Innovazione tecnologica nei sistemi di trazione

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1 Innovazione tecnologica nei sistemi di trazione Prof. FABIO MASSIMO FRATTALE MASCIOLI Responsabile del Polo per la Mobilità Sostenibile Sapienza Università di Roma

2 POMOS RICERCA E SVILUPPO

3 POMOS LA SEDE Prima Convenzione Febbraio 2008 Direzione Regionale Ambiente e Cooperazione tra i Popoli e Dipartimento INFO-COM Durata: 3 anni Finanziamento: ,00 Seconda Convenzione Gennaio 2011 Direzione Regionale Protezione Civile e Dipartimento D.I.E.T. (ex INFO-COM) Durata: 2 anni Finanziamento: ,00

4 The Projects European Projects Press4Transport Horizon 2020 National Projects HI QUAD HI ZEV PON ROTOLION Regionale/Local Projects ECO CHASSIS FEMAG-T Ventotene Isola Emissioni Zero Biocarrozza Elettrica DefendHer P.L.U.S. Cisterna di Latina Bonifica 2.0 POMOS The Networks COLLABORATION AGREEMENTS ASSOCIATIONS 1 1 COMPANIES (SMEs) RESEARCH CENTERS MUNICIPALITIES 3 CONSORTIUM 7 TRAINING ISTITUTIONS 3 UNIVERSITIES 4 MAIN BUSINESS TYPE AUTOMOTIVE 2 5 TLC 6 ELECTRONICS 1 ENERGY 1 1 TRAINING 3 ICT 1 4 INDUSTRIAL PLANTS 2 MOBILITY 1 SERVICES 1 2 SMALL AND MEDIUM COMPANIES LARGE COMPANIES

5 POMOS - BIOCARROZZA

6 POMOS - VALENTINO I

7 POMOS - VALENTINO II

8 POMOS HI-ZEV 2015

9 Thor Thor Pick-up Nozomi ibrido Electric Quad RAM ZEV Bizzarrini P538h Quad elettrico RAM ZEV Progetto Ibrido DefendHer Muletto Ibrido

10 SMART CITY

11 SMART GRIDS Per SMART GRID si intende una rete elettrica intelligente, in grado di interfacciarsi con tutti gli utenti connessi, siano essi produttori, consumatori o prosumers, allo scopo di distribuire energia in modo efficiente, sostenibile, economicamente vantaggioso e sicuro. La SMART GRID utilizzerà prodotti e servizi innovativi assieme a tecnologie intelligenti di monitoraggio, controllo, comunicazione, allo scopo di aumentare il grado di affidabilità e sicurezza del sistema elettrico

12 MICRO GRIDS MICRO GRIDS è un sistema di produzione e distribuzione locale di energia in piccola scala, da fonti rinnovabili. Tutti gli elementi del sistema sono integrati e monitorati mediante un unità di controllo al fine di ottimizzare prestazione e efficienza. Il sistema può comprendere: fonti rinnovabili (eolico, fotovoltaico ) fonti da cogenerazione (biometano ) Gruppi di accumulo Carichi domestici, industriali e rurali stazioni di ricarica lente e veloci Eventuale connessione alla rete di distribuzione elettrica

13 MICRO GRIDS UN POSSIBILE ESEMPIO DI MICRO GRID PUÒ ESSERE UNA PENSILINA DOTATA DI GENERAZIONE DA FONTI RINNOVABILI, SISTEMA D ACCUMULO E COLONNINE PER MEZZI ELETTRICI.

14 POMOS RICARICA VELOCE MICRO GRID Il Pomos ha realizzato un impianto di ricarica veloce (ChaDeMo) e lenta alimentato da energia rinnovabile Presso Aprilia in collaborazione con il concessionario Citroen Prezioso.

15 VERSO LA MOBILITA INTERMODALE CONTRIBUIRE A VALORIZZARE LE POTENZIALITÀ DEL SISTEMA TERRITORIALE ATTRAVERSO PERCORSI DI SVILUPPO SOSTENIBILE. FLOTTA INTERMODALE : VEICOLI TERRESTRI, BATTELLI, MOBILITÀ ELETTRICA IMPLEMENTAZI E IBRIDA ONE PLUG-IN TECNOLOGIE VANET INFRASTRUTTURE ENERGETICHE: SISTEMI DI PRODUZIONE, STOCCAGGIO, RICARICA, MINI (RURAL) GRIDS TELEMATICA: GESTIONE SISTEMI (CONTROLLO FLOTTE), PIATTAFORMA GIS, RETE SENSORI, DRONI REALIZZAZIONE DEL PADIGLIONE ESPOSITIVO

16 VEICOLI ELETTRICI I VEICOLI ELETTRICI I COMPONENTI TEST E CERTIFICHE DECRETO LEGGE DEL1 DICEMBRE 2015, N. 219 DEL RETROFIT

17 VEICOLI ELETTRICI VANTAGGI: ALTA EFFICIENZA DEI MOTORI ELETTRICI ECOSOSTENIBILITÀ MINIMA MANUTENZIONE SVANTAGGI: COSTI ELEVATI PER I SISTEMI DI ACCUMULO DELL'ENERGIA (ESS) LIMITATA AUTONOMIA (MA )

18 COMPONENTI VEICOLI ELETTRICI MOTORE : COPPIA E NUMERO DI GIRI POTENZA RICHIESTA INVERTER: TENSIONE PACCO BATTERIE POTENZA E TIPOLOGIA DEL MOTORE PACCO BATTERIE AUTONOMIA DESIDERATA INGOMBRO E PESO

19 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: PACCHI BATTERIE L ENERGIA DI UN VEICOLO È IMMAGAZZINATA NEL PACCO BATTERIE RICARICABILI (ESS); I PARAMETRI FONDAMENTALI DELLE BATTERIE SONO: TENSIONE (VOLT) CAPACITÀ (AMPERE ORA) CORRENTE MAX SCARICA E CARICA (AMPERE ) DENSITÀ DI ENERGIA (WATTORA/KG) RANGE DI TEMPERATURA (CELSIUS) STATO DI CARICA O SOC (%):

20 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: BATTERIE RICARICABILI TECNOLOGIE PIOMBO-ACIDO NICD LITIO- IONI LITIO- POLIMERI

21 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: BATTERIE LITIO

22 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: BATTERY MANAGEMENT SYSTEM IL BATTERY MANAGEMENT SYSTEM (BMS) È IL SISTEMA CHE PERMETTE LA GESTIONE EFFICIENTE E SICURA DELLE BATTERIE. CONTROLLA LE TENSIONI DI OGNI CELLA IMPEDENDO SOVRA E SOTTO TENSIONI IN CARICA E DURANTE LA TRAZIONE. EQUALIZZA LA TENSIONE DELLE CELLE: PASSIVO: SCARICA ATTIVO TRASFERISCE LA CARICA CALCOLA LA SOC LA TEMPERATURA È UN ALTRO PARAMETRO DA MONITORARE, FONDAMENTALE PER LO STATE OF HEALTH (SOH).

23 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: SISTEMA DI RICARICA IL SISTEMA DI RICARICA CON LA COLLABORAZIONE DEL BMS RIPRISTINA IL LIVELLO DI ENERGIA DELLE BATTERIE. IL CARICABATTERIE PUÒ ESSERE INTERNO AL VEICOLO, COLLEGATO ALLA RETE ELETTRICA AC O ESTERNO CHE FORNISCE CORRENTE CONTINUA DIRETTAMENTE AL PACCO. IL SISTEMA DI RICARICA DEVE ESSERE SPECIFICO PER LA TIPOLOGIA DELLA BATTERIA. PARAMETRO FONDAMENTALE È LA CORRENTE EROGATA CHE DETERMINA IL TEMPO DI RICARICA.

24 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: SISTEMA DI RICARICA

25 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: SISTEMA DI RICARICA

26 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: SISTEMI DI RICARICA RAPIDA

27 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: I MOTORI I primi motori elettrici utilizzati per la trazione, soprattutto per piccoli veicoli, sono stati quelli a corrente continua a magneti permanenti o ad eccitazione separata. Caratterizzati da: problemi di manutenzione (per la presenza di spazzole e collettori) di basso rendimento di complessità di costruzione. Motori corrente continua

28 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: I MOTORI Motori ad induzione Nel motore ad induzione (asincrono) lo statore è alimentato da una tensione alternata trifase, mentre il campo magnetico di rotore viene creato per induzione, eliminando quindi la presenza di contatti striscianti e dei magneti. Le principali caratteristiche di questo motore sono: ridotti costi di produzione; necessità di manutenzione praticamente nulla ed elevata robustezza; con opportune tecniche si può disaccoppiare il controllo della coppia da quello della generazione del campo magnetico di rotore; rapporto di elasticità molto elevato, con una velocità massima circa doppia di quella; bassa densità di coppia per massa, che comporta un elevata massa del motore per avere una coppia fissata; bassa densità di coppia per volume, che porta ad avere elevati ingombri; rendimento inferiore rispetto ad altri motori elettrici; elevato momento d inerzia del rotore che ha al suo interno avvolgimenti di rame.

29 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: I MOTORI Motori ad induzione vista esplosa delle varie parti di un motore asincrono a gabbia. circuiti magnetici di statore e di rotore

30 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: I MOTORI Motori brushless Nel motore brushless (sincrono a magneti permanenti), rispetto all asincrono, il campo magnetico rotorico è generato da magneti permanenti e le bobine di statore sono alimentate da un generatore equilibrato di corrente trifase. Le principali caratteristiche sono: alto rendimento (maggiore rispetto al motore ad induzione); alta densità di coppia per massa che consente di avere un peso minore a parità di coppia da fornire; alta densità di coppia per volume che consente di avere ingombri ridotti; momento rotorico d inerzia particolarmente ridotto; costo elevato; necessità di mantenere il sincronismo: è necessario quindi avere un sensore per la misura della posizione del motore; elasticità molto limitata, il campo generato dai magneti può essere indebolito solo entro certi limiti, per non smagnetizzare il materiale, e questo porta ad avere un limitato campo di velocità nel tratto a potenza costante. Ciò può limitarne l uso in certe applicazioni di trazione.

31 I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: I MOTORI Motori brushless

32 UN Applicazione avanzata: Auto sportiva ad alte prestazioni con 4 motori elettrici

33 DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219 PER RETROFIT ELETTRICO O "SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA SI INTENDE : UN SISTEMA CHE CONSENTE DI TRASFORMARE UN VEICOLO CON MOTORE ENDOTERMICO IN UN VEICOLO CON ESCLUSIVA TRAZIONE ELETTRICA. IL SISTEMA È COSTITUITO ALMENO DA: 1. UN MOTOPROPULSORE (MACCHINA ELETTRICA E RELATIVO CONVERTITORE DI POTENZA), MONTATO A MONTE DEGLI ORGANI DI TRASMISSIONE; 2. UN PACCO BATTERIE (COMPRENSIVO DI SISTEMA DI GESTIONE ELETTRICA E TERMICA DEGLI ACCUMULATORI E DI SISTEMA DI SEZIONAMENTO E PROTEZIONE) INTESO A FORNIRE IN MODO ESCLUSIVO L'ENERGIA E LA POTENZA DI TRAZIONE; 3. UN'INTERFACCIA CON LA RETE PER LA RICARICA DEL PACCO BATTERIE; 4. EVENTUALI ALTRI SOTTOSISTEMI NECESSARI AL CORRETTO FUNZIONAMENTO DEL VEICOLO TRASFORMATO.

34 DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219 Definizioni "TIPO DI VEICOLO": L'INSIEME DEI VEICOLI QUALI DEFINITI DALL'ARTICOLO 3, COMMA 17, DELLA DIRETTIVA 2007/46/CE E SUCCESSIVE MODIFICAZIONI; "FAMIGLIA DI VEICOLI": SOTTOINSIEME DI VERSIONI DI VARIANTI, QUALI DEFINITE DALL'ALLEGATO II, PARTE B, DELLA DIRETTIVA 2007/46/CE E SUCCESSIVE MODIFICAZIONI, APPARTENENTI ALLO STESSO TIPO DI VEICOLO, CHE NON DIFFERISCANO PER CARATTERISTICHE DIMENSIONALI E DI PRESTAZIONI FUNZIONALMENTE CONNESSE AL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA; "CAMPO D'IMPIEGO": LE FAMIGLIE DI VEICOLI SULLE QUALI IL "SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA" PUÒ ESSERE INSTALLATO, SECONDO I CRITERI TECNICI INDICATI NELL'ALLEGATO C AL PRESENTE DECRETO.

35 DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219 Definizioni CATEGORIA M: VEICOLI A MOTORE DESTINATI AL TRASPORTO DI PERSONE ED AVENTI ALMENO QUATTRO RUOTE; - CATEGORIA M1: VEICOLI DESTINATI AL TRASPORTO DI PERSONE, AVENTI AL MASSIMO OTTO POSTI A SEDERE OLTRE AL SEDILE DEL CONDUCENTE; - CATEGORIA M2: VEICOLI DESTINATI AL TRASPORTO DI PERSONE, AVENTI PIÙ DI OTTO POSTI A SEDERE OLTRE AL SEDILE DEL CONDUCENTE E MASSA MASSIMA NON SUPERIORE A 5 T; - CATEGORIA M3: VEICOLI DESTINATI AL TRASPORTO DI PERSONE, AVENTI PIÙ DI OTTO POSTI A SEDERE OLTRE AL SEDILE DEL CONDUCENTE E MASSA MASSIMA SUPERIORE A 5 T; - CATEGORIA N: VEICOLI A MOTORE DESTINATI AL TRASPORTO DI MERCI, AVENTI ALMENO QUATTRO RUOTE; - CATEGORIA N1: VEICOLI DESTINATI AL TRASPORTO DI MERCI, AVENTI MASSA MASSIMA NON SUPERIORE A 3,5 T; - AMMESSA LA SOTTOCATEGORIA G PER VEICOLI FUORISTRADA

36 DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219 Omologazione LA DOMANDA DI OMOLOGAZIONE DI UN SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA E' PRESENTATA PRESSO UN SERVIZIO TECNICO (CPA), QUALE DEFINITO DALL'ARTICOLO 3, COMMA 1, LETTERA LL. OGNI SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA E' OMOLOGATO DALLA DIREZIONE GENERALE PER LA MOTORIZZAZIONE IN RELAZIONE AD UNA O PIÙ FAMIGLIE DI VEICOLI, A SEGUITO DELL'ESITO FAVOREVOLE DELLA VERIFICA DI IDONEITÀ DELLO STESSO. LA DIREZIONE GENERALE PER LA MOTORIZZAZIONE RILASCIA IL CERTIFICATO DI OMOLOGAZIONE DEL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA

37 DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219 CARATTERISTICHE GENERALI DEL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA RICHIESTE PER L'OMOLOGAZIONE 1. CIASCUN SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA E' PROGETTATO, COSTRUITO E MONTATO IN MODO TALE CHE NON SIANO ALTERATE LE ORIGINARIE CARATTERISTICHE DEL VEICOLO IN TERMINI DI PRESTAZIONI E SICUREZZA. 2. E' RICHIESTO IL PREVENTIVO NULLA OSTA DEL COSTRUTTORE DEL VEICOLO NEI CASI IN CUI IL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA RICHIEDA SOSTITUZIONI O MODIFICHE DI PARTI DEL VEICOLO AL DI FUORI DEL SISTEMA DI PROPULSIONE STESSO. 3. IN ALTERNATIVA AL NULLA OSTA DEL COSTRUTTORE DEL VEICOLO, IL SERVIZIO TECNICO, PROCEDERÀ ALLE VERIFICHE E PROVE NECESSARIE PER ACCERTARE, CHE LE MODIFICHE EFFETTUATE ASSICURINO UN LIVELLO DI SICUREZZA E DI PRESTAZIONI NON INFERIORI A QUELLO DEL VEICOLO ORIGINARIO.

38 DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219 PRESCRIZIONI 1. IL COSTRUTTORE DEL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA E' RESPONSABILE DELL'OMOLOGAZIONE E DELLA CONFORMITÀ DI PRODUZIONE DI TUTTI I COMPONENTI DEL SISTEMA STESSO, NONCHÉ DELLE MODIFICHE NECESSARIE PER INSTALLARE IL SISTEMA SU UN VEICOLO APPARTENENTE AL CAMPO DI IMPIEGO DEL SISTEMA MEDESIMO. 2. L'INSTALLATORE DEL SISTEMA DEVE ESSER IMPRESA ESERCENTE L ATTIVITÀ DI AUTORIPARAZIONE. L'INSTALLATORE DEL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA SUL VEICOLO RILASCIA UNA DICHIARAZIONE DI CONFORMITÀ, CON LA QUALE CERTIFICA L'OSSERVANZA DELLE PRESCRIZIONI PER L'INSTALLAZIONE DISPOSTE DAL COSTRUTTORE DEL SISTEMA E, A SEGUITO DI VISITA E PROVA, L'AGGIORNAMENTO DELLA CARTA DI CIRCOLAZIONE.

39 PERCHÉ IL RETROFIT PER RIQUALIFICARE IL PARCO AUTO ENDOTERMICO USATO CHE UNA VOLTA TRASFORMATO GODRÀ DEI VANTAGGI DEI VEICOLI ELETTRICI : ZERO EMISSIONI LOCALI. ALLUNGAMENTO DEL CICLO DI VITA DEI VEICOLI. RIUTILIZZO EVENTUALE DELLE PARTI RIMOSSE. EFFICIENZA ENERGETICA NOTEVOLMENTE SUPERIORE COSTO ENERGIA ELETTRICA INFERIORE AL COMBUSTIBILE VITA MEDIA DEI MOTORI ELETTRICI 2 MILIONI DI KM E BASSI COSTI DI MANUTENZIONE. BOLLO E ASSICURAZIONE ACCESSO GRATUITO ALLE ZTL, PARCHEGGI RISERVATI E ALCUNI CENTRI COMMERCIALI COLONNINE DI RICARICA GRATIS.

40 INDIVIDUAZIONE DI UN MODELLO IDONEO ALLA REALIZZAZIONE DI UN KIT DI CONVERSIONE ESIGENZE SPECIFICHE DEL MERCATO (TRASPORTO MERCI, TRASPORTO PERSONE ) NUMERO POTENZIALI ACQUIRENTI INTERESSATI AL VEICOLO TRASFORMATO NUMERO DI VEICOLI CIRCOLANTI (MAGGIORE È IL NUMERO DI VEICOLI CIRCOLANTI DI UN CERTO MODELLO MAGGIORI SONO LE POSSIBILITÀ DI SUCCESSO DEL KIT DI TRASFORMAZIONE) DISPONIBILITÀ DI SPAZI ADEGUATI AD OSPITARE I COMPONENTI NECESSARI ALLA TRASFORMAZIONE (PROPULSORE ELETTRICO, PACCO BATTERIE )

41 INTERVENTO DI RETROFIT SU UN VEICOLO RIMOZIONE DEL MOTORE, SERBATOIO E QUANTO ALTRO NON NECESSARIO REALIZZAZIONE DI UN ORGANO DI ACCOPPIAMENTO DEL PROPULSORE ELETTRICO AL SISTEMA DI TRASMISSIONE DEL MOTO PREESISTENTE (SPESSO AL DIFFERENZIALE O CAMBIO) COLLOCAMENTO DEL PACCO BATTERIE, DEL MOTORE E DELLE ELETTRONICHE DI CONTROLLO REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA A MICROCONTROLLORE PER LA GESTIONE DEI SEGNALI E LA SUPERVISIONE DEL MEZZO (ADATTAMENTO DELLE TENSIONI DEL PEDALE DEL ACCELERATORE, MISURA E VISUALIZZAZIONE DELLE TENSIONI E CORRENTI )

42 COLLAUDO E TEST ACCENSIONE E VERIFICA FUNZIONALE DEL POWER TRAIN PROVA IN STRADA MISURA DELLE PRESTAZIONI E CONTROLLO DEL RAGGIUNGIMENTO DELLE SPECIFICHE DI PROGETTO TEST DI DURATA E RICARICA DEL PACCO BATTERIA TEST DI ISOLAMENTO ELETTRICO E CONTROLLO DI INTERRUZIONE DEI TELERUTTORI (SICUREZZA ELETTRICA) TEST DI EMISSIONI E COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA

43 COLLAUDO E TEST Test di giri, potenza e coppia al banco prova a correnti parassite motore trifase asincrono

44 COLLAUDO E TEST Test al banco prova a correnti parassite di un motore asincrono trifase. potenza e coppia a giri costanti: collegamenti inverter

45 COLLAUDO E TEST Test al banco di un motore elettrico brushless

46 COLLAUDO E TEST Grafico potenza e coppia vs giri risultante dal test al banco prova a correnti parassite di un motore asincrono trifase.

47 COLLAUDO E TEST Grafico potenza e coppia vs giri risultante dal test al banco prova a correnti parassite di un motore endotermico (Td5 defender).

48 COLLAUDO E TEST Grafico potenza e coppia vs giri risultante dal test al banco prova a correnti parassite di un motore elettrico brushless

49 GRAZIE PER L ATTENZIONE POMOS - POLO PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE FABIO.MASCIOLI@POMOS.IT -