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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

asti

gli

on

e

p. M

ag

gio

re

p. S

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itale

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ce

p. S

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aia

p. S

ara

go

zza

v. A

ldin

i

v. A

ldin

i

Velocità e stile di guida

FIAT 500L

VIALI DI BOLOGNA. Velocità non limitata. Allineato al traffico esistente

p. S

. M

am

olo

p. S

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tefa

no

p. C

asti

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go

zza

v. A

ldin

i

v. A

ldin

i

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

claudio.rossi@unibo.it

Corso di laurea in Ingegneria dell’Energia Elettrica

Alma Mater Studiorum - Università di Bologna

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Grazie per l’attenzione