Formula E | la tecnica delle monoposto elettriche 2017-2018

La prima gara di Formula E ha richiesto da parte nostra un focus tecnico sulla tecnologia alla base di uno dei campionati più controversi e innovativi del panorama motoristico mondiale. Per capire la Formula E dal punto di vista tecnico, si deve fare una piccola escursione partendo dalle origini. Il patron Alejandro Agag, ha voluto portare le vetture da corsa a portata di mano della gente, nel centro delle città dove la questione inquinamento è quanto mai all’ordine del giorno, e non c’era altra alternativa che usare la propulsione elettrica. Una idea che ha riscontrato lo scetticismo di tutti, tranne Jean Todt presidente Fia che ha dato fiducia ad Agag e collaborazione fin dall’inizio.  Uno degli obiettivi era quello di tenere bassi i costi per attirare team in un mondo che era una scommessa. Per tenere bassi i costi serviva un telaio ed una aerodinamica unica, progettata dal migliore che ci sia sul mercato, Dallara, una fornitura unica per gomme Michelin, che ha sfruttato l’occasione per usare una copertura molto simile a quella stradale che vende per le vetture sportive.

La parte elettrica è la vera e propria novità, in un primo momento prevedeva una batteria unica progettata e prodotta da Williams, gestita da un inverter, un sistema di propulsione elettrica con doppio motore e con scatola del cambio progettata dalla McLaren per tutti. I team che si cimentavano nel campionato dovevano solo gestire il telaio e la parte elettrica. Nonostante l’adesione di molte aziende che avevano componenti elettrici per autotrazione nel loro catalogo, come Quacomm, Schaeffler, Marelli, queste non potevano usare la loro tecnologia limitandosi solo ad inserire il loro nome come gestore delle monoposto. Un problema che rischiava di frenare lo sviluppo di un campionato che stava promettendo bene fin dalla prima stagione.  Nella seconda edizione La Fia assieme ad Agag corre ai ripari, consentendo ai costruttori di sviluppare propri propulsori all’interno di paletti ben definiti dal regolamento tecnico. L’appetito vien mangiando,  lo spettacolo delle gare aumenta,  quindi è giusto fare un altro passo in avanti dal punto di vista tecnologico, lasciando più spazio ai singoli team per sviluppare la power unit.

La prima ad approfittarne nella terza edizione del campionato è stato il team DS Virgin che ha optato per un motore singolo al posto dei due motori classici, montato trasversalmente e un cambio a due velocità simile, uno schema che rappresenta una variante di quello che già aveva sperimentato la Renault Sport nella seconda stagione eliminando il cambio a più velocità eliminando di fatto la scatola del cambio che era caratteristica del primo anno, per una drive line collegata direttamente al motore con presa diretta che consente al massimo due marce a seconda della volontà di utilizzo del team. Questo schema è grossomodo applicato alle monoposto protagoniste della quarta stagione del campionato di Formula E, ed andiamo a vedere nel dettaglio come è formata. La batteria continua ad essere unica per tutti i team ed è prodotta da Williams, ma nella prossima stagione sarà prevista una evoluta progettata dalla McLaren.

Il controllo del motore elettrico a 6 fasi avviene attraverso un inverter, , entrambi Magneti Marelli, ed un cambio a presa diretta po due velocità,  il tutto fruttando il nuovo sistema di recupero di energia controllato sia in automatico che attraverso il volante del pilota.  Nel dettaglio Il telaio ha un design simile a quanto visto sulle Formula Indy, progettate anche queste da Dallara, ed ha il compito di assicurare la massima efficienza aerodinamica unita ad accorgimenti per evitare che ad un eventuale contatto possano decollare. L’ala anteriore protegge il pneumatico in tutta la sua interezza, la fiancata si allarga fino a coprire il pneumatico posteriore e dietro c’è una sorta di paraurti che protegge dai contatti. La batteria ad oggi è progettata e fornita dalla Williams, ed è costituita da celle ad Ioni di Litio, raffreddata ad acqua, incastonata un una struttura telaistica direttamente progettata da Dallara.

Nel complesso la batteria più cella di protezione pesa 320kg, con una capacità di immagazzinare energia per 28KW/h. Nella prossima stagione la batteria sarà sostituita da un elemento progettato da McLaren più leggera, con capacità maggiore e più efficiente.  L’inverter è un sistema elettronico  di ingresso/uscita che varia la tensione e la frequenza della corrente alternata in uscita rispetto a quella in entrata. Il motore elettrico è un motore sincrono in corrente alternata la cui velocità di rotazione è sincronizzata con la la frequenza elettrica.  Comunemente si tratta di motori con alimentazione trifase, ma la Magneti Marelli ne ha sviluppato uno che lavora a 6 fasi che eroga la potenza di 200Kw, pari a 270cv. La rigenera delle batterie avviene nelle fasi passive attraverso il motore elettrico principale e l’impianto frenante che è composto anche da un classico sistema con dischi e pinze in carbonio che lavora solo nelle fasi in cui la rigenera non è consentita per motivi regolamentari.

Daniele Amore

 

3 Comments

  1. Post By Jigen75

    Buongiorno.
    E’ da anni che discuto di un’idea con diverse persone ed in parte l’idea non è così mal sana, fu testata e sembra funzionasse, ma questo articolo la smonta, quindi ve ne parlo.
    L’idea è quella del cambio. Qui leggo che è stato tolto, ma continuo a pensare che invece sarebbe utile.
    Parto dalla base che il cambio è un moltiplicatore di coppia principalmente.
    Ora anche con 200Kw l’energia spesa per compiere il lavoro necessario per far muovere un veicolo di diverse centinaia di Kg dalle uscite delle curve e per lanciarla da fermo, potrebbe essere inferiore se abbinato ad un cambio anche con 2/3 marce che appunto ne moltiplicherebbe la coppia.
    Altra considerazione: mettiamo che un motore da 500Kw, invece di usare un singolo rotore, lo si potrtebbe suddividere in N rotori al fine di ottenere le stesse potenze ma usabili in fasi dierse.
    Con l’aumento delle potenze, le si potrebbe gestire facilmente attivando o disattivando le varie sottoparti del motore che con una buona elettronica, in base alla marcia, darebbe il giusto apporto di Kw riducendo gli sprechi di energia che andrebbe tagliata a valle poi con dei tracion control.

    Ovviamente sono pensieri malsani, di una mente con scarsa (nulla) preparazione in materia. Solo idee. Cosa ne pensate?

    PS mi potreste spiegare meglio la “drive line” con al massimo due marce?

  2. @jigen eliminare il cambio non è stata una cosa così insensata. La drive line prevede che il motore elettrico mette in movimento attraverso pignone e corona o una sola ruota dentata che porta il moto al differenziale e nel caso si voglia avere piu accelerazione in basso due marce collegate al pignone. Questo perché il motore elettrico ha dalla sua che dispone di una coppia massima e costanteme prima del motore endotermico quindi si puo fare ANCHE a meno delle marce, tutto dipende dalda pilota e dal progettista. Riguardo alla tua idea, all inizio della sezione tecnica uno dei primi articoli parlava proprio dello sviluppo di motore elettrico in un corpo unico con la ruota. “I motori elettrici dentro le ruote” Quattro motori gestiti da un computer ed adattati alla guida sia autonoma che manuale. Avrebbero risolto molti problemi. Ci hanno lavorato e crediamo ci lavorano ancora Michelin Continental e scheaffler, a Francoforte abbiamo visto alcuni sistemi abbinati alle ruote anche di gkn ed zf. Quindi la tua idea non è llontana. Se la formformula e potesse avere liberta regolamentare qualcosa gia si vedrebbe.

  3. Post By Davide

    Jigen, considera anche i grafici tipici di un motore elettrico
    Dimentichiamoci le varie curve e parabole che siamo abituati a vedere
    Coppia costante da 0 a valore massimo di giri, una retta orizzontale
    va da sè che la potenza è un’altra retta inclinata direttamente proporzionale all’aumento di giri
    è un motore fruibile in ogni regime di rotazione a differenza di quelli a combustione interna che hanno range molto più ristretti, non hanno bisogno di frammentare la trasmissione in così tanti rapporti, anche se francamente sono comunque stupito che bastino solo 2 rapporti….

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