Veicoli elettrici e ibridi (motociclistici) - AEIT-TAA

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
06/06/2012
[email protected] – 320 434 7348
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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
06/06/2012
controllo
[email protected]
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Attività di EDLab nel settore
della “propulsione elettrica” e dell’ “automotive”
anno
2001
Oggetto
Contratto di
ricerca
PRIN
Pompe di circolazione elettrica per motore automobilistico: Motore e azionamento elettrico per
pompa circolazione BMW serie 5
Scooter elettrico: Prototipo esposto a Vicenza nel 2003 in occasione dell’AC Motor drive technology
Propulsione navale a idrogetto: Studio di fattibilità per Fincantieri su imbarcazione Tirrenia
2003
Progetto
EDLab
PRIN
2005
PRIN
2007
PRIN
2007
Progetto
EDLab
Contratto di
ricerca
Contratto di
ricerca
Contratto di
ricerca
Contratto di
ricerca
Contratto di
ricerca
Industria 2015
2000
2000
2007
2007
2008
2009
2010
2011
06/06/2012
Servosterzo elettrico: Motori ed azionamenti per servosterzo elettrico tipo steer-by-wire con
riflessione di coppia al volante (veicolo di riferimento Alfa Romeo)
Propulsione navale: Motore, azionamento e sistema elettrico di bordo per catamarano ibrido (2x25
kW); Motore PM per nave da crociera (1000 HP)
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
starter-alternator per Int. Future Energy Challenge : motore e azionamento (competizione
internazionale: progetto riconosciuto con due premi)
Motori e azionamenti per veicoli elettrici ed ibridi motociclistici: starter-generator + motore ruota
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
Analysis, Design and Prototyping of Interior PM Motors for Electric Power Steering: Contratto con
azienda Americana
Azionamento di uno starter-alternator per veicoli mild-hybrid: Motore, elettronica di potenza e
controllo
Motori e azionamenti per veicoli elettrici ed ibridi motociclistici: Motori e azionamenti per veicoli
sportivi e turismo ibridi parallelo e seriale (Aprilia)
Propulsione ferroviaria con motore sincrono a magneti permanenti: Progettazione motore e
azionamento
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3
Progetto MoBi (Aprilia)
Coppia originale di
Aprilia RS 125
Curva di coppia combinata
per esaltare i bassi giri
Coppia richiesta alla
macchina elettrica
Potenza massima
combinata inferiore
agli 11 kW
12
10
10
8
6
ICE torque
EM torque
Hybrid torque
Hybrid power
4
4
2
0
0
6
Power [kW]
Torque [Nm]
8
2
2000
4000
6000
8000
10000
0
12000
Speed [rpm]
06/06/2012
[email protected]
4
Progetto MoBi
06/06/2012
[email protected]
5
Progetto MoBi
Prove a banco in Aprilia
Caratteristica di coppia della sola
macchina elettrica ricavata a banco
Caratteristica
sperimentale
7
6
Torque [Nm]
5
4
3
2
1
0
0
-1
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Speed [rpm]
Caratteristica di progetto
06/06/2012
[email protected]
6
10000
Risultati finale del progetto MoBi
Batterie
Azionamento
Prova in pista a Pontedera
Macchina elettrica
06/06/2012
[email protected]
7
Risultati finale del progetto MoBi
06/06/2012
[email protected]
8
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.
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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”.
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10
Sviluppo di un veicolo elettrico
Definizione
specifiche
Prestazioni
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Scelta
del
veicolo
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Progettazione
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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
06/06/2012
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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
–
–
–
–
06/06/2012
Autonomia limitata alla sola gara
Ibrido parallelo per ottimizzazione curva di coppia
Contenimento pesi e volumi
Breve durata di vita (alto sfruttamento)
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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
….
• ….
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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
• ….
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Tecnologie per
la trazione elettrica
Grazie per l’attenzione!
06/06/2012
[email protected]
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