La transizione dal motore a combustione interna (ICE) al propulsore elettrico rappresenta una riprogettazione fondamentale dell’automobile. Questa evoluzione si estende oltre la trasmissione fino ai componenti ausiliari, uno dei quali è il compressore d'aria del veicolo. Questo componente è fondamentale per il controllo del clima dell'abitacolo e altre funzioni pneumatiche. I paradigmi operativi dei veicoli elettrici e ICE richiedono differenze significative nella progettazione, nel funzionamento e nell'integrazione del compressore d'aria del veicolo.

Divergenza funzionale fondamentale

Fondamentalmente, la funzione di un compressore d'aria per veicoli, ovvero comprimere il refrigerante o l'aria, rimane invariata. Tuttavia, il suo ruolo all’interno dei sistemi più ampi del veicolo varia significativamente in base al tipo di propulsore.

Fonte di alimentazione e meccanismo di azionamento

• Compressore d'aria per veicoli ICE:

  • Trasmissione meccanica: il compressore è fisicamente imbullonato al motore e azionato da una cinghia a serpentina. Il suo funzionamento è direttamente accoppiato alla velocità del motore.

  • Dipendenza dal motore: la frizione del compressore si innesta e si disinnesta su richiesta, ma quando è attiva, la velocità di rotazione e l'assorbimento di potenza sono proporzionali al regime del motore. Ciò può portare a inefficienze, soprattutto al minimo o a basse velocità.

• Compressore d'aria per veicoli elettrici:

  • Trasmissione elettrica: il compressore è un componente indipendente ad alta tensione alimentato direttamente dalla batteria di trazione del veicolo.

  • Indipendenza dal sistema: funziona come unità autonoma, con il proprio motore elettrico. La sua velocità è controllata elettronicamente, indipendentemente da qualsiasi azionamento meccanico, consentendo una modulazione precisa.

Impatto sull'efficienza e sul consumo energetico

• Compressore d'aria per veicoli ICE:

  • Contribuisce alla perdita del motore parassita. Quando attivato, esercita un carico meccanico diretto sul motore, aumentando il consumo di carburante. Questo carico varia in base alla richiesta del compressore e alla velocità del motore.

  • L'efficienza complessiva del sistema è inferiore a causa delle perdite di conversione dell'energia (chimica -> termica -> meccanica -> pneumatica/raffreddamento).

• Compressore d'aria per veicoli elettrici:

  • Il suo consumo energetico viene prelevato direttamente dalla batteria, che incide direttamente sull'autonomia del veicolo.

  • L'efficienza è maggiore nella catena di conversione dell'energia (chimica -> elettrica -> meccanica -> pneumatica/raffreddamento). Inoltre, la sua capacità di funzionare a velocità ottimali indipendentemente dalla velocità del veicolo riduce gli sprechi di energia.

Progettazione, integrazione e sistemi di controllo

• Compressore d'aria per veicoli ICE:

  • Imballaggio: progettato per resistere alle alte temperature sotto il cofano e alle vibrazioni del motore. La sua posizione è vincolata dalla necessità di instradare la cinghia.

  • Controllo: in genere utilizza un sistema di innesto ciclico della frizione per mantenere la temperatura dell'abitacolo, il che può portare a fluttuazioni di temperatura.

• Compressore d'aria per veicoli elettrici:

  • Packaging: può essere posizionato in modo più flessibile, spesso integrato con altri dispositivi elettronici di potenza per un raffreddamento ottimizzato. È progettato per un ambiente acustico più silenzioso.

  • Controllo: presenta un sofisticato controllo elettronico. Molti sono compressori a velocità variabile o di tipo scroll che possono funzionare continuamente a velocità variabili per un controllo più preciso della temperatura e una maggiore efficienza, soprattutto nelle configurazioni a pompa di calore.

Gestione termica e ruoli aggiuntivi

• Compressore d'aria per veicoli ICE:

  • Il suo ruolo principale è quasi esclusivamente quello del comfort della cabina (aria condizionata) e, in alcuni casi, delle sospensioni pneumatiche.

  • Il calore di scarto del motore viene spesso utilizzato per il riscaldamento della cabina.

• Compressore d'aria per veicoli elettrici:

  • È una parte fondamentale di un sistema di gestione termica più ampio e complesso.

  • Oltre al comfort dell'abitacolo, il compressore d'aria del veicolo in un sistema a pompa di calore è essenziale per trasferire il calore per riscaldare l'abitacolo in modo efficiente, risparmiando la carica della batteria.

  • In alcuni progetti, può anche contribuire a raffreddare il pacco batteria ad alta tensione, rendendolo parte integrante sia delle prestazioni che della longevità.

Rumore, vibrazioni e ruvidità (NVH)

• Compressore d'aria per veicoli ICE:

  • Il rumore del suo funzionamento è spesso mascherato dal rumore del motore e dello scarico. L'innesto della frizione può produrre un clic evidente e una variazione del carico del motore.

• Compressore d'aria per veicoli elettrici:

  • Nell'abitacolo silenzioso di un veicolo elettrico, il suono del compressore d'aria del veicolo è più percepibile. Pertanto, un notevole sforzo ingegneristico è dedicato a rendere il suo funzionamento il più silenzioso possibile, spesso portando all'uso di design di tipo scroll più silenziosi.

IL Compressore d'aria per veicoli in un veicolo elettrico non è semplicemente un adattamento della sua controparte ICE; è un componente riprogettato che riflette i requisiti distinti di un propulsore elettrico. Il passaggio da un'unità azionata meccanicamente, dipendente dal motore, a un modulo azionato elettricamente e controllato in modo indipendente comporta differenze fondamentali in termini di efficienza, integrazione, controllo e ruolo generale all'interno dell'architettura del veicolo. Comprendere queste distinzioni è fondamentale per apprezzare le considerazioni ingegneristiche alla base della progettazione dei moderni veicoli elettrici.