Elettrificare i mezzi municipali con gli inverter per motori ausiliari

In Italia la percentuale di veicoli elettrici nel trasporto pubblico è ancora bassa, ma nel 2019 è stato adottato il Piano Strategico Nazionale della Mobilità Sostenibile da 3,7 miliardi di euro, per il periodo 2019 - 2033 che verrà accelerato grazie agli investimenti previsti dal Recovery Fund. Questo potrebbe aprire la strada anche all’elettrificazione di altri mezzi pesanti municipali come per es. quelli per la pulizia delle strade e la raccolta dei rifiuti.

Per velocizzare l’immissione sul mercato di veicoli pesanti meno inquinanti che contribuirebbero a costruire la città del futuro, anche gli attuali mezzi municipali potrebbero essere resi completamente elettrici o ibridi elettrificando i motori ausiliari.

Vediamo come.

Schema di elettrificazione dei motori ausiliari dei mezzi per la pulizia delle strade

Elettrificazione dei mezzi municipali

I mezzi per la raccolta dei rifiuti, soggetti a frequenti fermate, sono un ottimo candidato per l’elettrificazione potendo sfruttare la frenata rigenerativa.

Anche i camion per la pulizia delle strade, lavorando su un percorso prestabilito, consentono di pianificare una rete di punti di ricarica che ne garantisce la continuità di servizio.

Ciò che differenzia i mezzi municipali da altri veicoli pesanti come quelli per il trasporto pubblico è che non si limitano a girare per la città, ma svolgono anche un vero e proprio lavoro. Quindi elettrificare questi veicoli significa elettrificare anche i motori ausiliari che consentono al mezzo di svolgere il lavoro di pulizia (compattare i rifiuti, azionare le spazzole per la pulizia dei marciapiedi, generare il vuoto per l’aspirazione, ecc).

I tipici motori ausiliari del veicolo di base sono: la pompa del servosterzo, il compressore dell'aria e il condensatore dell'aria condizionata. Ognuno di questi motori elettrici richiede un controllo e man mano che vengono aggiunti altri motori ausiliari con specifiche funzioni, aumenta l'importanza dell’architettura del sistema di controllo dei motori ausiliari.

Schema di elettrificazione dei motori ausiliari dei mezzi per la pulizia delle strade

Quali sono i motori ausiliari aggiuntivi che possono essere elettrificati?

Ci sono diversi tipi di veicoli municipali a cui corrisponde un numero e una tipologia diversa di motori ausiliari.

Sui i camion per la raccolta dei rifiuti si potrebbe sostituire la presa di forza azionata dalla trasmissione che alimenta il sistema idraulico, con un motore elettrico oppure sostituire il sistema idraulico che aziona il braccio di raccolta, il compattatore e l'espulsore con singoli motori elettrici.

Sulle spazzatrici invece, i motori ausiliari elettrificati potrebbero includere la pompa del vuoto, le pompe per i motori idraulici che azionano le spazzole e quelle che mandano in pressione l’acqua.

Quali sono i vantaggi dell'elettrificazione dei motori ausiliari?

Mezzi eco-friendly

Con l’elettrificazione dei carichi è possibile eliminare l’olio per la trasmissione di potenza con i relativi tubi valvole e serbatoio. Questo si traduce in una soluzione più “pulita” ed in una riduzione dei pesi e del volume occupato dal sistema.

Inoltre, nella versione ibrida, si ottiene una notevole riduzione dei consumi di carburante grazie alla possibilità di far funzionare il motore a combustione interna al regime di rotazione più efficiente.


Vantaggi di velocità, coppia e posizionamento

Gli inverter possono fornire il controllo della velocità, coppia e posizione dei motori ausiliari in base alla loro funzione.

Per esempio, un inverter che controlla la coppia di una coclea del camion dei rifiuti può rilevare un inceppamento e invertire automaticamente la velocità per renderlo di nuovo funzionante.

Il sistema di controllo sensorless consente di ottenere le prestazioni di un sistema ad anello chiuso senza la necessità di un encoder.
Il drive è in grado di adattare velocemente la coppia erogata in funzione della richiesta del carico.
In questo modo viene utilizzata solo l’energia necessaria solo quando è necessaria

Considerazioni per la scelta dell’inverter

L’elettrificazione dei veicoli pesanti ed in particolare quelli per la raccolta dei rifiuti e la pulizia delle strade, comporta la gestione di un numero di motori ausiliari che può variare da 2 a 8 con potenze comprese tra i 3 ed i 10 kW.

Un’applicazione di questo tipo può porre sfide significative in termini di sviluppo e rischi di affidabilità operativa a lungo termine, ma può essere facilmente implementata e garantire alte prestazioni con una scelta degli inverter ausiliari che tiene conto delle seguenti considerazioni:

Inverter multiasse: scalabile e modulare

Questo dovrebbe essere senza dubbio il primo elemento da tenere in considerazione, specialmente quando si ha un numero considerevole di motori ausiliari da elettrificare.

Scalabilità e modularità del KEB COMBIVERT T6 APD

Sistema modulabile in base ai requisiti del veicolo

In una soluzione multiasse gli output dell'inverter di ogni motore ausiliario sono controllati in modo indipendente e sono tutti contenuti in un unico modulo, con un'unica alimentazione in ingresso a corrente continua, un unico set di connessioni di raffreddamento (preferibilmente IP6k9k/IP67 con raffreddamento a liquido), ed un unico set di connessioni di controllo. 

Questa soluzione permette

  • un controllo ottimale ed un funzionamento efficiente di ogni singolo motore rispetto alla soluzione con un unico grande inverter che alimenta più motori ausiliari attraverso una scatola di giunzione di contatti on/off.
  • di eliminare il costo e la complessità dei cablaggi ridondanti per alimentazione, raffreddamento e controllo che devono essere utilizzati nel caso di inverter distribuiti autonomi per ogni ausiliario. 

Una soluzione scalabile mantiene la stessa architettura di sistema man mano che si aggiungono nuove uscite dell’inverter, rendendo così la soluzione multiasse più efficiente in termini di costi. 

Una soluzione modulare offre più opzioni di potenza per ogni uscita dell'inverter consentendo una maggiore flessibilità e ottimizzazione di ogni motore ausiliario in modo indipendente. 

Progettazione EMC e filtraggio EMI

Con l’incremento del numero di dispositivi elettronici utilizzati nei veicoli elettrici, la compatibilità elettromagnetica (EMC) è divenuta fondamentale. La progettazione EMC assicura che i dispositivi elettronici non influenzino negativamente il funzionamento di altri dispositivi, contenendo e proteggendo dalle interferenze elettromagnetiche irradiate e condotte (EMI).

L'eventuale incapacità di controllare correttamente l'EMI potrebbe portare a interruzioni della comunicazione CAN del veicolo, compromettere il corretto funzionamento di alcuni dispositivi e arrecare anche potenziali danni causati da picchi di potenza o tensione.

I filtri DC integrati e le certificazioni standard EMC come ECE R10 (E1) e CISPR 25 sono elementi importanti da tenere in considerazione per garantire affidabilità e sicurezza all’impianto elettrico.

Sistema di controllo Sensorless

Se uno degli scopi dell'elettrificazione degli ausiliari è quello di aumentare l'efficienza, allora è importante scegliere un inverter con un sistema di controllo sensorless. Rispetto ad un sistema ad anello aperto, il sistema di controllo sensorless gestisce le richieste di carico in maniera più dinamica e quindi efficiente.

Sistema di controllo Sensorless

Vantaggi del sistema di controllo sensorless per i veicoli municipali

Il controllo sensorless può anche essere usato con i motori a magneti permanenti, che sono più efficienti dei motori a induzione, senza la necessità di un encoder.

Rispetto al funzionamento in volt/hertz ad anello aperto, il controllo sensorless fornisce un funzionamento più efficiente con meno perdite nel motore e una risposta dinamica alle variazioni delle condizioni di carico.

Il sistema di controllo sensorless utilizza le caratteristiche del motore stesso per farlo funzionare. A questo proposito, una cosa da tenere in considerazione quando si parla di inverter per l’elettrificazione di motori ausiliari, è la disponibilità di una funzionalità di “autoapprendimento” per determinare le caratteristiche del motore (resistenze, induttanze, costante EMF) necessarie per il sistema di controllo sensorless e che consentono una fase di start up più rapida.

 

KEB COMBIVERT T6 Auxiliary Power Drive

Dato il gran numero di motori ausiliari che possono potenzialmente essere elettrificati sui mezzi pesanti e data la grande varietà di veicoli presenti sul mercato, il KEB COMBIVERT T6 APD offre una soluzione altamente flessibile e competente.

Ideale per i veicoli commerciali

Il T6 è un inverter multiasse specificamente progettato per applicazioni su veicoli commerciali. E’ un sistema modulare integrato composto da 1 fino a 6 drive con tre differenti taglie (16,5 A, 33 A, 60 A), ha tre opzioni di potenza modulari (7,5 kW, 15 kW, 30 kW) e filtri integrati Common-Mode -DC- EMC montati di serie su ogni modulo inverter.

È sviluppato con specifiche automotive, (ECE R10) e qualificato in termini di proprietà meccaniche, termiche, condizioni ambientali (IP67 / IP6K9K), compatibilità elettromagnetica (EMC), sicurezza e durata.

Altre caratteristiche del T6

E' nato grazie ai risultati del progetto di studio “IMWR”, in collaborazione con alcune prestigiose università tedesche. Da un punto di vista operativo, il sistema di controllo sensorless consente di gestire qualsiasi tipo di motore. Inoltre, l'ambiente di programmazione del T6 include procedure guidate che agevolano la fase di start up.

T6-Drive-Electric

KEB COMBIVERT T6 APD

Conclusioni

Per quanto riguarda i mezzi municipali per la raccolta dei rifiuti o la pulizia delle strade, c'è una grande varietà di tipi di veicoli e l'elettrificazione di questi veicoli può includere da 2 a 8 motori ausiliari con caratteristiche differenti. Pertanto, è importante selezionare una soluzione che sia flessibile, affidabile ed efficiente. La soluzione ottimale è un inverter multiasse che sia robusto, scalabile, modulare, intelligente e connesso.


Per approfondire lo sviluppo dell’elettrificazione dei mezzi pesanti e dell’applicazione del KEB COMBIVERT T6 leggi i nostri articoli sull’elettrificazione delle attrezzature agricole e il caso Caffini

Francesco Meroni

Francesco Meroni

Head of eMobility & electrification solutions

Highlights

  1. Elettrificare i mezzi pubblici e municipali per una mobilità sostenibile.
  2. Come rendere ibridi o elettrici i mezzi municipali.
  3. I motori ausiliari dei mezzi municipali: quali sono, come elettrificarli, vantaggi.
  4. Come scegliere un inverter.
  5. KEB COMBIVRT T6 APD per l'elettrificazione dei motori ausiliari dei mezzi pesanti.

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