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1 PON GAT Asse I Obiettivo Operativo I.4 Progetto «Supporto alla definizione e attuazione delle politiche regionali di ricerca e innovazione (Smart Specialisation Strategy Regionali)» «Priority Setting: identificazione delle priorità tecnologiche Roma, 3-4 ottobre 2013 Tavolo tematico: Mobilità Massimo Ceraolo

2 Elettrificazione ed ibridizzazione di Veicoli di superficie Valutazioni e commenti da parte di un tecnico Senza pretesa di esaustività e senza studi sistematici a supporto

3 Il perimetro del dominio tecnologico 1) Veicoli a propulsione elettrica ricarica M Azionamento ruote motrici Accumulo M Azionamento ruote motrici / eliche En. chimica En. elettrica En. meccanica 4

4 Il perimetro del dominio tecnologico 2) Veicoli a propulsione ibrida combust. convertitore di energia primaria opzione plug-in P 1 P 2 Sistema di accumulo P u Interfaccia ruote motrici / eliche En. chimica En. elettrica En. meccanica 5

5 Il perimetro del dominio tecnologico 3) Elettrificazione dei sistemi ausiliari Conversione ausiliari rendendo elettrica l alimentazione Servosterzo elettrico Condizionamento elettrico Sostituzione di azionamenti idraulici in elettrici in macchine operatrici Sospensioni attive elettromagnetiche Introduzione nuove funzioni ad alimentazione elettrica Controllo elettronico della stabilità (ESC) Parcheggio assistito assetto posto guida a programma... L incremento della potenza elettrica porta a sistemi dual voltage V (fino a 60 V) 6

6 combust. Il perimetro del dominio tecnologico 3) Elettrificazione dei sistemi ausiliari Conversione ausiliari rendendo elettrica l alimentazione Servosterzo elettrico Motore Condizionamento a a combust. elettrico Trasmissione Sostituzione di interna azionamenti idraulici in elettrici in macchine operatrici Sospensioni attive elettromagnetiche G ausiliari meccanici ruote motrici ausiliari Introduzione nuove funzioni ad alimentazione elettrici elettrica Controllo elettronico della stabilità (ESC) Parcheggio assistito Accumulo assetto posto guida a programma... L incremento della potenza elettrica porta a sistemi dual voltage V (fino a 60 V) 7

7 Il perimetro del dominio tecnologico elettrificazione e ibridizzazione: un opportunità trasversale Automotive. I veicoli ibridi sono già più che una nicchia di mercato (circa 3 mio venduti nel 2013); i veicoli elettrici sono oltre i prototipi e i dimostratori (20 modelli in commercio in Italia) Ferroviario. All elettrificazione storica si aggiungono le possibilità di ibridizzazione (trasporto locale, shunters) Navale. La propulsione elettrica è uno standard nelle navi da crociera; esempi di realizzazioni su megayacht; navigazione lagunare e lacustre; vantaggi dell ibridizzazione (non per recupero in frenata!) Aeronautico. Aumentano i sistemi di bordo convertiti in alimentazione elettrica (MEA-AEA) 8

8 Stato dell arte e trend evolutivi Anche i veicoli tradizionali introducono qualche elettrificazione. Qui «Electric recuperation» 9

9 Stato dell arte e trend La spinta verso l automazione è connessa con l elettrificazione: il motore elettrico favorisce enormemente ad es. il parcheggio automatico. radar a lungo raggio per riconoscimento veicoli in avvicinamento radar a breve raggio per riconoscimento pedoni Sistemi a guida parzialmente, altamente e totalmente automatica 10

10 Stato dell arte e trend evolutivi evoluzione mondiale di elettrici e ibridi (fonte: Bosch 2011) 11

11 Stato dell arte e trend evolutivi Evoluzione delle varie tipologie di veicoli per aree geografiche. (EC: elettrici PHEC: elettrici plug-in; HEV: ibridi) (fonte: Bosch 2012) 12

12 Stato dell arte: accumulo elettrochimico - Litio Oggi diffusi 5 tipi fondamentali (NCA, NMC, LMO, LTO, LFP) - Na-NiCl Brevetto dell italiana Fiamm. Potenzialmente convenienti per i trasporti solo per alti utilizzi (Autobus) - BMS Battery Monitoring Systems e Battery Management Systems in fase di grande evoluzione - Energia e potenza Batterie orientate all energia (veicoli elettrici) e alla potenza (veicoli ibridi) - Accumuli misti o ibridi. Talvolta è proposto utilizzo di supercondensatori in associazione a batterie orientate all energia 13

13 Posizionamento strategico del paese e dei suoi territori Sistemi di accumulo: - transizione da cella a batteria: case, condizionamento, BMS - Industrie che realizzano componenti e stazioni ricarica - batterie Na-NiCl Elettrico Stradale: molti piccoli costruttori (biciclette, quadricicli, scooter); costruttori di stazioni di ricarica FIAT con la 500 EV USA Ibrido stradale: autobus (iveco, tecnobus altri piccoli), nel medio periodo FIAT Ferroviario: costruzione treni e veicoli di trasporto guidato (AnsaldoBreda); Certificazione e prova materiale ferroviario (Italcertifer, laboratorio Osmannoro) Piccole e medie imbarcazioni elettriche/ibride (piccoli costruttori di battelli elettrici per parchi marini, acque protette. Venezia: vaporetti diesel-elettrici) Macchine da lavoro (IHImer, Yanmar) Veicoli speciali (veicoli interportuali, muletti elettrici, manutenzione linee ferroviarie, ) 14

14 Principali centri di competenza Internazionali (parziale) Sistemi di accumulo: Costruttori asiatici (kokam, winston, A123, ) Nessuna realtà significativa europea sul batterie al litio Veicoli stradali elettrici: A listino in Italia pochi costruttori selezionati per un totale di 30 allestimenti (su circa 7200) Veicoli stradali ibridi: Quasi tutti i grandi costruttori (da Audi a Volvo, passando per Porsche) Toyota (leader mondiale, 13 allestimenti già a listino, milioni di unità vendute) 15

15 Principali centri di competenza Italiani Sistemi di accumulo: Costruttori/importatori di batterie (es. Generplus/Winston) Costruttori di BMS (Es. Magneti Marelli) apparecchiature di produzione batterie (Kemet) batterie Na-NiCl (Fiamm) Elettrico Stradale: costruttori di biciclette elettriche; piccole imprese semi-artigianali per la produzione di veicoli elettrici (es. quadricicli, scooter), Fiat (CRF) Ibrido stradale: scooter (Piaggio), autobus (Iveco, altri), Fiat (CRF) Ferroviario: certificazione (Italcertifer), laboratori (Centro Sperimentale Osmannoro) CIVES: Consulenza tecnico-normativa-ambientale (consulente regione Lombardia e altre, udizioni alla camera per le incentivazioni) Piccole e medie imbarcazioni elettriche/ibride (cantieristica nazionale) Macchine da lavoro (IHImer, Yanmar) Veicoli speciali (veicoli interportuali, muletti elettrici, manutenzione linee ferroviarie, ) 16

16 ESEMPI SIGNIFICATIVI Bombardier/AnsaldoBreda (Etr 1000) Scooter Ibrido Piaggio Bus (ibridi Iveco) Miriade di studi, prototipi o dimostratori, e prodotti a listino di veicoli sia navali che ferroviari e stradali, a propulsione elettrica o ibrida 17

17 Principali sfide Sistemi di accumulo Miglioramento prestazioni BMS: riduzione costi, standardizzazione Miglioramento capacità celle, in potenza ed energia (Asia) Veicoli elettrici stradali L Italia oggi compete solo con piccoli costruttori; molte nicchie possono essere favorite (biciclette, scooter, quadricicli, stazioni ricarica); ingresso di Fiat? Veicoli Ibridi La grande industria italiana non ha prodotti a listino ma possiede centri di eccellenza (veicoli stradali: CRF). La piccola opera in nicchie su sottosistemi e veicoli di piccole dimensioni (veicoli stradali) Interessanti esperienze pregresse nel navale e nel ferroviario da valorizzare Elettrificazione (48 V o U<60V) A/C compressor, active chassis, sottosistemi per macchine da lavoro 18

18 CONCLUSIONI Veicoli elettrici, ibridi, e elettrificazione ausiliari sono un dominio in grande espansione Esso è trasversale fra il ferroviario, lo stradale, il navale, l aeronautico Per il ferroviario l Italia ha grande industria enti di certificazione (Italcertifer) laboratori di eccellenza (Centro Sperimentale Osmannoro) per il navale l Italia eccelle sulla cantieristica (Fincantieri) e nautica per navi di lusso (es. polo Versilia) per lo stradale, si notano gli sforzi di Piaggio e quelli di molti piccoli costruttori impegnati in nicchie di mercato Tematico xxxxxxx 20

19 PON GAT Asse I Obiettivo Operativo I.4 Progetto «Supporto alla definizione e attuazione delle politiche regionali di ricerca e innovazione (Smart Specialisation Strategy Regionali)» «Priority Setting: identificazione delle priorità tecnologiche Roma, 3-4 ottobre 2013 Tavolo tematico: Mobilità Massimo Ceraolo

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