Compressori d'Aria Elettrici (a Motore Elettrico) sui Camion Elettrici a Batteria

Un camion elettrico a batteria frena ancora ad aria compressa. Poiché non c'è un motore endotermico che azioni una pompa a ingranaggi o a cinghia, il compressore dell'impianto frenante riceve un proprio motore elettrico ed è comandato dall'elettronica del veicolo anziché da un regolatore meccanico. Le pressioni di esercizio non cambiano: il disinnesto resta all'incirca 120-135 psi, l'innesto circa 100-110 psi, e un sistema completamente carico si attesta vicino a 120 psi. Tutto il resto — essiccatore, serbatoi, valvole, camere, freni a ruota — è componentistica che già conoscete e sapete manutenere.

Perché un camion elettrico necessita di un compressore diverso

Un tradizionale compressore per impianto frenante ad azionamento motore è imbullonato al motore diesel e ne dipende completamente. Viene azionato da un ingranaggio o una cinghia al regime del motore, alimentato con olio motore in pressione tramite una linea di mandata, raffreddato dal liquido di raffreddamento del motore, e gira continuamente finché il motore è acceso, caricando e scaricando al variare della pressione nei serbatoi. Togliete il motore endotermico e tutte queste interfacce spariscono.

Ciò che non sparisce è la richiesta di aria. Frenata di servizio, freni a molla di stazionamento, sospensione pneumatica e livellamento, sospensione di cabina e sedile, il clacson e, sugli autobus urbani, porte e funzione di abbassamento consumano tutti aria. La frenata rigenerativa gestisce gran parte della decelerazione ordinaria su un camion elettrico, il che può ridurre il lavoro dei freni a ruota, ma non riduce l'aria necessaria per rilasciare i freni a molla, livellare il telaio o effettuare una frenata brusca o a bassa velocità. La fornitura d'aria su un camion elettrico a batteria è un sistema critico per la sicurezza esattamente come su un diesel.

Come funziona un compressore d'aria a motore elettrico

La testa del compressore in sé è familiare: solitamente un design a pistone alternativo, talvolta un elemento a spirale (scroll). Ciò che cambia è cosa lo aziona. Un motore brushless muove la testa, alimentato dal bus di trazione ad alta tensione tramite un inverter (comunemente classe 400 V o 800 V su trattori pesanti e pullman) oppure dall'impianto a 24 V su applicazioni più leggere e medie. Sulla maggior parte dei veicoli attuali, compressore, motore e inverter, essiccatore d'aria ed elettronica di controllo sono forniti come un unico gruppo, spesso chiamato unità di produzione aria o modulo di produzione aria.

Il controllo elettronico sostituisce il regolatore meccanico

Su un camion diesel, un regolatore pneumatico rileva la pressione nei serbatoi e pilota lo scaricatore per fermare la pompata al disinnesto e riprenderla all'innesto. Su un sistema a motore elettrico, un trasduttore di pressione invia i dati alla centralina, che semplicemente avvia, ferma o varia la velocità del motore entro la stessa fascia. Poiché la velocità del motore è controllabile, l'unità può funzionare lentamente per una ricarica lunga e silenziosa invece di accendersi e spegnersi bruscamente. Una valvola di sicurezza meccanica e una funzione di spurgo dell'essiccatore restano presenti, ma il classico percorso diagnostico regolatore-scaricatore è in gran parte sostituito da codici guasto, dati di pressione in tempo reale e contatori delle ore di funzionamento del compressore.

Le teste senza olio cambiano cosa arriva all'essiccatore

Molti compressori a motore elettrico funzionano senza olio, usando segmenti a secco e cilindri rivestiti oppure un elemento scroll, dato che non c'è una galleria dell'olio motore a cui collegarsi. Questo elimina il percorso di contaminazione più comune in un sistema tradizionale: il trascinamento di olio in essiccatore, serbatoi e valvole. Non elimina l'acqua. Comprimere e raffreddare l'aria produce sempre condensa, quindi l'essiccatore d'aria e la sua cartuccia essiccante restano nel piano di manutenzione, e lo scarico dei serbatoi o le valvole di scarico automatiche restano rilevanti. Alcuni progetti mantengono invece una coppa dell'olio sigillata anziché funzionare a secco; verificare la documentazione OEM prima di dare per scontato l'uno o l'altro caso.

Ad azionamento motore contro a motore elettrico: confronto rapido

Su un camion elettrico, l'aria costa autonomia

Questa è la differenza operativa che le flotte notano per prima. Su un diesel, il lavoro del compressore è nascosto nel consumo di carburante e nessuno lo misura. Su un camion a batteria, ogni piede cubo d'aria proviene dal pacco batterie di trazione, quindi una piccola perdita che prima faceva solo ciclare un po' di più il compressore ora si traduce in tempo di funzionamento extra del motore e perdita di autonomia misurabile. La ricerca delle perdite diventa un lavoro di efficienza, non solo un lavoro sui freni.

Il vantaggio sta nella programmazione. Poiché il compressore non dipende più dal motore endotermico, il software di controllo può precaricare il sistema mentre il veicolo è collegato alla ricarica o parcheggiato, così il camion parte con il sistema pieno invece che con l'autista in attesa della ricarica. Può anche privilegiare il funzionamento del compressore durante gli eventi di frenata rigenerativa e ridurlo nei momenti di massima richiesta di potenza in salita.

Manutenzione, diagnosi e sicurezza

I compressori ad alta tensione sono cablati con cavi arancioni e devono essere diseccitati e isolati seguendo la procedura del costruttore, da un tecnico formato e attrezzato per il lavoro su alta tensione. Non aprire mai un connettore AT o l'alloggiamento di un compressore con il sistema sotto tensione.

La diagnosi inizia dallo strumento diagnostico, non da un manometro a T. Leggere il ciclo di lavoro del compressore, la pressione comandata rispetto a quella effettiva, la corrente del motore e lo storico di eventuali derating termici. Una ricarica lenta con funzionamento motore normale indica sempre lo stesso: una perdita nell'impianto, un filtro di aspirazione ostruito o un elemento pompante usurato. La filtrazione dell'aspirazione merita attenzione extra sulle unità senza olio, perché segmenti a secco e tolleranze ridotte non perdonano la polvere.

Ricambi, cross-reference e il parco circolante

Fare il cross-reference delle unità a motore elettrico per codice ricambio OE e piattaforma veicolo, non per motore, dato che non c'è un motore endotermico a cui fare riferimento. Poiché compressore, motore, essiccatore ed elettronica sono spesso un unico gruppo, la decisione di riparazione è frequentemente la sostituzione del modulo piuttosto che una guarnizione testa o un kit segmenti, anche se per alcuni design esistono kit dell'elemento pompante.

Nel frattempo la stragrande maggioranza di camion, autobus e rimorchi su strada resta diesel con pompe tradizionali ad ingranaggi, e questo parco circolante sarà ancora manutenuto per molti anni. Le officine che seguono entrambe le generazioni continuano a tenere a magazzino compressori per impianto frenante di qualità OE per veicoli commerciali pesanti accanto ai nuovi moduli elettrici.

Cosa non cambia

Il margine di sicurezza è identico. Le spie di bassa pressione si attivano vicino a 60 psi, i freni a molla iniziano ad applicarsi in un intervallo di circa 20-45 psi mentre la pressione scende, e il controllo pre-viaggio dell'impianto frenante ad aria, i limiti di perdita, la misurazione della corsa dell'asta e le routine di scarico serbatoi si applicano esattamente come prima. I freni di un camion elettrico sono pneumatici, non idraulici, e restano tenuti aperti dalla pressione dell'aria allo stesso modo. Il compressore ha imparato un nuovo modo di girare; l'impianto frenante non ha cambiato idea su nulla.