Innovazione tecnologica
nei sistemi di trazione
Prof. FABIO MASSIMO FRATTALE MASCIOLI
Responsabile del Polo per la Mobilità Sostenibile Sapienza Università di Roma
[email protected] WWW.POMOS.IT
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POMOS – RICERCA E SVILUPPO
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POMOS – LA SEDE
Prima Convenzione – Febbraio 2008
Direzione Regionale Ambiente e
Cooperazione tra i Popoli e
Dipartimento INFO-COM
Durata: 3 anni
Finanziamento: € 2.500.000,00
Seconda Convenzione – Gennaio
2011
Direzione Regionale Protezione Civile
e Dipartimento D.I.E.T. (ex INFO-COM)
Durata: 2 anni
Finanziamento: € 2.000.000,00
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POMOS
The Projects
The Networks
AUTOMOTIVE
2
5
TLC
6
ELECTRONICS
1
COLLABORATION
AGREEMENTS
ENERGY
1
1
ASSOCIATIONS
1
1
TRAINING
3
COMPANIES
(SMEs)
7
5
ICT
1
4
RESEARCH
CENTERS
2
INDUSTRIAL
PLANTS
2
MUNICIPALITIES
3
MOBILITY
1
CONSORTIUM
7
SERVICES
1
2
TRAINING
ISTITUTIONS
3
6
4
UNIVERSITIES
4
SMALL AND
MEDIUM
COMPANIES
LARGE
COMPANIES
1
1
European Projects
• Press4Transport
• Horizon 2020
National Projects
•
•
•
HI QUAD
HI ZEV
PON ROTOLION
Regionale/Local Projects
•
•
•
•
•
•
•
ECO CHASSIS
FEMAG-T
Ventotene Isola Emissioni
Zero
Biocarrozza Elettrica
DefendHer
P.L.U.S. Cisterna di Latina
Bonifica 2.0
MAIN BUSINESS TYPE
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POMOS - BIOCARROZZA
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POMOS - VALENTINO I
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POMOS - VALENTINO II
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POMOS – HI
HI--ZEV 2015
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Thor
Thor
Pick-up Nozomi ibrido
Electric Quad RAM ZEV
Bizzarrini P538h
Quad elettrico RAM ZEV
Progetto Ibrido DefendHer
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Muletto Ibrido
SMART CITY
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SMART GRIDS
Per SMART GRID si intende una rete elettrica intelligente, in grado di
interfacciarsi con tutti gli utenti connessi, siano essi produttori,
consumatori o prosumers, allo scopo di distribuire energia in modo
efficiente, sostenibile, economicamente vantaggioso e sicuro.
La
SMART
GRID
utilizzerà prodotti e
servizi
innovativi
assieme a tecnologie
intelligenti
di
monitoraggio,
controllo,
comunicazione, allo
scopo di aumentare il
grado di affidabilità e
sicurezza del sistema
elettrico
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MICRO GRIDS
MICRO GRIDS è un sistema di produzione e distribuzione locale di
energia in piccola scala, da fonti rinnovabili.
Tutti gli elementi del sistema sono integrati e monitorati mediante
un unità di controllo al fine di ottimizzare prestazione e efficienza.
Il sistema può comprendere:
• fonti rinnovabili (eolico,
fotovoltaico…)
• fonti da cogenerazione
(biometano…)
• Gruppi di accumulo
• Carichi domestici,
industriali e rurali
• stazioni di ricarica lente e
veloci
• Eventuale connessione alla
rete di distribuzione elettrica
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MICRO GRIDS
U N POSSIBILE ESEMPIO DI MICRO GRID PUÒ ESSERE UNA PENSILINA DOTATA DI
GENERAZIONE DA FONTI RINNOVABILI , SISTEMA D’ACCUMULO E COLONNINE PER
MEZZI ELETTRICI .
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POMOS – RICARICA VELOCE – MICRO GRID
Il Pomos ha realizzato un impianto di ricarica veloce (ChaDeMo) e lenta
alimentato da energia rinnovabile
Presso Aprilia in collaborazione con il concessionario Citroen Prezioso.
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VERSO LA MOBILITA’ INTERMODALE
CONTRIBUIRE A VALORIZZARE
DI SVILUPPO SOSTENIBILE.
LE POTENZIALITÀ DEL SISTEMA TERRITORIALE ATTRAVERSO PERCORSI
INFRASTRUTTURE
ENERGETICHE:
SISTEMI DI
PRODUZIONE,
STOCCAGGIO,
RICARICA,
M INI (RURAL)
FLOTTA
GRIDS
INTERMODALE
:
VEICOLI
TERRESTRI,
BATTELLI,
MOBILITÀ
IMPLEMENTAZI
ELETTRICA
ONE
E IBRIDA
TECNOLOGIE
PLUG
-IN
VANET
TELEMATICA:
GESTIONE
SISTEMI
(CONTROLLO
FLOTTE),
PIATTAFORMA
GIS,
RETE SENSORI,
DRONI
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REALIZZAZIONE DEL
PADIGLIONE
ESPOSITIVO
VEICOLI ELETTRICI
•
•
•
•
I VEICOLI
ELETTRICI
I COMPONENTI
TEST E CERTIFICHE
DECRETO LEGGE DEL1 DICEMBRE 2015, N. 219
DEL “RETROFIT”
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VEICOLI ELETTRICI
VANTAGGI:
•
•
•
ALTA EFFICIENZA DEI MOTORI
ECOSOSTENIBILITÀ
MINIMA MANUTENZIONE
ELETTRICI
SVANTAGGI:
•
•
COSTI ELEVATI PER I SISTEMI DI ACCUMULO
(ESS)
LIMITATA AUTONOMIA (MA…)
DELL'ENERGIA
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COMPONENTI VEICOLI ELETTRICI
MOTORE
•
•
:
COPPIA E NUMERO DI
POTENZA RICHIESTA
GIRI
INVERTER:
• TENSIONE PACCO BATTERIE
• POTENZA E TIPOLOGIA DEL MOTORE
PACCO BATTERIE
• AUTONOMIA DESIDERATA
• INGOMBRO E PESO
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: PACCHI BATTERIE
L’ENERGIA DI UN VEICOLO
È IMMAGAZZINATA NEL PACCO BATTERIE RICARICABILI
I PARAMETRI FONDAMENTALI DELLE BATTERIE SONO:
• TENSIONE (VOLT)
• CAPACITÀ (AMPERE ORA)
• CORRENTE MAX SCARICA E CARICA (AMPERE )
• DENSITÀ DI ENERGIA (WATTORA/KG)
• RANGE DI TEMPERATURA (CELSIUS)
• STATO DI CARICA O SOC (%):
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(ESS);
I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: BATTERIE RICARICABILI
TECNOLOGIE
•
PIOMBO-ACIDO
•
NICD
•
LITIO- IONI
•
LITIO- POLIMERI
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: BATTERIE LITIO
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: BATTERY MANAGEMENT SYSTEM
•IL BATTERY MANAGEMENT SYSTEM
(BMS) È IL SISTEMA CHE PERMETTE LA
GESTIONE EFFICIENTE E SICURA DELLE
BATTERIE.
•CONTROLLA LE TENSIONI DI OGNI CELLA
IMPEDENDO SOVRA E SOTTO TENSIONI
IN CARICA E DURANTE LA TRAZIONE.
•EQUALIZZA LA TENSIONE DELLE CELLE:
•PASSIVO: SCARICA
•ATTIVO TRASFERISCE LA CARICA
•CALCOLA LA SOC
•LA TEMPERATURA È UN ALTRO
PARAMETRO DA MONITORARE,
FONDAMENTALE PER LO “STATE OF
HEALTH” (SOH).
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: SISTEMA DI RICARICA
IL SISTEMA DI RICARICA CON LA
COLLABORAZIONE DEL BMS RIPRISTINA IL
LIVELLO DI ENERGIA DELLE BATTERIE.
IL CARICABATTERIE PUÒ ESSERE INTERNO
AL VEICOLO, COLLEGATO ALLA RETE
ELETTRICA AC O ESTERNO CHE FORNISCE
CORRENTE CONTINUA DIRETTAMENTE AL
PACCO.
IL SISTEMA DI RICARICA
DEVE ESSERE
SPECIFICO PER LA TIPOLOGIA DELLA
BATTERIA. PARAMETRO FONDAMENTALE È
LA CORRENTE EROGATA CHE DETERMINA IL
TEMPO DI RICARICA.
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: SISTEMA DI RICARICA
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: SISTEMA DI RICARICA
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: SISTEMI DI RICARICA
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RAPIDA
I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: I MOTORI
Motori corrente continua
I primi motori elettrici utilizzati per la trazione, soprattutto per piccoli
veicoli, sono stati quelli a corrente continua a magneti permanenti o ad
eccitazione separata.
Caratterizzati da:
• problemi di manutenzione (per la presenza di spazzole e collettori)
• di basso rendimento
•di complessità di costruzione.
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: I MOTORI
Motori ad induzione
Nel motore ad induzione (asincrono) lo statore è alimentato da una tensione
alternata trifase, mentre il campo magnetico di rotore viene creato per
induzione, eliminando quindi la presenza di contatti striscianti e dei magneti. Le
principali caratteristiche di questo motore sono:
• ridotti costi di produzione;
• necessità di manutenzione praticamente nulla ed elevata robustezza;
• con opportune tecniche si può disaccoppiare il controllo della coppia da quello
della generazione del campo magnetico di rotore;
• rapporto di elasticità molto elevato, con una velocità massima circa doppia di
quella;
•bassa densità di coppia per massa, che comporta un’elevata massa del motore
per avere una coppia fissata;
•bassa densità di coppia per volume, che porta ad avere elevati ingombri;
•rendimento inferiore rispetto ad altri motori elettrici;
•elevato momento d’inerzia del rotore che ha al suo interno avvolgimenti di
rame.
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: I MOTORI
Motori ad induzione
vista esplosa delle varie parti di un
motore asincrono a gabbia.
circuiti magnetici di statore e di rotore
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: I MOTORI
Motori brushless
Nel motore brushless (sincrono a magneti permanenti), rispetto all’asincrono, il
campo magnetico rotorico è generato da magneti permanenti e le bobine di
statore sono alimentate da un generatore equilibrato di corrente trifase. Le
principali caratteristiche sono:
• alto rendimento (maggiore rispetto al motore ad induzione);
• alta densità di coppia per massa che consente di avere un peso minore a parità
di coppia da fornire;
• alta densità di coppia per volume che consente di avere ingombri ridotti;
• momento rotorico d’inerzia particolarmente ridotto;
• costo elevato;
• necessità di mantenere il sincronismo: è necessario quindi avere un sensore per
la misura della posizione del motore;
• elasticità molto limitata, il campo generato dai magneti può essere indebolito
solo entro certi limiti, per non smagnetizzare il materiale, e questo porta ad
avere un limitato campo di velocità nel tratto a potenza costante. Ciò può
limitarne l’uso in certe applicazioni di trazione.
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I COMPONENTI DEI VEICOLI ELETTRICI: I MOTORI
Motori brushless
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UN Applicazione avanzata:
Auto sportiva ad alte prestazioni con 4 motori elettrici
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DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219
PER RETROFIT
UN
SISTEMA
ELETTRICO O "SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA“ SI INTENDE
CHE
CONSENTE
DI
TRASFORMARE
UN
VEICOLO
CON
:
MOTORE
ENDOTERMICO IN UN VEICOLO CON ESCLUSIVA TRAZIONE ELETTRICA.
1.
2.
3.
4.
IL SISTEMA È COSTITUITO ALMENO DA:
UN MOTOPROPULSORE
(MACCHINA
ELETTRICA E RELATIVO CONVERTITORE DI
POTENZA), MONTATO A MONTE DEGLI ORGANI DI TRASMISSIONE;
UN PACCO BATTERIE
(COMPRENSIVO
DI SISTEMA DI GESTIONE ELETTRICA E
TERMICA DEGLI ACCUMULATORI E DI SISTEMA DI SEZIONAMENTO E PROTEZIONE)
INTESO A FORNIRE IN MODO ESCLUSIVO L'ENERGIA E LA POTENZA DI TRAZIONE;
UN'INTERFACCIA CON LA RETE PER LA RICARICA DEL PACCO BATTERIE;
EVENTUALI ALTRI SOTTOSISTEMI NECESSARI AL CORRETTO FUNZIONAMENTO DEL
VEICOLO TRASFORMATO.
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DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219
Definizioni
"TIPO
DI VEICOLO":
COMMA
L'INSIEME DEI VEICOLI QUALI DEFINITI DALL'ARTICOLO
17, DELLA DIRETTIVA 2007/46/CE E SUCCESSIVE
MODIFICAZIONI;
3,
"FAMIGLIA DI VEICOLI": SOTTOINSIEME DI VERSIONI DI VARIANTI, QUALI DEFINITE
DALL'ALLEGATO II, PARTE B, DELLA DIRETTIVA 2007/46/CE E SUCCESSIVE
MODIFICAZIONI, APPARTENENTI ALLO STESSO TIPO DI VEICOLO, CHE NON
DIFFERISCANO
PER
CARATTERISTICHE
DIMENSIONALI
E
DI
PRESTAZIONI
FUNZIONALMENTE CONNESSE AL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA;
"CAMPO
D'IMPIEGO": LE FAMIGLIE DI VEICOLI SULLE QUALI IL
"SISTEMA
DI
RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA" PUÒ ESSERE INSTALLATO, SECONDO I CRITERI
TECNICI INDICATI NELL'ALLEGATO
C AL PRESENTE
DECRETO.
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DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219
Definizioni
CATEGORIA
M: VEICOLI
A MOTORE DESTINATI AL TRASPORTO DI PERSONE ED AVENTI
ALMENO QUATTRO RUOTE;
- CATEGORIA M1: VEICOLI DESTINATI AL TRASPORTO DI PERSONE, AVENTI AL MASSIMO OTTO POSTI A
-
SEDERE OLTRE AL SEDILE DEL CONDUCENTE;
- CATEGORIA M2: VEICOLI DESTINATI AL TRASPORTO DI PERSONE, AVENTI PIÙ DI OTTO POSTI A SEDERE
OLTRE AL SEDILE DEL CONDUCENTE E MASSA MASSIMA NON SUPERIORE A 5 T;
- CATEGORIA M3: VEICOLI DESTINATI AL TRASPORTO DI PERSONE, AVENTI PIÙ DI OTTO POSTI A SEDERE
OLTRE AL SEDILE DEL CONDUCENTE E MASSA MASSIMA SUPERIORE A 5 T;
CATEGORIA
N: VEICOLI
A MOTORE DESTINATI AL TRASPORTO DI MERCI, AVENTI
ALMENO QUATTRO RUOTE;
- CATEGORIA N1: VEICOLI DESTINATI AL TRASPORTO DI MERCI, AVENTI MASSA MASSIMA NON
-
3,5 T;
AMMESSA LA SOTTOCATEGORIA
SUPERIORE A
G PER
VEICOLI FUORISTRADA
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DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219
Omologazione
LA DOMANDA
DI OMOLOGAZIONE DI UN SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA E'
PRESENTATA
PRESSO
OGNI
SERVIZIO TECNICO
1, LETTERA LL.
(CPA),
QUALE
DEFINITO
SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA E' OMOLOGATO DALLA
DIREZIONE
DALL'ARTICOLO
UN
3, COMMA
GENERALE PER LA MOTORIZZAZIONE IN RELAZIONE AD UNA O PIÙ FAMIGLIE DI
VEICOLI, A SEGUITO DELL'ESITO FAVOREVOLE DELLA VERIFICA DI IDONEITÀ DELLO
STESSO.
LA DIREZIONE
GENERALE PER LA MOTORIZZAZIONE RILASCIA IL CERTIFICATO DI
OMOLOGAZIONE DEL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA
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DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219
CARATTERISTICHE
1.
CIASCUN
GENERALI DEL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA
RICHIESTE PER L'OMOLOGAZIONE
SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA E' PROGETTATO, COSTRUITO E
MONTATO IN MODO TALE CHE NON SIANO ALTERATE LE ORIGINARIE CARATTERISTICHE DEL
VEICOLO IN TERMINI DI PRESTAZIONI E SICUREZZA.
2.
E'
RICHIESTO IL PREVENTIVO NULLA OSTA DEL COSTRUTTORE DEL VEICOLO NEI CASI IN CUI
IL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA RICHIEDA SOSTITUZIONI O MODIFICHE DI PARTI
DEL VEICOLO AL DI FUORI DEL SISTEMA DI PROPULSIONE STESSO.
3.
IN ALTERNATIVA AL NULLA OSTA DEL COSTRUTTORE DEL VEICOLO, IL SERVIZIO TECNICO,
PROCEDERÀ ALLE VERIFICHE E PROVE NECESSARIE PER ACCERTARE, CHE LE MODIFICHE
EFFETTUATE ASSICURINO UN LIVELLO DI SICUREZZA E DI PRESTAZIONI NON INFERIORI A
QUELLO DEL VEICOLO ORIGINARIO.
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DECRETO LEGGE 1 dicembre 2015, n. 219
PRESCRIZIONI
1.
IL COSTRUTTORE DEL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA E' RESPONSABILE
DELL'OMOLOGAZIONE E DELLA CONFORMITÀ DI PRODUZIONE DI TUTTI I COMPONENTI DEL
SISTEMA STESSO, NONCHÉ DELLE MODIFICHE NECESSARIE PER INSTALLARE IL SISTEMA SU
UN VEICOLO APPARTENENTE AL CAMPO DI IMPIEGO DEL SISTEMA MEDESIMO.
2.
L'INSTALLATORE DEL SISTEMA DEVE ESSER IMPRESA ESERCENTE L‘ ATTIVITÀ DI
AUTORIPARAZIONE.
L'INSTALLATORE DEL SISTEMA DI RIQUALIFICAZIONE ELETTRICA SUL VEICOLO RILASCIA UNA
DICHIARAZIONE DI CONFORMITÀ, CON LA QUALE CERTIFICA L'OSSERVANZA DELLE
PRESCRIZIONI PER L'INSTALLAZIONE DISPOSTE DAL COSTRUTTORE DEL SISTEMA E, A SEGUITO
DI VISITA E PROVA, L'AGGIORNAMENTO DELLA CARTA DI CIRCOLAZIONE.
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PERCHÉ IL RETROFIT
PER RIQUALIFICARE
IL PARCO AUTO ENDOTERMICO USATO CHE UNA VOLTA
TRASFORMATO GODRÀ DEI VANTAGGI DEI VEICOLI ELETTRICI
:
•ZERO EMISSIONI LOCALI.
•ALLUNGAMENTO DEL CICLO DI VITA DEI VEICOLI.
•RIUTILIZZO EVENTUALE DELLE PARTI RIMOSSE .
•EFFICIENZA ENERGETICA NOTEVOLMENTE SUPERIORE
•COSTO ENERGIA ELETTRICA INFERIORE AL COMBUSTIBILE
•VITA MEDIA DEI MOTORI ELETTRICI 2 MILIONI DI KM E BASSI COSTI DI MANUTENZIONE.
•BOLLO E ASSICURAZIONE
•ACCESSO GRATUITO ALLE ZTL, PARCHEGGI RISERVATI E ALCUNI CENTRI
COMMERCIALI COLONNINE DI RICARICA GRATIS.
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INDIVIDUAZIONE DI UN MODELLO IDONEO
ALLA REALIZZAZIONE DI UN KIT DI CONVERSIONE
ESIGENZE
SPECIFICHE DEL MERCATO (TRASPORTO MERCI, TRASPORTO PERSONE
NUMERO POTENZIALI
NUMERO
…)
ACQUIRENTI INTERESSATI AL VEICOLO TRASFORMATO
DI VEICOLI CIRCOLANTI
(MAGGIORE
È IL NUMERO DI VEICOLI CIRCOLANTI
DI UN CERTO MODELLO MAGGIORI SONO LE POSSIBILITÀ DI SUCCESSO DEL KIT DI
TRASFORMAZIONE)
DISPONIBILITÀ
SPAZI ADEGUATI
TRASFORMAZIONE (PROPULSORE
DI
AD OSPITARE I COMPONENTI NECESSARI ALLA
ELETTRICO, PACCO BATTERIE…)
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INTERVENTO DI RETROFIT SU UN VEICOLO
RIMOZIONE DEL MOTORE , SERBATOIO E QUANTO ALTRO NON NECESSARIO
REALIZZAZIONE DI UN ORGANO DI ACCOPPIAMENTO DEL PROPULSORE ELETTRICO AL SISTEMA
DI TRASMISSIONE DEL MOTO PREESISTENTE
(SPESSO AL DIFFERENZIALE
O CAMBIO)
COLLOCAMENTO DEL PACCO BATTERIE,
DEL MOTORE E DELLE ELETTRONICHE
DI CONTROLLO
REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA A
MICROCONTROLLORE PER LA GESTIONE DEI
SEGNALI E LA SUPERVISIONE DEL MEZZO
(ADATTAMENTO DELLE TENSIONI DEL PEDALE
DEL ACCELERATORE, MISURA E VISUALIZZAZIONE
DELLE TENSIONI E CORRENTI …)
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COLLAUDO E TEST
ACCENSIONE
E VERIFICA
FUNZIONALE DEL POWER TRAIN
PROVA IN STRADA
MISURA DELLE
PRESTAZIONI E
CONTROLLO DEL RAGGIUNGIMENTO
DELLE SPECIFICHE DI PROGETTO
TEST DI
TEST
DURATA E RICARICA DEL PACCO BATTERIA
DI ISOLAMENTO
(SICUREZZA
TEST DI
ELETTRICO E CONTROLLO DI INTERRUZIONE DEI TELERUTTORI
ELETTRICA)
EMISSIONI E COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA
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COLLAUDO E TEST
Test di giri, potenza e coppia al banco
prova a correnti parassite motore
trifase asincrono
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COLLAUDO E TEST
Test al banco prova a correnti parassite di un motore asincrono
trifase. potenza e coppia a giri costanti: collegamenti inverter
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COLLAUDO E TEST
Test al banco di un motore elettrico brushless
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COLLAUDO E TEST
Grafico potenza e coppia vs giri risultante dal test al banco
prova a correnti parassite di un motore asincrono trifase.
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COLLAUDO E TEST
Grafico potenza e coppia vs giri risultante dal test al banco
prova a correnti parassite di un motore endotermico
(Td5 defender).
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COLLAUDO E TEST
Grafico potenza e coppia vs giri risultante dal test al banco
prova a correnti parassite di un motore elettrico brushless
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
POMOS - POLO PER LA MOBILITÀ SOSTENIBILE
[email protected] - WWW.POMOS.IT
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