La progressiva riduzione dei combustibili fossili e il problema dell’inquinamento spingono verso l’adozione di un parco auto che sfrutti in maniera sempre più preponderante l’energia elettrica. Attualmente, l’autonomia che le batterie garantiscono alle vetture è in un intervallo di circa 200 - 400 km, non sempre sufficiente per supportare i bisogni della mobilità moderna. La bassa velocità di ricarica delle stesse e la scarsa diffusione delle colonne di ricarica contribuiscono inoltre ad aggravare il problema.

In questo contesto si inserisce il progetto RES (Range extender System) che riguarda lo sviluppo di una soluzione innovativa di ricarica supplementare per le batterie di veicoli elettrici. Il progetto, vincitore del bando “Smart fashion and design” nel contesto del Fondo Europeo di Sviluppo Regionale 2014-2020 della Regione Lombardia, ha esordito nel 2017 ed è stato realizzato con un concorso di risorse dell’Unione Europea, dello Stato Italiano e di Regione Lombardia. Le attività di ricerca si concluderanno con successo nei prossimi mesi.

La soluzione proposta si basa sullo sviluppo integrato di un motore a combustione interna con funzione di generatore di energia, e di un sistema di controllo e gestione elettromeccanico ed elettronico. Tale sistema sfrutta le più recenti tecnologie per ottenere bassi costi, bassi consumi e ridotti ingombri, unitamente a una elevata affidabilità. Il motore a combustione interna può funzionare sia a benzina che a metano.

Grazie alle sue ridotte dimensioni RES è pensato per essere alloggiato sotto al pianale di carico dell’autoveicolo con il solo e unico scopo di ricaricare le batterie, ed è quindi studiato per veicoli ibridi con architettura in serie. In considerazione di tale utilizzo il funzionamento è a regime fisso al fine di massimizzarne il rendimento e quindi ridurre consumi ed emissioni. Il motore ha una architettura boxer con due cilindri contrapposti e cilindrata complessiva di 500 cm3, raffreddamento a liquido, basso livello di vibrazioni ed elevato rapporto di compressione. Tali caratteristiche permettono di arrivare a un rendimento del motore fino al 36% con una massa totale dell’unità inferiore ai 35 kg. Un’altra importante caratteristica è la realizzazione attraverso un numero limitato di componenti, che ne facilita l’assemblaggio e la manutenzione.

L’integrazione del veicolo è stata studiata in modo modulare permettendo di installare il sistema su diversi tipi di veicolo con pacchi batteria sia da 400V che 800 V, inclusi anche veicoli con OBC (On Board Charger) da 22kW con input trifase. In alternativa, il sistema è in grado di caricare la batteria direttamente in corrente continua DC poiché dotato di elettronica integrata al motore elettrico; il liquido di raffreddamento del motore funge anche da raffreddamento dell’elettronica. L’integrazione con il veicolo è completata da una comunicazione CAN tra il RES e il veicolo.

Il progetto, attualmente coperto da brevetti, vede la collaborazione di Robby Moto Engineeering (capofila) e dei partner Metasystem, ACM Engineering e del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano. In particolare, il gruppo di ricerca MeccPolimi, coordinato dal Prof. Mario Guagliano, ha lavorato su diversi fronti: sono state effettuate analisi ad elementi finiti per le verifiche di resistenza e valutazioni per l’ottimizzazione progettuale (nello specifico è stato analizzato il comportamento meccanico di soluzioni innovative quali l’albero motore in composito dotato di bielle monolitiche, del rotore esterno del generatore elettrico e di componenti in materiale termoplastico), e sono state realizzate diverse valutazioni di resistenza sia statiche che a fatica e analisi modali attraverso modelli agli elementi finiti.

Il prof. Mario Guagliano è professore ordinario in Progettazione Meccanica e Costruzione di Macchine. I suoi principali interessi riguardano le metodologie innovative di progettazione e le tecniche cinetiche di trattamento e di rivestimento delle superfici per la funzionalizzazione e per l’ottenimento di proprietà superiori e di superfici nanostrutturate. Su questi temi è autore o co-autore di più di 100 lavori pubblicati su riviste internazionali indicizzate (h-factor=37, GS database).

Il prof. Guagliano è inoltre responsabile di numerosi contratti di ricerca con aziende italiane e straniere e di progetti di ricerca nazionali e regionali, coordinatore di ricerche di interesse nazionale (PRIN) e di progetti finanziati dalla Commissione Europea (FP7).