Costruzione di Veicoli Elettrici e Ibridi

Costruzione di Veicoli Elettrici e Ibridi

Introduzione

In generale nella vita di un veicolo elettrico possiamo distinguere 3 fasi:

• Manufacturing (approvvigionamenti e uso dei materiali per realizzare il veicolo)
• Uso del veicolo
• Smaltimento (EOL -> end of life)

Le 3 fasi insieme prendono il nome di LIFE OF A PRODUCT

Per i materiali monouso e getta, la maggior parte dell'impatto del prodotto è nella fase di manufacturing.

Per componenti a lunga vita (auto), la parte preponderante è la fase d'uso.

Il TOT deve fare 100% (di impatto).

L'impatto di un prodotto può essere misurato anche in termini di CO₂ EQUIVALENTE che tenga conto di tutti gli aspetti inquinanti nelle tre fasi e lo convertite (tramite degli appositi coefficienti) in CO₂eq.

CO₂ x 1

CH₄ x 28

= CO₂eq => ∑ K_iS_i = CO₂eq

N.B. La CO₂eq, insieme alle monete di rapporto sono i due principali indicatori per tenere conto dell'impatto.

k_i: coefficiente di conversione relativo a S_i

S_i: specie i-esima inquinante

Introduzione sui veicoli elettrici

Alcune definizioni:

Sviluppo sostenibile: Sviluppo che incontra le necessità del presente senza compromettere la possibilità delle generazioni future di soddisfare le proprie necessità.

• DIMINUIRE
  • Rischi per la salute
  • Le emissioni di gas GHG
  • Incidentalità e morti per intossicazioni (inquinanti)
  • Rifiuti
  • Nuisance
• AUMENTARE
  • Generazione e tutte le altre opportunità di mobilità
  • Risorse e la mobilità

Definizioni dei veicoli

ICE - internal combustion engine

HEV - Hybrid electric vehicle (ICE + Electric Motor)

• Micro: bassa potenza del motore elettrico (Start e Stop, piccolo recupero di energia)
• Mild: piccola potenza ICE (accelerazione, recupero energia)
• Full: potenza EM > potenza ICE (accelerazione, recupero energia, 75 km di autonomia full electric)

PHEV - Plug-in Hybrid electric vehicle

BEV - battery electric vehicle

FCEV - fuel cell electric vehicle

EREV - extended range electric vehicle

Schemi meccanici

Veicolo ICE (locus)

Veicolo elettrico a batteria

Veicolo HEV serie

Veicolo HEV parallelo

Schema funzionale di un EV

Il pilota ha come obiettivo una certa velocità v_REF, con il pedale dell'acceleratore si controlla (in rapporto a una velocità) il setpoint.

Il POWER converter converte la corrente della batteria da continua ad alternata.

Il DRIVER control converte il segnale del pedale dell'acceleratore in un segnale per il power converter su quanta energia fornire al motore elettrico.

Dinamica del veicolo

Consideriamo solo la dinamica longitudinale

Vediamo le forze che agiscono sul veicolo:

1. Forza aerodinamica F_AERO = ¹/₂ ρ_ARIA Cx S_FRONTALE v².

   Nella S_FRONTALE si considera anche l'area tra le ruote e ostacoli del veicolo perché aerodinamicamente perturbato (S ≃ 2.5 m² per un vettura normale).

2. Attrito volvente su pneumatico F_r = ƒ m_v g cosα

   ƒ è il coefficiente di attrito volvente che ha la seguente forma ƒ ≃ K ^h_z/_v - per v ≈ 100 km/h.

   All'atto pratico per ƒ ≈ costante.

Un effetto interessante è quello per cui maggiore compare strano delle batterie e minori sono le stesse capacità effettive.

Vi sono varie tipologie di batteria

• Batteria ad alta densità: elevata capacità ma cella con una capacità restitutiva all’aumentare della richiesta di corrente
• Batteria ad alta potenza: minima capacità ma al variare della corrente estraggono quasi sempre la stessa capacità

Definizione previo caso note: I _corrente

Le batterie hanno un elevato range nel quale le tensioni vanno di parecchi volt (zona piatta) nel quale risulta molto difficile determinare lo stato di carica poiché la tensione è pressoché costante.

V₀V (R_int - R_esa) (R_int + R_esa) = 0

(R_int + R_esa)²

R_int² - R_esa² = 0

Pressione si ha quando R_int - R_esa

η_c = P_utile R_esa i²

P_out 2R_esac² Bonumor rendimento energetico!

N.B.

R_int per una stress hemobogia costitutiva è oc ello mono

om cella el hemobogie dursa bourro a V differente.

Collegamento celle

Celle in parallelo ➔ C_{tot A} = C₁ + C₂ ; C_{tot B} = C₃ + C₄ ➔ Anoloro a condensatori

Pay belle A e B macelle sume sk hellure mo lo capacito normale lo stero

serie ➔ Ammonta lo tacos

parallelo ➔ Ammonta capacito.

J^{Hp delle perfettomante equilibroto}

e delle sterno lotte

nel consuelo la capacito e lo termnor perwar sarvore mur squalibior

xora celle del 5/10%

Hp 3 celle

C₁ ➔ 3,9 v

C₂ ➔ 3,95 v

C₃ ➔ 12,6 - (3,9 + 3,95) = 4,75 v

Menforando sol ho ΔV comportova

le elle 3 pur orrurro o sermor

elenvoto! Furnoldo e orcho.

PARAMETRI DELLA BATTERIA

• SOC = _{Q - ∫idt} / ^Q state of charge
• DOD = 1 - SOC depth of discharge
• SOH = _Qtoday / ^Q_new capacità batteria oggi / capacità batteria nuova state of health

SOH = _{Rint new} / ^{R_{int today}} La resistenza interna aumenterà per un dell'invec dell

Le batterie si degradano a seguito dell'uso. Gli strati di ruggenti si degradano producing composti stabili, quindi zone non at time.

Conversione DC/DC

Il sistema più elementare è il reostato.

_B Rd variabile

Variando la resistenza del carico nella resistenza va la V_B sull'induttore. Alla base c'è il principio fisico del partitore di tensione.

i = V / (R_i + R₂)

V_B = R_i * i ⇒ V_B = (R₁ * V) / (R_i + R₂)

Hp R₂ = induttore, ⇒ voglio magazz e moto potenza

V_B / 2 = (R₁ * V) / ((R₁ + R₂) * 2) ⇒ R₁ / (R_i + R₂) = 1/2 ⇒ R₁ ≃ R₂

Questo vuol dire che dopo lo stesso potenza che manda all'induttore ondo sul _Rs_golatore! ⇒ Metodo per effetto immagazzinamento

Esempio: Macchina telecomandata a 3 marce

• Hp R_DL = 1Ω; ΔV = 7,2V
• 1^ma marcia
• 2^nda marcia
• 3^za marcia

In 1^ma marcia ⇒ i = V / R_DL = 7,2A ⇒ P_DC = 7,2 * 50W

In 2^nda marcia ⇒ i = V / Rd + R₁ = 3,6A ⇒ P_DC = 13W ; P_R1 = 13W

In 3^za marcia ⇒ i = V / (R_DL + R₂) = 2,9A ⇒ P_DC = 5,785W ; P_R1 = 5,785W ; P_R2 = 5,785W

In 3^za marcia doppio pass perhaps in quanto non ne mandi sul motere

P_ass - P_R1 + P_R2 = 11,52W

P_DL = 5,785W

Molte alte mete relacionado petrolio.