Lo sviluppo dei veicoli elettrici iniziò nel 1832 quando un ingegnere inglese, Robert Anderson, fece il primo disegno di un progetto per una “carrozza elettrica”. Per qualche tempo la gente non ha pensato che l'elettricità potesse essere pratica per alimentare i veicoli.
Punti chiave
- I veicoli elettrici sono anteriori alle auto a benzina: i primi veicoli elettrici pratici sono apparsi negli anni 1880 e hanno dominato il trasporto urbano all'inizio del Novecento.
- La diffusione della benzina a basso costo e del motorino di avviamento elettrico (che eliminò l'avviamento manuale) portarono i motori a combustione interna a dominare il mercato negli anni '1920.
- La rinascita dei veicoli elettrici moderni è iniziata seriamente con il mandato ZEV della California del 1990 e ha subito una rapida accelerazione dopo il calo dei costi delle batterie agli ioni di litio successivo al 2010.
- I veicoli elettrici odierni rappresentano la convergenza di una tecnologia matura come le batterie agli ioni di litio, di un'infrastruttura di ricarica diffusa e di una gestione della batteria basata su software: elementi che non esistevano nella prima era dei veicoli elettrici.
- Il passaggio all'elettrificazione sta ridefinendo i requisiti di assistenza: i sistemi a 12V rimangono fondamentali e la diagnostica delle batterie ad alta tensione sta diventando una competenza essenziale per concessionarie e officine indipendenti.
Le lotte e il successo
I tre decenni successivi videro tentativi infruttuosi di commercializzare automobili alimentate da elettricità. Tuttavia, alla fine raggiunsero il successo con l'invenzione dell'avviamento elettrico nel 1912. Charles Kettering e Henry M. Leland furono gli inventori di quell'avviatore.
Negli anni successivi, i veicoli godettero di popolarità negli Stati Uniti e in Europa, in particolare i veicoli elettrici di quartiere (NEV). A metà degli anni '1990 le auto iniziarono nuovamente a raggiungere livelli di popolarità più elevati.
Ciò è dovuto principalmente alle preoccupazioni sulla diminuzione delle risorse di combustibili fossili e sul riscaldamento globale. Ciò ha portato a un rinnovato interesse per le opzioni di trasporto sostenibili come i veicoli elettrici. Sebbene non tutte le regioni siano libere dai combustibili fossili, i veicoli elettrici svolgono un ruolo più importante nel mondo automobilistico.
Sviluppo di veicoli elettrici da parte di General Motors
Nel 1939, Lyle B. Copp e Ray W. Herrick svilupparono l'elettrovetta della General Motors. È stata una delle prime auto elettriche prodotte in serie in America. Utilizzava pacchi batterie al piombo simili a quelli presenti nei moderni ibridi come la Toyota Prius.
L'auto è stata costruita con un motore elettrico e un motore a combustione interna. Funzionavano come un generatore per caricare le batterie. Tuttavia, l'azienda non sviluppò i veicoli dopo la Fiera Mondiale di New York nel 1940. Ciò fu dovuto alla bassa domanda di veicoli a carburante alternativo durante la Seconda Guerra Mondiale.
Nel 1960, la General Motors introdusse una flotta di veicoli sperimentali. Li chiamavano “Compagnia di carrozze e carri elettrici”. Li hanno usati a Edison, nel New Jersey, per promuovere l'elettricità come fonte di combustibile alternativa.
L'anno successivo, la General Motors introdusse il sistema Electrovair. Consisteva in una berlina Pontiac del 1959 che utilizzava batterie al piombo poste sotto il sedile anteriore. L'azienda produsse le automobili fino al 1964 e stabilì numerosi record di velocità per veicoli senza motore a combustione interna.
L'unione della Ford Motor Company
Nel 1966, la Ford Motor Company presentò la Ford Electron, il suo primo veicolo elettrico. Harold Chassin ha creato il design, che è alimentato da batterie al nichel-cadmio da 1,000 volt. Aveva un'autonomia di 50 miglia e una velocità massima di 45 mph.
L'azienda ha introdotto un altro veicolo chiamato Mercury Comet Cyclone. Utilizzava batterie al piombo-acido in acciaio inossidabile a 400 volt.
Ford ha prodotto la sua ultima auto elettrica nel 1976 dopo che non era stata in grado di competere con i veicoli della General Motors e della Chrysler. Ciò era dovuto alla potenza e all'autonomia limitate delle auto.
Tuttavia, la General Motors ha mantenuto le batterie al piombo. Lo è fino a quando non ha introdotto il suo veicolo V1 a propulsione elettrica nel 1996, a causa del travolgente successo della Nissan Leaf e della Tesla Model S.
L'atteggiamento del governo nei confronti dei veicoli elettrici
Negli anni successivi diversi paesi in Europa hanno fissato limiti obbligatori per le emissioni di gas serra e standard di risparmio di carburante per i veicoli elettrici. Paesi come Norvegia, Francia e Germania sono i leader nei veicoli elettrici grazie al loro basso costo di esercizio e prezzo di acquisto.
I vantaggi e il ruolo delle batterie nello sviluppo dei veicoli elettrici
Nel 2015, i veicoli elettrici hanno percorso 654 miliardi di miglia utilizzando la batteria. Ciò rappresentava meno dell’1% delle miglia totali (6 trilioni) percorse utilizzando veicoli in quell’anno.
L’anno successivo, la Cina superò l’America diventando il più grande mercato per le auto elettriche. Grazie ai suoi incentivi, come i sussidi per l’acquisto di veicoli elettrici e i parcheggi gratuiti in molte città.
Secondo l’IEA, si prevede che le autovetture elettriche raggiungeranno 1.8 milioni nel 2020 e 4.4 milioni nel 2025. L’agenzia stima inoltre che nel 16 vi fossero circa 2017 milioni di veicoli elettrici a due ruote a livello globale. La crescita è stata di oltre il 50% annuo nel periodo 2018-2025. .
Le auto elettriche presentano numerosi vantaggi rispetto ai veicoli convenzionali alimentati da un motore a combustione interna (ICE). La quantità di anidride carbonica di un veicolo elettrico dipende dal mix energetico utilizzato per ricaricare le batterie.
La US Energy Information Administration ha riferito che la benzina ha un’efficienza media di circa il 35%. Si trattava della quantità di energia in ingresso necessaria per produrre l'uscita sonora (elettricità).
La manutenzione delle auto elettriche può essere più economica rispetto ai veicoli convenzionali poiché hanno meno parti mobili e meno manutenzione. Il motore di un veicolo elettrico è spesso anche più semplice e affidabile di un motore a combustione. Tuttavia, le batterie di un’auto completamente elettrica necessitano di manutenzione. Tuttavia, ciò dovrebbe avvenire a intervalli simili o migliori di quelli di un veicolo convenzionale.
Il costo dei veicoli elettrici è spesso paragonabile a quello delle auto convenzionali. A causa dell’elevato costo delle batterie, che rappresentano fino al 35% del prezzo totale dell’auto. Numerosi gli sforzi in corso come il progetto EV30@30, che prevede di ridurre il costo dei pacchi batteria del 30% per rendere i veicoli elettrici più competitivi in termini di prezzo.
L'origine e la qualità dei materiali delle batterie
Il costo delle batterie per veicoli elettrici dipende molto dalla fonte e dalla qualità dei materiali utilizzati. Ciò rappresenta una sfida per i produttori di batterie poiché le fonti di litio sono scarse e di qualità variabile.
Grandi riserve di litio si trovano in Australia, Bolivia, Cile, Cina, Congo (RDC) e Argentina. Tuttavia, ai prezzi attuali del litio, i depositi in alcuni di questi paesi non sono considerati economici da estrarre.
Con l’avanzare della tecnologia dei veicoli elettrici, le batterie in genere forniscono più potenza ed energia rispetto ai loro predecessori. I prototipi di auto elettriche come la Venturi Fetish nel 2009 hanno impiegato 6 ore per caricarsi completamente.
Tuttavia, da allora le auto elettriche sono migliorate notevolmente. I moderni veicoli elettrici possono avere la stessa autonomia di molte auto convenzionali con una singola carica. Spesso supera i suoi omologhi in termini di prestazioni e può essere completamente ricaricato prima della fine di una tipica giornata lavorativa.
Nel 2015, una Tesla Model S P85D aveva un punteggio di risparmio di carburante nel ciclo combinato migliore di quello riportato per la berlina Audi A8 a benzina. È possibile caricare alcune auto con energia da una presa standard, allo stesso modo dei telefoni cellulari e dei computer portatili. Altri richiedono attrezzature speciali installate in casa o sul posto di lavoro.
Domande frequenti
Quando sono stati inventati i primi veicoli elettrici?
I primi veicoli elettrici pratici apparvero negli anni 1880. Robert Anderson costruì una delle prime carrozze elettriche intorno al 1832, ma i veicoli elettrici commercialmente validi emersero tra il 1880 e il 1890. Entro il 1900, negli Stati Uniti i veicoli elettrici superavano le vendite delle auto a benzina: erano più silenziosi, più facili da avviare e più adatti alla guida urbana su brevi distanze dell'epoca.
Perché i veicoli elettrici sono scomparsi all'inizio del XX secolo?
Due sviluppi segnarono la fine della prima era dei veicoli elettrici: il petrolio a basso costo proveniente dai giacimenti del Texas rese la benzina economica, e il motorino di avviamento elettrico di Charles Kettering (introdotto sulla Cadillac del 1912) eliminò il pericoloso avviamento a manovella che era stato il principale svantaggio dei veicoli a benzina. Insieme all'economicità del Modello T, i veicoli con motore a combustione interna dominarono rapidamente il mercato entro gli anni '1920.
Quando è iniziata la rinascita dei veicoli elettrici moderni?
La rinascita moderna è iniziata con l'introduzione del mandato californiano sui veicoli a emissioni zero (ZEV) nel 1990, che ha portato alla produzione della GM EV1 e di altri veicoli elettrici moderni di prima generazione. La Toyota Prius (1997) ha dimostrato la fattibilità commerciale della tecnologia ibrida. La Tesla Roadster (2008) e la Nissan Leaf (2010) hanno lanciato l'attuale generazione di veicoli elettrici a batteria di massa, resi possibili dalla maturazione della tecnologia agli ioni di litio.
Quali fattori hanno reso le batterie agli ioni di litio adatte ai moderni veicoli elettrici?
Le batterie agli ioni di litio offrono una densità energetica significativamente superiore rispetto alle batterie al piombo-acido utilizzate nei primi veicoli elettrici, il che si traduce in una maggiore autonomia a parità di peso. L'aumento della produzione successivo al boom dell'elettronica di consumo ha ridotto drasticamente i costi nel corso degli anni 2010. In combinazione con sofisticati sistemi di gestione della batteria che proteggono l'integrità delle celle, la tecnologia agli ioni di litio ha reso possibili l'autonomia e la longevità dei moderni veicoli elettrici.
In che modo l'elettrificazione dei veicoli modifica i requisiti di manutenzione delle batterie?
I veicoli elettrici aggiungono la diagnostica della batteria ad alta tensione al servizio convenzionale della batteria da 12 V, che è sempre stato parte della manutenzione automobilistica. La batteria ausiliaria da 12 V rimane fondamentale e continua a guastarsi nei tempi convenzionali. I pacchi batteria ad alta tensione richiedono apparecchiature diagnostiche specializzate. Midtronics Soluzioni per veicoli elettrici il portfolio copre entrambi: Diagnostica a 12V and servizio pacchi ad alta tensione.
Dove posso trovare maggiori informazioni sulla storia e lo sviluppo della tecnologia dei veicoli elettrici?
Ufficio Tecnologie Veicolari del Dipartimento dell'Energia mantiene risorse storiche e tecniche sull'elettrificazione dei veicoli, sulla tecnologia delle batterie e sulle tendenze di adozione dei veicoli elettrici. SAE Internazionale L'archivio contiene decenni di documenti tecnici sullo sviluppo di veicoli elettrici e propulsori ibridi.