Analysis and design of a kinetic energy storage system for urban vehicles

The principal aim of this work is to discuss the possibility to store energy on board electric vehicles by means of flywheels as alternative to common batteries. The thesis is divided in two areas. In the first part, a general dimensioning of the system is made considering as reference a Tesla model S P100D with a target autonomy of 550 km. Comparison between flywheel and battery is carried out in terms of weight and available energy. Then, an investigation about shape, number, and material is made in order to choose a possible configuration.\\ The second part deals with the detailed optimization of the power storage system for the mini-car Icar0 ZD-1 with a target autonomy of 50 km in urban context. In particular, the whole powertrain is modelized and attention is focused on some critical aspects like the influence rotating flywheels have on vehicle handling and the bearings. Lastly, an overview on possible motors to couple to the flywheel is presented.

L'obiettivo di questa tesi è discutere la possibilità di immagazzinare energia a bordo dei veicoli elettrici mediante volani come alternativa alle comuni batterie. La tesi è divisa in due parti. Nella prima viene effettuato un dimensionamento generale del sistema considerando la Tesla S P100D come veicolo di riferimento con un'autonomia di 550 km. Viene effettuato un confronto tra volani e batterie in termini di peso e energia disponibile. Quindi, viene eseguita un'analisi su forma, numero e materiale per scegliere una possibile configurazione. \\ La seconda parte riguarda il dimensionamento dettagliato del sistema per la mini-vettura Icar0 ZD-1 con un'autonomia target di 50 km in ciclo urbano. L'intero powertrain è modellizzato e l'attenzione è posta in particolare su aspetti critici come l'influenza che i volani in rotazione hanno sull'handling del veicolo e sui cuscinetti necessari. Infine, vengono presentati dei possibili motori per i volani.