Il fantasma del passato EV-1.
Nel 1996, la General Motors lanciò l’EV-1 negli showroom Saturn in California e Arizona. Era pura elettricità. Zero emissioni. Gas zero. Per sette anni, oltre 1.000 di queste eleganti berline furono affittate ai primi utilizzatori che volevano sfuggire alla pompa. Poi la GM ha staccato la spina. Il consenso? La domanda dei consumatori è stata debole. La tecnologia delle batterie era primitiva. La maggior parte della flotta non è finita nei vialetti. Sono finiti nei contenitori del frantoio.
Avanti veloce fino alla fine degli anni 2000.
I prezzi del gas sono aumentati. La densità della batteria è migliorata. E la GM è tornata in gioco. Ma non stanno ripetendo la storia. Stanno cambiando completamente le regole con il Sistema di propulsione E-Flex. Questa piattaforma è alla base della Chevrolet Volt, un veicolo elettrico ibrido plug-in (PHEV) previsto per gli showroom entro la fine del 2010.
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In che modo E-Flex differisce dagli ibridi tradizionali
Molte persone confondono la Volt con un’ibrida standard come la Toyota Prius. Non sono la stessa cosa. La distinzione conta.
Con un ibrido standard, il motore a combustione interna (ICE) è collegato meccanicamente alle ruote. Aiuta a spingere l’auto, soprattutto durante l’accelerazione. Senza il motore a gas, il motore elettrico non può svolgere il lavoro pesante. È una partnership.
“Il nostro motore non è collegato direttamente alle ruote e si accende solo quando la batteria è scarica”, ha detto il portavoce della GM Dave Darovitz.
Gli ingegneri GM definiscono l’impostazione della Volt una “rotazione rivoluzionaria”. Le ruote sono azionate esclusivamente da energia elettrica. Sempre. Anche quando il motore a gas è in funzione.
Ecco il trucco. Il motore a benzina funge da estensore di autonomia. È un generatore di bordo stazionario. Una volta che la batteria si scarica, l’ICE si avvia. Non guida la macchina. Genera elettricità per ricaricare la batteria, che poi alimenta il motore elettrico. Nessun collegamento meccanico. Nessuna frizione. Solo pura propulsione elettrica, supportata da un generatore a gas.
La regola delle 40 miglia
Perché questa configurazione è importante per i tuoi spostamenti quotidiani?
Dopo averla collegata a qualsiasi presa domestica standard durante la notte, la Volt offre fino a 40 miglia (64 chilometri) di autonomia completamente elettrica. È sufficiente per la maggior parte degli spostamenti quotidiani. Non bruci gas. Paghi l’elettricità.
Una volta trascorse quelle 40 miglia, entra in azione il range extender. L’auto continua a muoversi con energia elettrica. La batteria mantiene la carica. Non senti mai uno spostamento nell’erogazione di potenza perché la trasmissione non cambia mai. È semplicemente un’auto elettrica con una scorta infinita di elettricità.
Ma cosa alimenta quella batteria? E quanto ti costerà effettivamente rispetto a un bevitore di gas?
La batteria E-Flex
Dobbiamo guardare sotto il cofano. Nello specifico, nel cuore della piattaforma E-Flex.
La batteria: sollevamento pesante, profilo basso
Stiamo parlando di un pezzo da 400 libbre di chimica degli ioni di litio qui. 181 chilogrammi di pura densità di energia. Genera fino a 16 kilowattora di elettricità. Questo è il cuore del sistema E-Flex.
Perché è importante? Perché i precedenti tentativi di realizzare veicoli elettrici erano esagerati. Prendi il GM EV-1. Ha usato un pacchetto di acido al piombo. La potenza erogata era più o meno simile a quella offerta da E-Flex oggi, ma il peso? La batteria EV-1 pesava circa 2.200 libbre. Si tratta di quasi una tonnellata di peso morto in più.
La geometria delle celle fa la differenza. La maggior parte dei veicoli elettrici di quell’epoca utilizzava celle cilindriche agli ioni di litio. E-Flex diventa piatto. Le celle piatte occupano meno volume spaziale. Metti più energia nella stessa impronta. Anche il raffreddamento diventa banale. Il fluido scorre su una superficie piana senza contrastare la turbolenza.
Non è solo un componente. È strutturale.
La batteria è troppo grande per un vano motore. È integrato nel telaio. Un binario a forma di T corre dall’asse anteriore a quello posteriore. La parte superiore della T si trova sotto il sedile del passeggero posteriore. Questa posizione protegge il pacco in caso di collisione. Inoltre abbassa il baricentro.
Tony Posawatz, che in seguito diresse la linea Chevrolet Volt, lo disse senza mezzi termini: “Il cuore e l’anima [della piattaforma E-Flex] è la batteria, con un veicolo sopra”.
Gli ingegneri sanno come montare un motore. Sanno come montare una trasmissione. Ma integrare un enorme pacco batteria? Gestire il riscaldamento, il raffreddamento, i materiali esotici? Quello era un territorio inesplorato.
Celle a combustibile a idrogeno? Questo è un problema futuro. Mancano le infrastrutture. Ricarica elettrica? La griglia c’è già. Posawatz ha notato chiaramente i conti: l’elettricità costa uno o due centesimi al miglio. La benzina costa dieci centesimi. L’economia funziona senza aspettare nuovi gasdotti.
Dinamiche di guida e ricarica
La batteria E-Flex alimenta un motore elettrico. Questo motore aziona le ruote anteriori. Il silenzio è la prima cosa che noti. Nessun rumore di combustione. Solo il ruggito delle gomme.
La potenza è di circa 120 kilowatt. Ciò si traduce in circa 160 cavalli. I numeri sembrano modesti finché non ricordi come si comportano i motori elettrici. I motori a combustione interna devono girare per raggiungere i picchi di coppia. I motori elettrici forniscono una coppia istantanea. Da zero a 60 mph avviene in meno di 9 secondi.
non sembra un’auto economica. Sembra una berlina sportiva V-6 che parte da un semaforo. L’accelerazione è immediata. Inesorabile.
La frenata rigenerativa gioca un ruolo enorme qui. Quando si rilascia il gas o si preme il freno, il motore inverte la funzione. Diventa un generatore. Cattura l’energia cinetica. Restituisce l’energia alla batteria. La posizione di montaggio bassa della batteria favorisce la stabilità durante queste manovre ad alti G.
La ricarica è banale. Utilizza la stessa chimica degli ioni di litio del tuo laptop o telefono. Appena ingrandito.
Collegalo a una presa domestica standard da 110 volt. Qualsiasi presa della cucina funziona. GM prevede che la maggior parte degli utenti effettuerà la ricarica durante la notte nei propri garage. Ci vogliono circa sei ore. Se hai un circuito da 220 volt, dimezza il tempo. Tre o quattro ore.
Andrew Farah, l’ingegnere capo della Volt, voleva demistificare il processo. I componenti sono complessi. L’esperienza no. Mantenere l’auto in funzione è semplice come collegare una lampada. C’è una presa sul lato dell’auto. Lo colleghi al muro. Questo è tutto.
Il range extender E-Flex
Nel momento in cui la carica iniziale della batteria diminuisce, il range extender prende il sopravvento. GM lo chiama così, ma dal punto di vista funzionale è semplicemente un motore a combustione interna posizionato nella parte anteriore del veicolo. Nel concept Chevrolet Volt, è un motore a tre cilindri da 1,0 litri. Non aziona direttamente le ruote. Fa girare un generatore per mantenere la batteria ricaricata. Il serbatoio del carburante contiene 12 galloni.
L’ingegnere Andrew Farah lo dice chiaramente. La maggior parte dei veicoli elettrici sono semplici. Batteria. Motore. Questo è tutto. Sei senza carica? Stai spingendo. Sulla piattaforma E-Flex ciò non accade. Il motore a benzina elimina “l’ansia da autonomia” che costringe i conducenti a fissare gli indicatori, calcolando se hanno abbastanza energia per tornare a casa.
Hai ancora bisogno di benzina. L’auto percorre fino a 40 miglia solo con la batteria. Dopo di che? Il motore a gas si innesta. Non è facoltativo se vuoi continuare a muoverti.
Il discorso del GM è aggressivo. Affermano che il conducente medio risparmia 500 litri di carburante all’anno. Quasi nessuna visita alle stazioni di servizio. Nessun programma tipico di manutenzione del motore. Vogliono che tu ti colleghi il più possibile per mantenere la batteria condizionata.
Flessibilità del carburante e piani per l’idrogeno
Gli ingegneri stanno già guardando oltre la semplice benzina. L’obiettivo è un range extender che funzioni con benzina o miscele di etanolo E85. In Europa stanno testando il diesel. C’è anche una variante con celle a combustibile a idrogeno in fase di sviluppo.
“Lavorerai con la cella a combustibile per la maggior parte del tempo e con la batteria meno.”
In quella configurazione, rimuovi completamente il range extender e il generatore. Al loro posto prendono posto le cellule a idrogeno. La batteria gioca un ruolo secondario. È un’architettura diversa, ma la filosofia E-Flex rimane.
Emissioni Zero per gli spostamenti quotidiani
GM vuole che queste auto siano pulite. Davvero pulito. Per le prime 40 miglia di guida, le emissioni sono pari a zero. Il motore elettrico non emette sostanze chimiche. Nessun inquinante. Niente scarico.
Una volta avviato il motore, l’efficienza aumenta. Gli ingegneri GM stimano circa 50 miglia per gallone con il range extender attivo. La concept car prometteva oltre 600 miglia di autonomia. La versione di produzione offre circa 360 miglia. Perché il calo? Serbatoio del gas più piccolo. Meno peso.
I funzionari GM sostengono che la riduzione ha senso. Darovitz ha chiesto perché qualcuno dovrebbe portare con sé carburante che forse non utilizzerà mai. La maggior parte degli americani non guida per più di 400 miglia senza fermarsi. Infatti, GM stima che oltre il 75% dei pendolari statunitensi percorrono meno di 40 miglia al giorno.
Se i veicoli E-Flex colpissero i loro obiettivi, i pendolari non userebbero nemmeno una goccia di benzina. Nessuna emissione nociva durante la macinatura quotidiana. Il serbatoio più piccolo potrebbe ironicamente aumentare i numeri complessivi di risparmio di carburante, anche se raramente lo attingi. Ma se decidi di prendere l’autostrada? ottieni ancora quei 50 mpg.
Allora quando puoi effettivamente acquistare la Chevy Volt? E cos’altro c’è sulla tabella di marcia di E-Flex? Il capitolo successivo contiene i dettagli sui prezzi e sulla disponibilità.
La piattaforma E-Flex e la roadmap ambiziosa di Volt
La Chevrolet Volt è arrivata al North American International Auto Show (NAIAS) del 2007 come l’ammiraglia della nuova piattaforma E-Flex di GM. Non era l’EV-1. Quella era una stranezza a due posti e due porte. Questa era una berlina compatta a quattro porte. Quattro posti. La cabina potrebbe ospitare un ragazzo di 6 piedi e 2 pollici nella parte posteriore. Nessun posto centrale però. Quello spazio è andato al pacco batteria nel pavimento. Mantenere il tetto basso ha aiutato il flusso d’aria. L’aerodinamica non era un optional. GM aveva bisogno che il risparmio di carburante funzionasse.
Arrivarci è stata la parte difficile. La sequenza temporale della Chevrolet Volt era brutale. Gli ingegneri volevano che le auto fossero sulla strada entro la fine del 2010. Ciò significava test massicci. La batteria doveva rimanere fresca. Doveva essere sicuro. Doveva sopravvivere a strade sconnesse. E doveva essere producibile in serie. Non puoi semplicemente costruire a mano un prototipo e sperare per il meglio quando miri al volume.
Il prezzo era un altro grattacapo. GM inizialmente aveva lanciato $ 30.000. Poi i discorsi si sono fatti confusi. Darovitz, un portavoce di GM, lo ha detto senza mezzi termini.
“Il prezzo della Chevrolet Volt non è stato ancora deciso.”
Stavano esaminando i crediti d’imposta del governo. Vantaggi per il cliente. Sussidi. Costo dell’elettricità rispetto al risparmio di benzina. Volumi iniziali. Il prezzo sarebbe legato ai prezzi del gas al momento del lancio. Ha senso. Se il gas costa 5 dollari al gallone, la proposta di valore cambia.
Oltre la berlina: Opel Flextreme e Cadillac Provoq
Mesi dopo la rivelazione della Volt, GM lanciò la Opel Flextreme. È il cugino europeo. Un’elegante berlina a cinque porte. Stesso cuore. La stessa tecnologia E-Flex. Ma il range extender era diverso. Un motore turbodiesel da 1,3 litri. Non è un motore a gas a combustione interna. La maggior parte delle auto in Germania erano alimentate a diesel. Il campo di casa di Opel. Ciò ha reso il Flextreme più adatto alle strade europee.
Poi è arrivata la Cadillac Provoq. Ha fatto il suo debutto nel circuito degli spettacoli nel gennaio 2008. Un SUV. Ma utilizzava un sistema E-Flex abbinato a celle a combustibile a idrogeno. Nessuna emissione dallo scarico. Solo vapore acqueo.
I numeri erano impressionanti. 280 miglia con l’idrogeno. 20 miglia con l’energia della batteria elettrica. Il tutto producendo zero emissioni nocive.
Questi erano ancora concetti. Ma Farah, l’ingegnere capo, ha affermato che i componenti sono stati progettati per un’ampia gamma di veicoli.
“Dovremmo essere in grado di ampliare la disponibilità di questo tipo di tecnologia, per inserirla in tutti i tipi di auto diverse che la gente desidera.”
Come si abbinano
La piattaforma E-Flex non riguardava solo un’auto. Era un approccio modulare alla propulsione. Che si trattasse di una berlina compatta, di una berlina europea o di un SUV a idrogeno, la filosofia di fondo è rimasta la stessa. Elettrificazione con un range extender di riserva.
Per la Volt in particolare, le sfide ingegneristiche sono state immense. Gestione termica della batteria. Sicurezza sotto stress. Efficienza aerodinamica. Tutto ciò doveva convergere prima che iniziasse la produzione. Il prezzo era ancora in sospeso, legato alle condizioni di mercato e ai sussidi. Ma la tecnologia era reale. E stava arrivando.
Se il prezzo di $ 30.000 abbia mai resistito è un’altra storia. La tempistica era ambiziosa. Alcuni lo definivano impossibile. Ma i pezzi c’erano. La batteria. Il motore. L’aerodinamica. La piattaforma.
Cosa succede quando i sussidi finiscono? O quando i prezzi del gas scendono? La matematica cambia. La Volt è stata costruita per un momento specifico nel tempo. Un momento in cui elettricità e benzina erano in guerra. E GM voleva essere il pacificatore. O il vincitore. Dipende da come lo guardi.
