I veicoli pesanti sono responsabili di quasi il 40% delle emissioni di CO₂ del traffico stradale europeo, e passarli all’elettrico è molto più difficile che nel caso di una normale auto. I ricercatori del progetto europeo RHODaS hanno guardato dove di solito nessuno guarda: l’elettronica che distribuisce l’energia tra la batteria e il motore. Hanno puntato su nuovi semiconduttori, una struttura modulare e prove fino alla scala reale – e alla fine puoi verificare se hai la testa per l’elettromobilità.
Le auto elettriche per strada non stupiscono più nessuno. Con i camion è diverso. I veicoli pesanti sono responsabili di quasi il 40% delle emissioni di CO₂ legate al trasporto stradale in Europa, e la loro elettrificazione incontra notevoli vincoli tecnologici. In breve: più grande è il veicolo e più lungo il percorso, più è difficile.
Di questo si è occupato proprio il progetto RHODaS, finanziato dall’UE e coordinato dall’Università politecnica della Catalogna (UPC) in Spagna. I lavori sono durati da maggio 2022 alla fine di gennaio 2026.
Quando pensiamo a un’auto elettrica, di solito vediamo la batteria e il motore. Tra i due, però, lavora qualcosa di cui pochi hanno sentito parlare: i convertitori elettronici di potenza. Sono loro a gestire il flusso di energia dalla batteria al motore elettrico. David Lumbreras dell’UPC li definisce senza giri di parole l’interfaccia fondamentale dell’intero sistema.
Finora questi sistemi venivano costruiti su semiconduttori a base di silicio. Il silicio, però, ha i suoi limiti.
L’aiuto arriva dai semiconduttori a banda proibita ampia. Possono operare a frequenze di commutazione superiori a 100 kHz, generando perdite significativamente inferiori rispetto al silicio. In pratica significa convertitori ad alta densità di potenza, esattamente ciò di cui ha bisogno il trasporto a lungo raggio.
Il team di RHODaS ha puntato su un duo di due materiali, e ciascuno ha ricevuto un ruolo diverso:
La combinazione dei due ha dato un’efficienza superiore, un volume del sistema ridotto e meno interferenze elettromagnetiche.
Il risultato più importante del progetto è un azionamento motore integrato. In un unico corpo compatto e modulare riunisce tre cose: elettronica di potenza, gestione termica e controllo digitale.
La modularità qui non è un semplice ornamento. Una struttura del genere è più facile da riparare, più tollerante ai guasti, e la stessa base può essere scalata a potenze diverse. Invece di progettare tutto da zero per ogni veicolo, si possono scegliere i moduli in base alle esigenze.
Le idee sono state convalidate in tre fasi. Prima a livello di materiale: dispositivi e driver sono stati esaminati per sollecitazioni, integrità funzionale e immunità ai disturbi elettromagnetici. Poi è stato collaudato un convertitore in scala di laboratorio. Infine è arrivata la scala reale: un azionamento integrato a grandezza naturale, accoppiato a un riduttore, è finito sul banco di prova.
«Abbiamo raggiunto con successo i nostri obiettivi tecnici», riassume David Lumbreras.
Non tutto è filato liscio. La lezione più grande è stata l’instabilità dei primi transistor al nitruro di gallio di preserie. Perché il sistema funzionasse in modo stabile, l’hardware ha dovuto essere riprogettato a fondo.
È una buona notizia per chiunque stia muovendo i primi passi nell’ingegneria. Anche in un grande progetto europeo un nuovo componente può riservare sorprese, e la reazione non è abbandonare l’idea, ma correggere il progetto.
Il consorzio ha già dei piani per i prossimi passi. L’azionamento modulare dovrà essere scalato a una gamma più ampia di classi di veicoli e i risultati integrati nei piani di partner industriali come Valeo Siemens.
Le cose si fanno interessanti con i modelli commerciali. Il team vuole sviluppare soluzioni di economia circolare, ad esempio il «prodotto come servizio» o il leasing. A ciò si aggiungono i passaporti digitali dei veicoli (PDV), registrazioni sicure, basate su cloud, dell’intero ciclo di vita di un veicolo. Devono facilitare la manutenzione a livello di singoli componenti e il riutilizzo dei pezzi.
RHODaS ha sostenuto anche la costruzione di una rete di innovazione che collega le università all’industria. Il suo compito è aiutare a sfruttare i risultati del progetto e continuare a fornire al settore tecnologie all’avanguardia. Per gli studenti di corsi tecnici è un segnale che l’elettronica di potenza non resta chiusa in laboratorio: porta dritta alle fabbriche e sulle strade.
Lumbreras spera che il progetto abbia un impatto duraturo: contribuire agli obiettivi del Green Deal dell’UE e al miglioramento della qualità dell’aria. Sottolinea inoltre che una solida catena di fornitura europea per l’elettronica di potenza ridurrà la dipendenza dai produttori extraeuropei.
Un camion elettrico non è solo una batteria più grande. La chiave è l’elettronica che trasferisce in modo efficiente l’energia al motore. Il progetto RHODaS ha combinato carburo di silicio e nitruro di gallio in un azionamento modulare, l’ha collaudato fino alla scala reale e ha tratto insegnamenti dai problemi con i transistor. Ora la soluzione dovrà arrivare a ulteriori classi di veicoli.
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