Motori elettrici a batteria?

[Montecelio]

Mi piacerebbe che qualcuno esperto in materia, analizzasse il futuro del motore elettrico da trazione, con particolare riferimento alla nautica.
Attualmente la trazione elettrica non mi sembra stia avendo un grande sviluppo anche per l'auto, quale può essere la causa?
Forse il problema dello smaltimento delle batterie? E il fatto che per ricaricarle usiamo elettricità prodotta con petrolio.
Al di là di eventuali incentivi statali, siamo sicuri che costa meno?

[Giorgio]

Il problema sono i tempi di funzionamento e le velocita' . solo elettrico.E in piu' i tempi di . cui gli ibridi Piccoletto ancora.

[Gof]

Senza essere esperto aggiungerei che le batterie attuali ingombrano e pesano molto di più del gasolio e i tempi di ricarica sono troppo lunghi.

[HAL9001]

Secondo Audi, che e' una delle piu' impegnate sui motori elettrici il tallone di achille sono ancora i costi delle batterie la loro potenza e durabilita', riporto dal loro sito :



La batteria: un sistema estremamente complesso



In un sistema di propulsione elettrica di qualsivoglia natura il ruolo più importante è sempre ricoperto dalla batteria. Essa è un sistema estremamente complesso, e molto più di una pila di singole celle collegate insieme. La Audi è impegnata nello sviluppo di batterie che soddisfino le esigenze più elevate.



Già al momento del suo primo passo nella mobilità elettrica la Audi non concede spazio a compromessi: la batteria della Audi Q5 hybrid quattro è realizzata nella modernissima tecnologia agli ioni di litio (Li-Ion). Si tratta di un espressione che abbraccia un vasto ambito tecnologico, ricco di opportunità e di sfide che riguardano tutti gli aspetti inerenti a una batteria, quali il peso, la capacità energetica, gli ingombri, la sicurezza, la durata di vita e, non ultimo, i costi.



La Audi suddivide le batterie agli ioni di litio in due categorie distinte. Una categoria comprende le batterie ad alte prestazioni per l’impiego in veicoli ibridi come la Audi Q5 hybrid quattro, e l’altra le batterie ad alta energia per veicoli destinati a percorrere elettricamente distanze più lunghe, come la R8 e-tron.



Il fattore decisivo per l’autonomia di percorrenza di un veicolo è rappresentato dal livello di energia che una batteria è in condizione di accumulare, e viene espresso in kilowattora (kWh). La densità energetica si ricava mettendo in relazione l’energia accumulabile dalla batteria con la sua massa. Attualmente le batterie agli ioni di litio per la trazione automobilistica raggiungono una densità di circa 0,14 kWh per chilogrammo. Superano pertanto le batterie al piombo del fattore 4, ma rimangono ancora del 40% al di sotto delle batterie Li-Ion impiegate su telefoni cellulari, notebook ecc.



La durata di vita di una batteria agli ioni di litio montata su un veicolo si aggira sui dieci anni, a condizione che essa sia stata sempre mantenuta a temperatura idonea. La durata di vita è influenzata dal genere di sollecitazione e dall’intensità delle azioni di prelievo e di apporto di carica. Una ricarica rapida effettuata abitualmente con correnti di potenza elevata, o frequenti scaricamenti completi provocano un invecchiamento precoce della batteria.



Le batterie ad alte prestazioni vengono di regola scaricate fino a un livello SOC (state of charge) del 50% mentre le batterie ad alta energia possono essere scaricate anche dell’80%. Se si rispettano le limitazioni indicate, le batterie possono sopportare migliaia di cicli di carica e di scarica prima di perdere sensibilmente la loro funzionalità.



È inoltre indispensabile evitare di scaricare la batteria completamente o di caricarla eccessivamente, pena il rischio di distruggerne le celle. Tale rischio è comunque controllato dall’adozione di numerose misure di sicurezza. La temperatura è monitorata con precisione da appositi sensori, mentre delle protezioni elettriche e delle valvole di sovrapressione impediscono la generazione di reazioni a catena all’interno del sistema. In linea di principio è compito del costruttore delle batterie scegliere materiali di alto grado di purezza, adottare un processo veloce e al contempo stabile e intraprendere le misure necessarie ad assicurare la qualità.



Il flusso di corrente genera calore in quantità considerevoli, pertanto è determinante ricorrere a un impianto di raffreddamento che mantenga la temperatura della batteria entro i limiti dovuti di 25 e 45°C. Temperature più basse o più alte, quest’ultime anche quando la batteria non è in funzione, incidono negativamente sulla durata di vita. Un’ulteriore funzione svolta dall’impianto di raffreddamento è compensare la differenza di temperatura che si manifesta tra le singole celle. Il fenomeno di invecchiamento precoce non progredisce quando questa differenza rimane al di sotto di 5°C.



Il raffreddamento può aver luogo con aria o con liquido. Anche in questo contesto devono essere valutati diversi fattori. Per esempio la rumorosità della ventola di raffreddamento deve essere tale da non infastidire gli occupanti della vettura. Al contempo deve indirizzare l’aria verso la batteria con un flusso omogeneo e diretto senza dispersioni; la batteria non deve essere inoltre troppo grossa o troppo pesante.



L’Associazione dell’industria automobilistica tedesca VDA lavora in collaborazione con le case costruttrici alla definizione di standard di unificazione per celle di batteria. Le celle prismatiche al centro dell’interesse attuale generano una potenza compresa tra 500 Watt (per veicoli ibridi) e oltre 1.500 Watt (per veicoli elettrici potenti). Il loro volume va da circa 130 cm3 a 900 cm3. Rispetto alle celle cilindriche, le celle piatte possono dissipare più facilmente il calore grazie a un migliore rapporto tra superficie e volume. Inoltre presentano ingombri ridotti, essendo possibile montarle una accanto all’atra.


Oltre alle celle e all’impianto di raffreddamento, il tema delle batterie contempla anche altri componenti. Essi sono gli attacchi di alta tensione e di servizio, il sistema elettronico di controllo, le parti elettromeccaniche, l’involucro e, infine, i sensori e gli attuatori. I costi attualmente molto alti dei sistemi batteria sono da ricondurre proprio all’insieme di tutti questi componenti e alla loro integrazione reciproca. Una batteria agli ioni di litio costa infatti diverse centinaia di euro per ogni chilowattora prodotto. I primi smorzamenti derivanti dalla produzione in larga scala stanno già subentrando e la Audi prevede un dimezzamento dei costi nel giro dei prossimi 10 anni.

[wake]

Messaggio di Montecelio
Mi piacerebbe che qualcuno esperto in materia, analizzasse il futuro del motore elettrico da trazione, con particolare riferimento alla nautica.
Attualmente la trazione elettrica non mi sembra stia avendo un grande sviluppo anche per l'auto, quale può essere la causa?
Forse il problema dello smaltimento delle batterie? E il fatto che per ricaricarle usiamo elettricità prodotta con petrolio.
Al di là di eventuali incentivi statali, siamo sicuro che costa meno?

domanda interessante. non sono un ingegnere e non posso rispondere con argomenti tecnici, ma ci tengo a far presente che i meccanismi di selezione delle innovazioni tecnologiche sono molto complessi e articolati. un dato ormai ampiamente condiviso è che la 'vittoria' di una tecnologia sull'altra non è sempre e necessariamente informata alla maggiore efficienza. a volte, spesso a dire il vero, entrano in gioco fattori casuali, per così dire esterni e non inerenti alla tecnologia in sé e per sé.

faccio un esempio famoso: la tastiera qwerty che tutti stiamo usando è stata ampiamente superata da tastiere che permettono velocità di scrittura maggiori, ma non si sono mai affermate sostanzialmente per via di un processo che gli storici economici chiamano di path dependance: le società non hanno voluto investire nella nuova formazione che il personale avrebbe dovuto affrontare per aggiornarsi e lo standard delle tastiere non si è evoluto. le scelte passate, in sostanza, hanno condizionato la traiettoria di sviluppo della tecnologia.

nel caso del motore a combustione interna Vs motore elettrico ci sono molte discussioni.
io conosco solo quelle relative ai trasporti terrestri, non so se ce ne siano di analoghe rispetto ai trasporti navali. una delle ultime è stata avviata dalla pubblicazione di un saggio ( G. Mom, The electric veichle. Technology and expectations in the automobile age, 2004. volendo si trova un’anteprima su google book), che analizza proprio le ragioni che a giudizio dell’autore hanno indotto a un rapido abbandono di una tecnologia che inizialmente aveva avuto un certo successo (il motore elettrico nella trazione stradale appunto) e che, sempre secondo l’autore, presentava e presenta numerosi vantaggi in determinati ambiti, come per esempio il trasporto urbano.
in sintesi, ma attraverso un’elaborazione complessa di fonti e di dati empirici, Mom (che è un ingegnere) sostiene che le cause di questo rapido declino siano state più sociali e culturali che tecniche.

senza entrare troppo nel merito, quello che mi sembra molto probabile è che la lentezza con cui la tecnologia della trazione elettrica si è evoluta nell’ultimo secolo e i suoi costi di produzione relativamente alti siano attribuibili a una scarsa domanda, che non ha favorito investimenti in ricerca ed economie di scala nella produzione. E i fattori che influenzano la domanda (e quindi i consumi) non sono solo tecnici ed economici, ma anche culturali, politici, sociali.

è noto per esempio che gli ingegneri della ferrari passano ore e ore a far sì che il motore (che ormai sarebbe silenziosissimo di suo) continui a fare il casino che piace ai ferraristi.

[Frizzz]

La Lagoon fece uscire il 420 inizialmente solo in configurazione elettrica, dotandolo di un paio di motori in continua alimentato da due cospiqui pacchi batterie al piombo. Un generatore da 17 kv era posizionato nei gavoni esterni di prua ed alimentava le batterie quando arrivavano all'ottanta per cento della capacitá. Inoltre a vela le eliche giravano ricaricando le batterie. Purtroppo non ebbe un grande successo soprattutto a causa delle batterie di vecchia concezione, penso che se fosse dotata di batterie al litio sarebbe stata molto piú appettibile.
Altre conversioni sono state fatte su alcuni Lagoon 500 in America, penso che a livello di rendimento sia molto meglio usare un generatore piuttosto che un motore termico, senza contare che con dei pannelli solari o dei generatori a vento é possibile avere una ricarica a costo (quasi) zero.

[Montecelio]

Su Y&S hanno presentato un 35 piedi a motore, ibrido, un motore VW da 70 CV ed un motore elettrico, pannelli solari per almeno una quindicina di Mq, a motore va a circa 12 nodi, con l'elettrico a circa 3 o 4 nodi, per una ventina di miglia.
Ne hanno venduti circa 120 di cui circa 80 ibridi, sembra un successo, tanto che stanno pensando ad un 40 piedi bimotore.

[prop]

Montecelio ha scritto:
...

Se ne parla e si sperimenta da anni.
Vedi un po' qui:

.

ma finché non si raggiungerà un rendimento propulsivo complessivamente favorevole s'andrà avanti a gasolio e similia.
Saluti

[IanSolo]

Non posso definirmi un esperto in materia, ma l'argomento mi interessa molto, sto seguendone da anni l'evolversi e visto che non si e' fatto avanti nessuno specialista azzardo qualche commento e fornisco qualche link su cui ragionare.

I motori elettrici hanno affidabilita' prestazioni e rendimenti molto buoni, sono facili da costruire e maturi nella loro evoluzione tecnologica, il problema rimane nell'accoppiata generatori di elettricita' e metodi di accumulo dell'energia che, fino ad ora, non hanno raggiunto livelli accettabili di prezzo, prestazioni, ingombro e peso nonostante molti laboratori stiano operando per il miglioramento dell'attuale situazione attirati dagli enormi possibili profitti intuibili nel raggiungimento di un buon risultato.
Comunque in molti si stanno dedicando a studiare una soluzione al problema puntando soprattutto a migliorare la possibilita' di immagazzinare l'energia elettrica.
Qui ci sono alcuni riferimenti ad applicazioni su mezzi nautici ma e' chiaro che siamo ai primordi :

http://www.agoenvironmental.com/Under_development.htm
http://electricyachtssocal.com/Home_Page.html
http://www.solidnav.com/
http://www.thunderstruck-ev.com/index.php?dispatch=categories.view&category_id=34
http://www.electricyacht.com/
http://www.electricboats.co.uk/intro.html
http://www.electric-boat-association.org.uk/
http://www.econogics.com/ev/evboats.htm
http://www.duffyboats.com/
(e su qualche soluzione si puo' anche sorridere : http://www.econogics.com/ev/lowbudgeteboat.jpg )
http://www.mindspring.com/~jimkerr1/sebebts.htm
http://www.asmomarine.com/2005/asmo_uk/01.shtml

Qui ci sono riferimenti alle batterie (litio perche' sono le piu' promettenti) e ai loro problemi (non solo tecnici visto che le fonti del litio sono concentrate in particolari paesi) :

http://www.falconev.com/batteries.html
.
http://www.aamterranuova.it/article3206.htm
./
.

Nuove tecnologie si affacciano ma molto lentamente ! ebbi l'occasione di avere dimostrazione di uno di questi studi in un laboratorio di ricerca europeo ancora nel 1998, era gia' funzionante ma dedicato ad impieghi molto particolari, oggi vedo che non siamo ancora al punto di avere qualcosa veramente accessibile (prezzi e prestazioni) al grande pubblico :

http://www.supercapacitors.org/
.
./
http://www.technologyreview.com/Biztech/18086/
http://www.ultracapacitors.org/index.php?option=com_content&Itemid=81&id=109&task=view
.

Sono convinto che, dopo un periodo che ritengo ancora lungo in cui le batterie (intendo riferirmi ai dispositivi elettrochimici per l'immagazzinaggio dell'energia) terranno banco i 'supercondensatori' saranno un belin molto vantaggioso per assenza di elettrolita, carica rapidissima e numero di cicli estremamente alto.

Rimane il problema della ricarica e qui, lasciando i reattori nucleari ai sommergibili e navi militari, non sembra ci siano molte alternative, in termini di rendimento e diffusione dei punti di approvvigionamento del combustibile, al vecchio sistema motore endotermico-alternatore che la fa ancora da padrone, l'evoluzione verso le celle a combustibile sembra promettente ma il rendimento globale (l'intera catena incluso il processo per fare il combustibile che per questi dispositivi e' richiesto molto puro e, quindi, di tipo pregiato) e' ancora basso e il costo alto, ci sono pero' gia' prodotti in commercio capaci di potenze apprezzabili (molto maggiori delle celle a metanolo non concepite per alimentare propulsori), ad es. :

http://www.agofuelcells.com/files/H-Series.pdf

Ma non sono certo di volere a bordo della mia barca un pesante cilindro carico di idrogeno all'altissima pressione necessaria per ridurlo ad un volume ragionevole.

Dimenticavo una nota ! La ricarica ai fini della propulsione con generatore eolico su di una barca a vela e' ovvio che non abbia senso !

[Frizzz]

Cosa intendi con'La ricarica ai fini della propulsione con generatore eolico su di una barca a vela e' ovvio che non abbia senso !?

[IanSolo]

Intendo che, se ho la vela, (salvo non sia un accessorio di bellezza) quando c'e' vento vado con quella ! oppure aspetto di ricaricare le batterie proprio quando posso navigare a meno di non essere fermo a lungo per qualche ragione ed essere costretto a muovermi proprio quando non c'e' vento.

[Giorgio]

Me lo stampo e me lo leggo con calma.....

[Giorgio]

Appena la nostra moto . dico qualcosa

[sardella]

Ma penso che l ibrido disel/elettrico sia come la tastiera qrty inventata per rallentare la velocita di battuta
delle dattilografe (con tastiere abc nelle macchine da scrivere le asticelle si incastravano)
In ultima analisi bruciare gasolio per caricare batterie per entrare in porto in maniera sileziosa e elettrica
e un dispendio di energia enorme per non parlare di complicazione + peso delle nostre barchette
E un must per vendere barche inutili ma ecologiche sic... forse se fossero piu robuste e marine ????????

[Giorgio]

Bhe sai a Salina grande dimostrazione di signorilita' da parte di Paola e Alberto di Liegi che con la loro barca a motore ALPA di circa 30mt entravano e uscivano con .' che signorilita' direi .

[RMV2605D]

Se la mettiamo sull'ecologia e sull'economia la vedo dura!

La trazione elettrica è ormai matura da anni ed impiegata diffusamente, resta quel fastidioso filo per collegarci alla centrale.

Senza il filo dobbiamo rassegnarci o ad avere la produzione a bordo e trasformarci in sommergibili, sono queste infatti le uniche barche fatte in gran numero che reggono il peso delle batterie (utili anche come zavorra) e comunque con autonomia in trazione elettrica limitata, a meno di quelli nucleari.

Noi velisti abbiamo però un grosso vantaggio, andando a vela abbiamo una elevatissima autonomia e potremmo anche fare a meno del motore, come si è fatto per secoli.

L'obiettivo di essere autonomi con l'energia per i servizi sarebbe più facilmente perseguibile e già appagante.

Piuttosto che pensare ad improbabili barche a vela con motore elettrico, ripensiamo la manovrabilita a vela, anche in porto, eventualmente con un aiutino poco supertecnologico come il remo (chi lo ha ancora?) ed il tonneggio.

Un buon inizio sarebbe togliere i divieti di manovra a vela ed attrezzare i marina di Imarroncinichegalleggiano.... di arrivo a vela da cui poi tonneggiarsi all'ormeggio.

[Bompa]

RMV2605D ha scritto:

Un buon inizio sarebbe togliere i divieti di manovra a vela ed attrezzare i marina di Imarroncinichegalleggiano.... di arrivo a vela da cui poi tonneggiarsi all'ormeggio.

Ma se gia a motore e senza vento chiamano gli ormeggiatori ... non vorrai micca farli entrare a vela. Quelli ti rompono tutto

[RMV2605D]

Bompa ha scritto:

RMV2605D ha scritto:

Un buon inizio sarebbe togliere i divieti di manovra a vela ed attrezzare i marina di Imarroncinichegalleggiano.... di arrivo a vela da cui poi tonneggiarsi all'ormeggio.

Ma se gia a motore e senza vento chiamano gli ormeggiatori ... non vorrai micca farli entrare a vela. Quelli ti rompono tutto

Forse hai ragione, servirebbero marina per velisti veri non motoscafisti travestiti.

La mia più bella crociera con arrivo a vela in tutti i porti della Costa Smeralda, con un Mosquetaire senza motore, è stata nel 1968, altri tempi!

L'anno scorso mi si è sgranato l'invertitore in Croazia, è stato bellissimo inseguire i refoli per rientrare a Piccoletto a vela nel cuore della notte!