INDICE
INDICE
RINGRAZIAMENTI ...........................................................................................................VII
ELENCO DEI SIMBOLI................................................................................................... VIII
ELENCO DEI PEDICI ...........................................................................................................X
INDICE DELLE FIGURE.................................................................................................... XI
INDICE DELLE TABELLE ............................................................................................XVII
INTRODUZIONE ....................................................................................................................1
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................7
CAPITOLO PRIMO
PIANIFICAZIONE E PROGRAMMAZIONE DI VEICOLI AMBIENTALMENTE
EFFICIENTI.............................................................................................................................9
1.1 SITUAZIONE E PROSPETTIVE..........................................................................................15
1.1.1 Stato dell'arte...........................................................................................................15
1.1.2 La normativa ...........................................................................................................17
1.1.3 Gli scenari evolutivi ................................................................................................20
1.1.4 Tecnologie veicolari ................................................................................................23
1.1.5 L’impatto sul mercato..............................................................................................31
1.1.6 Approfondimenti su tecnologie specifiche per il breve termine ..............................34
1.1.6.1 Il metano...........................................................................................................34
1.1.6.2 I veicoli ibridi "minimi" ...................................................................................37
1.2 OPPORTUNITÀ E OPZIONI...............................................................................................39
1.2.1 Raccomandazioni e relazioni con altre tematiche del PGT ....................................39
1.2.1.1 Misure non tecniche per la piena utilizzazione delle tecnologie disponibili o in
sviluppo. .......................................................................................................................40
1.2.1.1.1 Assetto legislativo, normativo e regolamentare.................................................... 41
1.2.1.1.2 Aspetti economico-finanziari ................................................................................ 41
1.2.1.1.3 La leva fiscale ....................................................................................................... 42
1.2.1.1.4 Le infrastrutture abilitanti .................................................................................... 42
1.2.1.1.5 Informazione e formazione ................................................................................... 43
I
INDICE
1.2.2 Raccomandazioni ....................................................................................................43
1.2.2.1 Raccomandazione 1: Creare valore ..................................................................44
1.2.2.2 Raccomandazione 2: Accelerare il rinnovo del parco......................................47
1.2.2.3 Raccomandazione 3: Coinvolgere l’utente.......................................................50
1.3 I PROVVEDIMENTI IMMEDIATI.......................................................................................52
1.3.1 Il Programma Strategico Nazionale Veicoli (PSNV) ..............................................52
1.3.1.1 PSNV – La ricerca di base................................................................................52
1.3.1.2 PSNV – La ricerca industriale..........................................................................53
1.3.1.3 PSNV – La progettazione.................................................................................53
1.3.1.4 Benefici attesi ...................................................................................................53
1.3.2 Il Programma Metano .............................................................................................54
1.3.2.1 Benefici attesi ...................................................................................................54
1.3.3 L’incentivazione al ricambio...................................................................................55
1.3.3.1 Osservazioni .....................................................................................................57
1.3.3.2 Benefici attesi ...................................................................................................57
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................58
CAPITOLO SECONDO
VEICOLI A TRAZIONE IBRIDA .......................................................................................60
2.1 INTRODUZIONE...............................................................................................................60
2.1 CLASSIFICAZIONE DEI VEICOLI IBRIDI...........................................................................61
2.1.1 Configurazione serie................................................................................................62
2.1.2 Configurazione parallelo.........................................................................................65
2.2 COMPONENTI DEI VEICOLI IBRIDI..................................................................................68
2.2.1 Motore elettrico/elettronica di potenza ...................................................................69
2.2.1.1 Motori in corrente continua ..............................................................................69
2.2.1.2 Motori in corrente alternata ..............................................................................69
2.2.2 Accumulatore di energia elettrica ...........................................................................70
2.2.2.1 Batterie .............................................................................................................71
2.2.2.2 Supercondensatori ............................................................................................72
2.2.2.3 Accumulatori elettromeccanici.........................................................................73
2.2.3 Unità di potenza ......................................................................................................74
2.2.3.1 MCI...................................................................................................................74
2.2.3.2 Motore Stirling .................................................................................................75
II
INDICE
2.2.3.3 Turbine a gas ....................................................................................................76
2.2.3.4 Celle a combustibile .........................................................................................76
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................78
CAPITOLO TERZO
MODELLO MATEMATICO PER LA SIMULAZIONE DI VEICOLI IBRIDI ............80
3.1 INTRODUZIONE...............................................................................................................80
3.2 MODALITÀ DI SIMULAZIONE..........................................................................................81
3.3 DEFINIZIONE DEL PERCORSO.........................................................................................82
3.4 MODELLO MATEMATICO DEL VEICOLO ........................................................................83
3.5 MODELLO MATEMATICO DEL PROPULSORE .................................................................85
3.5.1 Sottomodello della trasmissione..............................................................................86
3.5.2 Sottomodello del motore elettrico ...........................................................................89
3.5.3 Sottomodello dell’elettronica di potenza.................................................................91
3.5.4 Sottomodello del sistema di controllo .....................................................................92
3.5.5 Sottomodello delle batterie......................................................................................94
3.5.6 Sottomodello dell’unità ausiliaria di potenza (APU)..............................................99
3.6 DESCRIZIONE DEL PROGRAMMA .................................................................................100
3.6.1 Acquisizione dei dati d’ingresso............................................................................100
3.6.2 Calcolo della potenza richiesta al sistema di propulsione....................................103
3.6.3 Calcolo delle prestazioni del sistema di propulsione............................................106
BIBLIOGRAFIA ..............................................................................................................109
CAPITOLO QUARTO
SPECIFICHE DEL VEICOLO E SCELTA DEL PERCORSO .....................................111
4.1 INTRODUZIONE.............................................................................................................111
4.2 DEFINIZIONE DELLE SPECIFICHE DEL VEICOLO..........................................................113
4.2.1 Specifiche riguardanti il veicolo complessivo.......................................................113
4.2.2 Specifiche riguardanti i singoli componenti..........................................................116
4.2.2.1 Trasmissione...................................................................................................117
4.2.2.2 Motore elettrico ..............................................................................................119
4.2.2.3 Elettronica di potenza .....................................................................................120
4.2.2.4 Batterie ...........................................................................................................120
4.2.2.5 Unità ausiliaria di potenza ..............................................................................124
III
INDICE
4.3 SCELTA DEL PERCORSO PIÙ IMPEGNATIVO.................................................................125
4.3.1 Profili di missione..................................................................................................125
4.3.1.1 Percorso 1. (A-P-F-P-A).................................................................................126
4.3.1.2 Percorso 2. (A-S-F-S-A).................................................................................129
4.3.1.3 Percorso 3. (A-P-F-S-A).................................................................................132
4.3.1.4 Percorso 4. (A-S-F-P-A).................................................................................135
4.3.2 Confronto e scelta del percorso ............................................................................138
4.3.3 Analisi dei sovraccarichi per il motore elettrico...................................................141
4.3.3.1Scaling delle velocità.......................................................................................145
BIBLIOGRAFIA ..............................................................................................................149
CAPITOLO QUINTO
SPECIFICHE PER IL DIMENSIONAMENTO DEL PROPULSORE E LOGICA DI
CONTROLLO ......................................................................................................................150
5.1 INTRODUZIONE.............................................................................................................150
5.2 SPECIFICHE PER IL DIMENSIONAMENTO......................................................................151
5.3 DISTRIBUZIONE DEI PESI E DIMENSIONAMENTO INIZIALE DEI COMPONENTI .............153
5.3.1 Distribuzione dei pesi ............................................................................................153
5.3.2 Dimensionamento iniziale dei componenti............................................................155
5.4 LOGICA DI CONTROLLO................................................................................................157
5.4.1 Possibili logiche di controllo per il caso in esame................................................160
5.4.1.1 Accensione APU in base al SOC delle batterie..............................................161
5.4.1.2 Accensione dell’APU in base al SOC e APU spento in ambiente urbano .....163
5.4.1.3 Eliminazione dell’energia dissipata dall’APU ...............................................164
5.4.2 Quadro riassuntivo delle logiche di controllo.......................................................165
BIBLIOGRAFIA ..............................................................................................................166
CAPITOLO SESTO
SIMULAZIONI PER IL DIMENSIONAMENTO DEL VEICOLO ..............................167
6.1 INTRODUZIONE.............................................................................................................167
6.2 PARAMETRI FISSI E VARIABILI NELLE SIMULAZIONE .................................................168
6.3 ANALISI DEI PARAMETRI E DESCRIZIONE DEI LIMITI OPERARIVI ...............................174
6.3.1 Limiti operativi in fase di scarica..........................................................................174
6.3.2 Limiti operativi in fase di carica ...........................................................................179
IV
INDICE
6.3.3 Analisi delle energie dissipate...............................................................................181
6.4 SIMULAZIONI CON LA LOGICA DI CONTROLLO SPENTO IN AMBIENTE URBANO.........183
6.4.1 Logiche di controllo utilizzate ...............................................................................184
6.4.1.1 Strategia di controllo sullo SOC, senza dissipazioni APU, spento in amb.
urbano .........................................................................................................................185
6.4.1.2 Strategia di controllo senza dissipazioni APU, spento in amb. urbano..........185
6.4.2 Casi esaminati .......................................................................................................186
6.4.2.1 Potenza motore termico=25 kW.....................................................................186
6.4.2.1.1 Piombo-acido...................................................................................................... 187
6.4.2.1.1.1 Numero passeggeri max =10→21 moduli in serie ...................................... 187
6.4.2.1.1.2 Numero passeggeri max=11→19 moduli in serie ....................................... 192
6.4.2.1.1.3 Numero di passeggeri max=12→16 moduli in serie ................................... 196
6.4.2.1.2 Batterie Nichel-Cadmio ...................................................................................... 197
6.4.2.1.2.1 Numero passeggeri max =10→8 moduli in serie ........................................ 197
6.4.2.1.2.2 Numero passeggeri max=11→7 moduli in serie ......................................... 201
6.4.2.1.2.3 Numero passeggeri max=12→6 moduli in serie ......................................... 205
6.4.2.2 Potenza motore termico=35 kW.....................................................................209
6.4.2.2.1 Piombo-acido...................................................................................................... 209
6.4.2.2.1.1 Numero passeggeri max =10→21 moduli in serie ...................................... 210
6.4.2.2.1.2 Numero passeggeri max=11→19 moduli in serie ....................................... 214
6.4.2.2.1.3Numero di passeggeri max=12→16 moduli in serie .................................... 217
6.4.2.2.2 Batterie Nichel-Cadmio ...................................................................................... 218
6.4.2.2.2.1 Numero passeggeri max =10→8 moduli in serie ........................................ 219
6.4.2.2.2.2 Numero passeggeri max=11→7 moduli in serie ......................................... 224
6.4.2.2.2.3 Numero passeggeri max=12→6 moduli in serie ......................................... 228
6.4.2.3 Potenza motore termico=45 kW.....................................................................232
6.4.2.3.1 Piombo acido ...................................................................................................... 232
6.4.2.3.1.1 Numero passeggeri max =10→21 moduli in serie ...................................... 233
6.4.2.3.1.2 Numero passeggeri max=11→19 moduli in serie ....................................... 238
6.4.2.3.1.3 Numero di passeggeri max=12→16 moduli in serie ................................... 242
6.4.2.3.2 Batterie Nichel-Cadmio ...................................................................................... 246
6.4.2.3.2.1Numero passeggeri max =10→8 moduli in serie ......................................... 247
6.4.2.3.2.2 Numero passeggeri max=11→7 moduli in serie ......................................... 251
6.4.2.3.2.3 Numero passeggeri max=12→6 moduli in serie ......................................... 255
6.4.3 Tabella riassuntiva ................................................................................................259
V
INDICE
6.4.4. Eliminazione dei transitori del motore termico....................................................262
6.4.5 Miglioramento dei casi considerati.......................................................................266
6.4.5.1 Batterie Nichel-Cadmio (senza transitori motore termico) ............................268
6.4.5.2 Batterie Piombo-acido (senza transitori motore termico) ..............................273
6.4.6 Batterie Nichel-Cadmio con capacità di 100 Ah...................................................278
6.4.6.1 Potenza motore termico P =45 kW,P =22,5 kW............................................280
1 2
6.4.6.2 Potenza motore termico P =45 kW,P =15 kW...............................................285
1 2
6.4.6.3 Caso migliore..................................................................................................290
BIBLIOGRAFIA ..............................................................................................................291
CONCLUSIONI ...................................................................................................................293
APPENDICE A
UNA PRIMA STIMA QUANTITATIVA DEGLI IMPATTI AMBIENTALI DEL PGT.....................296
VI
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