Azionamenti Elettrici per Veicoli Stradali ad Alte Prestazioni: Tecnologie e Casi di Studio

Abstract

La tendenza alla decarbonizzazione e alla transizione energetica ha portato, negli ultimi anni, ad una profonda trasformazione nel settore automotive. L’esigenza di trovare soluzioni green alternative ai tradizionali metodi di propulsione, motori diesel e motori a benzina, ha permesso lo sviluppo di architetture sia completamente elettriche sia ibride di vario livello. Se per le applicazioni comuni questo scopo aveva come obiettivi principali l’efficienza e la riduzione delle emissioni, in alcuni settori della mobilità l’avvento di sistemi ibridi o full electric aggiunge come obiettivo principale l’aumento delle prestazioni generali del veicolo. Sono sempre più infatti i veicoli sia da competizione sia stradali ad alte prestazioni, come Supercar e Hypercar, che utilizzano tecnologie ibride o completamente elettriche raggiungendo livelli di performance impensabili fino a una decina di anni fa. Questo è stato possibile grazie all’importante sviluppo e avanzamento tecnico che hanno subito gli azionamenti elettrici, ovvero l’insieme di motore elettrico, inverter e logica di controllo. I miglioramenti sono stati importanti sia nei singoli componenti sia nell’insieme di questi che nell’integrazione con il motore termico. Oggi è infatti possibile avere motori elettrici con densità di potenza che possono superare abbondantemente i 20 kW/kg, logiche di controllo sofisticate che permettono il controllo dei valori di coppia a ogni singola ruota, pacchi batterie a 800 Volt che permettono ricariche molto più rapide. Obiettivo di questa tesi è quindi fornire una panoramica di quali sono le tecnologie e in che modo queste vengono utilizzate nel settore automobilistico, in particolar modo nell’ambito delle alte prestazioni.

The trend toward decarbonization and energy transition has led, in recent years, to a profound transformation in the automotive sector. The need to find green alternatives to traditional propulsion systems, diesel and gasoline internal combustion engines, has enabled the development of both fully electric and various levels of hybrid architectures. While for mainstream applications the primary objectives have been efficiency and emission reduction, in certain mobility sectors the introduction of hybrid or fully electric systems has added the enhancement of overall vehicle performance as a key objective. An increasing number of both racing and high-performance road vehicles, such as supercars and hypercars, now adopt hybrid or fully electric technologies, achieving performance levels that would have been unimaginable just a decade ago. This has been made possible by the significant technological development and advancement of electric drivetrains, understood as the integrated system consisting of the electric motor, inverter, and control logic. Improvements have been substantial not only in the individual components, but also in their integration and in their interaction with the internal combustion engine. Today, electric motors can reach power densities well above 20 kW/kg, sophisticated control strategies allow torque management at each individual wheel, and 800-volt battery packs enable significantly faster charging. The objective of this thesis is therefore to provide an overview of the technologies currently available and to analyze how they are implemented in the automotive sector, with particular focus on high-performance applications.