CORSO INTEGRATIVO SUI SISTEMI DI PROPULSIONE INNOVATIVI PER L'AUTOTRAZIONE - UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI ROMA "TOR VERGATA"

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CORSO INTEGRATIVO SUI SISTEMI DI PROPULSIONE INNOVATIVI PER L'AUTOTRAZIONE - UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI ROMA "TOR VERGATA"
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA
                   “TOR VERGATA”
                       FACOLTA’ DI INGEGNERIA

                      CORSO UFFICIALE DI
                 MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA

                CORSO INTEGRATIVO SUI
                SISTEMI DI PROPULSIONE
                    INNOVATIVI PER
                    L’AUTOTRAZIONE

ANNO ACCADEMICO: 2015/2016                      Prof. Massimo Feola
CORSO INTEGRATIVO SUI SISTEMI DI PROPULSIONE INNOVATIVI PER L'AUTOTRAZIONE - UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI ROMA "TOR VERGATA"
VEICOLI DOTATI DI SISTEMI DI PROPULSIONE
    INNOVATIVI PER L’ AUTOTRAZIONE

•Veicoli elettrici a batteria (detti anche veicoli
elettrici puri)

•Veicoli ibridi

•Veicoli a celle di combustibile (ad idrogeno)

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SISTEMA PROPULSIVO DI UN VEICOLO
      ELETTRICO A BATTERIA

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VEICOLO ELETTRICO A BATTERIA
È un veicolo a trazione elettrica alimentato
esclusivamente da batterie ricaricabili. Le batterie
sono sistematicamente ricaricate collegando il
veicolo alla rete elettrica e/o tramite un sistema
di frenata rigenerativa. Il veicolo elettrico puro
non produce emissioni nocive locali, al contrario
di quanto accade nelle vetture dotate di motore
a combustione interna. Inoltre, presenta un
inquinamento acustico ridottissimo.

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REQUISITI DELLE BATTERIE PER
               VEICOLI ELETTRICI

• Elevata potenza specifica ( W/kg) per conferire al
  veicolo elevati requisiti di accelerazione
• Alta energia specifica (Wh/kg) per fornire al
  veicolo elevati requisiti di autonomia
• Tempi di ricarica contenuti
• Elevata durata delle batterie in termini di cicli di
  carica/scarica
• Costi specifici contenuti.

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ACCUMULATORI ELETTROCHIMICI

FONTE: ENEA

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TABELLA COMPARATIVA DELLE DIFFERENTI TIPOLOGIE DI BATTERIE
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BATTERIE NICKEL-CADMIO
• Le batterie Ni-Cd sono generalmente usate per
  apparecchiature industriali, nel campo delle
  telecomunicazioni e delle apparecchiature medicali.
• Vantaggi: Hanno un elevato ciclo di vita (circa 2.000
  cicli di carica/scarica) e si ricaricano rapidamente.
• Svantaggi: presentano un notevole “effetto memoria”,
  sono tossiche, molto difficilmente riciclabili e piuttosto
  costose.
Dal 2006 la Unione Europea ne ha vietato l’impiego a
  causa della elevata tossicità del cadmio.

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BATTERIE NICKEL-IDRURI METALLICI

• Vengono sempre più utilizzate, in sostituzione
  delle batterie Nickel-Cadmio, nei computers, nei
  telefoni portatili, nelle apparecchiature medicali e
  per altre applicazioni.
• Vantaggi: maggiore energia e potenza specifica
  rispetto alle Piombo-Gel ed alle Nickel-Cadmio;
  presentano componenti riciclabili;
• Svantaggi: costi elevati, sensibile fenomeno dell’
  autoscarica e bassa efficienza della cella;
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Batterie al LITIO
  Esistono due diverse tipologie:
• Batterie agli ioni di litio con elettrolita in fase
  liquida. Sono quelle maggiormente diffuse ed
  utilizzate al giorno d’oggi;
• Batterie litio ioni-polimeri con elettrolita in
  fase solida di tipo polimerico; presentano
  minori pericoli in termini di sicurezza;

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PRESTAZIONI DELLE BATTERIE LITIO-IONI

• PRESENTANO DENSITÀ ENERGETICHE E POTENZE
  SPECIFICHE MAGGIORI DELLE BATTERIE NICKEL-
  IDRURI E DELLE BATTERIE NICKEL-CADMIO;
• NON SONO TOSSICHE E SONO AGEVOLMENTE
  RICICLABILI;
• HANNO COSTI NOTEVOLMENTE ELEVATI;
• PRESENTANO RISCHI DI ESPLOSIONE SE ESPOSTE
  PER TEMPI PROLUNGATI A TEMPERATURE
  ECCESSIVE;

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VANTAGGI E SVANTAGGI DELLE LITIO-IONI

 Vantaggi:
- Ogni singolo elemento o cella ha una tensione notevole
  (3,6 Volt rispetto ai 1,2 Volt delle Ni-Cd o Ni-MH o 2 Volt
  delle Piombo gel);
- Autoscarica trascurabile ( 1 % al mese rispetto a circa l’ 1 %
  al giorno delle Nichel-Cadmio e delle Nichel Idruri Metallici;
Svantaggi:
 - Costi elevati
 - Possono esplodere o incendiarsi se sottoposte a
  sovratensioni di ricarica in caso di malfunzionamenti del
  sistema di controllo della tensione di ricarica; Il Litio a
  contatto con l’acqua produce idrogeno che è altamente
  infiammabile;

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Costi specifici ($/kWh) delle batterie al
                   litio

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BATTERIE ZEBRA
    (Zeolite Battery Research Africa Project)

•   Tipo di batteria: Sodio - Cloruro di Nickel (Na-NiCL2)
•   Temperatura di funzionamento: 245 °C
•   Energia specifica: circa 90 Wh/kg
•   Potenza specifica: circa 150 W/kg
•   Life cycle: maggiore di 3.000 cicli di scarica all’ 80 % del
    DOD e durata massima di 8 anni;

Campi di impiego: trazione, telefonia, settore industriale e
  ferroviario, etc;

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VRB: Batteria a flusso Vanadio Redox

• Elevatissimo numero di cicli di carica/scarica
• Grande durata (15-20 anni)
• Alta efficienza (superiore all’ 85 %)
• Potenzialmente adatte ad applicazioni di
  elevata potenza installata
• Ancora in fase di sviluppo tecnologico.

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SUPERCAPACITORI (O SUPERCONDENSATORI)

-   Sono particolari condensatori dotati di una capacità di accumulo
  grandissima, dell’ ordine dei migliaia di Farad rispetto ai mFarad dei
  condensatori trazionali;
- Vengono utilizzati come accumulatori di energia elettrica in alternativa
  (o in associazione) agli accumulatori chimici tradizionali rispetto ai
  quali presentano un’ elevatissima potenza specifica;
 - Sono caratterizzati da un numero di cicli di carica scarica elevatissimo,
  superiore a quello degli accumulatori chimici;
 - Hanno, però, una bassissima energia specifica rispetto agli
  accumulatori chimici che impedisce di utilizzarli in loro sostituzione
  nella trazione dei veicoli elettrici;
 - Presentano ancora costi piuttosto elevati.

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Diagramma di Ragone degli
      accumulatori

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EFFICIENZA ENERGETICA DELLE BATTERIE
            (FONTE ENEA)

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DURATA DELLE BATTERIE
(numero di cicli realizzati fino all’ 80 % della profondità di scarica D.O.D.)
                                 (FONTE ENEA)

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LIFE CYCLE DI UNA BATTERIA

          Prof. Massimo Feola
CONFRONTO TRA L’ AUTONOMIA DI UN VEICOLO
   A BENZINA ED UN VEICOLO ELETTRICO

Benzina

                          420  103 kcal          glob         ~ 126 • 103 kcal
   Serbatoio                                                                              147 kWh
      60 L                Energia termica          30%             Energia meccanica
                                                                    utilizzabile

Batteria

                              45  103 Wh         glob          ~ 36 • 103 Wh
 Batteria Litio - Ioni
                                                                                          36 kWh
                                                   80%               Energia meccanica
       300 kg                Energia disponibile                      utilizzabile

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AUTONOMIA DI ALCUNI MODELLI DI
      AUTO ELETTRICHE

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TIPICA CURVA CARATTERISTICA DI UN
         MOTORE ELETTRICO
(Fonte: Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles: fundamentals - CRC PRESS )

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Forza di trazione in funzione della
       velocità del veicolo

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Forza di trazione in funzione della
       velocità del veicolo

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VEICOLO ELETTRICO A BATTERIA

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VEICOLO ELETTRICO A BATTERIA

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Prestazioni di alcuni modelli di veicoli
         elettrici a batteria

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TABELLA COMPARATIVA DELLE DIFFERENTI TIPOLOGIE DI BATTERIE
VEICOLO ELETTRICO A BATTERIA
    Maxiscooter elettrico BMW A.G. C Evolution
  autonomia max 100 km – tempo di ricarica 4 ore
Batteria litio-ioni da 60 Ah e capacità totale di 8 kWh
                Peso totale veicolo 265 kg

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RENAULT TWIZY
capacità batterie al litio: 6 kWh
  tempo di ricarica: 4 ore
   autonomia: 60 - 80 km

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NISSAN LEAF (30 kWh)
autonomia: 190 km con batterie ai ioni di litio

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Tempi di ricarica della Nissan Leaf
                     con presa domestica: 12 ore
                     con colonnina pubblica: 4 – 8 ore
con stazione di ricarica veloce: circa 30 min fino all’ 80 % della carica

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TESLA MOD. S da 85 kWh
Il sistema di batterie litio-ioni ad alte prestazioni pesa 540 kg
                   Da 0 a 100 km/h in 3 secondi

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TESLA Mod. S da 85 kWh
Autonomia 420 km – tempo di ricarica 12 ore
  con caricatore domestico a 220-240 volt

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TESLA Mod S da 85 kWh
Range 420 km - ricarica con Supercharger

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Sistema di ricarica rapida
  (Supercharger TESLA)

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LE CARATTERISTICHE IN SINTESI DEI
   VEICOLI ELETTRICI A BATTERIA (O PURI)
                               Zero emissioni inquinanti (ZEV)

                   Pro         Basso inquinamento acustico

                               Recupero energia cinetica in frenata
Veicoli Elettrici (BEV)
                                 Autonomia limitata
                                 Ingombro e peso batterie
                                 Tempi lunghi per la ricarica
                 Contro
                                 Mancanza di infrastrutture
                                 Velocità massima limitata
                                 Costo manutenzione elevato
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VEICOLI IBRIDI

Un veicolo è definito ibrido quando
 sono integrati sullo stesso veicolo
sistemi di conversione, accumulo e
   generazione di energia diversi
  costituenti, nel loro insieme, un
   sistema di propulsione ibrido
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SISTEMI DI PROPULSIONE PER VEICOLI IBRIDI
   PER L’ AUTOTRAZIONE

                                            termico-elettrici

Sistemi di propulsione ibridi

                                            termico- idraulici

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Configurazione di un sistema di propulsione
            ibrido termico elettrico

  I sistemi propulsivi dei veicoli ibridi termico elettrici (detti anche
  semplicemente elettrici HEVs) sono costituiti da:
• MCI: di potenza inferiore rispetto a quella di un veicolo
  convenzionale e dotato di moderni sistemi per ridurre le emissioni
  inquinanti ed aumentare l’efficienza.
• Serbatoio del Combustibile: quest’ ultimo costituente la fonte di
  energia primaria del veicolo;
• Macchine Elettriche: uno o più macchine elettriche dotate di
  elettronica avanzata per funzionare sia come motori che come
  generatori per il recupero di energia.
• Batterie: queste ultime costituenti il sistema di accumulo di
  energia secondaria a bordo veicolo. Sono in grado di immagazzinare
  l’energia cinetica recuperata.
• Trasmissione: cambio (a gradini o continuo CVT) e frizione.

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Caratteristiche principali dei veicoli ibridi
                     elettrici

•    FRENATA RIGENERATIVA: consiste nel fatto che, quando un veicolo frena o
     funziona a motore trascinato (in decelerazione), l’energia cinetica può
     essere recuperata da un generatore e immagazzinata a bordo del veicolo;

•    RIDOTTO TEMPO DI FUNZIONAMENTO AL MINIMO: con conseguente
     riduzione delle perdite. A seconda della dimensione della seconda fonte di
     potenza a bordo, il MCI può essere spento ad ogni arresto del veicolo o alle
     basse velocità di avanzamento;

•    AUMENTO DELL’EFFICIENZA DEL MCI: il motore elettrico può assistere il
     MCI per evitarne il funzionamento in zone inefficienti (es: a velocità motore
     molto alte o molto basse) fornendo potenza meccanica alle ruote.

                                 Prof. Massimo Feola
Classificazione in base al
            grado di ibridizzazione Hr
Un primo criterio adottato per la classificazione dei sistemi propulsivi
ibridi elettrici si basa sul grado di ibridizzazione espresso dal rapporto tra
la potenza massima del motore elettrico e la potenza massima globale
installata sul veicolo (somma della potenza massima del motore elettrico e
di quella del motore termico):
                           Potenza  motore.elettrico
            Hr =    Potenza  motore.elettrico  Potenza.MCI

- Mild Hybrid: Hr < 0,23
- Semi-Hybrid o Medium-Hybrid :                0,23 < Hr < 0,38
- Full-Hybrid o Strong-Hybrid:                Hr > 0,38

                                    Prof. Massimo Feola
Classificazione dei veicoli ibridi
             termico-elettrici

SUB-HYBRID   MICRO-HYBRID      MILD-HYBRID
                                  sub             FULL-HYBRID   PLUG IN -HYBRID

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CLASSIFICAZIONE DEI VEICOLI IBRIDI ELETTRICI
    IN BASE ALLA LORO CONFIGURAZIONE
I sistemi di propulsione ibridi elettrici possono essere
  distinti, in base alla loro configurazione, in:

• IBRIDO SERIE
• IBRIDO PARALLELO
• IBRIDO SERIE-PARALLELO (DETTO ANCHE DI TIPO
  COMBINATO O POWER SPLIT)
• IBRIDO PLUG-IN
• IBRIDO BIMODALE

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SISTEMA IBRIDO SERIE

In un sistema ibrido-serie un motore a c.i. aziona un
generatore elettrico invece di azionare direttamente
le ruote. Il generatore fornisce potenza per l’
azionamento del motore elettrico. In sostanza, il
veicolo è trascinato soltanto per mezzo di un motore
elettrico di trazione con un gruppo motogeneratore
che fornisce la potenza elettrica mediamente
richiesta per l’ avanzamento del veicolo.

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SISTEMA PROPULSIVO IBRIDO SERIE

            Prof. Massimo Feola   47
Modalità di funzionamento del veicolo ibrido serie (da D.
Sotingco – MIT USA )

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VANTAGGI DEI VEICOLI IBRIDI SERIE

- Il    motore      termico      è    meccanicamente
  disaccoppiato dalle ruote per cui esso può
  funzionare a punto fisso nelle sue condizioni di
  funzionamento ottimali di efficienza e di
  emissioni inquinanti;
- La caratteristica di coppia del motore elettrico
   permette la eliminazione del cambio di velocità a
  più rapporti;
- E’ possibile eliminare il differenziale utilizzando,
  in luogo di un solo motore, una coppia di motori
  elettrici per le due ruote motrici.

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SVANTAGGI DEI VEICOLI IBRIDI SERIE

• L’ energia meccanica prodotta dal motore è convertita due
  volte; (da meccanica in elettrica nel generatore e da elettrica
  in meccanica nel motore elettrico di trazione); Le perdite in
  questi processi si sommano producendo un effetto di
  riduzione del’ efficienza del sistema notevole;
• Il generatore elettrico aggiunge costo e peso al sistema di
  trazione;
• Il motore di trazione deve essere dimensionato per la potenza
  massima del veicolo; pertanto, deve essere di notevole costo,
  peso e dimensioni.

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Rendimento globale di un sistema propulsivo ibrido serie

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AUTOBUS URBANO IBRIDO SERIALE DI TIPO PLUG-IN
    Citaro G BlueTec®-Hybrid Mercedes Benz A.G. - Città di Stoccarda

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Autobus urbano ibrido seriale di tipo Plug-in Citaro G
         BlueTec®-Hybrid Mercedes Benz A.G. -

• Il gruppo batteria a ioni di Litio, con una capacità
  di 27 kWh, eroga una potenza massima di 240
  kW e, grazie ad un peso inferiore ai 350 kg, risulta
  particolarmente leggero;
• Motore diesel di 4,8 litri (rispetto ai 12 litri del
  termico puro) con risparmio di combustibile del
  motore pari a circa il 20 % ; azionamento con 4
  motori elettrici da 80 kW, collocati sull’ asse
  centrale e posteriore del veicolo, ciascuno
  accoppiato ad ogni ruota;
• autonomia in elettrico pari a circa 10 km.
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SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDO PARELLELO

Il sistema ibrido parallelo comprende un motore
a combustione interna al quale si aggiunge un
motore elettrico, con potenza variabile,
generalmente, all’ incirca tra i 5 ed i 20 kW,
avente la funzione di incrementare la coppia
motrice utilizzata per la trazione del veicolo. Il
sistema ibrido parallelo può anche utilizzare il
motore termico per caricare le batterie durante
cicli di percorrenza a velocità di crociera
autostradali.
                    Prof. Massimo Feola              54
SCHEMA DI SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDA DI TIPO
PARALLELO

                       Prof. Massimo Feola        55
Sistema di propulsione ibrido parallelo di tipo coassiale

                           Prof. Massimo Feola              56
CONFIGURAZIONE IBRIDO PARALLELO

            Prof. Massimo Feola   57
Modalità di funzionamento del veicolo ibrido parallelo (da D.
Sotingco – MIT USA)

                          Prof. Massimo Feola                   58
VANTAGGI E SVANTAGGI DELL’ IBRIDO
                  PARALLELO
VANTAGGI DI UN VEICOLO IBRIDO PARALLELO

Il rendimento totale è più elevato durante la marcia a velocità di crociera e nei percorsi
autostradali a lunga distanza;
Grande flessibilità nel passaggio dal funzionamento in elettrico a quello con il motore a
c.i.;
E’ richiesta una sola macchina elettrica (motore/generatore)
La potenza nominale della macchina elettrica è notevolmente minore rispetto a quella
richiesta con l’ ibrido serie.

SVANTAGGI DI VEICOLO IBRIDO PARALLELO

Sistema piuttosto complicato
Il motore a c.i. non funziona in un campo ristretto o costante del numero di giri;
pertanto, il rendimento del motore termico si riduce alle basse velocità di rotazione;
Poichè il motore non è disaccoppiato dalle ruote la batteria non può essere ricaricata a
veicolo fermo.
                                        Prof. Massimo Feola                                  59
Veicolo ibrido elettrico parallelo Honda
                 Insight

                Prof. Massimo Feola        60
Caratteristiche tecniche del veicolo ibrido elettrico parallelo Honda
          Insight (Sistema IMA®- Integrated Motor Assist)

 • 1.3-liter i-VTEC® Motore a benzina a Ciclo Atkinson (o ciclo
   Miller)
 • Cilindrata del motore ad alto rendimento: 1.3-litri, i-VTEC®
   4-cilindri
 • Il motore elettrico funziona intervenendo, a seconda delle
   modalità di funzionamento, a fornire potenza addizionale
   al motore;
 • Il progetto del motore, di disegno “ultra-sottile”, consente
   la sua installazione tra il motore e la trasmissione;
 • Il motore elettrico funziona anche da generatore durante
   la decelerazione e da motore di avviamento del motore
   termico;
 • Batterie del veicolo: a litio-ioni

                             Prof. Massimo Feola                 61
SISTEMA IBRIDO SERIE – PARALLELO (DETTO ANCHE
IBRIDO POWER SPLIT O IBRIDO MISTO)

• Trattasi di un sistema di propulsione molto
  versatile che permette di passare dal sistema
  serie a quello parallelo e viceversa.
• La trazione del veicolo può essere realizzata con il
  solo motore elettrico alle velocità ed ai carichi
  ridotti del motore termico (purché lo stato di
  carica delle batterie sia sufficientemente elevato).
  E’, invece, previsto l’ utilizzo combinato del
  motore termico e del motore elettrico nelle
  condizioni di carico e di velocità più elevate.
                      Prof. Massimo Feola           62
Sistema di propulsione di tipo serie-parallelo o power
split

                           Prof. Massimo Feola                   63
SCHEMA DI SISTEMA PROPULSIVO SERIE-PARALLELO
     (DETTO ANCHE SISTEMA POWER SPLIT)

               Prof. Massimo Feola             64
Configurazione schematica di un sistema di propulsione ibrido
serie-parallelo dotato di rotismo epicicloidale (power split)

                          Prof. Massimo Feola                   65
Modalità di funzionamento del veicolo ibrido
serie – parallelo (da D. Sotingco – MIT USA)

                  Prof. Massimo Feola          66
BENEFICI
ENERGETICI
        recupero di energia cinetica in frenata e in discesa

        restringimento range operativo MCI/curva max efficienza

        gestione ON-OFF del termico (riduzione transitori)

        possibilità di plug-in

        riduzioni dimensioni termico

AMBIENTALI
        riduzione consumi di combustibile

        condizionamento MCI anche per ridurre emissioni

        gestione ON-OFF del termico/ funzionamento in electric mode

        utilizzo energia elettrica nel plug-in

OPERATIVI
         elevate prestazioni in accelerazione
                                                   Prof. Massimo Feola   67
TOYOTA YARIS IBRIDA

                      68
TOYOTA PRIUS 2016 IBRIDA
 Consumo circa 3,3 litri/100 km
TENSIONI UTIZZATE PER L’ AZIONAMENTO
     DELLE MACCHINE ELETTRICHE

              Prof. Massimo Feola      70
VEICOLI ELETTRICI IBRIDI PLUG-IN
I PHEVs sono molto più simili ai veicoli convenzionali, rispetto agli HEV non plug-
in. Questo può aumentarne l’accettabilità. Permettono di andare in solo
elettrico.

Sono progettati per lunghe distanze con minimo o nessun aiuto da parte del
motore convenzionale. Il MCI può essere utilizzato solo per ricaricare la batteria
o anche in accelerazione o ad alti carichi.

La differenza maggiore rispetto agli HEV convenzionali è che i plug-in possono
usare il motore elettrico come fonte primaria di energia, mentre il MCI livella i
carichi, dando solo l’extra potenza eventualmente necessaria (inverso negli
ibridi convenzionali).

                                     Prof. Massimo Feola                              71
VEICOLO IBRIDO TOYOTA PRIUS

           Prof. Massimo Feola   72
VEICOLO IBRIDO PLUG-IN

        Prof. Massimo Feola   73
VEICOLO BIMODALE

                   Prof. Massimo Feola   74
VEICOLI IBRIDI TERMICO IDRAULICI

•Veicoli elettrici a batteria

                      termico elettrici
•Veicoli ibridi
                      termico idraulici

•Veicoli a celle di combustibile

                            Prof. Massimo Feola   75
SISTEMI DI PROPULSIONE IBRIDO
          TERMICO-IDRAULICI

• IBRIDO SERIE
• IBRIDO PARALLELO
• IBRIDO SERIE-PARALLELO

                 Prof. Massimo Feola   76
Sistema ibrido termico-idraulico di
    tipo serie (www.its.hybrid.com)
In un sistema ibrido-idraulico (HHV ) di tipo
serie il motore termico fornisce potenza alle
ruote del veicolo attraverso una trasmissione
oleodinamica di tipo idrostatico. La potenza
del motore termico, funzionante a punto fisso,
viene fornita ad una pompa oleodinamica che
alimenta un motore idraulico collegato alla
trasmissione del veicolo. Gli accumulatori
idraulici svolgono le stesse funzioni delle
batterie.
                  Prof. Massimo Feola        77
Schema di un sistema ibrido termico-idraulico di
    tipo serie (Fonte: www.itshybrid.com)

   IBRIDO SERIE

                    Prof. Massimo Feola        78
SISTEMA IBRIDO TERMICO-IDRAULICO DI
  TIPO PARALLELO (www.itshybrid.com)

In un sistema ibrido termico-idraulico (HHV) di
tipo parallelo il motore termico fornisce
potenza alle ruote del veicolo attraverso una
trasmissione oleodinamica di tipo standard. I
componenti oleodinamici sono collegati all’
albero motore e danno assistenza al motore
durante le fasi di arresto ed accelerazione del
veicolo. Gli accumulatori idraulici svolgono le
stesse funzioni delle batterie.

                  Prof. Massimo Feola         79
SCHEMA DI UN SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDO
TERMICO-IDRAULICO PARALLELO (www.itshybrid.com)
  IBRIDO PARALLELO

                     Prof. Massimo Feola      80
Sistema ibrido idraulico serie-parallelo
                (www.itshybrid.com)

  RIASSUME LE MIGLIORI PRESTAZIONI DEI SISTEMI
  IBRIDI SERIE E PARALLELO
  Può funzionare secondo le seguenti tre diverse
  modalità operative:
• Modalità 1: Funzionamento come sistema ibrido
  parallelo (in accelerazione o in frenata);
• Modalità 2: Funzionamento come sistema ibrido serie
  (ai bassi regimi di rotazione del motore);
• Modalità 3: Funzionamento come un sistema di
  azionamento totalmente meccanico (agli alti regimi di
  rotazione).

                       Prof. Massimo Feola                81
SCHEMA DI UN SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDO
   TERMICO-IDRAULICO DI TIPO COMPOUND
            (www.itshybrid.com)
  IBRIDO SERIE-PARALLELO O COMPOUND

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     w           Prof. Massimo Feola         82
SISTEMA IBRIDO TERMICO-IDRAULICO DI
   TIPO POWER-SPLIT (Fonte: Bosch)

              Prof. Massimo Feola   83
SISTEMA IBRIDO IDRAULICO
                    DI TIPO COMPOUND
Vantaggi della soluzione:
 - Ridotto tempo di ricarica del sistema di accumulo rispetto al sistema elettrico a
     batterie a litio-ioni;
 - L’ energia interna del gas inerte può essere più rapidamente restituita rispetto alle
     batterie;
 - Riduzione dei consumi di combustibile rispetto al veicolo termico pari al 30 – 40 %
     nel ciclo NEDC;
 - Peso ridotto rispetto al sistema con batterie
 - Costo di manutenzione contenuto
Svantaggi:
  - Anche con pressioni del gas inerte superiori ai 300 bar la capacità di accumulo dell’
     energia del gas inerte è ridotta rispetto ai sistemi con batterie;
  - Elevato ingombro dei due recipienti in pressione per l’ accumulo del gas inerte (N2
     o Aria);
  - Maggiore costo del veicolo rispetto alla soluzione del veicolo tradizionale con
     motore termico a c.i.;

                                       Prof. Massimo Feola                                  84
SISTEMA “HYBRID AIR” IBRIDO IDRAULICO POWER
SPLIT IN SVILUPPO DA PSA E BOSCH (COURTESY PSA)

                   Prof. Massimo Feola       85
SOLUZIONI COSTRUTTIVE ALTERNATIVE PER
                VEICOLI TERRESTRI

•Veicoli elettrici a batteria

•Veicoli ibridi

•Veicoli a celle di combustibile

                            Prof. Massimo Feola   86
VEICOLI ELETTRICI
AD IDROGENO

  Sono azionati da un motore elettrico che
  utilizza l’elettricità prodotta da una cella a
  combustibile alimentata con idrogeno
  stoccato in bombole a bordo del veicolo.

                    Prof. Massimo Feola       87
PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UNA FUEL CELL DI TIPO PEM

                       Prof. Massimo Feola           88
VEICOLO AD IDROGENO A CELLE A COMBUSTIBILE

Idrogeno
              CELLA A              Energia                   alle
            COMBUSTIBILE                          MOTORE
Ossigeno        PEM                Elettrica     ELETTRICO   ruote

                   Acqua

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Prof. Massimo Feola   90
Sistemi di alimentazione per veicoli a fuel cell

                            Prof. Massimo Feola    91
VEICOLI A IDROGENO A CELLE DI COMBUSTIBILE

Vantaggi
- Assenza di emissioni nocive
- Inquinamento acustico ridotto
- Autonomia superiore a quella dei veicoli elettrici a
   batterie.
Svantaggi
- Elevato costo della cella di combustibile
- Mancanza di una adeguata rete di stazioni di
  rifornimento dell’ idrogeno
- Durata delle celle ancora insufficiente.

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Veicolo elettrico ad idrogeno a celle di combustibile

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VEICOLO ELETTRICO AD IDROGENO

                      Prof. Mssimo Feola   94
TOYOTA MIRAI FCV AD IDROGENO - rifornimento con bombole
autonomia circa 500 km - tempo di rifornimento: 5 minuti

                       Prof. Massimo Feola            95
Modelli di vetture con celle a combustibile

                 Prof. Massimo Feola          96
CONCLUSIONI
- I veicoli termici convenzionali a benzina e diesel sono in grado di
  ottemperare alla nuova normativa EURO 6, ma non alle più severe
  normative sulle emissioni attualmente allo studio da parte della
  UE e degli USA;

- Per superare le future normative sarà necessario ricorrere in
  modo estensivo alle auto ibride che assicurano minori consumi
  ed emissioni inquinanti rispetto ai veicoli termici convenzionali;

- La totale riduzione delle emissioni nocive degli autoveicoli nelle
  aree urbane sarà possibile unicamente con i veicoli elettrici (a
  batterie o ad idrogeno) allorchè la loro tecnologia sarà divenuta
  totalmente matura.

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