Comprendere la potenza di un motore elettrico

Cosa indica la potenza del motore di un'auto?

In fisica, la potenza indica la quantità di energia fornita in un determinato intervallo di tempo. Se applicato al settore automobilistico, questo termine si riferisce alla quantità di energia meccanica prodotta dal motore, sempre in un determinato intervallo di tempo. La potenza influisce sull’accelerazione dell’auto, sulla sua capacità di trazione (il peso che è in grado di spostare) e sulla sua capacità di affrontare le salite.

Che si tratti di un motore a combustione o di un motore elettrico, la potenza meccanica corrisponde al prodotto della velocità di rotazione (misurata in giri al minuto) per la coppia (espressa in newton-metri (Nm)). La coppia indica la forza di trazione del motore.

Di conseguenza, due motori con la stessa potenza possono comportarsi in modo diverso e offrire sensazioni molto diverse al conducente. Le prestazioni di un’auto sportiva non hanno nulla a che vedere con quelle di un grosso camion, anche se i due veicoli hanno una potenza del motore equivalente!

Come si misura la potenza del motore di un'auto elettrica?

I costruttori non possono limitarsi a indicare la potenza del motore: questa viene misurata nel corso di una procedura di prova e si traduce in variazioni della coppia in funzione del numero di giri. Il valore indicato dai costruttori automobilistici si riferisce generalmente alla potenza massima misurata. È espresso in watt (W) o, più comunemente, in kilowatt (kW).

Come si calcola la potenza del motore di un'auto elettrica?

Nel caso di un sistema come quello presente in un veicolo elettrico, la potenza meccanica – espressa in watt (W), kilowatt (kW) o cavalli (ch) – si calcola moltiplicando la velocità (giri/min) per la coppia, l’equivalente rotatorio della forza lineare, misurata in newton-metri (Nm). Prima di cimentarvi in calcoli complessi, potete effettuare una rapida ricerca online: diversi siti web calcolano la potenza del vostro veicolo elettrico in kilowatt. Basta inserire la velocità e la coppia. Potete anche consultare il manuale d’uso del veicolo.

Qual è il rapporto tra i kilowatt (kW) e i cavalli (ch)?

L'unità "cavallo vapore" indica tradizionalmente la potenza del motore di un'automobile. Risale alla fine del XIX secolo. Consente di esprimere la potenza in modo più concreto, assimilandola a un carico di lavoro che tutti possono comprendere. I cavalli (spesso abbreviati in ch) corrispondono alla potenza che un cavallo impiega per sollevare un peso di 75 kg a un'altezza di un metro in un secondo. Nel sistema metrico, un cavallo equivale a circa 736 W.

È quindi possibile indicare la potenza del motore di un veicolo elettrico indifferentemente in kW o in ch. Il motore R135 della Nuova ZOE eroga, ad esempio, una potenza di 100 kW, pari a 135 ch, da cui il suo nome. Ora presenta una coppia di 245 Nm, contro i 225 Nm del motore R110 che equipaggiava la ZOE nel 2018. Questo miglioramento potenzia le prestazioni del veicolo elettrico nelle situazioni che richiedono un’accelerazione, ad esempio durante un sorpasso o un inserimento in autostrada.

Quali sono i fattori che determinano la potenza di un'auto elettrica?

Il ruolo di un motore consiste nel generare energia meccanica a partire da un’altra forma di energia. La sua potenza deriva quindi dalla quantità massima di energia che è in grado di trasformare. Nel caso di un veicolo elettrico, la potenza dipende dalle dimensioni del motore (il suo volume) e dalla potenza della corrente in ingresso.

Che cos’è la produzione di energia “utile” per un motore elettrico?

La potenza dipende anche dal rendimento, ovvero dal rapporto tra la quantità di elettricità fornita in ingresso e la quantità di energia meccanica trasmessa in uscita.

Il motore non riceve tutta l'energia fornita dalla rete elettrica o dalla stazione di ricarica. Una parte può andare persa a causa del calore o degli attriti. In altre parole, l’energia meccanica effettivamente sfruttata dal motore è quella detta «utile». Dividendo la potenza effettiva in uscita di un motore elettrico per la potenza teorica in uscita (corrispondente alla potenza iniziale in ingresso), si ottiene il rendimento meccanico del motore.

Pertanto, nel caso di un veicolo elettrico, è possibile calcolare l’energia «utile» dividendo la potenza in uscita (velocità × coppia) per la potenza in entrata. Il risultato sarà espresso in percentuale. Questo metodo consente, più in generale, di calcolare l’efficienza energetica, grazie alla formula «Efficienza = W/energia», dove W è la quantità di energia utile prodotta rispetto alla quantità di risorse consumate.

L'obiettivo è quindi quello di ridurre le perdite di potenza per ottenere un 'efficienza energetica ottimale. La maggior parte dell’energia immagazzinata dalla batteria viene così sfruttata appieno per aumentare l’autonomia del veicolo elettrico. A questo proposito, la Nuova ZOE offre prestazioni particolarmente elevate. Con un’autonomia WLTP* di 395 chilometri grazie a una batteria da 52 kWh, vanta uno dei migliori rapporti sul mercato dei veicoli elettrici, in tutti i segmenti.

Potenza, consumo e autonomia

La potenza massima non influisce tuttavia in modo diretto sull’autonomia di un veicolo elettrico, poiché è soprattutto lo stile di guida a incidere sul consumo del motore. Non si tratta quindi di individuare il motore per auto elettriche più efficiente, ma piuttosto il modo di guidare più efficace. Un'accelerazione brusca, ad esempio, provoca un picco nel consumo di energia elettrica. Anche le fasi di guida a velocità elevata sollecitano molto la batteria. Maggiore è la velocità, maggiore è l'energia necessaria per mantenerla a quel livello.
Al contrario, una guida fluida permette di ridurre il consumo istantaneo migliorando al contempo l’efficienza della frenata rigenerativa. È questo il principio della guida ecologica, che rappresenta uno dei modi migliori per aumentare l’autonomia di un’auto elettrica.

Come aumentare la potenza dei motori elettrici?

Sebbene il «motore ideale», privo di perdite di potenza tra l’ingresso e l’uscita, non esista (o, in ogni caso, esista solo come sistema meccanico ipotetico), alcuni fattori consentono di aumentare la potenza in uscita. Più un motore di un’auto elettrica è efficiente, maggiore è la potenza che può assorbire per generare energia meccanica utile al funzionamento del veicolo.

L’efficienza è la parola d’ordine per i progettisti di veicoli elettrici. Questo concetto si applica a ogni fase del processo di produzione: dal trasferimento dell’elettricità dalla rete all’auto (tramite una stazione di ricarica o senza intermediari), alla conversione della corrente alternata in corrente continua, all’accumulo di energia nella batteria, alla sua riconversione in corrente alternata e, infine, all’efficienza del motore meccanico stesso. In breve, più un veicolo è efficiente, più è in grado di sfruttare la potenza che riceve e più è vantaggioso per tutte le parti coinvolte, dal costruttore al conducente.

Se li si confronta con i loro omologhi a motore a combustione, i veicoli elettrici sono nettamente in testa nella corsa all’efficienza energetica. Secondoil Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, «i veicoli elettrici convertono oltre il 77% dell’energia elettrica fornita dalla rete in potenza alle ruote. I veicoli tradizionali a benzina convertono solo dal 12 al 30% dell’energia contenuta nel carburante per azionare le ruote».

*WLTP: Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedures. Il ciclo WLTP standardizzato è composto per il 57% da percorsi urbani, per il 25% da percorsi extraurbani e per il 18% da percorsi in autostrada.

Diritti d'autore: MOUNOURY Jean-Christophe, Renault Marketing 3D-Commerce