Il fascino dell'utilizzo dei veicoli elettrici (EV) per il trasporto si basa tanto su un'abile comunicazione quanto su solidi dati di fatto. Negli ultimi dieci anni gli EV hanno vissuto una trasformazione piuttosto rapida. Gli investimenti del settore, la ricerca e sviluppo e un marketing creativo li hanno fatti passare da curiosità ingegneristica a possibile campione ambientale, e forse anche a scelta intelligente per il consumatore. 

Abbiamo già affrontato alcune delle problematiche di sviluppo nel settore degli EV in un blog del marzo 2023, disponibile su questo sito. Resta comunque il fatto che, grazie al lavoro di ingegneri capaci, gli EV offrono numerosi vantaggi, tra cui una minore domanda di petrolio, una riduzione dell'inquinamento atmosferico e una minore manutenzione dei veicoli. Ma la domanda è: i potenziali acquirenti stanno davvero credendo alla promessa di vendita degli EV e, se no, cosa deve fare l'ingegneria per accelerare le vendite? 

Lo scenario della domanda

Il recente interesse per l'elettrificazione dei trasporti è stato spinto da diversi fattori, tra cui l'aumento dei prezzi al dettaglio dei carburanti, la crescente attenzione alle emissioni dei motori a combustione interna (ICE), normative statali e nazionali volte a eliminare gradualmente i veicoli ICE, e gli incentivi governativi per l'acquisto di EV da parte dei consumatori. Questo ha portato a un'ondata di nuovi produttori e modelli di EV. Kelly Blue Book segnala che circa 33 nuovi modelli EV sono stati lanciati nel 2023, e altri 50 modelli nuovi o aggiornati sono previsti per il 2024.

Anche la comunità ingegneristica degli EV ha risposto concentrando risorse sul miglioramento della tecnologia EV. Tuttavia, la crescita delle decisioni d'acquisto di EV da parte dei consumatori resta relativamente lenta per vari motivi. I principali si riducono a prezzo e autonomia. 

Cosa deve cambiare

Secondo un recente sondaggio di Cox Automotive, l'accessibilità economica degli EV è il motivo principale dell'esitazione dei consumatori nell'acquistare un EV. Nel maggio 2023, secondo Cox, il prezzo medio di un nuovo veicolo ICE era di 48.528 dollari, mentre quello di un EV nuovo comparabile era di 55.488 dollari, ovvero un sovrapprezzo del 14%.   

Sebbene i prezzi degli EV stiano seguendo una tendenza al ribasso, la pressione per eliminare gli incentivi governativi all'acquisto rallenterà l'attrattiva di questa tendenza. La storia ci insegna che il prezzo dei veicoli è più un problema di produzione che di ingegneria, ma le efficienze produttive sono spesso guidate da progetti ingegneristici che si prestano a una fabbricazione efficiente. Va da sé che l'aumento della concorrenza dovuto a tutti i nuovi modelli EV può contribuire ad attenuare questo problema.

La preoccupazione per l'autonomia

Un'ulteriore preoccupazione dei consumatori è l'autonomia degli EV, ovvero la distanza media percorribile con una carica completa. Secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, l'autonomia mediana delle auto a motore ICE nel 2021 era di 413 miglia. L'autonomia mediana con carica EV era di 217 miglia. Questa differenza di autonomia dipende in gran parte dall'attuale tecnologia delle batterie, ma il consumatore deve considerarla insieme all'attuale carenza di un'infrastruttura di ricarica EV diffusa, sia negli Stati Uniti sia all'estero. 

Questa differenza nel potenziale chilometraggio degli EV rispetto ai veicoli ICE genera nei consumatori la cosiddetta “ansia da autonomia”, che deriva sia da previsioni di autonomia EV troppo ottimistiche da parte dei produttori, sia da altri fattori ingegneristici che riducono l'autonomia. Questi fattori aggiuntivi includono il calo delle prestazioni della batteria con il freddo, il degrado della capacità di carica con l'invecchiamento della batteria e l'effetto di diversi stili di guida e tipi di terreno. 

Come si può immaginare, la soluzione a ciascuna di queste preoccupazioni sull'autonomia dipende da una combinazione di ingegneria creativa, nuove tecnologie e una rete di ricarica più estesa.   

Sviluppi nelle batterie

Le preoccupazioni sull'autonomia ci portano alla richiesta dei consumatori di miglioramenti nella tecnologia delle batterie. Le chimiche delle batterie ricaricabili hanno fatto molta strada dai primi design al nichel-cadmio (NiCAD) e stanno andando oltre le attuali batterie agli ioni di litio. Con l'attenzione rivolta all'aumento dell'autonomia e alla riduzione dei tempi di ricarica, si stanno esplorando numerose tecnologie promettenti. Alcune di queste includono zinco-aria, litio-aria, litio-zolfo, litio nichel cobalto manganese, litio ferro fosfato, ioni di sodio e design allo stato solido. Sebbene l'attività di sviluppo sia aumentata notevolmente, tradurre la tecnologia delle batterie in soluzioni producibili richiederà tempo ingegneristico e investimenti finanziari.

 

Ciononostante, gli entusiasmanti sviluppi nei nuovi design delle batterie e la loro promessa capacità di offrire maggiore autonomia e tempi di ricarica ridotti fanno notizia quotidianamente. Il recente annuncio di Toyota su nuovi progressi nelle batterie allo stato solido prevede un'autonomia di oltre 700 miglia per carica. Il problema delle vendite di EV, tuttavia, è che sebbene queste promesse possano concretizzarsi nei modelli futuri, le prestazioni degli EV attualmente disponibili presso i concessionari restano in qualche modo deludenti. La strategia dei consumatori sembra essere quella di aspettare e vedere.

Carenza di infrastrutture di ricarica

Strettamente legata alla necessità di una migliore tecnologia delle batterie è la contemporanea necessità di aumentare il numero di stazioni di ricarica disponibili, insieme a una tecnologia di ricarica migliorata per ridurre i tempi di ricarica dei veicoli. L'ansia da autonomia dei consumatori è il risultato dell'autonomia per carica della batteria, della distanza tra le stazioni di ricarica disponibili e del tempo di ricarica. E se le stazioni di ricarica private e domestiche rappresentano un fattore nell'ambiente di ricarica complessivo, non risolvono l'ansia da autonomia una volta che il veicolo è in viaggio. 

Secondo un recente rapporto del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, attualmente sono disponibili negli Stati Uniti circa 105.000 punti di ricarica pubblici per EV (sia standard sia a ricarica rapida) non esclusivi Tesla. Oltre il 28% di questi punti si trova in California. Questo dato si confronta con una stima dell'American Petroleum Institute di 145.000 stazioni di benzina pubbliche accessibili, dove ogni stazione dispone in genere di molte pompe che richiedono solo pochi minuti per l'uso. 

Sebbene lo sviluppo della tecnologia di ricarica rapida sia un problema ingegneristico, l'installazione di ulteriori punti di ricarica è un problema finanziario e di standardizzazione. Il finanziamento, pur essendo una questione sia privata sia pubblica, non rientra in questa discussione. 

La standardizzazione delle tecnologie, delle apparecchiature e delle reti di ricarica procede lentamente. Attualmente il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti elenca 32 reti di ricarica diverse. La semplificazione sia delle apparecchiature sia delle reti può rappresentare una parte importante della soluzione al problema dell'autonomia.    

Fattori aggiuntivi

In questa discussione abbiamo affrontato le questioni principali che ostacolano una crescita più rapida delle vendite di EV ai consumatori. Ma, come forse saprete, entrano in gioco anche altri fattori. L'importanza di ciascuno per il consumatore finale di EV può essere discutibile. Presi insieme, tuttavia, evidenziano le numerose e diverse aree che devono migliorare negli EV prima di ottenere una più forte adozione da parte dei consumatori. Alcune di queste ulteriori problematiche sono:    

• Costi di riparazione elevati, specialmente per la sostituzione o riparazione della batteria
• Il costo iniziale dell'attrezzatura di ricarica domestica
• I costi dell'elettricità per la ricarica 
• Preoccupazioni ambientali legate alle chimiche delle batterie 
• L'approvvigionamento sicuro dei minerali critici per le batterie 
• Il riciclo di batterie e veicoli
• Il surriscaldamento della batteria
• Il valore di rivendita degli EV
• Le tariffe statali compensative della tassa sulla benzina

Conclusione

Gli EV restano un'opzione valida e interessante per affrontare i persistenti problemi legati all'uso dei motori ICE per il trasporto. Aumentare le vendite di EV ai consumatori, tuttavia, richiederà attenzione ai “quattro grandi” elementi da affrontare, insieme ad altri, per aumentare la disponibilità del pubblico generale ad acquistare e utilizzare gli EV:  

• Riduzione del prezzo d'acquisto
• Miglioramento dell'autonomia per carica della batteria
• Miglioramento dei tempi di ricarica della batteria
• Maggiore disponibilità di stazioni di ricarica pubbliche

Se siete coinvolti nello sviluppo ingegneristico degli EV e della rete di supporto che richiedono, o se progettate prodotti destinati a questo mercato, siete consapevoli sia del potenziale del mercato sia del duro lavoro che resta da fare. 

I nostri amici di CircuitBread.com offrono ottimi tutorial sui fondamenti dell' elettronica di potenza per aiutarvi a portare avanti la vostra ricerca di miglioramenti alla tecnologia EV. Il sito web offre anche ulteriori approfondimenti sulla tecnologia EV, disponibili qui: Cosa serve per ampliare l'accettazione dei veicoli elettrici? Come sempre, l'ingegneria creativa è una soluzione elegante ed efficiente.