IMPIANTI DI RICARICA PER AUTO ELETTRICHE Prospettive e opportunità Trento 6 giugno Tecnologie per la trazione elettrica prof. S.

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1 Dipartimento di Ingegneria Industriale Department of Industrial Engineering IMPIANTI DI RICARICA PER AUTO ELETTRICHE Prospettive e opportunità Trento 6 giugno 2012 Tecnologie per la trazione elettrica prof. S. Bolognani Laboratorio di Azionamenti elettrici Electrical Drives Laboratory

2 Missione di EDLab Studio e sperimentazione degli aspetti connessi al progetto elettromagnetico ed al controllo dei motori elettrici per azionamenti in corrente alternata. Caratteristica distintiva e riconosciuta è l attività di ricerca svolta in sinergia dal gruppo che progetta il motore e da quello che sviluppa il controllo. progetto controllo 2

3 anno Attività di EDLab nel settore della propulsione elettrica e dell automotive Oggetto 2001 Contratto di Pompe di circolazione elettrica per motore automobilistico: Motore e azionamento elettrico per ricerca pompa circolazione BMW serie PRIN Scooter elettrico: Prototipo esposto a Vicenza nel 2003 in occasione dell AC Motor drive technology 2000 Progetto Propulsione navale a idrogetto: Studio di fattibilità per Fincantieri su imbarcazione Tirrenia EDLab 2003 PRIN Servosterzo elettrico: Motori ed azionamenti per servosterzo elettrico tipo steer-by-wire con riflessione di coppia al volante (veicolo di riferimento Alfa Romeo) 2005 PRIN Propulsione navale: Motore, azionamento e sistema elettrico di bordo per catamarano ibrido (2x25 kw); Motore PM per nave da crociera (1000 HP) 2007 PRIN Soluzioni innovative con macchine sincrone in veicoli elettrici o ibridi per il miglioramento delle prestazioni e dell'efficienza: Azionamenti per veicoli ibridi di potenza motociclistica 2007 Progetto EDLab starter-alternator per Int. Future Energy Challenge : motore e azionamento (competizione internazionale: progetto riconosciuto con due premi) 2007 Contratto di Motori e azionamenti per veicoli elettrici ed ibridi motociclistici: starter-generator + motore ruota ricerca 2007 Contratto di ricerca Design and analysis of permanent magnet machines for hybrid electric vehicles and rail-traction applications: Borsa di dottorato (a tema vincolato) pagata da azienda straniera 2008 Contratto di ricerca Analysis, Design and Prototyping of Interior PM Motors for Electric Power Steering: Contratto con azienda Americana 2009 Contratto di ricerca Azionamento di uno starter-alternator per veicoli mild-hybrid: Motore, elettronica di potenza e controllo 2010 Contratto di ricerca Motori e azionamenti per veicoli elettrici ed ibridi motociclistici: Motori e azionamenti per veicoli sportivi e turismo ibridi parallelo e seriale (Aprilia) 2011 Industria 2015 Propulsione ferroviaria con motore sincrono a magneti permanenti: Progettazione motore e azionamento 3

4 Progetto MoBi (Aprilia) Curva di coppia combinata per esaltare i bassi giri Coppia originale di Aprilia RS 125 Coppia richiesta alla macchina elettrica Potenza massima combinata inferiore agli 11 kw Torque [Nm] 6 4 ICE torque EM torque Hybrid torque Hybrid power 6 4 Power [kw] Speed [rpm] 4

5 Progetto MoBi 5

6 Progetto MoBi Prove a banco in Aprilia Caratteristica di coppia della sola macchina elettrica ricavata a banco 7 6 Caratteristica sperimentale 5 Torque [Nm] Speed [rpm] Caratteristica di progetto 6

7 Risultati finale del progetto MoBi Batterie Azionamento Prova in pista a Pontedera Macchina elettrica 7

8 Risultati finale del progetto MoBi 8

9 Possibili miglioramenti sull attuale progetto MoBi Ottimizzazione della macchina elettrica (numero di poli, resolver, dimensioni) Avvolgimento ausiliario per la ricarica a 12V della batteria tradizionale o DC/DC dal pacco batterie Miglioramento delle strategie di carica e scarica delle batterie e delle stesse (Litio) Obiettivo di rendere la soluzione ibrida competitiva con il mercato. 9

10 Sviluppo di un veicolo elettrico Quando si pensa ad una nuova Tecnologia va vista come un opportunità per ottenere prestazioni e funzioni altrimenti non ottenibili quindi, nel caso in questione: non pensare di replicare un veicolo tradizionale. accettare il compromesso fra pregi e difetti di un veicolo elettrico. >>Disponibilità a sacrificare qualcosa dell abituale per avere qualcosa di innovativo. 10

11 Sviluppo di un veicolo elettrico Definizione specifiche Prestazioni Scelta del veicolo Progettazione 11

12 Scelta del veicolo - 1/2 (.. e specifiche) Urbano (trasporto individuale) Limitata autonomia (giornaliera) Elettrico puro o Ibrido con possibilità di funzionamento solo elettrico (brevi tratti) Plug-in (ricarica veloce da rete) Extraurbano (turismo) Ampia autonomia (range extended o sostituzione rapida delle batterie) Ibrido seriale o parallelo Trasporto individuale o famigliare 12

13 Scelta del veicolo - 2/2 (.. e specifiche) Collettivo Urbano o interurbano Autonomia giornaliera (se solo elettrico) Interazione con la rete (p.e. rifasamento) Personal rapid transit (PRT) Competizione Autonomia limitata alla sola gara Ibrido parallelo per ottimizzazione curva di coppia Contenimento pesi e volumi Breve durata di vita (alto sfruttamento) 13

14 Progettazione Integrata e globale Scelta materiali elettrici e meccanici (analisi tecnicoeconomica) Ottimizzazione componenti elettrici e meccanici Dimensionamento e gestione accumulo energia Target Costo/Volumi di vendita Affidabilità Efficienza.. 14

15 Funzionalità aggiuntive Automazione veicolo Energy management ottimizzato con il percorso Fault tolerance (affidabiltà) Servo comandi Servo freno, servo sterzo, servo rollio,. Vehicle to grid Fornitura potenza reattiva Trasporto energia. 15

16 Tecnologie per la trazione elettrica Grazie per l attenzione! 16