Ricarica Wireless per le auto: la spina ha i giorni contati?

Milano - Ricarica wireless (induttiva) significa ricarica senza contatto. Il termine tecnico esatto è inductive power transfer, che però è generico e non è detto sia senza contatto. Vi descriviamo come funziona questo sistema, che nel giro di pochi anni potrebbe trovare applicazione nel settore automotive, consentendo la ricarica dell’auto elettrica senza contatto. Wireless appunto, a veicolo fermo o persino in movimento.

 Nel 2017 il Gruppo Volkswagen potrebbe essere pronto a fare debuttare la ricarica wireless sull’auto elettrica.

Gli ingegneri tedeschi stanno sviluppando questa tecnologia da anni e sono in piena fase di sviluppo. Anche Toyota è pronta con le Prius ad avviare la fase di prova del sistema di ricarica wireless, basterà parcheggiare l’auto nella specifica piazzola, sopra l’induttore, per avere la Prius caricata in circa un’ora e mezza. 
Il problema oggi riguarda gli standard che le diverse case dovranno adottare, problema che si è già posto per le colonnine di ricarica (che presentano spine diverse a seconda del produttore). È essenziale che le aziende stabiliscano in tempi brevi uno standard comune. Il rischio, detto in parole semplici, è che si abbiano tanti sistemi diversi quanti sono i produttori (come accadeva con il caricabatteria dei telefonini prima che fosse imposto lo standard micro-USB).



Cosa dicono gli esperti del Politecnico di Milano


Per capire se la ricarica wireless è davvero pronta e quali vantaggi e svantaggi porta con sé, siamo stati al Politecnico di Milano, dove abbiamo incontrato due massimi esperti della materia: il professor Francesco Castelli Dezza (Associate Professor – Department of Mechanical Engineering) e il ricercatore Davide Tarsitano (Assistant Professor - Department of Mechanical Engineering), che fanno parte del road vehicle dynamics research group del dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano, coordinato dal professor Federico Cheli.
 Saranno i due docenti, nelle righe che seguono, a rispondere coralmente alle nostre domande e a fare chiarezza sulla ricarica elettrica induttiva e sulla ricarica in genere dei veicoli elettrici. 



Come funziona la ricarica wireless?

«Ci sono tre modalità differenti che implicano tecnologie diverse. La prima è senza contatto ma con i due oggetti molto vicini: c’è contatto meccanico, ma non elettrico. È il principio di funzionamento del trasformatore elettrico. Il classico esempio è quello degli spazzolini elettrici o delle caffettiere elettriche. 
La seconda soluzione viene adottata in questo ultimo periodo e prevede una certa distanza (fino a 10-20 cm) tra il veicolo e il punto di ricarica. In questo modo non si rischia di prendere la scossa e non è richiesto il posizionamento precisissisimo del mezzo per procedere alla ricarica, non c’è bisogno dell’incastro meccanico. È come avere una presa, ma senza il contatto fisico. Dà grande libertà d’azione: il mezzo può arrivare alla fermata e ricaricarsi, basta che stia all’interno di una sagoma.
 La terza via prevede invece che nell'asfalto sia inserito un lungo conduttore percorso da corrente (o tanti piccoli conduttori), che crea un campo magnetico, in modo che il veicolo si ricarichi mentre sta andando, quindi con continuità. Ciò riduce drasticamente la presenza di batterie a bordo, il veicolo diventa come un filobus ma senza fili. L’oggetto è continuamente alimentato. Si riducono il peso e il costo delle batterie, che sono il grosso limite dei veicoli elettrici di oggi, in cui metà del costo dipende dalle batterie, che hanno una durata massima di circa quattro anni. Aggiungerei l’impatto pesantemente negativo di tale soluzione sull’infrastruttura».



La vita della batteria e l’importanza della ricarica lenta


«Quando il mezzo è puramente elettrico, la batteria ha una vita maggiore perché non si chiedono grossi spunti. La vita della batterie è invece  inferiore sui mezzi ibridi, che hanno accumulatori più piccoli a cui si chiedono importanti spunti e numerosi cicli di carica e scarica giornalieri. 
La vita media delle batterie delle auto elettriche si sta avvicinando molto alla vita dell’auto stessa (con 2/3.000 cicli di ricarica; il fine vita della cella corrisponde all’80% della capacità di carica della batteria).  Dieci anni sono alla portata quindi delle batterie moderne».

«Le batterie vanno caricate con cura, con un tempo significativo. Psicologicamente questo rappresenta un altro limite, anche se oggi si sente parlare sempre più di ricarica rapida. 
Oggi la ricarica veloce è realtà, basta avere tanta potenza al contatore (a casa è impossibile). Va però considerato come una ricarica troppo veloce possa deteriorare rapidamente la batteria. La batteria si carica correttamente in circa tre ore: cariche più rapide fanno male alla batteria, gli elettrodi si consumano prima, la batteria si scalda molto (di più rispetto alla scarica rapida). 
La carica veloce può essere fatta occasionalmente, se ripetuta danneggia la batteria riducendone la durata; è quindi adatta alle emergenze. Bisogna tener presente che le batterie stanno migliorando, si sta lavorando a elementi che possano ricevere cariche rapide senza deteriorarsi».



Quando conviene la ricarica wireless?

«Il problema grosso della ricarica induttiva consiste nel capire su chi ricade il costo della infrastruttura a terra. Il resto, vale a dire l’aspetto tecnologico, non è così complesso a livello di principio. Semmai il problema è che non esiste ancora uno standard tecnologico accettato da tutti e che si adatti a mezzi leggeri, ma anche a veicoli più pesanti come gli autobus. C’è bisogno di un protocollo di comunicazione e di scambio dei dati. Per capirci: come una volta si decise come andava fatto il bocchettone di rifornimento delle auto a benzina, anche oggi – seppure più complesso – abbiamo da risolvere questo aspetto. 
Oggi tutti i mezzi elettrici sono diversi, si sta arrivando solo ora alla standardizzazione delle prese presso le colonnine. E lo stesso dovrà per forza di cose essere fatto con la ricarica wireless, al fine di avere sistemi compatibili con le auto fornite da costruttori diversi».



Tra i vari sistemi, ce n’è qualcuno in fase avanzata, pronto per l’industrializzazione?

«Oggi diremmo di no. C’è solo un’azienda legata all’Università di Oakland, acquistata dalla Qualcomm (è una società di ricerca e sviluppo nel campo delle telecomunicazioni senza fili con sede a San Diego, in California. NDA), che sta lavorando alla ricarica a distanza (15/20 cm) e ci crede. Un'altra soluzione presente sul mercato è "plugless", prodotta da Evatran Group, Wytheville, VA. Presenta caratteristiche tecniche del tutto simili alla precedente.. Altri enti coinvolti sono soprattutto a livello universitario, ma oggi è ancora prematuro capire quando saranno industrializzati i sistemi di ricarica wireless dei veicoli. Si potrebbe partire con piccole flotte municipalizzate, mentre è difficile proporre una soluzione di questo tipo al settore automotive. Siamo ancora nella fase prototipale di sperimentazione».


 

Esiste anche un problema di rete?

«Per avere una rete di ricarica wireless, a ben guardare, basterebbe utilizzare la rete esistente oggi, fatta di colonnine. Questi punti sarebbero infatti già di per sé idonei a consentire la ricarica wireless a veicolo fermo (diverso è invece il discorso della ricarica induttiva a veicolo in movimento). Cambia solo il mezzo con cui viene trasferita l’energia; il problema non è la distribuzione, quanto la contabilizzazione dell’energia. Bisogna capire come far pagare l’energia».



L’università sta lavorando tanto sulla ricarica induttiva. Le Case invece a che punto sono? Ci credono?


«Lavoriamo con grandi aziende, ma sono molto attente a non dichiarare la loro visione generale. Hanno sicuramente un interesse verso la ricarica induttiva, ma è difficile capire in che direzione vogliano andare. 
Oggi sicuramente stanno lavorando tantissimo sull’ibridizzazione del veicolo, però l’utenza non è ancora pronta a un veicolo che, se si ferma, non riparte più se non dopo alcune ore di carica. 
Toyota ha lavorato tanto e bene, e oggi è sicuramente molto forte negli ibridi. Oggi le Case non stanno puntando sulla ricarica wireless, quanto su due altre vie: da un lato l’elettrificazione completa dell’auto, dall’altro lato l’ibridizzazione del veicolo». 



Cosa ne pensate dei veicoli elettrici col range extender come la Opel Ampera, interamente elettrici ma dotati anche di un gruppo di continuità a bordo che produce energia?

«Sono veicoli più efficienti rispetto a un ibrido leggero (come la prima Prius che faceva pochissimi chilometri in modalità elettrica), ma offrono una soluzione tampone nel senso che l’auto fa solo 50/60 chilometri in modalità elettrica, salvo poi accendere il generatore di bordo (range extender) per produrre energia. Ha il vantaggio di dare serenità al consumatore, che sa che non resterà a piedi». 


 

Dal punto di vista economico il sistema di ricarica wireless ha dei vantaggi rispetto alla ricarica con contatto?

«Diremmo di no, i costi sono i medesimi se consideriamo la ricarica wireless e veicolo fermo e quella con contatto. I costi dei veicoli sarebbero invece molto più bassi, se avessimo una rete di ricarica wireless in movimento, perché potremmo avere batterie molto più piccole e leggere a bordo.  Ma i costi si trasferirebbero sulla rete elettrica interrata, la struttura a terra costerebbe infatti molto, con cifre simili a quelle dei treni ad alta velocità . 
Dobbiamo poi considerare che la rete a terra, in città, troverebbe l’ulteriore problematica delle tubazioni e condutture urbane, scavare in qualsiasi città è un grosso problema. È difficile avere spazio sottoterra libero con continuità».



Le Case temono l’auto elettrica per i mancati guadagni legati alla ricambistica? Le auto elettriche hanno molto meno parti soggette a usura.

«Certamente, l’auto elettrica in generale pone un problema di ricambistica per le case madri legato al mancato lucro: hanno una manutenzione molto più bassa rispetto alle auto a motore termico. Non ci sono filtri, oli e candele da cambiare, e sappiamo bene quanto la voce ricambi sia profittevole per le case. 
Tolto il motore termico, hai perso tutta la manutenzione del motore. E anche le pastiglie dei freni si consumano molto meno, perché il motore elettrico partecipa alla frenata del veicolo. Tutto l’indotto, con l’auto elettrica, soffrirebbe minori guadagni».



Quali sono i pro e i contro della ricarica wireless?

«Tra i pro sicuramente il fatto che non ci sia rischio di folgorazione. Non ci sono elementi in tensione esposti, posso toccare qualsiasi parte dell’auto senza rischiare. Inoltre quando arrivo con l’auto, non devo collegare nulla, la ricarica parte da sola.
 I contro sono legati alla salute e al problema dei campi magnetici che devono trasferire energia. Sono molto bassi, tutti assicurano che non creano danni. Ma non esistono studi scientifici sugli effetti che hanno sul corpo umano. Sicuramente un rasoio elettrico è molto più pericoloso di qualunque altra tecnologia, perché ha un campo magnetico alto ed è vicino al corpo. Ci sono molte cause di gente che afferma di essere stata rovinata da linee elettriche o altri disturbi, ma non ci sono evidenze sui legami.
 Un altro contro dei sistemi di ricarica wireless è dato dal costo dell’elettronica di potenza a bordo del mezzo e del materiale ferro-magnetico che è delicato, pesante e molto costoso. C’è poi il costo della struttura, che però si riparte su n mezzi.  Prima che la ricarica wireless sia installabile su un mezzo, c’è da lavorare ancora molto. Il sistema va ridotto e fatto funzionare bene, non deve creare danni alle persone e bisogna capire come fatturare l’energia».