Audi A2 e-tron: inverter, motore e cambio la fanno più efficiente

La nuova Audi A2 e-tron consuma, nella versione più parsimoniosa, solo 12,8 kWh/100 km nel ciclo WLTP. Questo la rende uno dei veicoli elettrici più efficienti in assoluto. Era già noto che gli inverter in carburo di silicio giocassero un ruolo in questo. Ora il produttore spiega ulteriori dettagli.

Il consumo record si ottiene con l'Audi A2 e-tron dotata di trazione posteriore da 140 kW e del pacchetto opzionale Efficiency al costo di 2.950 euro. Questo include un assetto sportivo ribassato e pneumatici ottimizzati per la resistenza al rotolamento. Anche il nuovo sistema di propulsione gioca un ruolo importante. I miglioramenti riguardano l'inverter, il motore elettrico APP350 (Posizione Assiale Parallela con circa 350 Nm di coppia) e il cambio a singola velocità.

Inverter

L'inverter trasforma la corrente continua della batteria in corrente alternata per il motore. È necessario convertire una tensione continua di circa 400 volt in una tensione sinusoidale. Per fare ciò si utilizza la modulazione della larghezza degli impulsi: in questo processo, la polarità viene continuamente invertita, ad esempio da +400 volt a -400 volt e viceversa. Variando la larghezza di questi impulsi di tensione, si genera (dopo l'appianamento tramite l'induttanza degli avvolgimenti di rame) una curva sinusoidale.

L'assale posteriore dell'Audi A2 e-tron con l'inverter, l'APP350 e il cambio di ingresso

Foto di: Audi

Il commutamento è effettuato da transistor; si verificano inevitabilmente delle cosiddette perdite di commutazione, ma con i transistor a effetto di campo metallo-ossido-semiconduttore (MOSFET) basati su carburo di silicio anziché su silicio è possibile ridurle. Grazie alle minori perdite di commutazione, secondo Audi, si possono raggiungere rendimenti superiori al 97%.

Novità è l'utilizzo da parte di Audi di un software speciale che adatta la frequenza di commutazione al punto di funzionamento specifico. La frequenza di commutazione viene mantenuta il più bassa possibile, poiché meno commutazioni significano meno perdite. Ciò dovrebbe portare vantaggi in termini di efficienza soprattutto nel traffico urbano e durante i viaggi su strade extraurbane a regimi e carichi medi, secondo Audi. Grazie al miglior utilizzo dell'energia, l'elettronica di potenza può fornire la piena potenza anche a basso stato di carica.

Un'altra funzione dell'inverter dovrebbe garantire un maggiore comfort acustico all'interno dell'abitacolo, secondo Audi. A tal fine, vengono sovrapposti al flusso del motore "componenti armonici ad alta frequenza" mirati. In questo modo, i rumori fastidiosi vengono compensati in base al punto di funzionamento.

Motore elettrico APP350

L'efficienza del nuovo motore sincrono a magneti permanenti APP350 è stata aumentata grazie a minori perdite di ferro. Queste si verificano a causa della rimagnetizzazione del materiale in campi magnetici variabili nel tempo: poiché il campo magnetico in un motore elettrico cambia continuamente, le piccole aree magnetiche (i domini di Weiss) nel lamierino devono costantemente riallinearsi. Questo processo richiede energia, che viene infine convertita in calore. Per ridurre queste perdite, è stato ridotto lo spessore delle lamine del rotore, da 0,3 a 0,2 millimetri rispetto al motore precedente APP310.

Il nuovo motore elettrico APP350 con inverter (sopra) e cambio (a destra)

Foto di: Audi

"Le misure costruttive su rotore e statore riguardano lo spessore delle lamine e la disposizione dei segmenti del rotore, nonché il collegamento degli avvolgimenti dello statore." (Audi)

Per migliorare il livello di rumore, i magneti permanenti nel rotore sono stati disposti diversamente. Quando i magneti sono disposti in una linea retta e continua da davanti a dietro, incontrano improvvisamente le scanalature dello statore durante la rotazione. Questo genera un colpo magnetico (un momento di cogging) ad ogni passaggio. Nell'APP350, i magneti sono invece leggermente disposti sfalsati (skewing del rotore o gradazione). In questo modo, non incontrano più tutti contemporaneamente, ma in sequenza nel tempo, il campo magnetico dello statore, migliorando l'acustica.

Inoltre, nel rotore si passa da una connessione a stella a una a triangolo. Inoltre, sono stati ridotti i rami paralleli per fase. Questo aumenta le perdite di rame a regimi elevati, ma riduce le cosiddette correnti circolanti a carico parziale. Ciò dovrebbe aumentare l'efficienza durante i viaggi quotidiani in città o su strade secondarie.

Trasmissione

Più facili da comprendere rispetto ai cambiamenti nel motore sono i miglioramenti alla trasmissione. Qui, a seconda del livello di potenza, vengono utilizzati due rapporti: 10,21 a 125 kW e 140 kW e 11,53 a 170 kW. Ciò significa che nelle versioni meno potenti viene scelto un rapporto più lungo, riducendo il numero di giri del motore richiesti – il motore si gira 10,21 volte per una rotazione della ruota anziché 11,53 volte nella motorizzazione più potente. Secondo Audi, i diversi rapporti consentono di spostare i regimi del motore in aree ottimali.

Fotogallery: Audi A2 e-tron

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Fonte: Audi

Per la versione di punta dell'A2 e-tron con 240 kW, Audi non fornisce dettagli sul rapporto di trasmissione, ma lì non viene utilizzato l'APP350, bensì l'APP550.

Inoltre, viene utilizzato un olio per trasmissioni con una viscosità molto bassa, riducendo le cosiddette perdite per schizzo. Viene anche impiegato un procedimento speciale per la finitura fine degli ingranaggi, che consente di ottenere superfici particolarmente lisce. Questo riduce l'attrito e aumenta l'efficienza.

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