CORSO INTEGRATIVO SUI SISTEMI DI PROPULSIONE INNOVATIVI PER L'AUTOTRAZIONE - UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI ROMA "TOR VERGATA"
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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
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)
Prof. Massimo Feola 2
SISTEMA PROPULSIVO DI UN VEICOLO
ELETTRICO A BATTERIA
Prof. Massimo Feola 3
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.
Prof. Massimo Feola 4
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.
Prof. Massimo Feola 5
ACCUMULATORI ELETTROCHIMICI
FONTE: ENEA
Prof. Massimo Feola 6
TABELLA COMPARATIVA DELLE DIFFERENTI TIPOLOGIE DI BATTERIE
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.
Prof. Massimo Feola 8
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;
Prof. Massimo Feola 9
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;
Prof. Massimo Feola 10PRESTAZIONI 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;
Prof. Massimo Feola 11VANTAGGI 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;
Prof. Massimo Feola 12Costi specifici ($/kWh) delle batterie al
litio
Prof. Massimo Feola 13BATTERIE 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;
Prof. Massimo Feola 14VRB: 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.
Prof. Massimo Feola 15SUPERCAPACITORI (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.
Prof. Massimo Feola 16Diagramma di Ragone degli
accumulatori
Prof. Massimo Feola 17EFFICIENZA ENERGETICA DELLE BATTERIE
(FONTE ENEA)
Prof. Massimo Feola 18DURATA DELLE BATTERIE
(numero di cicli realizzati fino all’ 80 % della profondità di scarica D.O.D.)
(FONTE ENEA)
Prof. Massimo Feola 19LIFE CYCLE DI UNA BATTERIA
Prof. Massimo FeolaCONFRONTO 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
Prof. Massimo Feola 21AUTONOMIA DI ALCUNI MODELLI DI
AUTO ELETTRICHE
Prof. Massimo Feola 22TIPICA CURVA CARATTERISTICA DI UN
MOTORE ELETTRICO
(Fonte: Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles: fundamentals - CRC PRESS )
Prof. Massimo Feola 23Forza di trazione in funzione della
velocità del veicolo
Prof. Massimo Feola 24Forza di trazione in funzione della
velocità del veicolo
Prof. Massimo Feola 25VEICOLO ELETTRICO A BATTERIA
Prof. Massimo Feola 26VEICOLO ELETTRICO A BATTERIA
Prof. Massimo Feola 27Prestazioni di alcuni modelli di veicoli
elettrici a batteria
Prof. Massimo Feola 28TABELLA 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
Prof. Massimo Feola 30RENAULT TWIZY
capacità batterie al litio: 6 kWh
tempo di ricarica: 4 ore
autonomia: 60 - 80 km
Prof. Massimo Feola 31NISSAN LEAF (30 kWh)
autonomia: 190 km con batterie ai ioni di litio
Prof. Massimo Feola 32Tempi 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
Prof. Massimo Feola 33TESLA 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
Prof. Massimo Feola 34TESLA Mod. S da 85 kWh
Autonomia 420 km – tempo di ricarica 12 ore
con caricatore domestico a 220-240 volt
Prof. Massimo Feola 35TESLA Mod S da 85 kWh
Range 420 km - ricarica con Supercharger
Prof. Massimo Feola 36Sistema di ricarica rapida
(Supercharger TESLA)
Prof. Massimo Feola 37LE 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
Prof. Massimo Feola 38VEICOLI 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
Prof. Massimo Feola 39SISTEMI DI PROPULSIONE PER VEICOLI IBRIDI
PER L’ AUTOTRAZIONE
termico-elettrici
Sistemi di propulsione ibridi
termico- idraulici
Prof. Massimo Feola 40Configurazione 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.
Prof. Massimo Feola 41Caratteristiche 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 FeolaClassificazione 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 FeolaClassificazione dei veicoli ibridi
termico-elettrici
SUB-HYBRID MICRO-HYBRID MILD-HYBRID
sub FULL-HYBRID PLUG IN -HYBRID
Prof. Massimo Feola 44CLASSIFICAZIONE 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
Prof. Massimo Feola 45SISTEMA 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.
Prof. Massimo Feola 46SISTEMA PROPULSIVO IBRIDO SERIE
Prof. Massimo Feola 47Modalità di funzionamento del veicolo ibrido serie (da D.
Sotingco – MIT USA )
Prof. Massimo Feola 48VANTAGGI 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.
Prof. Massimo Feola 49SVANTAGGI 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.
Prof. Massimo Feola 50Rendimento globale di un sistema propulsivo ibrido serie
Prof. Massimo Feola 51AUTOBUS URBANO IBRIDO SERIALE DI TIPO PLUG-IN
Citaro G BlueTec®-Hybrid Mercedes Benz A.G. - Città di Stoccarda
Prof. Massimo Feola 52Autobus 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.
Prof. Massimo Feola 53SISTEMA 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 54SCHEMA DI SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDA DI TIPO
PARALLELO
Prof. Massimo Feola 55Sistema di propulsione ibrido parallelo di tipo coassiale
Prof. Massimo Feola 56CONFIGURAZIONE IBRIDO PARALLELO
Prof. Massimo Feola 57Modalità di funzionamento del veicolo ibrido parallelo (da D.
Sotingco – MIT USA)
Prof. Massimo Feola 58VANTAGGI 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 59Veicolo ibrido elettrico parallelo Honda
Insight
Prof. Massimo Feola 60Caratteristiche 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 61SISTEMA 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 62Sistema di propulsione di tipo serie-parallelo o power
split
Prof. Massimo Feola 63SCHEMA DI SISTEMA PROPULSIVO SERIE-PARALLELO
(DETTO ANCHE SISTEMA POWER SPLIT)
Prof. Massimo Feola 64Configurazione schematica di un sistema di propulsione ibrido
serie-parallelo dotato di rotismo epicicloidale (power split)
Prof. Massimo Feola 65Modalità di funzionamento del veicolo ibrido
serie – parallelo (da D. Sotingco – MIT USA)
Prof. Massimo Feola 66BENEFICI
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 67TOYOTA YARIS IBRIDA
68TOYOTA PRIUS 2016 IBRIDA Consumo circa 3,3 litri/100 km
TENSIONI UTIZZATE PER L’ AZIONAMENTO
DELLE MACCHINE ELETTRICHE
Prof. Massimo Feola 70VEICOLI 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 71VEICOLO IBRIDO TOYOTA PRIUS
Prof. Massimo Feola 72VEICOLO IBRIDO PLUG-IN
Prof. Massimo Feola 73VEICOLO BIMODALE
Prof. Massimo Feola 74VEICOLI IBRIDI TERMICO IDRAULICI
•Veicoli elettrici a batteria
termico elettrici
•Veicoli ibridi
termico idraulici
•Veicoli a celle di combustibile
Prof. Massimo Feola 75SISTEMI DI PROPULSIONE IBRIDO
TERMICO-IDRAULICI
• IBRIDO SERIE
• IBRIDO PARALLELO
• IBRIDO SERIE-PARALLELO
Prof. Massimo Feola 76Sistema 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 77Schema di un sistema ibrido termico-idraulico di
tipo serie (Fonte: www.itshybrid.com)
IBRIDO SERIE
Prof. Massimo Feola 78SISTEMA 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 79SCHEMA DI UN SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDO
TERMICO-IDRAULICO PARALLELO (www.itshybrid.com)
IBRIDO PARALLELO
Prof. Massimo Feola 80Sistema 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 81SCHEMA DI UN SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDO
TERMICO-IDRAULICO DI TIPO COMPOUND
(www.itshybrid.com)
IBRIDO SERIE-PARALLELO O COMPOUND
ww
w Prof. Massimo Feola 82SISTEMA IBRIDO TERMICO-IDRAULICO DI
TIPO POWER-SPLIT (Fonte: Bosch)
Prof. Massimo Feola 83SISTEMA 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 84SISTEMA “HYBRID AIR” IBRIDO IDRAULICO POWER
SPLIT IN SVILUPPO DA PSA E BOSCH (COURTESY PSA)
Prof. Massimo Feola 85SOLUZIONI COSTRUTTIVE ALTERNATIVE PER
VEICOLI TERRESTRI
•Veicoli elettrici a batteria
•Veicoli ibridi
•Veicoli a celle di combustibile
Prof. Massimo Feola 86VEICOLI 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 87PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UNA FUEL CELL DI TIPO PEM
Prof. Massimo Feola 88VEICOLO AD IDROGENO A CELLE A COMBUSTIBILE
Idrogeno
CELLA A Energia alle
COMBUSTIBILE MOTORE
Ossigeno PEM Elettrica ELETTRICO ruote
Acqua
Prof. Massimo Feola 89Prof. Massimo Feola 90
Sistemi di alimentazione per veicoli a fuel cell
Prof. Massimo Feola 91VEICOLI 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.
Prof. Massimo Feola 92Veicolo elettrico ad idrogeno a celle di combustibile
Prof. Massimo Feola 93VEICOLO ELETTRICO AD IDROGENO
Prof. Mssimo Feola 94TOYOTA MIRAI FCV AD IDROGENO - rifornimento con bombole
autonomia circa 500 km - tempo di rifornimento: 5 minuti
Prof. Massimo Feola 95Modelli di vetture con celle a combustibile
Prof. Massimo Feola 96CONCLUSIONI
- 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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