissima tensione ( < 60VDC), l’integrazione del caricabatteria per non occupare posto nel sottosella.
Per soddisfare questi requisiti è stato necessario sviluppare un’elettronica che potesse pilotare un motore a largo range di potenza costante (fino all’ordine di grandezza dei 10.000 rpm) e tensione di lavoro di centinaia di volt. E’ stato quindi necessario sviluppare un inverter che potesse controllare un motore di tipo “Switching Reluctance” (SR), accoppiato a un convertitore DC/DC bidirezionale e galvanicamente isolato che potesse elevare la tensione delle batterie fino al valore necessario per farlo funzionare e, viceversa, che potesse consentire il recupero in batteria dell’energia prodotta durante la frenata elettrica.
Questa base ha permesso di sfruttare lo stesso accoppiamento DC/DC converter + inverter motore per caricare la batteria dalla rete elettrica senza l’aggiunta di componenti pesanti e ingombranti; l’invenzione di una parte magnetica ad hoc per il DC/DC converter e la possibilità, data dal particolare disegno magnetico del motore di trazione, di utilizzare gli avvolgimenti dello stesso come filtri per ottemperare alle stringenti norme di emissione elettromagnetica dei dispositivi connessi alla rete, ha consentito di far funzionare il dispositivo a veicolo fermo come un caricabatteria da rete di potenza sufficiente a garantire una rapida ricarica della batteria, condizione essenziale per l’utilizzo pratico del veicolo.
Morale: integrare sistemi complessi sembra spesso solo una questione di miniaturizzazione dei componenti, ma decisamente non è così.
Certamente può apparire che sistemi così ottimizzati siano particolarmente rigidi e vincolati ad una singola applicazione; scopriremo in un prossimo articolo, che non è così, e quanto peso in questo abbiano i moderni controlli digitali.
