Archivio | ricerche RSS feed for this section

Progetto Ele.c.tra per promozione scooter elettrici in città

13 Nov

Si avvia alla conclusione il progetto Ele.c.tra, che vede coinvolta anche l’Italia col comune di Firenze e con la Piaggio, e aveva tra gli obiettivi anche quello di promuovere la mobilità elettrica a due ruote in città: il 25 novembre si svolgerà a Barcellona la conferenza di chisura.

 

Con l’occasione dovrebbero pubblicare i risultati del progetto; finora nella pagina ufficiale del progetto c’era già una sezione “risultati”…. ma in realtà descriveva gli obiettivi, non i risultati!

https://ec.europa.eu/energy/intelligent/projects/en/projects/electra#results

Progetto analogo, ma ancora in corso (fino a marzo 2016) è Pro-e-bike, ma più concentrato sulle bici che non sugli scooter (anzi, il fatto degli scooter elettrici sembra più un “equivoco traduttivo” di e-bike…)

 

 

 

Confronto autonomie

30 Giu

Grazie alla formula trovata in questa ricerca (v. anche link ), già esaminata in altro articolo, ho potuto realizzare i grafici delle autonomie teoriche a velocità costante di varie auto elettriche:

EDIT: Queste formula, per quanto sofisticata, non tiene conto del recupero in frenata, che, come si vede invece dai dati empirici per la C-Zero, può permettere di aumentare l’autonomia anche di 30-40 km quando non si usa nè aria condizionata nè riscaldamento, 10-20 quando si usa l’aria condizionata, e… nessuno quando si usa il riscaldamento.

grafici-autonomie

Grafico interattivo delle autonomie di varie auto elettriche: https://www.desmos.com/calculator/uy5tcskjst

Da notare che, essendo autonomie calcolate a velocità costanti, non sono realistiche, visto che il percorso tipico di un’auto è tutt’altro che a velocità costante.
Nella ricerca di riferimento sulla Golf si vede che l’autonomia media effettiva è circa pari alla metà di quella massima calcolata, qualunque sia il percorso di prova:

Scopo principale dell’immagine non è tanto sapere l’autonomia effettiva dei mezzi, ma rendere i mezzi stessi confrontabili tra loro. Ad esempio, vediamo che Renault Zoe, Nissan leaf e BMW i3 sono sostanzialmente equivalenti in quanto ad autonomia, con un lieve vantaggio della BMW nei percorsi urbani a bassa velocità, e della Leaf in autostrada.

Interessante anche notare che in caso di utilizzo di riscaldamento o condizionamento, che hanno assorbimento tipico intorno ai 4500 W, le autonomie calcolate si dimezzano:

Aggiornamento:

trovati dati di consumi reali:  http://www.empa.ch/plugin/template/empa/*/135716/—/l=1

imiev-consumi-BRS

Confronto nel caso non ci fosse il Breake Recovery System (recupero energia in frenata):
imiev-consumi-BRS-noBRS

Grafico in miglia per gli amici anglofoni:

imiev-miles

Tenendo conto dell’efficienza di coulomb del 76% ( rapporto tra energia immagazzinata dalle batterie e energia ricevuta dalla rete):

imiev-coulomb-all

Un interessante studio mostra come la presenza del recupero di energia in frenata renda “uniformi” i risultati dei test effettuati su cicli di test differenti: nel grafico che segue, la curva in alto è la linea di tendenza dei risultati ottenuti senza recupero, risultati che sono estremamente sparpagliati intorno alla curva stessa; la curva più in basso è quella relativa al massimo recupero in frenata applicabile, che però risulta poco confortevole per il guidatore; è però interessante notare come tutti i punti che rappresentano i risultati dei test siano vicinissimi alla linea di tendenza, quasi annullando la variabilità tra un ciclo e l’altro; la curva centrale è la “strategia proposta” per il recupero in frenata nella ricerca da cui è preso il grafico, Evaluation of EVs energy consumption influencing factors, in World Electric Vehicle Journal Vol. 6 – ISSN 2032-6653.

recupero-in-frenata

Interessante anche osservare quantè l’assorbimento medio tipicamente necessario su auto elettriche di diverse dimensioni a seconda della temperatura esterna:

riscaldamento

Tratto da Potential of an electric brake resistor to increase the efficiency of electric vehicles in World Electric Vehicle Journal Vol. 6 – ISSN 2032-6653.

E’ importante anche sapere come variano le prestazioni delle batterie alle varie temperature; questo grafico mostra enormi cali di tensione nelle batterie fredde, cosa che probabilmente ha anche effetti sull’autonomia, visto che per mantenere la stessa potenza con tensioni più basse bisogna estrarre correnti più alte dalla batteria, che a correnti più alte ha capacità equivalenti inferiori (anche se di poco: 5-10% in meno, in genere, tirando fuori 1 o 2C da una batteria al litio):

effetti-temperatura-su-batterie

Tra una temperatura esterna di +24°C e -1°C si ha un calo di tensione, in accelerazione, di 15V in meno (-5V a 24°C, -20V a -1°C), mentre tra +24°C e -15°C si hanno addirittura 40V di differenza! (rispetto ai 400V nominali, dati da 96 celle in serie da 4.16V).

Il test è stato fatto sulla batteria di una BMW Active E con batteria NMC (Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide) organizzata in struttura 96S2P

Simulating low temperature behavior of high voltage traction batteries – The challenge of real time efficiency estimation – in Conference on Future Automotive Technology Focus Electromobility München, March, 18-19th 2013

Ecco invece un confronto tra le percentuali di energia recuperabile nei vari cicli di test: nel ciclo urbano oltre il 60% dell’energia andrebbe persa se non ci fosse il recupero in frenata, mentre in autostrada si scende al 10%, perchè ovviamente ci sono pochissime accelerazioni/decelerazioni e prevale l’alta velocità:
Tratto da Potential of an electric brake resistor to increase the efficiency of electric vehicles in World Electric Vehicle Journal Vol. 6 – ISSN 2032-6653.

LINK UTILI

Il futuro dell’auto elettrica

12 Mag

Un’insolita ricerca del 2011 esamina aspetti inconsueti di un futuro “decarbonizzato” della mobilità.

Hybrid and Electric Vehicles – THE ELECTRIC DRIVE PLUGS IN (“Veicoli ibridi ed elettrici: arriva la guida elettrica“)

International Energy Agency – 2011

Nella ricerca si osserva come affinchè avvenga, prima o poi, la totale sostituzione delle auto  a petrolio  con auto ibride prima e con auto elettriche poi, occorreranno nuove industrie, nuove figure professionali opportunamente istruite e formate sull’argomento (quanti meccanici oggi saprebbero aggiustare una Nissan Leaf guasta?), e grosse quantità di materiali e prodotti che oggi vengono fabbricati solo in piccole quantità; e la ricerca non si riferisce solo al litio delle batterie e al neodimio dei supermagneti presenti nei motori, ma anche a qualcosa di banale come i condensatori elettrolitici.

 

Questi piccoli componenti elettronci lunghi pochi centimetri hanno già causato un grosso problema alcuni anni fa, nel mercato del fotovoltaico: i condensatori sono componenti indispensabili per la costruzione degli inverter, e il mercato del fotovoltaico è cresciuto a dismisura nel 2010; e siccome gli inverter sono componenti indispensabili nel 90% dei sistemi fotovoltaici, si è venuto a creare un problema: non era possibile produrre abbastanza inverter da soddisfare la richiesta, perchè non c’erano abbastanza condensatori!

Ci furono ritardi enormi delle consegne, con tempi che lievitarono da poche settimane a uno o due anni!

La IEA prevede che da qui al 2020 serviranno, per le auto elettriche, componenti elettronici per un ammontare complessivo di 400 GW di potenza, cioè 20 volte la produzione attuale. Un’ottima prospettiva per l’economia mondiale…. ma solo se ci si saprà organizzare per tempo in modo da poter fronteggiare l’aumento della richiesta.

La ricerca osserva anche che se in Germania arrivassero a circolare come da previsioni un milione di veicoli entro il 2020, ci sarebbe bisogno di 2 GW di potenza in più nella rete elettrica.

Ma 2 GWp in più sono stati installati in Germania, sotto forma di impianti fotovoltaici, nel giro di 3 mesi.

 

 

Dati tecnici dettagliati Volkswagen Golf elettrica

30 Mar

Ho trovato un interessante documento contenente dati molto dettagliati sulla Golf elettrica (presi da questa ricerca), difficilmente reperibili in genere per altri mezzi; oltre ai classici Potenza, Coppia ed Energia delle batterie, abbiamo infatti:

  • Energia effettiva delle batterie: 37 kWh
  • Energia utilizzabile delle batterie: 30 kWh

Quindi è impossibile scendere sotto il 20% di SoC (State of Charge), o, detto al contrario, salire oltre l’80% di DoD (Depth of discharge), requisito indispensabile per garantire una durata di migliaia di cicli – piuttosto che centinaia – per le batterie.

Altri dati:

  • Caricabatterie da 6 kW (230V/32A)
  • Tensione batteria: 330V
  • Corrente massima batteria: 460 A

Da questi dati possiamo ricavare gli Ah della batteria (37000/330=112 Ah), e quindi l‘intensità massima di scarica (460A/112Ah = 4C), un p0′ alta (l’ideale sarebbe non superare 1C), ma come è detto è “di picco”, quindi non costante, ma solo alla massima accelerazione. Per procedere a velocità costante di 130 km/h bastano, secondo lo studio,  37 kW; riassumiamo quindi i dati appena calcolati:

  • Capacità batteria: 112 Ah
  • Intensità massima di scarica: 4C
  • Intensità di scarica a 130 km/h:  27kW/81A/0.72C,  37kW/114A/1.01C

La ricerca indica anche la potenza del recupero di energia in frenata, lamentandone la scarsa efficienza rispetto ai 150 kW di potenza del motore:

  • 50 km/h 7.3 kW
  • 80 km/h 11.6 kW
  • 100 km/h 15.0 kW
  • 120 km/h 19.2 kW

In realtà, se si considera la potenza necessaria per muoversi a quelle 4 velocità costanti, non mi sembra ci sia una grande inefficienza:

  • 50 km/h 5.6 kW
  • 80 km/h 11.6 kW
  • 100 km/h 20.63 kW
  • 120 km/h 30.60 kW

Rapporto potenza rigenerazione / potenza a velocità costante:

  • 50 km/h 130%
  • 80 km/h 100%
  • 100 km/h 73%
  • 120 km/h 63%

La percentuale superiore al 100% è facilmente spiegabile col fatto che la decelerazione di una frenata può essere molto più potente di qualsiasi accelerazione (tant’è che in certi casi la potenza di rigenerazione non può essere indirizzata sulle batterie per evitare di danneggiarle), quindi a maggior ragione la potenza prodotta può essere più alta di quella necessaria per muoversi a velocità costante; il fatto che la rigenerazione sia più potente a basse velocità è spiegabile col fatto che le frenate a bassa velocità (in città e in percorsi extraurbani) sono più intense perchè possono essere fatte anche per fermarsi completamente, cosa che invece alle alte velocità succede raramente, perchè ci si limita a usare i freni per rallentare.

Interessante riportare anche l’intensità di ricarica delle batterie dovuta alla frenata rigenerativa:

  • 50 km/h 5.6 kW/17A/0.15C
  • 80 km/h 11.6 kW/35A/0.31C
  • 100 km/h 20.63 kW/63A/0.56C
  • 120 km/h 30.60 kW/93A/0.82C

Da qui vediamo anche che probabilmente la frenata rigenerativa è anche tarata in modo tale da non ricaricare la batteria a più di 1C per evitare di affaticarla ad ogni frenata (anche se è stato dimostrato che le ricariche veloci, in particolare della Nissan Leaf, influiscono pochissimo sulla vita delle batterie).

Questa “ricarica rigenerativa moderata”, insieme alla menzionata “riserva di carica” del 20% e alla scarica costante di 1C a 130 km/h, lascia pensare a una grande longevità delle batterie di quest’auto (forse anche 3 o 4000 cicli, se si tratta di LiFePO4 di ultima generazione); per le altre auto attuali questi valori sono probabilmnte più del doppio perchè in genere le batterie sono da 15-20 kWh invece che 30-40 come in questa.

Invece la potenza necessaria per andare da 0 a quelle velocità dipende dal tempo impiegato, quindi non è direttamente confrontabile, a meno che non si abbiano i dati opposti, di tempo per frenare da quelle velocità fino a zero.

Tornando invece ai dati “classici”:

  • Potenza di picco: 150 kW
  • Coppia: 220 Nm
  • Massa: 1602 kg

Questo ci permette di ottenere altri due parametri, utili per valutare la capacità di accelerazione dell’auto:

  • W/kg = 94 (Rispetto al “minimo sindacale di 40 per le auto e 20 per le minicar)
  • Nm/kg = 0,137 (al momento non ho valori con cui confrontarlo)

Il documento non indica  quale accelerazione 0-100 km/h permettano questi dati, ma sapendo che 20 W/kg bastano per andare da 0 a 50 in 5 secondi (GreenGo Icaro) e 40 bastano per andare da 0 a 100 in 15, dovremmo essere intorno ai 10 secondi, come appunto dichiara la Casa.

Particolarmente insolito è poter conoscere i dati di potenza assorbita dai vari apparati di bordo:

  • Sistemi di base: 300 W
  • Fari: 200 W
  • Riscaldamento: 3000 W
  • Condizionatore: 3600 W

I consumi di energia restano sotto i 120 Wh/km in città (<50 km/h), arrivano a 150 entro velocità di  80 km/h (extraurbano), mentre in autostrada, alla velocità massima di legge di 130 kW/h, sono di 300 Wh/km, e in media sono stimati in 206 Wh/km (e non kWh/km come erroneamente indicato nella ricerca).

La massima autonomia, 310 km, si avrebbe alla velocità costante di 30 km/h, mentre a velocità più comuni di 50 e 90 km/h diventa di 270 e 180. Con il riscaldamento acceso (3000 W), questi valori si riducono, secondo il modello, a 170 km di autonomia massima, che questa volta si ha a 50 km/h, e 140km a 90 all’ora; col condizionatore (3600W) si potrebbero ipotizzare 100-130 km.

  • Autonomia a velocità costante : 180-270 km (140-170 con riscaldamento, 100-130 con condizionatore)

In realtà ovviamente un’auto non viaggia a velocità costante, quindi per calcolare l’autonomia bisogna conoscere i Wh/km consumati in media su un determinato ciclo di test.

Dalle decine di test effettuati e/o simulati risulta che l’autonomia minima possibile nelle peggiori condizioni possibili (basse temperature, riscaldamento acceso, fari accesi, velocità estremamente alte o estremamente basse…)  sarebbe di 45 km, mentre nelle condizioni migliori, a qulunque temperatura e su qualunque ciclo di prova utilizzato e senza riscaldamento/condizionamento, l’autonomia complessiva non supera mai i 200 km, rispetto ai 330 massimi ipotizzati a velocità costante di 30 kmh.

Questo interessante grafico riassume questi dati:

autonomia-golf

(Dalla linea che rappresenta il modello ideale si capisce facilmente perchè per gli scooter elettrici l’autonomia dichiarata sia sempre quella a 30-40 km/h…)

Lo stesso grafico, ma in “situazione pessimistica” (inverno, -5°C, riscaldamento sempre acceso) diventa un po’ “triste”:

autonomia-golf2

 

Preoccupante pensare che le auto elettriche attuali hanno batterie grandi la metà… e quindi, teoricamente, grafici alti la metà di questi, che rendono molto preoccupante l’autonomia di un’auto elettrica attuale con climi molto rigidi: possibile che a New York (ciclo NYCC) un’auto con batteria da 15 kWh d’inverno abbia autonomia di 23 km?!?

Un altro dato interessante che si legge nella ricerca è che la capacità disponibile della batteria varia tra 30 kWh a 20°C e 23-24 kWh a -5°C, quindi il 77%; oltre a questo, come detto, d’inverno bisogna considerare i 3000 W in più consumati costantemente dal riscaldamento.

La ricerca dice che tra situazione-base (fari spenti e riscaldamento spento) i consumi sarebbero di circa 180-210 Wh/km, che salirebbero a 240-260 con fari e riscaldamento accesi; nei due casi si avrebbero quindi autonomie di 143-167 km e 115-125 km, e un’autonomia media, dati i consumi medi di 206 Wh/km, di 145 km.

Va detto che la ricerca stima nel 30% l’efficienza della frenata rigenerativa, mentre a me risulta che i sistemi di rigenerazione abbiano un’efficienza prossima al 100%, ma che al massimo l’energia recuperabile con la decelerazione è del 10-40% (perchè non si può recuperare l’energia dispersa dall’asfalto e dall’aria, che ammonta al 60% in città e addirittura al 90% in autostrada). Nella ricerca non è chiaro se il 30% sia il prodotto dell’efficienza per la percentuale fisicamente recuperabile, o altro.