Le trasformazioni di veicoli convenzionali in veicoli elettrici e ibridi. F.L. Mapelli

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1 Le trasformazioni di veicoli convenzionali in veicoli elettrici e ibridi. F.L. Mapelli

2 Contenuti Confronto veicolo convenzionale con veicolo elettrico La trasformazione da convenzionale a elettrico puro Il concetto di veicolo ibrido Differenti configurazioni di ibrido La trasformazione in ibrido

3 Veicolo Convenzionale Tecnologia consolidata Costi ridotti (alta industrializzazione +100 anni) Uso di combustibili a idrocarburi Emissioni inquinanti Bassa efficienza (il 30-35% dell energia presente nel combustibile arriva alle ruote) Presenza di cambio-frizione orgnai meccanici soggetti a usura Parti ad alta temperatura

4 Trasformazione Convenzionale in elettrico Il serbatoio ora diventa la batteria Motore a scoppio, frizione e cambio diventano: Convertitore elettronico di potenza e motore elettrico Per fare «il pieno di energia» serve un carica batteria a bordo e una connessione di ricarica

5 Veicolo Elettrico: Il power train Plug In: Carica batterie a bordo Convertitore elettronico di potenza Trasmissione a rapporto fisso

6 Veicolo elettrico: Vantaggi e svantaggi Vantaggi: No frizione, no cambio Recupero energia in frenatura (meno usura freni) Alta efficienza energetica (dal serbatoio alla ruota) Nessuna emissione gassosa inquinante in marcia Rumorosità limitata Manutenzione semplificata (meno parti soggette a usura) Svantaggi: Autonomia con un pieno ridotta ( km). Performance (140 km/h max. speed). Tempo di ricarica lungo (4-7 h) Ricarica Rapida: 40 minuti con carica batt. speciale Batteria Costosa Costi sostenibili per via del risparmio, incentivi, recupero mezzi usati

7 I componenti base di un veicolo elettrico

8 Batterie: dati tecnici ENERGIA al chilo ([Wh/kg): energia specifica POTENZA per chilo ([W/kg]): potenza specifica Tensione nominale: tensione erogata a batteria carica Numero di cicli di ricarica: numero di cicli di carica/scarica completa effettuabili prima che la batteria vada sostituita. Attualmente le batterie al litio sono le migliori tecnologicamente Le batterie al piombo rappresentano una tecnologia consolidata e poco costosa ma sono le più pesanti

9 Comparazione costo al km elettrico -convenzionale Consumo in città auto 1200 kg 0,14 kwh/km costo 1 kwh 0,16 Consumo in città auto convenzionale 6,7 l/100km => 0,067 l/km costo un litro benzina 1,7 COSTO al km veicolo elettrico 0,0224 COSTO al km veicolo benzina 0,1139 COSTO 400 km veicolo elettrico 8,96 COSTO 400 km veicolo benzina 46 * Ogni 400 km si risparmiano 37 euro * Su km/anno si risparmiano 1400 euro

10 1 Perché non viaggiamo tutti con i veicoli elettrici Perché le batterie hanno un costo significativo e non si raggiunge il pareggio economico Costo veicolo elettrico nuovo euro Con la trasformazione in elettrico si recupera le parti ancora utilizzabili (carrozzeria sedili, strumentazione ruote etc etc) e si elimina la parte più usurata (motore a scoppio) Il veicolo rigenerato in elettrico costa meno di uno nuovo abbassando il punto di «pareggio economico».

11 1 Auto elettriche di serie Ampera I-Miev Zoe Tesla Roadster

12 1 Vantaggi del veicolo elettrico Potrebbe ricevere ulteriori sgravi fiscali e incentivi economici Non paga il ticket per l ingresso in città Potrebbe avere sconti su parcheggi e autostrade Lo ricarico con la presa di casa o nel parcheggio pubblico e/o luogo di lavoro Silenzioso Non inquinante all utilizzo Meno inquinante complessivamente addirittura zero se tutta l energia elettrica fosse prodotta con fonti rinnovabili (solare eolico idroelettrico) Costa meno la manutenzione ordinaria: meno parti soggette a usura e temperature del motore molto più basse. Veicolo elettrico NUOVO costa dai ai euro

13 Componenti principali della trasformazione Convenzionale => Elettrico Rimuovere: serbatoio, marmitta, motore (completo), frizione (cambio opzionale) Si riutilizza, batteria 12V, radiatore e ventole, cruscotto, pedali, differenziale (cambio), impianto elettrico 12V originale Si Aggiunge: batteria di trazione, convertitore elettronico di potenza motore elettrico, centralina. COMPONENTI AUSILIARI DEL MOTORE CHE vanno rimpiazzati: Alternatore Pompa idroguida (se idraulico) Depressore freni Pompa circolazione acqua raffreddamento Centralina motore che comunica con cruscotto. Sistema di riscaldamento Compressore per condizionamento 1

14 Componenti Ausiliari Alternatore => DC/DC conveter Preleva energia elettrica dalla batteria di trazione e mantiene carica la batteria a 12 V (che può essere ridotta). Pompa idroguida (se idraulico) => elettropompa Si comanda la pompa dell idroguida con un motore elettrico a 12 Volt Servosterzo elettrico: se il veicolo ha un servosterzo elettrico non serve alcun intervento meccanico ma solo elettronico (software che emula la centralina motore) Depressore freni: Si installa un depressore comandato elettricamente. 1

15 1 Componenti Ausiliari Pompa circolazione acqua raffreddamento: Si mette una pompa di circolazione (15 l/min 1 bar) comandata da un motore elettrico a 12V Centralina motore che comunica con cruscotto: Si installa una centralina che «finge» di essere la centralina motore e da tutte le informazioni su rete CAN a ABS, EPS (servosterzo elettrico) ESP, VDC etc etc se presenti. Strumentazione di bordo: possono essere riutilizzati attraverso la nuova centralina installata (contagiri, indicatore di livello, tachimetro).

16 1 Componenti Ausiliari Sistema di riscaldamento: Si mette un riscaldatore elettrico o ci si interfaccia con il circuito di raffreddamento che però è termostatato a C, oppure un riscaldatore a gasolio o metanolo. Compressore condizionatore: Si attua mediante motore elettrico o lo si mette trascinato dal motore elettrico di trazione (in questo caso non lo si ha al minimo quindi in coda). E comunque un carico importante che può aumentare i consumi e ridurre l autonomia I dispositivi ausiliari da installare sono in quantità superiore a quelli principali e influenzano notevolmente i consumi.

17 1 Esempio di Trasformazione in elettrico Puro Conversione di un Alfa Romeo MiTo in elettrico puro tore elettrico + cambio originale Batteria al litio Test su strada

18 Conversione di una Fiat Grande Punto Prototipo Versione finale Versione Finale La Punto in una Gara FIA-AE a Monza 1

19 1 Veicolo Ibrido: Un compromesso Il veicolo ibrido ha entrambi i motori: elettrico e termico Non ha la necessità di una grande e costosa batteria a bordo e non si rischia di rimanere a piedi dopo 120 km ( c è il serbatoio) E un compromesso Il motore a scoppio è assistito da un motore elettrico. Entrambi i motori cooperano per aumentare l efficienza ridurre i consumi e l inquinamento: Il motore elettrico aiuta quello a scoppio durante le partenze e i sorpassi Il motore a scoppio può essere spento durante le fermate (semafori, coda) È possibile recuperare energia in frenata (KERS) Attraverso un controllo elettronico è possibile far operare sempre I due propulsori (termico ed elettrico) alla loro massima efficienza.

20 Veicolo Ibrido: Mappe efficienza motore Motore endotermico Coppia [Nm] Il motore elettrico ha un efficienza sempre superiore al 70% Motore Elettrico Coppia [Nm] rpm Zona di lavoro motore a scoppio Veicolo convenzionale rpm Veicolo Ibrido 2

21 2 Differenti configurazioni dei veicoli ibridi Differenti configurazioni: Micro Hybrids (start and stop) Mild Hybrids Full hybrids Plug-in Hybrids Extended Range Electric Vehicles (EREV) Differenze: Rapporto tra le potenze del motore elettrico e a scoppio Rapporto fra le energie presenti nel serbatoio e nella batteria Differenti configurazioni della connessione meccanica e delle trasmissioni dei due motori.

22 2 Ibrido Serie Il motore elettico e quello convenzionale sono collegati elettricamente Solo il motore elettrico è collegato alle ruote E come un veicolo elettrico con un gruppo elettrogeno a bordo Si usa per autobus e treni Nel settore automotive is chiama range-extender.

23 2 Ibrido Parallelo I motori sono collegati meccanicamente Tutti e due i motori trasmettono coppia motrice alle ruote E la soluzione più adottata in automotive con differenti varianti.

24 2 Il sistema di trasformazione ibrida bimodale Trasformare un veicolo convenzionale in uno con entrambi i propulsori (elettrico e termico). Configurazione Ibrido Parallelo. Si aggiunge una batteria, un motore elettrico e dell elettronica a bordo di un veicolo normale. Si aggiunge a bordo anche un carica batteria collegabile al 230 V domestico (Plug-In). Modalità di guida : Usando il motore originale a piene prestazioni Usando solo il motore elettrico con prestazioni ridotte (vel. max. 75 km/h, km di autonomia in città) Ibrido (entrambi i motori attivi). Il kit di trasformazione può essere aggiunto a veicoli esistenti.

25 E-CObimShaft ed E-COBimAxle - schema logico E-CObim_Shaft: si applica il motore elettrico sull albero di trasmissione del moto tra il motore e le ruote posteriori (per mezzi con trazione posteriore) E-CObim_Axle: si applica un assale motorizzato all asse posteriore che è libero, sull asse anteriore rimane il motore E-CObim_Shaft Trazione Posteriore E-CObim_Axle Trazione Anteriore

26 2 Le trasformazioni bimodali: componenti ausiliari Quando il veicolo funziona solo con il motore elettrico è a tutti gli effetti un veicolo elettrico Sono necessari i seguenti servizi che non sono più disponibili poiché il motore termico non funziona: Alternatore => DC/DC Depressione freni => depressore elettrico Condizionatore Idroguida Strumentazione del quadro. Si ripropongono le medesime problematiche dei servizi ausiliari viste per la trasformazioni elettriche pure.

27 2 Ibridazione bimodale di un veicolo commerciale Componenti add on

28 2 NORMATIVE: La trasformazione si può fare? Chi può fare una trasformazione Come? Chi certifica e omologa il veicolo trasformato La normativa in Italia non è chiarissima e l adeguamento alle normative europee è un po in ritardo (Siamo fermi a giugno 2012 mancano i decreti attuativi). Omologazione esemplare unico con passaggio da un altro paese CE (Germania, Slovenia) conviene fino a decine di veicoli. Omologazione piccola serie: Rivolgersi alla casa costruttrice (nulla osta) Motorizzazione e il trasformatore deve adeguarsi per avere la licenza di piccolo costruttore.

29 2 CONCLUSIONI Il retrofit elettrico o ibrido è una realtà tecnologica. La convenienza dell operazione è da valutare in termini ecologici oltre che economici L inadeguatezza normativa Italiana rallenta la sua applicazione ma è comunque una operazione fattibile Risulta particolarmente appetibile per la riqualificazione delle flotte di aziende di servizio.