Un nuovo assale elettrico per la terza generazione di veicoli elettrici in arrivo sul mercato europeo
L’UE ha fissato obiettivi di cruciale importanza per ridurre le emissioni di CO2 generate da autovetture e furgoni entro il 2030, rispettivamente del 55 % e del 50 %. Per raggiungere questi traguardi, aumentare la diffusione dei veicoli elettrici (EV, electric vehicle) risulta un compito essenziale; tuttavia, sono molte le sfide da affrontare in tal senso. Tra queste figurano lo sviluppo di nuovi componenti, sistemi e architetture per la prossima generazione di veicoli elettrici in grado di soddisfare le aspettative degli utenti finali in termini di costi, convenienza di viaggio a lungo raggio e comodità. Per affrontare le difficoltà menzionate, il progetto FITGEN, finanziato dall’UE, ha lavorato allo sviluppo di un assale elettrico integrato a livello funzionale. «In particolare, ci siamo prefissi di sviluppare, prototipare e testare diverse tecnologie abilitanti fondamentali di cruciale importanza per la realizzazione dei veicoli elettrici di prossima generazione», spiega Michele De Gennaro, coordinatore del progetto. Tra questi componenti figurano un motore elettrico a magneti permanenti ad alta velocità, un nuovo invertitore concepito con l’ultima generazione di commutatori di potenza in carburo di silicio a elevata efficienza e una nuova trasmissione, appositamente progettata per il motore ad alta velocità. «I componenti sono stati ideati allo scopo di essere integrati a livello fisico e funzionale, mediante la condivisione di un circuito di raffreddamento comune, e incorporati in una nuova architettura di potenza a 6 fasi, resiliente ai guasti, che si avvale di un convertitore CC/CC di bordo con funzionamento flessibile a una tensione di 400 o 800 V, il tutto per permettere una ricarica superveloce nel veicolo», sottolinea De Gennaro.
Sviluppare l’assale elettrico integrato funzionalmente
I risultati di FITGEN per quanto concerne l’assale elettrico ne fanno davvero un prodotto di prossima generazione. Innanzitutto, la soluzione ha superato l’obiettivo fissato a inizio progetto di 18 000 giri al minuto di velocità del motore, dimostrando una velocità rotazionale massima di 23 000, e nella prova di sovravelocità ha sostenuto i 27 600 giri al minuto. «Il valore massimo ottenuto nei giri al minuto, che supera del 28 % la miglior tecnologia di mercato disponibile in questa categoria per l’anno 2022, consente di superare l’indice di riferimento per la potenza gravimetrica, pari a 6 kW/kg», evidenzia De Gennaro. Per quanto riguarda la sovravelocità, il risultato conseguito è superiore di un terzo rispetto alla tecnologia più avanzata nel 2022 (SotA). «Queste prestazioni sono state ottenute mediante l’utilizzo di solo 1,35 kg di magneti in lega di neodimio, ferro e boro (NdFeB), il che rappresenta il 40 % di quanto impiegato dalla SotA e quindi una riduzione di fondamentale importanza nell’uso di risorse rare e nei costi associati», aggiunge De Gennaro. Inoltre, l’invertitore ha raggiunto un indice di potenza volumetrica di 35 kW/l, il doppio rispetto alla tecnologia SotA, e un’efficienza massima pari al 99 %. «Oltre a questi risultati specifici per i componenti, FITGEN ha ottenuto le sue migliori prestazioni una volta integrato: installato in una FIAT 500e, l’assale elettrico ha dimostrato un consumo energetico specifico in base alla distanza di 135 Wh/km con funzionamento a 400 V e di 123 Wh/km con funzionamento a 800 V, superando i parametri di riferimento di una percentuale compresa tra il 10 e il 15 % in termini di efficienza energetica», riferisce De Gennaro.
Immettere le tecnologie di FITGEN sul mercato
Secondo le previsioni del progetto, le tecnologie sviluppate nell’ambito di FITGEN verranno lanciate sul mercato tra il 2025 e il 2030. Esse saranno commercializzate sia in veste di parti e componenti autonomi incorporati in altri prodotti, sia in qualità di prodotto integrato. «A lungo termine, mi aspetto che FITGEN costituirà un fattore abilitante per l’industria automobilistica nel suo complesso», sottolinea De Gennaro. Per quanto concerne i prossimi passi, De Gennaro conclude: «Abbiamo molto lavoro in programma ora, e riteniamo che FITGEN sia solo un punto di partenza. Dal punto di vista del consorzio, vi sono indicazioni a riguardo della possibile concretizzazione del motore elettrico di FITGEN in prodotto a breve, nonché in merito al prossimo utilizzo del dimostratore di FITGEN, che integra un motore elettrico a sei fasi, come piattaforma per lo sviluppo di un algoritmo di controllo per guida elettronica resiliente ai guasti, nell’ambito di una logica di guida autonoma.» Il lavoro svolto nel quadro del progetto e i risultati conseguiti vanno al di là dell’impatto commerciale e dello sviluppo dei veicoli elettrici. Un’importante azienda produttrice di apparecchiature originali nel campo dell’aeronautica ha espresso interesse nel portafoglio di tecnologie di FITGEN, ritenendolo adatto ai propri modelli di aeromobili dell’aviazione generale.
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