ITVI20100097A1 - Dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica - Google Patents

Description

DISPOSITIVO PER LA MISURAZIONE DI ENERGIA

PER VEICOLI A TRAZIONE ELETTRICA

La presente invenzione si riferisce genericamente ad un dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica.

Più in particolare, l’invenzione riguarda un dispositivo in grado di analizzare in continuo, memorizzare e rendere disponibili, durante l’utilizzo, i dati di consumo e di risparmio di un veicolo a trazione elettrica, quale un’automobile elettrica, rispetto ad un corrispondente veicolo funzionante a combustibili fossili.

L’invenzione riguarda altresì un dispositivo di misurazione del risparmio energetico conseguito (“conta-risparmio†), applicabile in generale ad automobili elettriche ibride, in cui un propulsore elettrico à ̈ combinato con un propulsore a combustibile fossile; a tale proposito, si consideri che l’auto elettrica ibrida à ̈ una importante variante dell’auto elettrica poiché, grazie alla possibilità di rifornimento di combustibile tradizionale, consente l’utilizzo senza la dipendenza dalla disponibilità di punti di ricarica elettrici, in quanto, in caso di esaurimento della autonomia elettrica, l’automobile ibrida può continuare il viaggio grazie al rifornimento di combustibili tradizionali presso un normale punto vendita della rete di distribuzione esistente.

L’automobile elettrica à ̈ caratterizzata da una elevata efficienza energetica nello sfruttamento dell’energia; ne consegue che una delle sinergie ottimali con l’automobile elettrica à ̈ l’abbinamento con sistemi di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili, utilizzabili per la carica delle batterie.

Scopo della presente invenzione à ̈ infatti quello di realizzare un dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica, che consenta di ottimizzare la gestione del rifornimento di energia, per esempio di auto elettriche, permettendo altresì di analizzare in continuo, memorizzare e rendere disponibile, durante l’utilizzo, i dati di consumo e di risparmio del veicolo elettrico, rispetto a veicoli corrispondenti funzionanti a combustibili fossili.

Ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di realizzare un dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica, che costituisca in pratica un sistema di misura e contabilizzazione dell’energia risparmiata nell’esercizio del veicolo elettrico, rispetto ad un veicolo di equivalenti prestazioni alimentato a combustibile fossile.

Questi ed altri scopi, secondo la presente invenzione, sono raggiunti realizzando un dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica, secondo la rivendicazione 1 allegata.

Altre caratteristiche tecniche di dettaglio sono descritte nelle rivendicazioni successive.

In modo vantaggioso, secondo la presente invenzione, à ̈ descritto un misuratore del consumo di potenza ed energia consumata da un’automobile elettrica ibrida, che integra uno stimatore dei consumi dell’automobile equivalente alimentata con combustibili fossili.

In tal modo, à ̈ quindi possibile calcolare il risparmio ottenuto dall’auto elettrica ibrida.

Il dispositivo di misura descritto à ̈ altresì dotato di interfaccia radio ed à ̈ integrabile nell’auto elettrica ibrida, oggetto dell’utilizzo, da parte dell’utente. In particolare, vengono di seguito esaminati i due casi possibili di applicazione alle auto ibride:

- auto elettrica ibrida con trazione ibrida (motore elettrico motore endotermico concorrenti alla trazione, come nel caso ad esempio dell’auto Toyota Prius®);

- auto elettrica ibrida con trazione elettrica (motore elettrico per la trazione con motore endotermico utilizzato solo per la generazione di energia elettrica impiegata direttamente dal motore elettrico e/o per la ricarica della batteria di bordo).

Ulteriori caratteristiche e vantaggi di un dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica, secondo la presente invenzione, risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione che segue, relativa a rispettive forme di realizzazione esemplificative e preferite, ma non limitative, e dai disegni annessi, in cui:

- la figura 1 mostra uno schema a blocchi del dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica, interfacciato ad un’auto elettrica ibrida con trazione ibrida, secondo una prima forma realizzativa oggetto della presente invenzione;

- la figura 2 mostra uno schema a blocchi del dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica, interfacciato ad un’auto elettrica ibrida con trazione elettrica, secondo un’ulteriore forma realizzativi oggetto della presente invenzione;

- la figura 3 mostra uno schema a blocchi di funzionamento del dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica, secondo la presente invenzione;

- la figura 4 Ã ̈ un diagramma cartesiano che illustra le curve caratteristiche di consumo specifico di carburante di un motore endotermico di auto elettrica ibrida a trazione ibrida.

Con particolare riferimento alle figure 1-2 menzionate, il veicolo a trazione elettrica à ̈ costituito, nella forma realizzativa preferita dell’invenzione, da un’auto elettrica ibrida 1, che include i seguenti componenti:

una batteria per la trazione 3, costituita da un insieme di celle elettrochimiche collegate in serie e/o parallelo per ottenere la potenza necessaria a garantire l’autonomia dell’auto elettrica 1;

un caricatore 4 della batteria 3, alimentato da un connettore 17, collegabile alla rete elettrica a 230 Volt in corrente alternata per la ricarica della batteria 3;

un convertitore di potenza o inverter 5, che alimenta il motore elettrico e i servizi ausiliari dell’automobile, eventualmente tramite una seconda batteria ausiliaria per i servizi (non indicata nelle figure allegate);

un motore elettrico 9;

un insieme di dispositivi elettromeccanici ausiliari 10, quali un sistema di ausilio alla frenatura, luci, quadro di controllo, sistema di riscaldamento e climatizzazione, ecc.;

gli organi meccanici 11 per la trasmissione del moto alle ruote 12;

un serbatoio 36 per il contenimento del carburante combustibile;

un motore endotermico 37 che, nel caso dell’auto elettrica 1 con trazione ibrida (di cui alla figura 1 allegata), fornisce direttamente energia meccanica agli organi di trasmissione 11, e che, nel caso dell’auto elettrica 1 con trazione elettrica pura (di cui alla figura 2 allegata) fornisce energia meccanica ad un generatore elettrico 40, il quale, a sua volta, fornisce energia elettrica al caricatore 4 e quindi alla batteria 3.

Il dispositivo di misura secondo l’invenzione comprende altresì un misuratore 2, con interfaccia radio e/o antenna 16, per il conteggio dell’energia consumata e/o risparmiata (“conta-risparmio†), un terminale portatile 18 ed una centralina di controllo 19, con relativa antenna 50 ed interfaccia utente.

Con particolare riferimento alla figura 3 allegata, il dispositivo di misura oggetto dell’invenzione à ̈ composto dalle seguenti parti:

- un controllore a microprocessore 28,

- un ricetrasmettitore radio 31, ad esempio del tipo FH-DSSS, operante nella banda 2,400-2,483 GHz, dotato di antenna 32,

- una memoria non volatile 29, ad esempio del tipo EEPROM oppure Flash, per la memorizzazione dei dati di consumo e risparmio di energia,

- un blocco di circuiti di alimentazione 20, che convertono la tensione della batteria 3 regolandola al valore richiesto per il funzionamento delle varie parti del dispositivo di misura,

- un dispositivo di connessione 30 per il collegamento alla batteria di trazione 3,

- un circuito 21 di condizionamento della misura della tensione della batteria 3,

- una coppia di amplificatori condizionatori 22, 23 della corrente misurata dai sensori di corrente 13, 14, - un circuito di condizionamento 24 dell’encoder 15, - un sensore 14 di corrente continua, del tipo ad induzione, ad esempio ad effetto Hall, che misura la corrente assorbita dal motore elettrico di trazione 9 e dai servizi ausiliari di bordo 10,

- un sensore 13 di corrente continua, del tipo ad induzione, ad esempio ad effetto Hall, che misura la corrente di ricarica della batteria 3,

- un sensore contaimpulsi 15 (o encoder incrementale) da calettare sull’albero di trasmissione per la misura del numero di giri e della velocità del veicolo,

- un sensore di livello del carburante 35, inserito nel serbatoio 36 del carburante stesso, che à ̈ preferibilmente il sensore di livello già esistente nel veicolo elettrico 1,

- un circuito di condizionamento 41 del sensore di livello carburante 35, che, nel caso di utilizzo del sensore di livello pre-esistente, legge la posizione del sensore in parallelo alla circuiteria del quadro di bordo dell’automobile elettrica 1 (solitamente i sensori di livello del carburante sono di tipo potenziometrico, quindi il circuito di condizionamento 41 legge in questo caso, ad alta impedenza, la tensione di uscita del potenziometro pre-esistente, il cui valore à ̈ proporzionale al livello del carburante nel serbatoio 36),

- un flussimetro 38, che misura il flusso di carburante (in ml/sec) che fluisce nel condotto di alimentazione del motore endotermico 37 (questo sensore à ̈ del tipo a bassa perdita di inserzione, in modo da non alterare le condizioni di alimentazione del motore stesso),

- un circuito di condizionamento 42 dei segnali di lettura del flussometro 38,

- un sensore contaimpulsi 44 o encoder incrementale, da calettare sull’albero di trasmissione del motore endotermico 37, per la misura del numero di giri e della velocità del motore stesso 37,

- un circuito di condizionamento 45 del segnale dell’encoder 44,

- un accelerometro triassiale con funzione di inclinometro 46,

- una interfaccia CAN 33 per il collegamento al computer di bordo dell’automobile elettrica 1.

Il funzionamento del dispositivo per la misurazione di energia, secondo la presente invenzione, Ã ̈ sostanzialmente il seguente.

Il misuratore 2 Ã ̈ un dispositivo che registra in modo continuo i seguenti parametri:

la potenza istantanea erogata dalla batteria 3 al motore elettrico 9 tramite il convertitore 5 (la misura à ̈ effettuata dai sensori 14, 30),

l’energia erogata dalla batteria 3 (la misura à ̈ effettuata dal sensore 14),

l’energia iniettata nella batteria 3 (la misura à ̈ effettuata dai sensori 13, 14),

la velocità istantanea dell’auto elettrica 1 (tramite il sensore 15),

il chilometraggio percorso dall’auto elettrica 1 (tramite il sensore 15),

il consumo di carburante fossile mediante la misura del livello del serbatoio carburante 36 (tramite il sensore di livello 35),

la potenza istantanea del motore endotermico 37 tramite la misura del flusso del carburante consumato (tramite il flussimetro 38) e del numero di giri del motore stesso (tramite il sensore 44). In pratica, il misuratore 2 calcola il risparmio del costo di esercizio dell’auto elettrica ibrida 1 nel suo effettivo regime di funzionamento, rispetto al costo di esercizio di una automobile virtuale di riferimento alimentata con combustibile fossile nelle stesse condizioni di esercizio.

Il risparmio di esercizio Re dell’auto elettrica ibrida 1 à ̈ calcolato dal misuratore 2 a partire dalla seguente equazione:

Re = Cf_s-Ce_s,

dove:

Ce_s = Ce/Sp = costo energetico specifico dell’auto elettrica (in €/Km),

Cf_s = Cf/Sp = costo energetico specifico dell’auto virtuale corrispondente a combustibile (in €/Km), Ce = costo energetico dell’auto elettrica ibrida 1 nel periodo di utilizzo considerato,

Cf = costo energetico dell’auto elettrica ibrida 1 nel periodo di utilizzo considerato,

Sp = spazio percorso dall’auto elettrica ibrida 1 (in Km) nel periodo di utilizzo considerato.

Per quanto riguarda il costo di esercizio Ce dell’auto ibrida reale, nelle sue condizioni di utilizzo, quest’ultimo à ̈ calcolato dal dispositivo misuratore 2 nel seguente modo:

Ce = Qc*Kc Ee*Ke,

dove:

Kc à ̈ il costo al litro del carburante,

Ke à ̈ il costo al kWh dell’energia elettrica utilizzata per la ricarica della batteria 3, misurata all’uscita del caricatore 13,

Qc à ̈ la quantità di carburante consumata in un periodo di tempo Tu (in litri) ed

Ee à ̈ l’energia elettrica consumata nel periodo di tempo Tu (in kWh).

L’energia elettrica consumata dall’auto ibrida 1 à ̈ misurata come prodotto della tensione della batteria (Vbatt) per la corrente misurata dal sensore 13 (Iric); successivamente l’integrale di tale prodotto, corretto con il rendimento ηc del caricatore 4, fornisce l’energia Ee utilizzata:

Ee = ηc * ∫0<Tu>Vbatt(t) * Iric(t) dt.

Per la misura ed il calcolo del risparmio possono essere utilizzati, in alternativa tra loro, quattro diversi metodi (in funzione del grado di precisione desiderato per la determinazione del risparmio e della complessità di interazione del dispositivo misuratore 2 con l’auto ibrida 1 considerata).

Tali diversi metodi differiscono tra loro nel modo di stima del costo di esercizio del veicolo virtuale di confronto alimentato con combustibile fossile.

In particolare, secondo il primo metodo di misura, si assegna all’auto virtuale a combustibile fossile (equivalente all’auto elettrica 1) il consumo medio di esercizio Qf_s_mdich dichiarato dal costruttore dell’auto; quindi, il risparmio à ̈ dato da:

Re = Kc*Qf_s_mdich -Ce_s

In questo caso il dispositivo misuratore 2 contarisparmio può essere semplificato al massimo poiché non occorrono le misure del flusso di carburante 38, né del numero di giri del motore endotermico 44, né del sensore 14.

Infatti per il calcolo di Ce sono sufficienti la misura dell’energia elettrica, mediante il sensore di corrente 13, la misura del consumo di carburante, mediante il sensore di livello 35, e la misura dei Km percorsi dall’auto 1, tramite il sensore 15.

Alternativamente, un secondo metodo di misura utilizza la stima del consumo di carburante dell’automobile a combustibile fossile equivalente, che à ̈ effettuabile mediante la misura della velocità, tramite il contatore 15, e dell’inclinazione, tramite l’inclinometro incorporato 46, trascurando l’effetto dell’eventuale presenza di vento contrario.

Il metodo prevede una compensazione arbitraria della sottostima dovuta alla mancanza della misura del vento che à ̈ sempre sottostimante la valutazione reale.

Il risparmio à ̈ calcolato nel modo seguente.

Ad ogni valore di velocità Vf(t) e di inclinazione Incl(t) dell’automobile corrisponde un valore di consumo approssimativo che tiene conto della marcia in condizioni standard; se, ad esempio, a 70 Km/h, in 5° marcia e con strada orizzontale, il consumo dell’automobile virtuale potrà essere stimato come Q1, nelle stesse condizioni, con strada in salita e pendenza del 5%, il consumo à ̈ stimabile come Q2, con Q2>Q1.

Quindi, in generale, noti i dati di consumo per tutte le possibili coppie di valori Vf, Incl, Ã ̈ possibile calcolare il consumo utilizzando la formula

Cf = ∫0<Tu>Kc(t) Q(t) dt dove:

Kc à ̈ il costo al litro del carburante e

Q(t) Ã ̈ il consumo di carburante corrispondente alla coppia di parametri Vf(t), Incl(t).

Segue poi:

Re = Cf/Sp -Ce_s

Secondo un terzo metodo di misura, si prevede l’attribuzione di una categoria di consumo medio dell’auto a combustibile fossile equivalente in ogni diversa condizione di effettivo utilizzo e, a tale proposito, si definiscono quattro categorie di consumo medio all’auto a combustibile fossile equivalente:

Qf_s_m_urbano = consumo medio di carburante dell’auto a combustibile fossile equivalente su percorso urbano, Qf_s_m_extra_urbano= consumo medio di carburante dell’auto a combustibile fossile equivalente su percorso extra urbano,

Qf_s_m_autostradale = consumo medio di carburante dell’auto a combustibile fossile equivalente su percorso autostradale,

Qf_s_m_montagna = consumo medio di carburante dell’auto a combustibile fossile equivalente su percorso di montagna.

Il misuratore 2 utilizza, istante per istante, le informazioni dei sensori 15 (sensore dell’albero di trasmissione del moto alle ruote 12 dell’automobile 1), 44 (sensore dell’albero di rotazione del motore) e 35 (sensore del livello carburante) per determinare a quale categoria delle quattro indicate si può ricondurre il regime di funzionamento dell’auto ibrida durante il suo utilizzo.

Il dispositivo 2 misura, per ogni 10 minuti di funzionamento dell’auto ibrida 1, i seguenti parametri: - consumo di carburante Qc,

- consumo di energia elettrica Ee,

- spazio Sp percorso dall’auto elettrica 1,

- numero di accelerazioni Nac e numero di decelerazioni Ndc dell’auto 1,

- andamento del rapporto Rtc tra velocità dell’auto e velocità di rotazione dell’albero motore (secondo il tipo di utilizzazione del cambio di velocità),

- inclinazione dell’auto 1 mediante l’inclinometro 46 incorporato nel dispositivo misuratore 2.

Mediante una opportuna tabella il misuratore 2 assegna, per ogni periodo di tempo di 10 minuti, una delle quattro categorie definite in precedenza.

Per esempio, se nel periodo di tempo considerato si ha un elevato consumo di carburante Qc e di energia elettrica Ee (Qc+Ee) e contemporaneamente un piccolo spazio percorso Sp, le categoria più probabili sono quelle Cf_s_m_urbano e Cf_s_m_montagna e la scelta tra queste due à ̈ ulteriormente effettuata dal misuratore 2 analizzando i valori di Nac e Ndc, l’andamento di Rtc e le informazioni dell’inclinometro 46.

Quindi, il risparmio, in questa modalità di misurazione, à ̈ definito come segue:

Re_tot=∑0<Nper>(Qf(categoria)*Kc(periodo) – Ce(periodo)), dove:

Nper = numero di periodi da 10 minuti considerati, Qf (categoria) = consumo medio dell’auto a combustibile fossile equivalente della categoria individuata nel periodo considerato,

Ce (periodo) = consumo effettivo dell’auto ibrida nel periodo di 10 minuti considerato,

Kc (periodo) = costo al litro del carburante nel periodo di 10 minuti considerato.

Segue infine il risparmio specifico:

Re = Re_tot/Sp_tot,

considerato nel periodo complessivo di utilizzo in cui à ̈ stato percorso lo spazio Sp_tot in Km.

Il quarto e conclusivo metodo di misurazione prevede la misura della potenza istantanea dell’auto ibrida 1 nelle reali condizioni di utilizzo e, mediante tale misura, la determinazione del regime istantaneo di funzionamento virtuale del motore dell’auto a combustibile fossile corrispondente.

Per la misura della potenza del motore endotermico si utilizza il seguente metodo.

Nella figura 4 allegata sono mostrate, a titolo esemplificativo, le curve di consumo di carburante specifico BSFC (“Brake Specific Fuel Consumption†, in g/kWh) di un tipico motore endotermico di auto ibrida (la linea A indica in figura il limite al di sopra del quale il sistema ibrido cerca di mantenere il regime di funzionamento del motore endotermico per minimizzare il consumo di carburante).

Le curve B di figura 4 rappresentano ciascuna un luogo di punti relativo a un certo consumo specifico del motore; sono indicate nell’esempio una serie di curve per consumi specifici BSFC da 230g/kWh a 600g/kWh.

Per ogni valore di n (numero di giri del motore in giri al minuto o RPM), il consumo dipende dalla coppia di uscita del motore (C in figura 4).

Ricordando che la coppia del motore C Ã ̈ legata univocamente alla potenza Pm dalla relazione:

Pm = C * n * 2pi/60,

risulta quindi noto il legame univoco tra consumo di carburante BSFC e potenza del motore endotermico Pm a un dato numero di giri n.

Quindi, mediante la misurazione del flusso istantaneo di carburante e del numero di giri, il dispositivo misuratore 2, note le curve caratteristiche di figura 4 del motore in questione, Ã ̈ in grado di calcolare per ogni istante t il valore della potenza meccanica Pm(t) erogata dal motore endotermico 37.

Ad esempio, se si misura in un dato istante di tempo un regime di rotazione di 3000 giri ed un consumo di 250g/kWh, si ottiene dalla figura 4 che il motore sta lavorando con una coppia di 60 Nm, corrispondente ad una potenza erogata di 18,85 kW.

La potenza istantanea consumata dal motore elettrico à ̈ misurata come prodotto della tensione Vbatt della batteria 3 per la corrente Imel misurata dal sensore di corrente continua ad induzione 14:

Pe = Vbatt * Imel

Per calcolare la potenza istantanea consumata dall’auto ibrida 1 occorre poi distinguere tra i due tipi di auto ibrida esistenti, quello con trazione mista e quello con trazione elettrica pura.

Nel primo caso (trazione mista e presenza di un motore endotermico 37 abbinato ad un motore elettrico 9), la potenza istantanea consumata dall’auto ibrida 1 à ̈:

Pib(t) = Pm(t) Pe(t), mentre, nel secondo caso (trazione solo elettrica e presenza del solo motore elettrico 9), la potenza istantanea consumata dall’auto ibrida 1 à ̈:

Pib(t) = Pe(t),

essendo nullo il contributo diretto alla trazione del motore endotermico 37.

Una volta misurata e calcolata la potenza istantanea dell’auto ibrida Pib(t) nelle reali condizioni di utilizzo, à ̈ possibile determinare la potenza virtuale dell’auto a combustibile fossile nelle stesse condizioni.

Infatti, disponendo del diagramma (del tipo di quello illustrato nella figura 4 allegata) caratteristico del motore dell’auto virtuale, à ̈ possibile determinare per ogni valore di Pf(t) = Pib(t) e di regime di rotazione del motore n, il valore di consumo BSFC_f(t), in litri di carburante per kWh, del motore virtuale.

L’integrazione dei valori calcolati consente di ricavare il costo di esercizio Cf dell’auto virtuale equivalente nelle condizioni reali di esercizio:

Cf = ∫0<Tu>Kc(t) BSFC_f(t) Pf(t) dt con Kc (t) = costo al litro del carburante nel periodo considerato.

Alla base di questa metodologia di misurazione c’à ̈ la considerazione che il regime di utilizzo del motore virtuale à ̈ il medesimo del gruppo motore dell’auto ibrida, cioà ̈ che in ogni regime di funzionamento il cambio di velocità sia impostato sugli stessi rapporti. Questa assunzione à ̈ necessaria per poter utilizzare quest’ultimo metodo di misura e calcolo del risparmio, che à ̈ quello che fornisce i risultati più accurati nella stima del risparmio stesso.

Segue, quindi, infine:

Re = Cf/Sp - Ce_s

Risulta, quindi, che in ogni istante di esercizio sono disponibili, grazie al dispositivo misuratore 2,

- i costi totali di esercizio Ce e Cf,

- i costi specifici per unità chilometrica Ce_s e Cf_s, - i Km percorsi,

- il risparmio Re in €/Km.

Infatti, il dispositivo misuratore 2 à ̈ in grado di associare in ogni istante un prezzo al carburante consumato in un periodo specificato, potendo così monetizzare il risparmio.

In particolare, il dispositivo misuratore 2 utilizza nel calcolo il valore Kc per attribuire il giusto costo al carburante utilizzato; poiché tale valore à ̈ legato alle fluttuazioni di mercato, à ̈ necessario aggiornarlo puntualmente ed il misuratore 2 à ̈ in grado di recuperare dalla centralina di controllo 19 il valore aggiornato Kc, in quanto, ogni volta che l’auto elettrica 1 viene posta in garage, il dispositivo misuratore 2 comunica via radio con la centralina di controllo 19, dalla quale à ̈ in grado di ricevere il valore aggiornato del prezzo del carburante Kc, che la centralina 19 stessa riceve aggiornato da un centro servizi, ad esempio collegato mediante una rete di telecomunicazioni (tramite, per esempio, un modem GSM/GPRS integrato nella centralina 19).

Inoltre, ogni volta che l’automobile 1 viene posta nel garage, il dispositivo misuratore 2 comunica via radio alla centralina 19 i dati relativi a consumi e risparmi registrati nell’ultimo periodo di utilizzo; in tal modo, ad ogni accesso al garage (o al luogo in cui à ̈ posta la centralina 19), la centralina 19 viene aggiornata sui consumi e sui risparmi dell’auto elettrica 1 e l’utente dell’auto elettrica 1 può consultare i consumi e i risparmi e gli altri parametri, quali Ce, Cf, Km, tramite il terminale portatile 18 oppure accedendo al display della centralina di controllo 19.

Con particolare riferimento alla figura 3 allegata, che illustra uno schema a blocchi del dispositivo di misura secondo l’invenzione, la gestione dell’insieme à ̈ affidata al controllore 28, dotato di microprocessore, il quale realizza le varie funzioni necessarie.

In particolare, il controllore 28 misura:

- la tensione della batteria di trazione 3 mediante il circuito analogico 21 che trasforma la tensione di batteria (normalmente di valore elevato (100-400 Volt)) portandola al valore corretto per la misura e filtrandola opportunamente;

- la corrente erogata dalla batteria 3 all’auto elettrica 1 mediante il sensore di corrente di prossimità a induzione magnetica 14 (ad esempio a effetto Hall) ed il circuito analogico amplificatore 22, che trasforma il segnale del sensore di prossimità 14 in un valore corretto per l’elaborazione numerica da parte del microprocessore;

- la corrente di ricarica della batteria 3, mediante il sensore di corrente di prossimità a induzione magnetica 13 (ad esempio a effetto Hall) ed il circuito analogico amplificatore 23, che trasforma il segnale del sensore di prossimità 13 in un valore corretto per l’elaborazione numerica da parte del microprocessore;

- il numero di giri e la velocità delle ruote 12 dell’automobile 1, mediante il sensore 15 e il circuito di condizionamento analogico 24;

- il livello di carburante presente nel serbatoio 36 dell’automobile ibrida 1, mediante il sensore di livello 35 e i circuiti di condizionamento 41 (in particolare, il sensore di livello 35 può convenientemente leggere il segnale di uscita del misuratore di livello già esistente e, poiché i misuratori di livello utilizzati sono tipicamente del tipo potenziometrico, in tal caso, il circuito 41 può essere costituito da un misuratore di tensione ad alta impedenza che si collega al potenziometro già esistente nell’auto ibrida 1); - il flusso di carburante che alimenta il motore dell’automobile ibrida 1, mediante il flussometro 38 e i circuiti di condizionamento 42;

- il numero di giri del motore endotermico 37 dell’automobile 1, mediante il contatore o encoder 44 e il circuito di condizionamento 45.

Inoltre, il controllore 28 gestisce il ricetrasmettitore radio 31, dotato di antenna 32, il quale, mediante un opportuno protocollo di comunicazione radio, consente lo scambio di messaggi tra il dispositivo misuratore 2, collocato all’interno dell’auto elettrica 1, e i dispositivi esterni 18, 19. Il controllore 28 legge altresì, in modo continuo, l’accelerometro o inclinometro 46 per la determinazione dell’inclinazione del misuratore 2 stesso e, di conseguenza, dell’automobile 1, all’interno del quale à ̈ montato, rispetto al piano orizzontale.

Infine, il controllore 28 à ̈ dotato di una interfaccia seriale CAN 33 per l’eventuale interfacciamento ad un computer di bordo dell’auto elettrica 1, in modo che, mediante questa interfaccia 33, il dispositivo misuratore 2 sia in grado di scambiare informazioni utili a raffinare le misure effettuate.

In particolare, i dati di consumo misurati con i sensori 13, 14, 15, 35, 38 e 44 possono essere confrontati con i dati analoghi registrati dal computer di bordo; alternativamente, in una diversa realizzazione, possono essere eventualmente omessi i sensori 15, 35 e 38 ed i circuiti 24, 41 e 42, o parte di essi, nel caso in cui, i dati sulla percorrenza, sulla velocità e sul livello e/o flusso di carburante possano essere reperiti dal misuratore 2 direttamente mediante l’interfaccia CAN 33, interrogando il computer di bordo dell’auto 1.

I sensori di corrente a induzione 13 e 14 sono del tipo senza contatto e possono quindi essere applicati in modo non invasivo all’automobile elettrica 1, poiché si possono applicare come “pinze amperometriche†sui cavi di potenza (come indicato nella figura 1 allegata). Infine, il controllore a microprocessore 28 à ̈ alimentato con un convertitore ad elevatissima efficienza incluso nei circuiti di alimentazione 20, il quale fornisce la piena funzionalità del controllore 28 con un assorbimento di poche decine di µA dalla batteria di trazione 3; inoltre, il controllore 28 gestisce tutte le funzionalità di misura, elaborazione e comunicazione con strategie di risparmio energetico, in modo da minimizzare il consumo di potenza del dispositivo misuratore 2 e renderlo trascurabile, ed à ̈ dotato di una memoria non volatile che registra le tabelle di conversione con i dati caratteristici dei motori e nella quale il controllore 28 memorizza i dati di risparmio e di consumo calcolati.

Si à ̈ quindi mostrato come il dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica, secondo la presente invenzione, consenta la misura puntuale del risparmio di energia di una automobile elettrica ibrida durante l’esercizio.

La misura à ̈ effettuata in modo completo poiché sono misurati sia l’energia risparmiata che il costo in denaro corrispondente a tale risparmio, e vari metodi sono utilizzabili per la stima del consumo dell’auto virtuale equivalente.

Il dispositivo proposto à ̈ inoltre facilmente integrabile (ed in modo poco invasivo) in ogni auto elettrica 1, in quanto, grazie all’interfaccia radio, può essere integrato senza alterare l’estetica dell’auto 1, mentre il dispositivo misuratore 2 à ̈ realizzato in modo molto compatto ed alloggiabile in un contenitore di piccole dimensioni (ad esempio 80x40x20 mm) e di peso ridottissimo, che si presta senza difficoltà all’inserimento nel vano motore o in altre parti dell’abitacolo.

Il dispositivo misuratore 2 à ̈ poi realizzato con tecnologia a bassissimo consumo di potenza, in modo da influire in modo trascurabile sul bilancio energetico dell’automobile elettrica 1.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica, che à ̈ oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.

E’ chiaro, infine, che numerose altre varianti possono essere apportate al dispositivo di misurazione in questione, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva, così come à ̈ chiaro che, nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per la misurazione di energia per veicoli a trazione elettrica, atto ad analizzare in modo continuo, memorizzare e rendere disponibili i dati di consumo e di risparmio di almeno un veicolo a trazione elettrica ibrida o a trazione elettrica pura, quale un’automobile elettrica (1), rispetto ad un corrispondente veicolo di riferimento funzionante a combustibili fossili, detto veicolo a trazione elettrica comprendendo essenzialmente una batteria (3) di trazione connessa ad almeno un caricatore (4) di energia e, tramite almeno un convertitore o inverter (5) di potenza, ad almeno un motore elettrico (9), caratterizzato dal fatto di comprendere un misuratore (2), dotato di controllore elettronico (28) a microprocessore, che provvede al conteggio dell’energia consumata e/o risparmiata a partire da una misura di potenza istantanea erogata da detta batteria (3) al motore elettrico (9), da una misura di energia erogata da detta batteria (3), da una misura di energia iniettata nella batteria (3), detta potenza e detta energia essendo misurata tramite sensori di corrente (13, 14, 30), nonché da una misura di velocità istantanea e di distanza percorsa da detto veicolo effettuata tramite un contatore o encoder (15).
2. 2. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto misuratore (2) provvede al conteggio del consumo di carburante fossile, mediante una misura di livello (35) del carburante all’interno di un serbatoio (36) di detto veicolo, alla misura di potenza istantanea erogata da un motore endotermico (37), associato a detto motore elettrico (9), tramite una misura di flusso di carburante che fluisce in un condotto di alimentazione di detto motore endotermico (37), ed alla misura del numero di giri di detto motore endotermico (37), tramite almeno un contatore di impulsi (44) calettato su un albero di trasmissione (11) di detto motore endotermico (37).
3. 3. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto misuratore (2) calcola un risparmio dei costi di esercizio di detto veicolo elettrico, rispetto ai costi di esercizio di un veicolo di riferimento alimentato a combustibile fossile, nelle medesime condizioni di esercizio, a partire da un costo energetico specifico di detto veicolo di riferimento alimentato a combustibile fossile e da un costo energetico specifico di detto veicolo elettrico, che variano in funzione dei costi di carburante ed energia elettrica, della quantità di carburante e di energia elettrica consumata in un periodo di tempo prefissato.
4. 4. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto costo energetico specifico di detto veicolo elettrico à ̈ calcolato a partire da una misura di energia elettrica, da una misura di consumo di carburante e da una misura di distanza percorsa da detto veicolo elettrico.
5. 5. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto costo energetico specifico di detto veicolo di riferimento alimentato a combustibile fossile à ̈ misurato a partire da una stima dei consumi di carburante di detto veicolo di riferimento effettuabile tramite una misura di velocità ed una misura di inclinazione, tramite un accelerometro o inclinometro (46), di detto veicolo di riferimento, dette velocità ed inclinazione essendo corrispondenti ad almeno un valore di consumo di carburante.
6. 6. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto costo energetico specifico di detto veicolo di riferimento alimentato a combustibile fossile à ̈ misurato a partire da una attribuzione di una categoria di consumo medio di detto veicolo di riferimento, a seconda che detto veicolo di riferimento sia impiegato su percorso urbano, su percorso extra urbano, su percorso autostradale o su percorso di montagna, e a partire dalla misura, per un periodo di tempo prefissato, dei parametri di consumo di carburante, consumo di energia elettrica, distanza percorsa, numero di accelerazioni, numero di decelerazioni, andamento del rapporto tra velocità del veicolo e velocità di rotazione dell’albero motore, inclinazione del veicolo.
7. 7. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto costo energetico specifico di detto veicolo di riferimento alimentato a combustibile fossile à ̈ misurato a partire da una misura di potenza istantanea di detto veicolo elettrico in condizioni di utilizzo e di potenza istantanea erogata da un motore endotermico (37) di detto veicolo di riferimento, tramite misurazione di un flusso istantaneo di carburante e del numero di giri di detto motore endotermico (37).
8. 8. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto misuratore (2) fornisce, in ogni istante di tempo, i costi totali di esercizio, i costi specifici per unità di distanza percorsa e la distanza percorsa di detto veicolo elettrico e di detto veicolo di riferimento funzionante a combustibili fossili.
9. 9. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto misuratore (2) Ã ̈ connesso via radio ad una centralina di controllo (19), da cui riceve i valori di prezzo del carburante ed a cui invia i dati relativi a consumi e risparmi registrati in un periodo di tempo prefissato.
10. 10. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto controllore elettronico (28) a microprocessore misura la tensione di detta batteria di trazione (3), la corrente erogata da detta batteria (3), la corrente di ricarica di detta batteria (3), il numero di giri e la velocità delle ruote (12) di detto veicolo elettrico, il livello di carburante presente nel serbatoio (36) di detto veicolo elettrico, il flusso di carburante che alimenta un motore endotermico (37) di detto veicolo elettrico, il numero di giri di detto motore endotermico (37), la misura di inclinazione del misuratore (2) e di detto veicolo elettrico rispetto ad un piano orizzontale.
11. 11. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto controllore elettronico (28) Ã ̈ dotato di una interfaccia seriale (33) per la connessione ad un computer di bordo di detto veicolo elettrico.
12. 12. Dispositivo di misura come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di misura à ̈ integrabile nel veicolo elettrico, detto misuratore (2) essendo altresì alloggiabile nel vano motore e/o in altre parti dell’abitacolo di detto veicolo elettrico.