Powertrain ibrido/elettrico (TESI automotive)

Inauguriamo la sezione “Tesi di Laurea“, dove pubblicheremo le migliori e più interessanti tesi da leggere che trattano argomenti a noi cari come automotive e meccanica.
Quella proposta qui è un’interessante tesi discussa nel Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Meccanica al POLITECNICO DI TORINO dallo studente Vincenzo Graziano Bertucci, ora Dottore.

Argomento della tesi, il powertrain

L’argomento trattato è “Confronto tra powertrain tradizionale e powertrain ibrido/elettrico“.

Confronto tra powertrain tradizionale e
powertrain ibrido/elettrico

“Negli ultimi anni si è assistito ad una sempre crescente introduzione nel mercato automobilistico di veicoli ibridi ed elettrici da parte delle varie OEM. Questo enorme investimento da parte delle case automobilistiche ha portato nel mercato un numero sempre maggiore di veicoli elettrici/ibridi. Per spiegare questo repentino cambio di rotta da parte dei vari car makers di tutto il mondo è opportuno porsi una semplice domanda: perché stanno investendo miliardi di euro in architetture elettriche/ibride?

La domanda precedente ha molteplici risposte, che possono variare in funzione della persona a cui viene posta. Infatti, si potrebbe pensare che le case automobilistiche stiano investendo tempo e denaro per migliorare l’ambiente e la salute di chi vi abita, ma casi come il Diesel Gate ci dovrebbero far subito tornare alla realtà. La verità dietro al massiccio sforzo da parte delle OEM sull’elettrificazione del proprio parco auto è legata all’impossibilità da parte di queste ultime di riuscire a rispettare i sempre più stringenti vincoli ambientali imposti dai differenti enti mondiali di controllo (CARB, CE, ecc.)”. (Vincenzo Graziano Bertucci)

CAPITOLO 1 – Powertrain: definizione e classificazione
1.1 Definizione
1.2 Possibili architetture di un powertrain
1.2.1 Powertrain tradizionali
1.2.2 Powertrain elettrico/ibrido
1.3 Classificazione dei veicoli Elettrici/Ibridi
1.3.1 Grado di ibridazione
1.3.2 Layout del powertrain
1.3.3 Classificazione di un veicolo ibrido in funzione della posizione dell’e-motor
1.4 Interazione tra motore ICE e motore elettrico
1.5 Posizione del powertrain all’interno del veicolo

CAPITOLO 2 – Motore ICE e tecnologie ad esso associate
2.1 Introduzione
2.2 Concetti fondamentali dei motori ICE
2.2.1 Parametri funzionali
2.2.1.1 Durata, tempi e fasi del ciclo di lavoro
2.2.2 Parametri prestazionali
2.2.2.1 Potenza utile
2.2.2.2 Coefficiente di riempimento
2.2.2.3 Pressione media effettiva (pme)
2.2.3 Cicli di riferimento per i motori ad accensione comandata
2.2.3.1 Ciclo ideale di riferimento

2.2.3.2 Ciclo limite
2.2.3.3 Ciclo indicato
2.2.4 Rendimenti per i motori ad accensione comandata
2.2.4.1 Rendimento limite
2.2.4.2 Rendimento termo-fluidodinamico interno
2.2.4.3 Rendimento indicato
2.3 Curve caratteristiche
2.4 Consumi specifici e piani quotati
2.5 Sistemi di sovralimentazione
2.5.1 Principali metodi di sovralimentazione
2.5.2 Concetti base della sovralimentazione
2.5.3 Principali tipologie di sovralimentazione mediante sistemi turbocompressi
2.6 Legge di alzata delle valvole e vari sistemi di modifica
2.6.1 Variable valve actuation (VVA)
2.6.2 Cylinders deactivation (CDA)
2.6.3 Ciclo termodinamico Miller/Atkinson
2.7 Utilizzo dei motori ICE sui veicoli ibridi
2.7.1 Introduzione al downsizing e alle varie tecnologie associate
2.7.2 Sistemi correlati al processo di downsizing
2.7.3 Esempio di downszing sul motore ICE

CAPITOLO 3 – Trasmissione nei veicoli tradizionali ed ibridi
3.1 Introduzione
3.1.1 Resistenza aerodinamica
3.1.2 Resistenza al rotolamento
3.1.3 Resistenza alla pendenza stradale
3.1.4 Resistenza all’accelerazione
3.1.5 Resistenza totale

3.2 Perché i veicoli hanno bisogno di un cambio
3.3 Componenti principali dei cambi di velocità
3.3.1 I sincronizzatori
3.3.2 Il volano
3.3.3 La frizione
3.4 Differenti tipi di trasmissioni nei veicoli
3.4.1 Trasmissioni manuali
3.4.2 Trasmissioni manuali automatizzate
3.4.3 Trasmissioni automatiche
3.4.4 Trasmissioni a doppia frizione (DCT)
3.4.5 Trasmissioni nei veicoli ibridi
3.4.6 Trasmissioni a variazione continua di fase (CVT)

CAPITOLO 4 – Overview sui componenti del powertrain elettrico
4.1 Introduzione e configurazione generale degli EV
4.1.1 Variazione nel sistema di accumulo dell’energia negli EV
4.1.2 Variazione nella disposizione nel sistema di propulsione degli EV
4.1.3 Variazione nella trasmissione della potenza alle ruote negli EV
4.2 Le batterie negli EV
4.2.1 Tensione di cella e tensione nominale (V)
4.2.2 Capacità della batteria (Ah)
4.2.3 Energia immagazzinata (Wh)
4.2.4 Energia specifica (Wh/Kg)
4.2.5 Densità di energia (Wh/m3
4.2.6 Potenza specifica (W/Kg)
4.2.7 Stato di carica (SOC)
4.2.8 Profondità di carica (DOD)
4.2.9 Efficienza energetica
4.2.10 Temperatura di funzionamento della batteria
4.2.11 Geometria della batteria
4.2.12 Durata della batteria
4.3 Batterie al litio
4.3.1 Batterie agli ioni di litio
4.3.2 Batterie ai polimeri di litio
4.4 Elettronica di potenza
4.4.1 Inverter
4.4.2 Convertitori DC/DC
4.5 I motori elettrici
4.5.1 Motore brushed a CC
4.5.2 Caratteristiche principali motori dei motori a CC
4.5.3 Motori elettrici brussless a magneti permanenti (PM)
4.5.4 Motori a riluttanza commutata (SR)
4.5.5 Motori ad induzione
4.5.6 L’efficienza dei motori elettrici
4.5.7 Confronto tra i diversi motori elettrici
4.6 Le trasmissioni nei veicoli elettrici
4.6.1 Trasmissione a rapporto fisso e singola velocità
4.6.2 Trasmissione a rapporto fisso e doppia velocità
4.7 Esempio di veicolo elettrico- Audi E-tron 55
4.7.1 Powertrain anteriore (APA 250)
4.7.1 Powertrain posteriore (AKA 320)

CAPITOLO 5 – Installazione, analisi e costo dei sistemi ibridi
5.1. Introduzione
5.2. Descrizione dell’architettura MICRO-HYBRID
5.2.1 Sistema P1F 12 V
5.2.2 Impatto dell’installazione del sistema P1F 12 V su una vettura esistente
5.2.3 Modifiche in dettaglio
5.2.4 Esempio di installazione di un sistema P1F su una vettura esistente
5.3 Descrizione dell’architettura MILD HYBRID
5.3.1 Sistema P1F 48 V
5.3.2 Impatto dell’installazione del sistema P1F 48 V su una vettura esistente
5.3.3 Esempio di installazione di un sistema P1F 48V su una vettura esistente
5.3.4 Sistema P2 48 V
5.3.5 Impatto dell’installazione del sistema P2 48 V su una vettura esistente
5.3.6 Esempio di installazione di un sistema P2 48V su una vettura esistente
5.4 Introduzione analisi dei costi
5.4.1 Analisi dei costi
5.4.2. Analisi comparativa e conclusioni

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