Rivoluzione Ferrari: ibrido ad alta tensione e batteria allo stato solido

La Scuderia sulla SF21 di Charles Leclerc ha montato in Russia il quarto motore dotato di un nuovo ERS che rappresenta un taglio netto con la soluzione precedente. La batteria non è più a ioni di litio con elettrolita liquido ma allo stato solido con un volume minore ma con una maggiore densità energeticae la tensione passa da 400 a 800 volt, consentendo cariche più rapide e un risparmio di peso sull'intero sistema di 2 kg.

Rivoluzione Ferrari: ibrido ad alta tensione e batteria allo stato solido

La Ferrari ha iniziato una nuova era. Con il debutto dell’innovativo sistema ibrido sul motore 4 di Charles Leclerc che ha fatto il suo debutto a Sochi, la squadra del Cavallino non solo sperimenta delle soluzioni utili alla power unit 2022 che sta girando al banco in cerca dell’affidabilità, ma raccoglie informazioni fondamentali sullo sviluppo di nuove tecnologie.

A Maranello ci hanno tenuto a sottolineare che il salto prestazionale non è niente di clamoroso (abbiamo sempre detto una decina di cavalli, con l’approssimazione a una sola cifra), ma il passaggio è fondamentale perché apre una nuova strada di ricerca che sarà molto utile da sviluppare in vista del congelamento del motore del prossimo anno che avrà una vita fino al 2024.

Charles Leclerc, Ferrari SF21 nel GP di Russia

Charles Leclerc, Ferrari SF21 nel GP di Russia

Photo by: Charles Coates / Motorsport Images

Nel reparto motori diretto da Enrico Gualtieri si sta lavorando su due fronti: da una parte si sviluppa il 6 cilindri turbo Superfast ideato da Wolf Zimmermann in collaborazione con la AvL e dall’altra c’è stata la delibera del nuovo ERS che è stato montato sullo 065/6 in Russia.

La Scuderia ha sviluppato una nuova tecnologia della batteria passando da quella tradizionale a ioni di litio con elettrolita liquido o al gel, a quella allo stato solido. La Honda ha fatto una gran grancassa sull’adozione da Spa-Francorchamps di un nuovo accumulatore solo sulla power unit di Max Verstappen: i tecnici giapponesi hanno parlato di un progetto che è costato tre anni di studi e, a giudicare dai risultati, ha permesso di avvicinare il potenziale elettrico della Mercedes.

Dettaglio della batteria vecchia del sistema ibrido Honda montato sulla Red Bull RB16B di Sergio Perez

Dettaglio della batteria vecchia del sistema ibrido Honda montato sulla Red Bull RB16B di Sergio Perez

Photo by: Giorgio Piola

A Maranello con meno enfasi hanno lavorato nella stessa direzione, introducendo la batteria che adotta l’elettrolita allo stato solido, una tecnologia che la Toyota ha intenzione di introdurre sui primi modelli di serie per prima.

Sappiamo che le batterie agli ioni di litio si scaldano: assorbono calore durante la carica e producono un aumento di temperatura in fase di scarica. Solitamente le celle non devono essere caricate oltre i 45 gradi e scaricate oltre i 60-70 gradi.

Non a caso il sistema è raffreddato da un impianto di refrigerazione che ha il compito di evitare quello che si chiama “thermal runaway” che può portare all’incendio o all’esplosione della batteria.

L’elettrolita può reagire con altri elementi della cella creando gas che aumentano la pressione interna e generano altro calore che determina prima una perdita di efficienza e poi dei danni. Con la nuova batteria questi effetti negativi si possono controllare più facilmente e, quindi, si possono cercare prestazioni più spinte.

Tanto che il radiatore dell’ERS potrà essere più piccolo assicurando anche un vantaggio dal punto di vista aerodinamico, ma i benefici più importanti derivano da una batteria con un volume minore ma con una maggiore densità energetica: insomma si possono immagazzinare molti più kW.

In soluzioni che non sono da GP il valore medio passa da 250 Wh/Kg delle celle a elettrolita liquido a circa 400 Wh/kg delle celle allo stato solido, ma è pensabile che ci si sia spinti oltre in F1.

La batteria allo stato solido assicura anche una carica più veloce per cui sulla power unit di Leclerc si è notato un minore “clipping” potendo parcellizzare l’energia elettrica con una maggiore durata nell’arco del giro.

GP di Russia: telemetria a confronto fra Leclerc con la nuova power unit e Sainz

GP di Russia: telemetria a confronto fra Leclerc con la nuova power unit e Sainz

Photo by: Matteo Bobbi

Fino a ieri la Ferrari ha adottato una batteria a bassa tensione (circa 400 volt), mentre con il nuovo sistema è passata ad un alto voltaggio (800 volt) che è in linea con Mercedes (che lo adotta da sempre) e Honda.

Questo incremento ha imposto un grosso lavoro sull’isolamento per imporre nuovi criteri di sicurezza ed evitare la dispersione di scariche, ma offre importanti vantaggi perché si riduce l'amperaggio: ciò significa che il sistema può disporre di cavi e connettori più piccoli perché l’ERS funziona in modo molto più freddo che in precedenza.

Quindi, oltre a una riduzione del volume della batteria, si può misurare in circa 2 kg anche il risparmio di peso dell’ibrido e una miniaturizzazione degli elementi. L’inverter è stato ovviamente ridisegnato come tutto l’impianto elettrico: la Ferrari a effetto suolo potrà beneficiare di un packaging della power unit molto più compatto ed estremo.

Ora si capirà meglio qual è la portata del cambiamento tecnico che è in atto al Cavallino: l’esigenza di portare in pista il nuovo ibrido non è stata tanto la necessità di disporre di una decina di cavalli in più per cercare di contrastare la McLaren nella lotta per il terzo posto nel mondiale Costruttori, quanto fare esperienza sul campo con una tecnologia innovativa e non ancora matura, cercando pregi e difetti di un sistema che è in piena evoluzione.

Tutti stanno lavorando in quel campo: la Mercedes ci era arrivata per prima, mentre ora sarà interessante scoprire se ci saranno dei cambiamenti nei valori con soluzioni nuove che potranno contribuire al progresso della mobilità stradale.

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