Engineering Archivi – Jeune Europe

In recent years the sales of electric vehicles have been rising exponentially. This has caused various car manufactures to reconsider their vehicle lines from internal combustion to the development of electric vehicles. The development of electric vehicle batteries, motors and motor control technologies can be seen in big manufactures such as BMW, Mercedes and VW. The main player who kicked off the electric vehicle race is Tesla who have expanded into developing their own battery technologies. Furthermore, non-traditional vehicle companies such a Dyson have joined in developing their own electric vehicle. This asks the question why are electric vehicles better? The following points out the main reasons.

1. Air Quality and Emissions of Electric Vehicles

In 2040 the UK government has decided to ban the sale of combustion vehicles. This is in line with the UKs clean air initiatives. The main reasons behind the ban is that combustion vehicles pollute the air around them, especially in dense cities. Air pollution has been proven to be linked to various respiratory issues in people, with higher levels of asthma in cities with air quality problems linked to traffic pollution.

Electric cars produce no emissions directly, therefore the immediate environment they function in will remain pollutant free. This will provide health benefits to resident’s whole live near busy streets.

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2. Instant Torque

One of the best notable performance characteristics by electric vehicle enthusiasts is that electric cars provides instant torque throughout the RPM range meaning that electric vehicles do not require a traditional transmission. This allows electric vehicles to accelerate much faster than combustion cars. See the video demonstrating the level of acceleration the new tesla roadster contains.

3. Regenerative Braking

Electric vehicles can regenerate the energy that is used as kinetic energy when the car is moving. In traditional combustion braking systems, the vehicle is slowed using friction breaking this waste valuable energy as heat. Electric Vehicles can brake using the electric motor and regenerate the energy into the battery pack of the car. This allows a more efficient journey as the braking energy will be used again for driving the car again.

Video demonstration:

4. Electric Vehicles Efficiency

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Electric motors are highly efficient at converting electrical energy to rotational kinetic energy at approximately 90% to which internal combustion vehicles have efficiencies around 30%. This means that electric vehicles have lower energy costs and have less energy demands for similar usage. Electric cars would have a lower carbon footprint per mile comparison to combustion vehicles.

However! Also with Electric Vehicles, it’s not all smooth driving!

Electric cars will have some disadvantages comparted to internal combustion. Many of these issues are surrounded around the battery pack contained in the vehicle.

1. How to charge Electric vehicles?

Typically, people will charge their car on their driveways with their residential electrical supply. The main concern with people is that they will run out of charge, or it takes too long. This is because people are too used to filling up at petrol stations within 15 minutes.

However, this isn’t the case with electric cars, this requires a behavioural change. This could be in a similar manner to which people charge their smartphones, such as charging overnight or plugging in as soon as you get home. If a long journey is needed some planning should be done at which place you should stop and charge the car. Newer electric cars can be charged to 80% within 45mins with a 100KW charger.

The main issue is for electric vehicles owners without a driveway or a local charging point. Considerations of charging availability for each electric vehicles buyer must undertake before purchasing an electric vehicle. It must be noted that thousands of charging points are added each year, increasing availability could make it possible for electric vehicles owners without a driveway.

2. Li-ion Battery packs in Electric Vehicles have a limited number of charge cycles.

Most Smartphone users have felt the health of their batteries decrease. This is a similar case with electric cars. The driver will need to monitor the state of health of their battery pack to get an accurate range. At the end of the battery pack life the cells within the pack are no longer good enough for electric vehicles but can be re-used in second life applications such as energy storage.

3. The Electricity Grid.

Currently the electricity grid cannot cope with all the homes in the UK charging their electric vehicle. This problem has been worked on by national grid and current plans say that electricity costs will change depending on when you charge your electric car, peak times will be charged at a higher price. Secondly the environmental benefits that electric cars provide can be removed when the electrical supply is generated in through coal or gas generation. For a smaller carbon footprint, it must be ensured that renewable sources are a large percentage of the energy mix that is used to charge the vehicle. See below for the current energy mix in the UK.

In conclusion the benefits electric cars provide are highly beneficial to the environment and the users of the vehicle in comparison to internal combustion. The combustion engine in mainstream vehicle applications will be obsolete. The electric vehicle revolution is near, are you ready?

Hitendra Pandya

https://www.theguardian.com/technology/2019/may/09/dyson-patents-reveal-plans-for-an-electric-car-with-off-road-potential

https://www.thetimes.co.uk/article/fast-chargers-from-bmw-volkswagen-mercedes-benz-and-ford-to-give-jolt-to-electric-car-sales-cj3rz6wvb

https://www.ft.com/content/30f7e328-8372-11e8-96dd-fa565ec55929

https://www.aafa.org/air-pollution-smog-asthma/

https://www.sciencefocus.com/science/will-electric-cars-reduce-pollution/

https://www.researchgate.net/publication/4242934_Direct_torque_control_a_practical_approach_to_electric_vehicle

https://pdfs.semanticscholar.org/b33a/c9294e44318f0babbc944cf18378442ce7bc.pdf

http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/179113/local_179113.pdf

https://cecas.clemson.edu/~sonori/Publications/536.pdf

https://www.researchgate.net/publication/229005121_Indirect_emissions_from_electric_vehicles_Emissions_from_electricity_generation

La vendita di auto elettriche negli ultimi anni sono cresciute esponenzialmente, questo ha portato le case automobilistiche a riconsiderare la propria produzione spostandola sempre di più verso questo tipo di auto. Lo sviluppo di batterie, motori e sistemi di controllo del motore per auto elettriche è già considerevolmente presente in colossi dell’automotive quali BMW, Mercedes e Volkswagen. Il ruolo di protagonista in questa rivoluzione però ce l’ha sicuramente Tesla, che ha fatto da pioniere nella sfida dell’auto elettrica e è cresciuta grazie allo sviluppo di una propria tecnologia per le batterie. Oltre a queste, anche aziende che nulla hanno tradizionalmente a che vedere con la produzione di auto, quali ad esempio la britannica Dyson, si stanno ora cimentando nello sviluppo di veicoli elettrici. Perchè tutta questo interesse da parte di queste aziende verso le auto elettriche? Sono davvero meglio? Qui sotto cerchiamo di spiegare le ragioni principali.

Qualità dell’aria e emissioni delle auto elettriche

Il parlamento britannico, in linea con le sue politiche ambientali, ha deciso di proibire entro il 2040 la vendita di auto con motori a combustione. Le principali ragioni dietro a questa decisione è l’inquinamento di questo tipo di auto, soprattutto nelle grandi città. E’ stato infatti accertato che l’inquinamento dell’aria è collegato a varie tipologie di problemi respiratori nella popolazione, i livelli di asma più alti sono stati riscontrati nelle città con qualità dell’aria peggiore dovuta al traffico.

Le auto elettriche invece non producono direttamente emissioni, pertanto l’ambiente nel quale si trovano non viene intaccato dal loro funzionamento e ciò comporterà un miglioramento della salute di coloro che vivono nei pressi di strade con alto traffico.

2. Coppia subito disponibile!

Una delle caratteristiche più brillanti delle performance di un’auto elettrica è certamente il fatto che il motore è sempre in coppia indipendentemente da quali siano i giri del motore in un determinato momento. Per i più tecnici , questo implica che i veicoli elettrici non richiedono un sistema di trasmissione tradizionale. Di fatto, ciò permette a queste auto di accelerare molto più velocemente rispetto alle auto a combustione interna. Per capirne meglio gli effetti concreti, vedere il breve video qui sotto che mostra il livello di accelerazione della nuova Tesla roadster.

3. Frenatura a recupero energetico

Le auto elettriche possono generare energia che è usata come energia cinetica quando l’auto si sta muovendo. Nelle auto a combustione tradizionali, l’energia prodotta durante la frenata è sprecata producendo calore, in queste auto invece la frenata avviene grazie al motore elettrico e l’energia viene rigenerata portandola nella batteria dell’auto. Ciò consente un viaggio con maggiore efficienza energetica visto che l’energia usata durante la frenata verrà poi riutilizzata durante la guida.

https://www.youtube.com/watch?v=0b2i5ufN7k0

4. Efficienza delle auto elettriche

I motori elettrici sono altamente efficienti nel convertire energia elettrica in energia cinetica rotazionale riuscendo a trasformare in movimento circa il 90% dell’energia, quando invece l’efficienza delle auto tradizionali invece è del 30%. Questo significa che i veicoli elettrici hanno un minore impatto nelle emissione di anidride carbonica per chilometro rispetto alle auto a combustione interna.

Ma attenzione! Non ci sono solo i pro!

Anche i veicoli elettrici hanno i loro contro rispetto alle auto con motori a combustione. Il principale dei contro riguarda la batteria all’interno del veicolo.

Come si ricaricano le auto elettriche?

Generalmente, chi ha un’auto elettrica la ricarica in casa prima di partire. La preoccupazione principale è dunque quella di rimanere senza ricarica energetica lungo il tragitto o che ci voglia troppo tempo rispetto a un tradizionale rifornimento di carburante. Questo dunque richiede un cambiamento delle proprie abitudini, l’utilizzatore probabilmente deve infatti imparare a ricaricare l’auto in modo simile a come avviene per il proprio smartphone, ricaricando durante la notte o al proprio ritorno a casa. In caso di lunghi viaggi, occorrerà pianificare con attenzione le soste per la ricarica individuando i luoghi idonei lungo il percorso. I modelli più recenti di auto elettriche possono essere ricaricati fino all’80% in 45 minuti con un caricatore da 100kW. Il problema principale riguarda dunque coloro che hanno un’auto elettrica ma non hanno modo di ricaricarla in casa o in altro luogo. Prima di acquistare un’auto di questo tipo occorre quindi considerare la disponibilità di tali punti di ricarica. Va tuttavia sottolineato che migliaia di punti di ricarica stanno venendo aggiunti ogni anno e che l’aumento del numero di questi punti potrebbe agevolare la vita dei possessori di auto elettriche così come il loro acquisto.

2. La batteria agli ioni di Litio ha un numero limitato ricariche

Come si può spesso notare con gli smartphone, la durata della batteria dopo un po’ diminuisce. Questo avviene anche con le batterie delle auto elettriche: il guidatore dovrà monitorare lo stato di salute della batteria. Alla fine del ciclo di vita della batteria, le sue celle non possono più essere utilizzate per un veicolo elettrico ma possono essere comunque destinate ad altri scopi come ad esempio l’immagazzinamento di energia.

3. La rete elettrica

L’attuale rete elettrica non riesce a far fronte ad un’ipotetica ricarica da parte di tutte le case. I gestori delle varie reti nazionali sono al lavoro su questo problema e gli attuali piani dicono che il costo dell’energia potrebbe variare a seconda del momento in cui viene ricaricata l’auto poichè i momenti di picco saranno quelli in cui il costo dell’energia sarà maggiore. In secondo luogo, i benefici per l’ambiente forniti dall’auto elettrica vengono in parte vanificati quando l’energia per ricaricarla proviene da fonti quali carbone o gas: per un vero impatto nella riduzione dell’emissione di anidride carbonica, occorre che la percentuale di energia utilizzata per la ricarica provenga quindi da fonti rinnovabili. Qui sotto, il grafico mostra il mix energetico in UK.

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In conclusione, le auto elettriche permettono benefici per l’ambiente e per gli utenti che sono di gran lunga maggiori rispetto ai veicoli a combustione interna e pertanto i motori di questi saranno presto obsoleti nella gran parte delle applicazioni per i veicoli.

La rivoluzione dei veicoli elettrici è vicina. Tu sei pronto?