L’elettrificazione delle macchine da costruzione

Oggi parliamo di elettrificazione dei macchinari da costruzione, un argomento di assoluto interesse nel panorama tecnico e tecnologico attuale.

Come noto, infatti, i macchinari da costruzione sono molto diffusi e operano, in condizioni diciamo così attuali standard, grazie alla potenza di alimentazione fornita da un motore endotermico. L’attuazione è spesso affidata a sistemi oleodinamici che offrono grande densità di potenza (quindi compattezza degli organi di trasmissione e degli attuatori) e grande robustezza.

Tuttavia, l’interesse verso sistemi che possano lavorare in spazi chiusi o confinati e la necessità di ridurre le emissioni, spingono i costruttori di macchinari a valutare soluzioni ibride o elettriche. Il punto di partenza tipico è valutare il fabbisogno energetico orario o chilometrico per il veicolo endotermico.

Lo chiariamo sin da subito: questo punto di partenza è SBAGLIATO!

Perchè? Per capirlo dobbiamo fare un passo indietro e cercare di vedere l’elettrificazione di un veicolo o di un macchinario più come una rivoluzione che come una evoluzione.

If I had asked people what they wanted, they would have said faster horses  – H. Ford

Il punto di partenza dovrebbe tenere in considerazione l’elemento chiave di un progetto di elettrificazione: il motore elettrico. Come noto, il motore elettrico, a differenza del motore endotermico, ha una caratteristica meravigliosa: la coppia di stallo o coppia a zero RPM, che generalmente è simile o pari alla coppia massima. Un motore endotermico, per contro, non può essere mantenuto in condizione di IDLE a zero RPM.

Già questa caratteristica da sola sarebbe sufficiente per comprendere la portate che un sistema elettrico possiede, stravolgendo molte delle logiche tradizionali: si pensi ad esempio ad una gru, dove il motore endotermico viene mantenuto acceso in regime di minimo per poter essere pronto a rispondere erogando il massimo di coppia o il massimo di potenza laddove una pompa idraulica abbia necessità per essere azionata. il consumo al minimo del motore endotermico viene di fatto azzerato con il motore elettrico!

In seconda analisi occorre fare una considerazione di massima sul POWER BALANCE OF SYSTEM: se è pur vero che la densità energetica di un litro di carburante (benzina, gasolio, metano o similare) è estremamente più alta della densità energetica immagazzinata in un volume pari a un litro di batteria al litio, è anche vero che i rendimenti completi della catena distributiva sono sensibilmente superiori nel caso dell’elettrico

If I have seen farther than others, it is because I was standing on the shoulders of giants. – I. Newton

Quindi, grazie al fatto che la tecnologia degli inverter e dei motori elettrici è già una tecnologia estremamente avanzata ed efficiente, grazie allo sviluppo portato avanti dall’industria manifatturiera negli anni e grazie alla spinta verso l’efficientamento energetico imposto dalle normative (IE2, IE3, IE4,…) oramai largamente diffuse, conviene fare una seria valutazione dell’intero sistema drivetrain e powertrain mentre si inizia ad affrontare un progetto di elettrificazione.

I risultati migliori, sulla base della nostra esperienza, si raggiungono laddove ad un corretto dimensionamento elettrico della batteria si individuano soluzioni efficienti per la parte di motori e inverters, conciliando una efficienza elevata con la chiara necessità di ridurre l’impatto del sistema sulla progettazione meccanica del veicolo e sull’interfaccia con organi già esistenti (flange SAE, pompe, attuatori, assali).

Per questi motivi il nostro primo approccio verso i nuovi progetti è sempre orientato ad un aspetto tecnico e tecnologico complessivo, anche relativo a componenti apparente di commercio e secondari quali appunti motori e inverters.