Audi A2 e-tron: Come gli inverter, il motore elettrico e il cambio lo rendono più efficiente

La nuova Audi A2 e-tron, nella versione più economica, consuma soltanto 12,8 kWh/100 km nel ciclo WLTP. Per questo rientra tra le auto elettriche più efficienti in assoluto. Era già noto che gli inverter a carbonio di silicio svolgano un ruolo importante in questo ambito. Ora il produttore spiega ulteriori dettagli.

Un consumo estremamente basso viene raggiunto con l’Audi A2 e-tron dotata di motore posteriore da 140 kW e del pacchetto di efficienza opzionale al prezzo di 2.410 euro. Questo pacchetto include un assetto ribassato grazie a un sistema di sospensioni sportive e pneumatici ottimizzati per ridurre l’attrito con la strada. Anche il nuovo motore svolge un ruolo fondamentale. I miglioramenti riguardano l’inverter, il motore elettrico APP350 (con posizione assiale parallela e una coppia di circa 350 Nm) e il cambio a un solo rapporto.

L’asse posteriore dell’Audi A2 e-tron, composto dall’inverter, dall’APP350 e dal cambio di ingresso

Immagine di: Audi

Inverter

L’inverter converte la corrente continua proveniente dalla batteria in corrente alternata per il motore. In questo processo è necessario trasformare una tensione continua di circa 400 volt in una tensione sinusoidale. A tal fine si utilizza la modulazione di ampiezza di impulso: in questo metodo avviene una continua inversione di polarità, ad esempio da +400 volt a -400 volt e viceversa. Sebbene la larghezza di questi impulsi di tensione viene regolata in modo diverso, si ottiene (dopo un livellamento grazie all’induttanza delle spire di rame) una curva sinusoidale.

I transistori si occupano della commutazione; in questo processo si verificano inevitabilmente delle cosiddette perdite di commutazione, ma utilizzando transistor a effetto campo a ossido di metallo-semiconduttore (MOSFET) basati sul carburo di silicio invece che sul silicio è possibile ridurle. Grazie a queste perdite più basse, secondo Audi è possibile raggiungere rendimenti superiori al 97 percento.

La novità è che Audi utilizza inoltre un software speciale che permette di adattare la frequenza di commutazione al punto di funzionamento specifico. La frequenza di commutazione viene scelta il più bassa possibile, poiché meno operazioni di commutazione significano meno perdite. Secondo Audi, ciò dovrebbe portare vantaggi in termini di efficienza soprattutto nel traffico urbano e durante i viaggi su strada a regimi di rotazione e carico intermedi. Grazie a un utilizzo più ottimale dell’energia, l’elettronica di potenza è in grado di fornire ancora prestazioni massime anche quando il livello di carica è basso.

Secondo Audi, un’altra funzione dell’inverter è quella di garantire un maggiore comfort acustico all’interno dell’abitacolo. A tal fine, vengono aggiunti in modo mirato al flusso di corrente del motore “componenti armonici ad alta frequenza”. In questo modo, i rumori fastidiosi vengono compensati in base alle condizioni di funzionamento.

Il nuovo motore elettrico APP350 con inverter (in alto) e cambio (a destra)

Foto di: Audi

Motore elettrico APP350

L’efficienza del nuovo motore sincrono a magneti permanenti APP350 è stata migliorata grazie a una minore perdita di ferro. Queste perdite si verificano a causa della rimagnetizzazione del materiale in campi magnetici che cambiano nel tempo: poiché il campo magnetico in un motore elettrico cambia costantemente, le piccole aree magnetiche (le regioni di Weiss) presenti nella lamiera del rotore devono riallinearsi continuamente. Questo processo richiede energia, che alla fine viene trasformata in calore. Per ridurre tali perdite, lo spessore delle lamiere del rotore è stato diminuito, passando da 0,3 a 0,2 millimetri rispetto al motore precedente APP310.

“Le misure progettuali apportate al rotore e allo stator riguardano lo spessore delle lamiere, la disposizione dei segmenti del rotore nonché l’impedenza delle avvolgimenti dello stator.” (Audi)

Per migliorare il livello di rumore, i magneti permanenti nel rotore sono stati inoltre disposti in modo diverso. Quando i magneti sono allineati in una linea retta e continua da davanti a dietro, durante la rotazione colpiscono improvvisamente le scanalature dello stator. Ciò genera, ad ogni passaggio, uno shock magnetico (un momento di arresto). Nell’APP350, invece, i magneti vengono montati leggermente spostati l’uno rispetto all’altro (angolazione del rotore o disposizione a gradini). In questo modo non colpiscono più tutti contemporaneamente, ma in momenti diversi il campo magnetico dello stator, il che migliora le caratteristiche acustiche.

Inoltre, sullo stator si passa da un collegamento a stella a uno a triangolo. In aggiunta, sono stati ridotti i rami paralleli per fase. Ciò aumenta i perdite di rame a alte velocità di rotazione, ma riduce le cosiddette correnti di circolazione a carico parziale. Questo serve ad aumentare l’efficienza durante le normali corse nel traffico urbano o su strade secondarie.

Trasmissione

I miglioramenti al cambio sono più facili da comprendere rispetto ai cambiamenti al motore. Qui vengono utilizzate due rapportazioni a seconda del livello di potenza: 10,21 per 125 kW e 140 kW, e 11,53 per 170 kW. Ciò significa che nelle versioni meno potenti viene scelta una rapportazione più lunga, il che riduce le velocità di rotazione del motore necessarie – il motore ruota 10,21 volte per un giro di ruota invece di 11,53 volte nelle versioni più potenti. Secondo Audi, queste diverse rapportazioni permettono di portare le velocità di rotazione del motore in zone ottimali.

Per la versione top dell’A2 e-tron da 240 kW, Audi non fornisce informazioni sulla rapportazione, ma in questo caso non viene utilizzato l’APP350, bensì l’APP550.

Inoltre, viene utilizzato un olio per cambio con viscosità molto bassa, il che riduce i cosiddetti perdite per scorrimento. Viene inoltre impiegata una tecnica speciale per la finitura delle dentature, che permette di ottenere superfici particolarmente lisce. Ciò riduce l’attrito e aumenta l’efficienza.

Maggiori informazioni sull’efficienza dei motori elettrici:

In sintesi

Puf, la nuova nota stampa di Audi riguardo al motore dell’A2 e-tron è davvero impressionante. Sicuramente non abbiamo capito tutto perfettamente; per farlo servirebbe probabilmente una formazione da ingegnere. Speriamo che degli esperti possano spiegarci meglio tutto ciò durante l’imminente evento di prova guidata.