Questo progetto rappresenta un’opportunità per rendere il sistema uomo/macchina ancora più efficiente, permettendo di utilizzare la bicicletta anche in condizioni di territorio particolarmente svantaggiate dal punto di vista morfologico e, quindi, consentire anche a quella fascia di cittadini, che non lo utilizza pensando sia faticoso e lento, di usufruire di questo mezzo di trasporto.
La bicicletta a pedalata assistita è una bici alla cui azione propulsiva umana si aggiunge quella di un motore elettrico. Essa, nonostante la configurazione aggiuntiva, risulta molto silenziosa ed assicura in media 25-35 km di autonomia con un coefficiente di ripartizione del lavoro 1:1 fra motore e ciclista.
Il nostro studio parte da una bicicletta con telaio in alluminio di comune produzione commerciale.
In una bicicletta a pedalata assistita si integrano 2 fonti di energia: una quella prodotta dal ciclista e l’altra delle batterie che alimentano il motore. Il progetto incrementa il rendimento del sistema aggiungendo l’energia prodotta dai pannelli fotovoltaici e da un sistema di recupero dell’energia cinetica accumulata da super capacitori. Nelle varie fasi si sperimentazioni abbiamo cercato di realizzare prototipi di biciclette a ricarica solare utilizzando telai di biciclette standard per comprendere se, questi sistemi di integrazione energetica, compromettessero l’uso normale del mezzo.
Abbiamo quindi selezionato diverse tipologie di telai, tra cui un tipo misto con la traversa centrale in posizione mediana ed un tipo classico con traversa mediana alta tra sella e manubrio.
Queste differenze, nella disposizione del telaio, ci hanno portato a progettare 2 tipologie di integrazione: una integrata non amovibile ed una asportabile.
Sistema integrato
In questo sistema integriamo il gruppo batterie con il relativo controller dentro un contenitore posto nella parte mediana della bicicletta. Le celle solari saranno poste sulle parti laterali ed utilizzabili per la ricarica quando la bici è parcheggiata.
Sistema asportabile
Il sistema di ricarica asportabile prevede la realizzazione di un pacco batterie e relativo sistema di ricarica posto nella parte posteriore della bicicletta, dentro un contenitore di piccole dimensioni che si possa asportare, rendendo la bicicletta fruibile anche in condizioni di batteria scarica o assenza di sole.
Elettronica
L’integrazione di un sistema elettronico controllato da un sistema PLD (Programmable Logic Device), un circuito integrato programmabile che implementa una funzione logica predefinita e non modificabile, la programmazione su setup pre impostati, permetterà di selezionare i rendimenti ottimizzati variando i parametri di coppia potenza e risposta dei sensori di input della pedalata, a seconda del peso del ciclista o del percorso. Questo sistema di controllo, che gestisce le tre energie a disposizione, è posto dentro il contenitore di protezione che sostiene i pannelli fotovoltaici .
Con questo tipo di controllo si ha un incremento del rendimento del sistema pari al 18/20 %
Recupero energia
Il sistema sarà equipaggiato da una batteria di supercondensatori ,questi in particolare hanno ha la caratteristica di accumulare una quantità di carica elettrica eccezionalmente grande rispetto ai condensatori tradizionali, presentando il vantaggio di poter essere caricati o scaricati quasi istantaneamente, garantendo così un’elevatissima potenza specifica, questo permetterà di dare al conducente una riserva di energia extra che gli permetterà di superare agevolmente salite ripide.
Panelli solari
Essendo le superfici da utilizzare molto piccole relativamente alla potenze richieste dal sistema elettrico la scelta e stata quella di utilizzare l’energia prodotta dai panelli per la ricarica a tampone della batteria nei momenti di fermo .
Anche qui e stata utilizzata una tecnologia di tipo monoscristallino ma con un sistema di ricarica e controllo della carica non sul totale della tensione operativa del pacco batterie ma su singole sezioni di celle mantenendo bassa la tensione operativa variando la corrente di carica .
Batterie
Le batterie LiFePO4 restano sempre delle batterie che utilizzano la chimica del litio, perciò condividono con essa gli stessi vantaggi e svantaggi. I vantaggi chiave delle batterie LiFePO4, quanto comparati con le LiCoO2, sono una maggiore resistenza termica, una maggiore resistenza all’invecchiamento, una più alta corrente di picco e l’utilizzo del ferro che, al contrario del cobalto, ha un minore impatto ambientale.
Gli accumulatori LFP hanno alcune caratteristiche peculiari, che possiamo riassumere in vantaggi e svantaggi
Vantaggi
-Molte batterie LFP hanno una bassa corrente di auto-scarica.
-La vita media delle LFP, se usate al 90% della capacità nominale, supera abbondantemente i 2000 cicli completi di vita utile.
-Anche sottoposte a grossi carichi, danno una ottima stabilità in tensione.
Svantaggi
-L’energia specifica di un accumulatore LFP è inferiore ad un accumulatore LiCoO2, anche se i vari produttori stanno investendo per risolvere questo divario.
-Le batterie, se nuove, possono subire dei malfunzionamenti se scaricate più del 66%, quindi è consigliato un periodo di rodaggio. Questo, grazie all’introduzione di nuovi catodi, non è più necessario.
-Le batterie LFP soffrono durante la ricarica rapida. I nuovi catodi, introdotti da un paio d’anni, permettono correnti di carica pari anche a 5-7 volte la capacita’ nominale.
Sistema di misura
Il prototipo polis è dotato di un sistema di misura digitale per tenere sotto controllo il livello di carica delle batterie. Sono presenti il tasto “drive” per inserire il sistema pass(pedalata assistita) e il il tasto “torque” per regolare la coppia del motore e il relativo intervento del recupero energia.