Soggetti:
- Introduzione
- Forme ibride
- Microibrido
- Ibrido lieve
- Azionamento ibrido seriale
- Trazione ibrida parallela
- Ibrido plug-in
- Recupero di energia
- Panoramica del sistema Toyota Prius
- Panoramica del sistema Mitsubishi Outlander
- Trasmissione di un veicolo ibrido
Introduzione:
Quando i combustibili fossili vengono bruciati, viene rilasciata anidride carbonica (CO2). Questa CO2 si accumula nell'atmosfera. Quando la luce solare cade sulla Terra, la radiazione termica non può più fuoriuscire a causa dell'accumulo di CO2, provocando l'effetto serra. 120g CO2/km corrispondono a:
- 5,2 litri di benzina/100 km
- 4,5 l diesel/100 km
- 4,4 kg di gas naturale/100 km
- 1,0 kg di idrogeno/100 km
- Elettricità 20 kWh / 100 km
Con la tecnologia ibrida la riduzione di CO2 (emissioni) è ridotta. I produttori sono attualmente impegnati a sviluppare sempre più tecnologie per realizzare una transizione energetica dalla guida a zero emissioni di CO2.
Forme ibride:
I veicoli con trazione ibrida utilizzano sia il motore a combustione che un motore elettrico. Lo scopo dell’ibridazione è principalmente quello di ridurre il consumo di carburante e le emissioni di scarico. Ulteriori vantaggi grazie al/i motore/i elettrico/i sono una coppia più elevata e un maggiore comfort.
Per quanto riguarda la trazione ibrida si distingue tra veicoli microibridi, ibridi leggeri e completamente ibridi.
Un veicolo con trazione completamente elettrica non rientra nella categoria “ibrido”. Un veicolo dotato di range extender può essere classificato come “ibrido di serie”.
Il diagramma seguente mostra le diverse forme ibride da una forma bassa a una forma alta di supporto elettrico. guidare.
Microibrido:
Un veicolo microibrido non dispone di un motore elettrico per supportare il motore a combustione durante la guida, ma è dotato di varie tecnologie per il risparmio di carburante. Quindi qui non esiste nulla del genere Sistema HV (alta tensione). Grazie ad esso si ottengono risparmi di carburante sistema di avvio/arresto, che spegne e avvia automaticamente il motore quando il veicolo è fermo e un sistema di rigenerazione della batteria. Questo sistema di rigenerazione consente all'alternatore di caricarsi al massimo quando il veicolo frena. L'energia che normalmente viene dispersa nelle pastiglie dei freni viene ora in parte utilizzata per caricare la batteria da 12 volt. Ciò significa che durante la guida a velocità costante non è necessaria un'ulteriore iniezione di carburante per il maggiore carico sull'alternatore e si risparmia carburante.
Ibrido lieve:
Nei veicoli ibridi leggeri il motore a combustione supportato da uno o due 48 volt motori elettrici che forniscono potenza extra in diverse condizioni operative. Il motore elettrico aiuta il motore a combustione nell'accelerazione. Durante la guida a velocità costante il motore elettrico si spegne nuovamente automaticamente. Il veicolo non può quindi funzionare in modo completamente elettrico.
Il motore elettrico si trova vicino ad esso volano, oppure è presente una trasmissione a catena/cinghia dentata tra il motore elettrico e l'estremità del kruka. La batteria relativamente compatta da 48 volt si trova spesso nel bagagliaio.
L'immagine mostra un motore elettrico nella scatola del volano del motore a combustione. Anche questo non è un sistema ad alta tensione. Un tecnico senza certificato NEN può quindi eseguire interventi anche sulla trasmissione elettrica.
Un veicolo microibrido può anche essere dotato di un generatore di motorino di avviamento da 48 volt, che è essenzialmente una combinazione di alternatore e motorino di avviamento. I produttori danno i seguenti nomi a questo tipo di generatore di motorino di avviamento:
- Dynastart;
- Generatore di avviamento;
- Alternatore-avviamento con trasmissione a cinghia;
- Generatore di avviamento integrato a cinghia (BSG).
Utilizzando un meccanismo, la cinghia multipla può essere tesa sul lato corretto a seconda del carico o dell'avvio.
Le tre immagini seguenti mostrano le tre possibili posizioni durante la carica (rigenerativa) della batteria, l'avvio del motore a combustione e la modalità motore elettrico, dove supporta il motore a combustione. Il supporto ai motori turbo avviene principalmente nella gamma dei bassi regimi, dove la "spinta" del motore elettrico compensa il cosiddetto turbo lag.
Un alternatore del motorino di avviamento da 48 volt sostituisce il "normale" alternatore da 12 volt. Oltre alla batteria da 48 volt, abbiamo anche la batteria da 12 volt per la rete di bordo che fornisce energia all'illuminazione, alle serrature e agli accessori dell'auto. UN Convertitore / convertitore DC-DC (trasformatore) converte 48 volt in 12 volt per caricare la batteria.
Azionamento ibrido seriale:
Un veicolo con trazione ibrida di serie viene utilizzato esclusivamente da Motore elettrico ad alta tensione guidato. Non esiste un collegamento diretto tra il motore a combustione e le ruote. L'immagine seguente mostra un esempio di un'auto ibrida di serie a trazione posteriore.
Tra il motore a combustione (1) ed il generatore (3) è presente un accoppiamento (2). Quando il motore è in funzione e la frizione è chiusa, il Batteria ad alta tensione (7) mediante il generatore (3) e il inverter cq. inverter (6) addebitato. L'inverter regola la tensione CA fornita dal generatore in una tensione CC regolata.
I componenti elettrici nella catena cinematica di un ibrido seriale funzionano con alta tensione (HV). Questo può essere riconosciuto dai cavi e dalle spine arancioni. Solo i tecnici certificati possono eseguire interventi sul sistema HV.
Vantaggi del sistema ibrido seriale:
- Costruzione semplice perché il motore a combustione non fornisce direttamente la trazione.
- Adatto per la guida completamente elettrica, se la batteria è abbastanza grande.
- Nessuna frizione necessaria per partire da fermo; il motore elettrico si occupa di questo.
- Non è necessaria la retromarcia perché il motore elettrico può girare in due direzioni.
- Adatto per la ricarica tramite rete (plug-in).
contro:
- Il motore elettrico deve fornire la piena potenza motrice
- Massa maggiore di un veicolo a trazione parallela.
Trazione ibrida parallela:
In un veicolo con trazione ibrida parallela può esserci un collegamento diretto tra il motore a combustione e le ruote. Quando gli attacchi (3 e 5) nell'immagine sottostante sono chiusi, il veicolo può funzionare con motore a combustione. Il motore elettrico (4) serve sia per caricare la batteria che per azionare le ruote.
Un ibrido parallelo può anche funzionare esclusivamente con il motore elettrico. Aprendo l'innesto 3 si interrompe il collegamento al motore a scoppio; Questo può essere disattivato, in modo da poter guidare esclusivamente elettricamente. La frizione 5 è innestata durante la partenza da fermo.
Proprio come l'ibrido in serie, l'ibrido parallelo è dotato di un'installazione ad alta tensione con cavi e spine arancioni.
Vantaggi del sistema ibrido parallelo:
- Adatto per la guida completamente elettrica, a condizione che la batteria sia sufficientemente grande e sia presente un accoppiamento tra il motore a combustione e il motore elettrico.
- Non è necessaria la retromarcia perché il motore elettrico può girare in due direzioni.
- Adatto per la ricarica tramite rete (plug-in).
- Motore a combustione più piccolo, perché il motore elettrico aiuta nell'accelerazione.
- Motore elettrico più piccolo, perché il motore a combustione può aiutare con l'accelerazione.
- Massa inferiore rispetto a un veicolo a trazione seriale.
contro:
- Meccanicamente complicato.
- Frizione necessaria per la guida elettrica.
- Necessario il cambio.
Ibrido plug-in:
La batteria di un veicolo ibrido normalmente si carica attraverso la frenata rigenerativa o lasciando che il motore a combustione aziona il motore elettrico (che viene poi utilizzato come generatore). Quest'ultimo ovviamente non è efficiente.
Con un ibrido plug-in può diventare il pacco batteria gelatina collegando il veicolo con la spina di casa ad una presa o ad una colonnina di ricarica pubblica e ricaricandolo con la rete elettrica. Quando si parte in macchina, i primi chilometri possono essere percorsi elettricamente (cioè senza emissioni). Ideale quando si guida dalla città all'autostrada. Al più presto SOC (stato di carica), o il livello di carica della batteria diventa basso, il motore a combustione si avvia e fornisce la trazione principale. Durante la frenata, la frenata rigenerativa ricaricherà parzialmente la batteria.
Un ulteriore vantaggio è che il riscaldamento supplementare elettrico e/o il climatizzatore possono essere programmati a orari prestabiliti, in modo da ottenere un clima interno piacevole, senza che ciò vada a discapito della capacità della batteria o del carburante.
Nella maggior parte dei casi, un ibrido plug-in ha un’autonomia elettrica limitata da 40 a 60 km. Gli esempi sono:
- BMW 225XXE Active Tourer (2021): 55 km;
- Hyundai Ioniq (2021): 52 km;
- Mitsubishi Outlander PHEV anno modello 2015: 43 km e anno modello 2021: 54 km;
- Volkswagen Passat GTE Business ibrida plug-in (2021): 55 km.
Nota: queste sono le specifiche del produttore. In condizioni sfavorevoli, come temperature basse o stile di guida sfavorevole, l'autonomia può diminuire fino al 30%.
Recupero di energia:
Durante l'accelerazione, la batteria fornisce energia elettrica al motore elettrico. In fase di decelerazione (frenata), il motore elettrico avrà un effetto generatore; il motore elettrico caricherà la batteria. Questa è anche chiamata “frenata rigenerativa” o “frenata recuperativa”. Puoi trovare maggiori informazioni a riguardo nelle pagine su invertitore e la motore elettrico trovalo
Panoramica del sistema Toyota Prius:
La batteria di una Toyota Prius immagazzina una tensione continua di circa 200 volt. La spinta convertitore converte la tensione della batteria di 201,6 in una tensione continua (CC) più elevata di 650 volt. Il convertitore boost è un convertitore DC/DC; rimane DC, aumenta solo la tensione. La tensione continua da 650 volt finisce nell'inverter. IL invertitore converte la tensione continua (CC) in tensione alternata (CA) e viceversa. Chiamiamo quindi questo convertitore raddrizzatore AC/DC o convertitore DC/AC. Oltre alla conversione da DC ad AC, l'inverter controlla anche i motori elettrici tramite IGBT. I due motori elettrici (MG1 e MG2) funzionano con una tensione alternata trifase di circa 600 volt.
La tensione della batteria non arriva solo al convertitore boost e al compressore del climatizzatore, ma anche al convertitore DC/DC per la batteria di bordo. La tensione di 201,6 volt viene convertita in 14 volt ogni altro batteria al piombo per poter caricare. A questa batteria da 14 Volt sono collegati i componenti elettrici dell'interno e dell'esterno, come la radio, l'illuminazione, le serrature delle porte, ecc.
Panoramica del sistema Mitsubishi Outlander:
La seguente panoramica mostra i componenti di un Mitsubishi Outlander (anno modello 2019 >).
A seconda delle condizioni di guida, questo ibrido (plug-in) si comporta come un veicolo elettrico, ibrido in serie o ibrido parallelo. Le abbreviazioni sono le seguenti:
- PDU: unità di azionamento di potenza
- GCU: unità di controllo del generatore
- FMCU: Unità di controllo motore anteriore
- RMCU: Unità di controllo del motore posteriore
- GCU: unità di controllo del generatore
- OBC: caricatore di bordo
Modalità EV: durante la guida completamente elettrica, la frizione multidisco a bagno d'olio viene disinnestata e i motori elettrici (ciascuno con una potenza massima di 60 kW) forniscono la trazione. Il motore a benzina e il generatore sono spenti.
Modalità in serie: Con una carica della batteria <30% e una richiesta di potenza >60% vengono avviati il motore a benzina e il generatore. La frizione rimane disinnestata. Il motore a benzina aziona il generatore, che provvede alla carica della batteria (e quindi non alla trazione delle ruote). Il sistema ora si comporta come un ibrido in serie. La velocità del motore a benzina è di circa 1700 giri durante la guida. / min Durante l'accelerazione e la frenata, la velocità scende a 1100 giri al minuto.
Modalità parallela: Se si guida a una velocità superiore a 65 km/h, il fabbisogno di potenza aumenta o il SOC della batteria è <30%, la trasmissione viene commutata in modo tale da creare la modalità parallela. Il motore a combustione e il motore elettrico anteriore azionano le ruote. La velocità del motore a combustione e del motore elettrico anteriore viene sincronizzata prima dell'innesto della frizione. In modalità parallela, il motore elettrico posteriore è controllato fino al 5% per prevenire la resistenza del campo magnetico ad alte velocità durante il funzionamento senza carico.
Trasmissione di un veicolo ibrido:
La maggior parte dei produttori (Ford, Honda, GM) si adattano al 2019 Tecnologia CVT (trasmissione a variazione continua) come trasmissione per i loro modelli ibridi.
La tecnologia CVT della Toyota Prius (vedi immagine) non è ottenuta tramite una cinghia di spinta e pulegge di diametro regolabile, ma tramite una combinazione controllata elettricamente di motore elettrico, generatore e sistema di ingranaggi planetari. Il vantaggio di questo tipo di trasmissione rispetto alla meccanica CVT è che non è soggetta ad usura ed ha un peso molto inferiore.
Il propulsore raffigurato della Prius è composto da:
- motore a combustione (motore a benzina);
- motore elettrico MG1 (funziona come generatore/dinamo durante la frenata rigenerativa);
- motore elettrico MG2 (il motore per l'azionamento);
- sistema di ingranaggi planetari (Power Split Device) in grado di collegare e scollegare il motore a combustione e il motore elettrico dalla trasmissione;
- trasmissione a catena su ruote dentate collegate al differenziale.
