Articolo Di Mark Patrick, Responsabile Contenuti Tecnici, EMEA, Mouser Electronics.
Il settore automotive e i fornitori di elettronica stanno lavorando intensamente per l’eliminazione graduale dei motori a combustione interna (ICE). Per i veicoli passeggeri sono stati fatti ottimi progressi, con un’offerta vasta di modelli elettrici di varie categorie, dalle auto ultracompatte alle berline, fino ai pick-up. Più recentemente, l’industria automobilistica ha iniziato a elettrificare i furgoni e i veicoli di dimensioni simili utilizzati per le consegne dell’ultimo miglio. La sfida più grande resta l’elettrificazione di quelli che in Europa vengono chiamati “veicoli commerciali pesanti” (HGV) e negli USA “veicoli di Classe 8”. Si tratta dei camion per trasporto a lungo raggio e di altri mezzi pesanti come autoarticolati, autocisterne e grandi veicoli specializzati come le betoniere o i camion per il trasporto di legname.
Quando si parla di elettrificazione, la massa del veicolo è un fattore cruciale. Infatti, quanto più grande è un veicolo, tanto maggiore sarà la potenza necessaria per spostarlo, richiedendo batterie più grandi e più complesse. E ancora, se il veicolo deve percorrere lunghi tragitti, tanto maggiore sarà la potenza di cui ha bisogno, che si traduce di nuovo in batterie di dimensioni più grandi.
I veicoli HGV sono imponenti e vengono impiegati per percorrere centinaia o migliaia di chilometri in ogni viaggio. Necessitano quindi di batterie potenti e di grandi dimensioni.
Le sfide dei veicoli HGV
Le differenze tra i veicoli elettrici per passeggeri e i mezzi pesanti elettrici non si limitano alle batterie. Certo è che molte delle differenze si ripercuotono più o meno direttamente sulle dimensioni delle batterie. Pertanto, la questione della batteria diventa emblematica in presenza delle sfide della costruzione di EV di grandi dimensioni.
Attualmente, i limiti della tecnologia delle batterie costringono ad adottare dei compromessi tra l’autonomia e la capacità di carico dei veicoli commerciali. Batterie non sufficientemente potenti impongono un maggior numero di soste per la ricarica, allungando i tempi di trasporto e aumentando le spese.
La necessità di batterie più grandi e più potenti per movimentare carichi più pesanti amplifica sia i costi che gli sforzi di progettazione associati a questi veicoli, soprattutto se li si confronta con i loro equivalenti per il trasporto passeggeri.
Tecnologie delle batterie emergenti
I fabbricanti di batterie continuano a migliorare i loro prodotti, a renderli via via più efficienti, più piccoli, più leggeri e in grado di mantenere una carica maggiore, tutti fattori che contribuiscono ad aumentare l’autonomia di un veicolo.
Tuttavia, questi miglioramenti graduali non riescono a produrre in tempi rapidi batterie ottimizzate per i veicoli HGV; i ricercatori stanno esplorando diverse composizioni chimiche delle batterie che potrebbero avere prestazioni migliori delle batterie agli ioni di litio.
Si comincia anche a guardare ad altri tipi di batterie. Un esempio è dato dalla nuova classe di batterie allo stato solido, caratterizzate da una maggiore densità energetica. Un’altra alternativa possibile consiste nelle batterie a idrogeno, un tempo considerate “esotiche”, ma che stanno diventando sempre più funzionali.
Il ruolo cruciale dell’infrastruttura di ricarica
I veicoli HGV non possono usare gli stessi caricabatterie dei veicoli per passeggeri. Persino i caricabatterie più moderni e ad alta potenza, progettati per la ricarica veloce delle batterie dei veicoli per passeggeri, sono insufficienti per ricaricare le batterie di grandi dimensioni dei veicoli commerciali medi (MGV), figuriamoci per i veicoli HGV. Alcune grandi imprese industriali hanno costituito un’associazione di categoria non-profit, la “Charging Interface Association” (CharIn), con l’obiettivo di definire una serie di standard per caricabatterie da megawatt per i veicoli di grandi dimensioni. Le prime versioni di questi caricabatterie da MW cominciano a diffondersi sul mercato.
Le infrastrutture di ricarica sono carenti in tutto il mondo, anche quelle per i veicoli elettrici per passeggeri, e in maggiore misura quelle per i veicoli di grandi dimensioni. L’Associazione dei Costruttori Automobilistici Europei (ACEA) prevede che entro la fine del 2025 in Europa saranno operativi solo 40.000 punti di ricarica per automezzi medi e pesanti. L’ACEA stima che entro il 2030 ne serviranno 270.000.
Sostituzione delle batterie
Un’altra opzione per i veicoli HGV non ha a che fare direttamente con le batterie ma con il modo di gestirle. Attualmente lo scambio delle batterie viene testato per comprendere se introdurre dei sistemi di gestione delle batterie possa risultare più veloce e /o più semplice della ricarica. Nel 2022, la metà dei camion elettrici venduti in Cina, il più grande mercato esistente di camion elettrici, erano in grado di scambiare le batterie. Si trattava di veicoli più piccoli per la consegna dell’ultimo miglio e non di HGV; tuttavia, ciò dimostra che lo scambio delle batterie è fattibile.
Un processo lento ma inevitabile
Pur essendo i camion di ogni dimensione e classe in circolazione numericamente molto inferiori rispetto ai veicoli per passeggeri, la categoria dei camion è responsabile della produzione di una quantità sproporzionata di emissioni di gas serra (GHG). Per questo, c’è una chiara volontà di eliminare gradualmente i camion con motori a combustione interna (ICE) per sostituirli il prima possibile con dei modelli elettrici.
Sebbene i camion elettrici siano attualmente più costosi di quelli a diesel, anche il fattore economico comincia a pendere a favore dei veicoli elettrici. L’International Council on Clean Transportation fa notare che, in molte città europee, i costi di gestione dei veicoli per la consegna dell’ultimo miglio (i mezzi leggeri) sono già alla pari con i costi di gestione dei lori equivalenti a diesel. Nel frattempo, i costi dei mezzi pesanti stanno diminuendo più velocemente del previsto, e potrebbero raggiungere la parità con gli equivalenti a diesel entro il 2030, stando a quanto rileva Energy Innovation, una società di consulenza politica che collabora con l’Agenzia statunitense per la protezione dell’ambiente (EPA).
Nonostante l’attuale disparità dei costi, c’è evidenza che il possesso e la gestione di una flotta di camion elettrici è già meno costoso. Secondo Renault, i costi dell’energia sono più bassi di quelli del carburante, pertanto il costo totale di proprietà (TCO) dei camion elettrici è inferiore.
Gli incentivi statali possono contribuire a rendere più interessanti i camion elettrici.
Il settore dell’elettronica sta rendendo tutto questo possibile grazie al miglioramento continuo dei propulsori elettrici (inclusi gli inverter), alla creazione di batterie più potenti, alla progettazione di sistemi di gestione delle batterie più efficienti e alla costruzione di sistemi di ricarica più veloci e potenti basati su nuovi circuiti integrati di potenza al nitruro di gallio (GaN) e al carburo di silicio (SiC) e su convertitori DC/DC che funzionano alle tensioni necessarie.
Per quanto l’elettrificazione dei veicoli HGV continui a rappresentare una sfida, l’impulso a realizzarla si fa sempre più forte. Anche se potrebbero volerci anni prima che la gestione di grandi flotte di mezzi elettrici pesanti diventi conveniente, gli sforzi per realizzare questa transizione sono già iniziati.
