Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere

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1 Bari, 26/07/2011 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere 7 - Componenti, caratteristiche e tecnologie per applicazioni veicolari Giuseppe Mauri Dip. Sviluppo del Sistema Elettrico Ricerca sul Sistema Energetico - RSE Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

2 Sommario Costi dei veicoli elettrici: acquisto, esercizio e manutenzione Componenti, caratteristiche e tecnologie per applicazioni veicolari Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 2 -

3 Costi dei veicoli elettrici: acquisto, esercizio e manutenzione Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 3 -

4 Costi dei veicoli elettrici: acquisto, esercizio e manutenzione Costi addizionali: acquisto Costo BEV: in più rispetto ad auto tradizionale Costo PHEV in più rispetto ad auto tradizionale Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 4 -

5 Costi dei veicoli elettrici: acquisto, esercizio e manutenzione Confronto consumi elettricità-gasolio (Veicolo di segmento A) Percorrenza annua = km Costo annuo Elettricità (Tasse e IVA escluse) 174,5 Costo annuo Gasolio (Tasse e IVA escluse) 289,5 Costo annuo Elettricità (Tasse e IVA incluse) 234,4 Costo annuo Gasolio (Tasse e IVA incluse) 609,4 Differenza di costo annuo combustibile al netto delle imposte = 114,9 Differenza di costo annuo combustibile al lordo delle imposte = 375,0 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 5 -

6 Costi dei veicoli elettrici: acquisto, esercizio e manutenzione Confronto costi elettricità-gasolio AUTO ELETTRICA [] AUTO a GASOLIO [] COSTO ANNUO ELETTRICITÀ / CARBURANTE (tasse e oneri esclusi) [] 174,5 289,5 COSTO ANNUO ELETTRICITÀ / CARBURANTE (tasse e oneri inclusi) [] 234,4 609,4 COSTO MEDIO ANNUO MANUTENZIONE + ASSICURAZIONE [] 828 (1) 542 (3) 86 (2) COSTO SECONDA FORNITURA ELETTRICA [] 444 (4) (+IVA_20%) COSTO MEDIO ANNUO GASOLIO-ELETTRICO (sulla vita di 14 anni) = 78,9 COSTO MEDIO ANNUO GASOLIO-ELETTRICO (sulla vita di 14 anni) = 793,2 - (1) Le batterie hanno un ciclo di vita stimato intorno ai / chilometri. Il costo di sostituzione delle batterie (da 16 kwh), giunte al termine del loro ciclo vitale, è di circa euro (fonte: si considera anche la sostituzione completa dei pneumatici ogni km (valori sono IVA inclusa); (2) Non si tengono in conto i costi relativi alla sostituzione delle batterie, supponendo una durata superiore alla vita tecnica del veicolo; si considera, invece, la sostituzione completa dei pneumatici ogni km (valori sono IVA inclusa); (3) Costi stimati sulla base di dati pubblicati e considerando la sostituzione completa dei pneumatici ogni km circa su un periodo di 14 anni (fonte: (4) fonte: Autorità per l Energia Elettrica e il Gas, Delibera ARG/elt 188/08, disponibile su: Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 6 -

7 Componenti, caratteristiche e tecnologie per applicazioni veicolari Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 7 -

8 Componenti, caratteristiche e tecnologie Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 8 -

9 Componenti, caratteristiche e tecnologie Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri - 9 -

10 Auto avvianti Bidirezionali e reversibili Alto rendimento Silenziosi Senza emissioni Facilmente controllabili Costruttivamente semplici Elevata affidabilità e durata Dispositivi di regolazione poco affidabili Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

11 Poca capacità (autonomia) Pesanti Ingombranti Ricarica: lenta e richiede infrastruttura Prestazioni non costanti Limitata affidabilità e durata Densità di energia Accumulatori: 10 1 Wh/kg Comb. Liquidi: 10 4 Wh/kg Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

12 Progressi tecnologici Motori elettrici più compatti ed efficienti Convertitori elettronici (regolazione più sofisticata e affidabile) Accumulatori più performanti Celle a combustibile e idrogeno Motori termici meno inquinanti e combustibili alternativi Nuove esigenze Riduzione consumi Riduzione emissioni Riduzione rumore Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

13 Veicoli Ibridi Veicoli Ibridi plug-in motore termico + motore elettrico Combinazione dei vantaggi Eliminazione/riduzione degli svantaggi Veicoli elettrici a batteria Veicoli elettrici a celle a combustibile motore elettrico Accumulatori avanzati e sistemi BMU Supercondensatori Celle a combustibile ESIGENZE INFRASTRUTTURALI Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

14 Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

15 PRIUS ICE Hybrid Vehicle (Prius( Prius) Engine TOYOTA-FCHV Toyota FC Hybrid Vehicle Fuel Cell Secondary Battery Motor Power Control Unit Secondary Battery Power Control Unit Motor Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

16 energia chimica energia elettrica energia elettrica conversione elettrochimica conversione elettronica energia meccanica conversione elettromeccanica Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

17 Costo sostenibile Robustezza Affidabilità Alta densità di coppia (avviamento, ripresa) Alta densità di potenza (alle alte velocità) Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

18 Ampia gamma di velocità con regolazione a potenza costante Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

19 Alto rendimento anche a bassi carichi Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

20 Macchine elettriche per la trazione stradale Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

21 ! a) Macchine ad induzione b) Macchine a riluttanza (commutata o sincrona) c) Macchine sincrone a magneti permanenti d) Macchine a corrente continua Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

22 " # $ % Molto robuste Completamente deflussabili Regolazione a potenza costante Disalimentazione del guasto Minor densità di coppia Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

23 & # Maggiore densità di coppia Meno vincoli geometrici Flusso magnetico intrinseco Regolazione a potenza costante Disalimentazione del guasto Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

24 Conversione DC/AC (inverter di trazione) Conversione DC/DC (booster di tensione) Unità di gestione batteria (BMU) e/o Supercap Caricabatteria (ibridi plug-in) Alta frequenza di commutazione (>10 khz) Architetture fault tolerant Controlli sensorless Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

25 Tecnologie IGBT, MOSFET, SiC Condensatori per alte temperature Packaging e raffreddamento Integrazione motore-convertitore Integrazione di più convertitori Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

26 % Belt Alternator Starter (BAS) Start & stop Early cut-off e frenatura rigenerativa Raffreddamento a liquido o ad aria Convertitore bidirezionale Alimentazione V DC 2-3 kw velocità doppia motore Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

27 % Flywheel Alternator Starter (FAS) Funzionalità come BAS + puro elettrico (brevi tratti) + down-sizing motore termico Raffreddamento a liquido (60-90 C) Convertitore bidirezionale Alimentazione V DC 5-10 kw velocità motore Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

28 % ' Doppia macchina Doppio convertitore Alimentazione V Raffreddamento a liquido kw velocità diversa motore Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

29 % Una o più macchine Uno o più convertitori Alimentazione V Raffreddamento a liquido Trasmissione a 1 o 2 rapporti kw Alte velocità Motoruote ) kw Basse velocità Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

30 La tensione cresce con la taglia in potenza Macchine elettriche: quasi indifferente Convertitori basse correnti alte tensioni Accumulatori basse tensioni alte correnti Compromesso tra elettronica ed elettrochimica Convertitori per elevare la tensione Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

31 ( Scarica in avviamento e accelerazione Ricarica in frenatura e a velocità costante Valor medio nullo Speed Profile! " # $ Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

32 ! Batterie per veicoli elettrici Batterie per veicoli ibridi Supercondensatori Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

33 " ) Elevata capacità Batterie Prestazioni migliori se la scarica è livellata Sensibilità alle temperature (alte e basse) Gestione attiva della connessione serie (Litio) Supercondensatori Elevata potenza * +,, - ). Insensibili alla temperatura Connessione serie gestita elettronicamente Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

34 Profilo di carico Potenza media Potenza dinamica Batteria Supercondensatore Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

35 % Diversa legge di scarica Difficoltà di parallelo Tecnologia in evoluzione Convertitore di interfaccia Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

36 " " & Evitare scariche profonde e sovraccariche Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

37 Macchine Elettriche: ottimizzazioni Convertitori: miglioramenti tecnologici Batterie/Supercap: maturazione Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

38 Locomotive diesel-elettriche Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

39 Moto ibride Veicoli tiltanti Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

40 Sistemi diesel elettrici per la propulsione navale Rumore e vibrazioni Spazio Manutenzione Flessibilità e dinamica Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

41 More Electric Aircraft More Electric Engine Generazione/Avviamento Consumi Manutenzione Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri

42 Questo lavoro è stato finanziato da: Ricerca di Sistema per il Settore Elettrico Research Fund for Italian Electric System Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca per il Sistema Elettrico nell ambitodell Accordo di Programma tra ERSE ed il Ministero dello Sviluppo Economico - D.G.E.N.R.E. stipulato in data 29 luglio 2009 in ottemperanza del DM 19 marzo Grazie per la vostra attenzione! giuseppe.mauri@rse-web.it Veicoli elettrici ricaricabili da rete: sfide e opportunità da cogliere, Bari 26/07/2011 Giuseppe Mauri