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Veicoli elettrici, come ricaricare le batterie senza usare cavi

Si chiama CMS (Charge Management System) ed è una tecnologia che permette di ricaricare il veicolo sia in sosta, sia in movimento. All’efficienza si aggiungono zero rischi per il conducente e sicurezza nei pagamenti. Vediamo come funziona

Oggi, sono in molti a essere attratti dalla possibilità di poter acquistare un veicolo elettrico. Tra gli ostacoli che si incontrano, oltre al maggior costo del veicolo stesso, vi è l’assenza di una rete capillare di rifornimento per i veicoli elettrici, che integri quella già presente per i veicoli tradizionali.

Avere dei punti di sosta/ricarica che permettano in tempi brevi, magari durante la consumazione di una colazione al bar, di poter ripartire per raggiungere la meta del proprio viaggio, è uno dei problemi sul quale gli ingegneri si sono mobilitati per cercare le soluzioni migliori.

 

Per coprire questa esigenza, i veicoli elettrici (EV) sono stati dotati, nella produzione di massa, di cavi e plug molto simili a quelli degli elettrodomestici di uso comune, che possono essere utilizzati per ricaricare l’EV sia nel box di casa, durante la rimessa notturna, ma soprattutto sfruttando dei veri e propri distributori simili ai tradizionali, realizzati all’interno delle città più grandi. Questi punti di ricarica, però, presentano alcuni problemi, come il rischio di scosse elettriche dovute ai collegamenti cablati in aggiunta a un’autonomia di viaggio limitata.

Nel caso di punti di ricarica ubicati nelle vicinanze di aree commerciali o uffici, si correrebbe il rischio di gestire delle code di non trascurabile lunghezza. In questo caso, infatti, sarebbe complicato poter prenotare una ricarica tramite app mobile presso il punto più vicino, poiché non ci sarebbe alcuna indicazione di tempistiche di utilizzo o occupazione dello stesso.

Per superare questi limiti sono allo studio delle infrastrutture che utilizzano sensori di tipo IoT e tecnologie di ricarica di tipo wireless, in modo da rendere più efficienti e sicure le ricariche.

Come funziona il Charge Management System per i veicoli elettrici

Per implementare un CMS (Charge Management System) è necessario unire diversi componenti: infrastruttura di ricarica wireless, sensori IoT e software in Cloud.

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La ricarica wireless di un EV risulta essere più efficiente; sfruttando questo tipo di tecnologia; la ricarica può avvenire sia quando il veicolo è in sosta, sia quando lo stesso è in movimento. L’efficienza è solo uno dei punti forti, si aggiungono anche zero rischi per il conducente e sicurezza nei pagamenti, tutto avviene con pochissima interazione da parte del conducente mentre effettua la ricarica.

Il funzionamento di questo tipo di ricarica è schematizzato nella figura sotto.

La carica induttiva è così chiamata perché trasferisce energia attraverso l’accoppiamento induttivo. La corrente alternata passa attraverso una bobina di induzione nella stazione di ricarica, viene poi creato un campo magnetico che oscilla e crea una corrente elettrica alternata nella bobina di induzione del dispositivo ricevente, il quale, a sua volta, passa attraverso un raddrizzatore per convertire la corrente alternata in corrente continua che carica le batterie. I sensori IoT sono sfruttati sia sul punto di ricarica che all’interno dell’EV.

Il computer di bordo dell’EV avvisa l’automobilista che la percentuale di carica della batteria è troppo bassa per continuare a utilizzare il veicolo. A questo punto il conducente, tramite l’app che ha scaricato dal gestore della piattaforma smart parking & recharge (es.), cerca un punto di ricarica libero nelle vicinanze.

Dopo averlo trovato, ne prenota l’utilizzo e, tramite il navigatore incluso nell’app, si dirige verso di esso. Appena entrato nel parcheggio, viene guidato, sempre tramite app, a raggiungere lo slot prenotato e parcheggia il veicolo. A questo punto entrano in funzione due diversi tipi di sensore:

  • un sensore di tipo PIR che rileva la presenza del veicolo e contrassegna lo slot come occupato, inviando questa informazione nel server centrale che aggiorna lo stato degli slot in tempo reale;
  • un sensore RFID che verifica se il veicolo è nella lista dei veicoli accreditati ed è collegato a un profilo utente, inoltre registra data e ora di ingresso al punto di ricarica.
  • un sensore che, tramite tecnologia BLE o LORA, si interfaccia con il computer di bordo del veicolo per verificare la percentuale di carica delle batterie e calcolare i tempi di ricarica, che verranno poi indicati sull’app del conducente, come tempi suggeriti per l’uscita dal punto di sosta/ricarica.

Il suddetto meccanismo viene governato da una piattaforma software che gestisce la profilazione dell’utente, la distribuzione dei parcheggi/ricarica intelligenti sulla mappa della città, i tempi di ricarica e gestione del pagamento in automatico e permette, inoltre, di ottimizzare le eventuali code che potrebbero crearsi se le aree di sosta/ricarica di questo tipo si dovessero trovare nelle vicinanze di aree commerciali o uffici.

La piattaforma, sviluppata e gestita in cloud, consente di raccogliere informazioni utili per il conducente o proprietario dell’EV, quali ad esempio stato delle batterie, chilometri percorsi con una singola ricarica, e altro. Insomma, un sistema wireless (senza cavi) e contactless (senza contatto fra la persona e la struttura di ricarica).

Una tecnologia di ricarica wireless come questa è stata sviluppata, negli Usa, dall’azienda WiTricity, con sede in Watertown (MA).

Un progetto molto simile verrà realizzato in occasione dei FIFA World CUP 2022 in Qatar, dove in prossimità degli stadi verranno costruite delle aree di parcheggio dedicate sia a veicoli elettrici che a veicoli tradizionali, tutte le aree verranno gestite tramite IoT.

Altro esempio virtuoso viene dalla città di Los Angeles, che ha come obiettivo principale del suo Green New Deal quello di ridurre a zero le emissioni di carbonio entro il 2050. Per raggiungerlo, la municipalità della metropoli ha deciso di installare 400 postazioni di ricarica intelligente ubicate in prossimità di uffici, parchi e biblioteche; questo permetterà un incremento nell’acquisto di EV pari al 25% nei prossimi 5 anni, fino a raggiungere il 100% entro il 2050.

L’auto elettrica è un’idea del passato

Si ritiene oggi che le auto elettriche saranno il futuro della mobilità. Eppure, forse non tutti sanno che tra il 1832 e il 1839, l’imprenditore scozzese Robert Anderson inventò la prima carrozza elettrica, nella sua forma più rozza; nello stesso periodo il professore Sibrandus Stratingh di Groningen, nei Paesi Bassi, progettò una piccola auto elettrica, costruita poi dal suo assistente, Christopher Becker, nel 1835.

Successivamente con il miglioramento delle batterie, dovuto ai francesi Gaston Planté (1865) e Camille Faure (1881), cominciò a fiorire la produzione dei veicoli elettrici. Francia e Gran Bretagna furono le prime nazioni testimoni dello sviluppo del mercato delle auto elettriche; anche se a causa della limitata tecnologia, molti erano ancora i problemi legati a questo tipo di veicoli, tra cui il peso e la durata della carica delle batterie, oltre alla mancanza di stazioni di ricarica (le batterie scariche venivano sostituite con batterie nuove). Pertanto, la produzione e la vendita di questi veicoli fu limitata all’utilizzo da parte di clienti delle classi agiate in estesi quartieri o grandi città. Sarà necessario attendere la prima crisi petrolifera degli anni ‘70 per vedere riaccendere studi e interesse alla produzione e commercializzazione di veicoli a trazione elettrica.

Tuttavia, solo negli ultimi anni, grazie a una maggiore coscienza nella salvaguardia del pianeta e all’utilizzo di tecnologie sempre più evolute, le case automobilistiche stanno investendo in maniera sempre maggiore, sia nello sviluppo di automobili con una crescente autonomia in fatto di carica delle batterie, che nella realizzazione di una rete capillare di punti di ricarica dove l’IoT fa da padrone e accelera la trasformazione delle città da tradizionali a smart city.

 

Note bibliografiche:

Sahil Rupani, Nishant Doshi, “A review on smart parking using internet on things (IOT)”, The 3rd International Workshop on Recent advances on Internet of Things: Technology and Application Approches (IoT-T&A 2019) Nov 2019, Coimbra, Portugal.

Md M. Rana, Wei Xiang, “Internet of Things Infrastructure for Wireless Power Transfer Systems”, IEEE Access, volume 6, pp.19295-19303, 24 Jan 2018.IEEE

 

 

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