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Veicoli ed energia rinnovabile
1. Percorso urbano
2. Stile di guida
3. Dimensionamento di un veicolo elettrico
4. Effetto di peso ed aerodinamica
5. Fabbisogno energetico e sistema di accumolo
6. Energia rinnovabile
Velocità e stile di guida
VIALI DI BOLOGNA. Confronto tra due percorrenze:
• SLOW: Con accelerazioni controllate, velocità inferiore ai 50km/h.
• FAST: Velocità non limitata. Allineato al traffico esistente
Valutazione del fabbisogno
energetico di un’auto di
segmento B (es. VW Golf, Ford
Focus, Peugeot 308, Fiat 500L)
VIALI DI BOLOGNA. Velocità inferiore ai 50km/h.
p. S
. M
am
olo
p. S
. S
tefa
no
p. C
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gli
on
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p. M
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gio
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p. S
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p. S
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zza
v. A
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v. A
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Velocità e stile di guida
FIAT 500L
VIALI DI BOLOGNA. Velocità non limitata. Allineato al traffico esistente
p. S
. M
am
olo
p. S
. S
tefa
no
p. C
asti
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p. M
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gio
re
p. S
. V
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p. S
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p. S
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v. A
ldin
i
v. A
ldin
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Velocità e stile di guida
FIAT 500L
VIALI BOLOGNA SLOW FAST
Velocità massima km/h 52.6 78.2 +49%
Massima accelerazione m/s2 1.95 2.72 +40%
Massima decelerazione m/s2 3.64 4.41 +21%
Distanza m 7864 7918 -
Durata ’ ’’ 20’45’’ 19’20’’ -7.3%
Velocità media km/h 21.44 23.48 +9.5%
Velocità media in movimento km/h 32.37 36.7 13.3%
Tempo fermo % 33 36 +10%
Tempo accelerazione 0-50km/h s 18 7.3 -60%
Potenza massima (FIAT 500L) kW 28.5 58.1 +103%
Potenza media (FIAT 500L) kW 2.59 4.07 +57%
Consumo specifico(FIAT 500L) Wh/km 119 173 +45%
Velocità e stile di guida
Electric traction fundamentals
Vehicle energy requirements 1/3
ETOT=EACCELERATING+EROLLING_RESISTANCE+EAERODYNAMIC [Wh]
Energy required for moving a vehicle along a given route
Hypothesis1: Flat road condition Hypothesis2: No energy recovery during braking
Tires and mass Vehicle mass Size and shape
csTOT=csMASS+csAERO [Wh/km]
Eq.1
Eq.2 Specific energy consumption:
Electric traction fundamentals
Vehicle energy requirements 2/3: MASS
Model curb weight
[kg]
Fiat Panda 940
VW Golf 1351
Opel Zafira 1628
Audi A6 1690
BMW X5 2125
Fig. 3
Tab. II
Electric traction fundamentals
Vehicle energy requirements 3/3: AERODYNAMIC
Model drag coefficient
Cd Frontal Area Af
[m2] CdAf [m2]
Fiat Panda 0.34 1.76 0.60
VW Golf 0.32 2.24 0.72
Opel Zafira 0.31 2.50 0.78
Audi A6 0.29 2.35 0.68
BMW X5 0.36 2.71 0.98
Tab. III
Fig. 4
Fig. 5
Electric traction fundamentals
Battery. Cost function.
Fig. 6
Best technology
High price
Low price
Simple technology
Electric traction fundamentals
Range & cost calculation
Stored energy E
𝐸 𝑊ℎ = 𝑒𝐵𝐴𝑇𝑇
𝑊ℎ
𝑘𝑔𝑚𝐵𝐴𝑇𝑇 𝑘𝑔 Eq. 3
Battery energy density (Fig.6) Battery weight
Range r
RANGE 𝑘𝑚 =𝐸 𝑊ℎ
𝑐𝑠𝑇𝑂𝑇𝑊ℎ𝑘𝑚
Eq. 4
Stored energy
Vehicle consumption
Battery cost
𝐶𝑂𝑆𝑇 € = 𝐸 𝑊ℎ 𝑐𝐵𝐴𝑇𝑇
€
𝑊ℎ Eq. 5
Stored energy
Battery cost density (fig.6)
Design process
Choose the
vehicle
1
Calculate specific energy requirements on reference cycle for vehicle
dynamics and rolling resistance. Fig. 3,
3
csMASS
Calculate total vehicle mass. 1.Add passengers: mhuman=75kg 2.Add tentative battery mass:
mbatt= approx. 20% of curb weight
2
Calculate the vehicle aerodynamic characteristic AfCd.
Use table III for reference
4 Calculate specific energy
requirements on reference cycle for aerodynamic drag.
Fig. 5,
6
csAERO
+
+
csTOT
mTOT
AfCd
7
Eq. 2
8 eBATT
Calculate the battery cost
Eq. 5
9 10
cBATT
is the cost of battery
acceptable?
Change the quantity of installed batteries and start over from step 2 Change the battery type and resume from step 8
is the range acceptable?
AND
DESIGN OK
YES
YES
NO
NO
mBATT
Calculate the range
Eq. 4
Calculate the stored energy
Eq. 3
E
11
COST
RANGE
Select battery type IN: vehicle quality OUT: battery energy density [Wh/kg]
battery cost density [€/Wh]
13
14 15
16
17
Design process - notepad
q.ty mu Iteration 1 Iteration 2 Iteration 3 Iteration 4 FINAL
mTOT [kg]
mBATT [kg]
CSMASS [Wh/km]
AfCD [m2]
CSAERO [Wh/km]
CSTOT [Wh/km]
eBATT [Wh/kg]
cBATT [Wh/€]
E [Wh]
COST [€]
RANGE [km]
Emissioni di CO2 per produrre energia elettrica
ENERGIA RINNOVABILE E MOBILITÀ
Emissioni di CO2 per produrre energia elettrica
ENERGIA RINNOVABILE E MOBILITÀ
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
300
350
400
450
500
550
600
1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015
% R
INN
OV
AB
ILE
gC
O2
/kW
h
ITALIA: grammi TOTALI di CO2 emessi per ogni kWhdi energia elettrica consumata (compresoestrazione, trasporto, raffinazione dei combustibili)
ITALIA: Percentuale di energia rinnovabilesul totale dell’energia consumata
+ rinnovabili- emissioni
Emissioni di CO2 per km percorso in Italia con veicolo elettrico
ENERGIA RINNOVABILE E MOBILITÀ
Potenza producibile con pannelli fotovoltaici
pensilina ricarica fotovoltaica impianto remoto Fotovoltaico a bordo
ENERGIA RINNOVABILE E MOBILITÀ
Energia producibile con 1 m2 pannelli fotovoltaici a bordo
IRRAGGIAMENTO giornaliero massimo su pannello
orizzontale non ombreggiato a 45° di latitudine
giugno
dicembre gennaio
ENERGIA ELETTRICA GIORNALIERA = IRRAGGIAMENTO x RENDIMENTO PANNELLO
EMAXGIUGNO 2000 [Wh/m2]
consumoURBANO 100 [Wh/km]
PERCORRENZA MAX ottenibile dalla
ricarica giornaliera fotovoltaica 20[km]
ENERGIA RINNOVABILE E MOBILITÀ
Potenza producibile con pannelli fotovoltaici
da 150 a 200 [Wpk/m2] in condizione di irraggiamento ed esposizione ottimale
Emilia III
potenza fotovoltaica installata: 1300 [Wpk]
ENERGIA RINNOVABILE E MOBILITÀ
ENERGIA RINNOVABILE E MOBILITÀ
Claudio ROSSI
Corso di laurea in Ingegneria dell’Energia Elettrica
Alma Mater Studiorum - Università di Bologna
Ricerca UNIBO
Grazie per l’attenzione