Ruote motorizzate

Le ruote motorizzate permettono l’ibridizzazione del veicolo senza preoccuparsi dei problemi relativi all’ingombro derivanti dall’aggiunta di un ulteriore sistema di propulsione. Il motore elettrico, che è collocato nel mezzo della ruota, è capace di fornire allo pneumatico la potenza e la coppia necessaria al movimento. Il sistema è costituito da un rotore, connesso alla ruota, e da uno statore, fissato alla sospensione del veicolo. La classe di motori che si presta meglio è quella degli azionamenti brushless caratterizzati da compattezza, peso limitato, elevati valori di coppia per unità di massa e di volume. Una rappresentazione schematica e complessiva di quale potrebbe essere l’assemblaggio di un in wheel motor è riportato nella figura sottostante.

Figura 24-Schema ruote motorizzate

In questo caso il motore brushless è munito di rotore esterno per minimizzare gli ingombri. Come visibile, la cavità che si viene a creare all’interno dello statore può permettere l’alloggiamento, oltre che dell’albero, anche delle pinze dei freni. Tuttavia, anche questa soluzione non è esente da problematiche come ad esempio la realizzazione di sistemi di frenatura specifici e sistemi di raffreddamento diversi da quello ad aria con annessa progettazione del circuito. Un ulteriore problema è legato alla presenza di masse non sospese (ruota, freno, porta mozzo, bracci ed elementi della sospensione) che devono essere molto leggere per evitate problemi inerenti al comfort di guida e alla sicurezza. Sia la Bridgestone che la Michelin si sono mostrate interessate a questo tipo di mercato proponendo diverse soluzioni.

È difficile trovare in questo momento nel mercato europeo un tale prodotto a prezzi concorrenziali. Ci si è orientati quindi al mercato cinese, dove si trovano prezzi davvero competitivi. Il loro costo d’acquisto negli scorsi anni si aggirava intorno ai 207 €/kW e si stima che il costo attuale sia intorno ai 76 €/kW. Con buone probabilità, si ritiene che il loro costo continuerà a ridursi nel tempo. Tale aspetto non deve essere sottovalutato, poiché un minore costo dei componenti comporta una riduzione del costo di produzione stesso del kit, favorendo così, una riduzione del prezzo di vendita finale. Il prodotto acquistato è un DC brushless hub motor da 7 kW con le seguenti caratteristiche:

Pick Power 7 [kW]

Pick Torque 150 [Nm]

Diameter-Width 303-107 [mm]

Max Speed 1500 [rpm]

Weight 20 [kg]

Tabella 1 Caratteristiche IWM

Figura 26 disegni tecnici ruote motorizzate

Insieme ai motori sono forniti i relativi driver per il controllo.

Figura 27 Invert IWM

4.2.2. Le batterie

Le batterie sono dispositivi che convertono energia chimica in energia elettrica. Esse possono essere classificate essenzialmente in due macro categorie:

 ricaricabili  non ricaricabili

All’interno di una batteria avviene una reazione di ossidoriduzione tra due differenti sostanze, una delle quali perde elettroni per effetto dell’ossidazione, mentre l’altra si riduce, in altre parole acquista elettroni. Il suo funzionamento si basa proprio sul flusso di elettroni che è in grado di generare una corrente elettrica continua. Le pile risultano scariche nel momento in cui tali reazioni chimiche raggiungono uno stato di equilibrio. Nelle batterie primarie le reazioni chimiche che si determinano sono irreversibili. Conseguentemente essa, una volta scarica, sarà inutilizzabile in quanto non ricaricabile. Al contrario le pile secondarie sono quelle batterie in cui le reazioni chimiche interne sono reversibili. Ciò consente la ricarica del dispositivo mediante la somministrazione di energia elettrica che inverte il senso della reazione completa ottenendo la riformazione dei reagenti iniziali. Anche in questo caso, possiamo individuare differenti tipologie di accumulatori, tra cui i principali sono le pile al Piombo- acido e quelle agli ioni di Litio. Le batterie agli ioni di Litio sono le più adeguate per i veicoli elettrici grazie alle elevate potenzialità di sviluppo e alle notevoli prestazioni. Esse si contraddistinguono per il buon rapporto potenza-peso, per l’assenza dell’effetto memoria e per un lento processo di scarica in caso di mancato utilizzo. L’effetto memoria rappresenta la capacità delle batterie di ricordare quanta percentuale di scarica è stata richiesta nelle precedenti scariche, ovvero se una batteria completamente carica viene utilizzata per il 60% e successivamente viene ricaricata totalmente, quel 40% inutilizzato non viene riconosciuto e andrà così perso poiché irrecuperabile. La scelta delle batterie è un aspetto di fondamentale importanza poiché da esse dipende la capacità di immagazzinare l’energia solare raccolta dai pannelli. Un veicolo elettrico dovrà essere equipaggiato con batterie ricaricabili dotate di una discreta capacità di accumulo di energia e al tempo stesso con un peso contenuto in modo da non causare una notevole riduzione delle prestazioni del veicolo.

La scelta di una batteria va relazionata ad alcuni fattori quali:  Durata cicli

 Densità di energia  Voltaggio

La durata dei cicli indica il numero di ricariche possibili e secondo tale valore si possono scegliere batterie con elevate durate dei cicli che consentono così, di ridurre i costi. La densità di energia rappresenta invece la quantità di energia elettrica accumulata in rapporto al peso ed è quindi preferibile scegliere batterie con densità di energia elevata per consentire un accumulo maggiore. Infine il voltaggio è importante poiché non tutte le batterie sono in grado di fornire una tensione consistente. Gli accumulatori che meglio degli altri garantiscono queste prestazioni sono sicuramente quelli agli ioni di Litio.

Figura 29-Pacco batteria agli ioni di Litio utilizzata per il kit

Nel nostro caso sono state scelte delle celle con le caratteristiche riportate nella figura di sopra. Il pacco formato da 30 celle ha una capacità di 4kWh.