corso integrativo sui sistemi di propulsione...

CORSO INTEGRATIVO SUI SISTEMI DI PROPULSIONE

INNOVATIVI PER L’AUTOTRAZIONE

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI ROMA“TOR VERGATA”

FACOLTA’ DI INGEGNERIA

CORSO UFFICIALE DIMOTORI A COMBUSTIONE INTERNA

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)

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SISTEMA PROPULSIVO DI UN VEICOLO ELETTRICO A BATTERIA

Prof. Massimo Feola

VEICOLO ELETTRICO A BATTERIA

È un veicolo a trazione elettrica alimentatoesclusivamente da batterie ricaricabili. Le batteriesono sistematicamente ricaricate collegando ilveicolo alla rete elettrica e/o tramite un sistemadi frenata rigenerativa. Il veicolo elettrico puronon produce emissioni nocive locali, al contrariodi quanto accade nelle vetture dotate di motorea combustione interna. Inoltre, presenta uninquinamento acustico ridottissimo.


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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FONTE: ENEA

ACCUMULATORI ELETTROCHIMICI

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TABELLA COMPARATIVA DELLE DIFFERENTI TIPOLOGIE DI BATTERIE

BATTERIE NICKEL-CADMIO

• Le batterie Ni-Cd sono generalmente usate perapparecchiature industriali, nel campo delletelecomunicazioni e delle apparecchiature medicali.

• Vantaggi: Hanno un elevato ciclo di vita (circa 2.000cicli di carica/scarica) e si ricaricano rapidamente.

• Svantaggi: presentano un notevole “effetto memoria”,sono tossiche, molto difficilmente riciclabili e piuttostocostose.

Dal 2006 la Unione Europea ne ha vietato l’impiego acausa della elevata tossicità del cadmio.


BATTERIE NICKEL-IDRURI METALLICI

• Vengono sempre più utilizzate, in sostituzionedelle batterie Nickel-Cadmio, nei computers, neitelefoni portatili, nelle apparecchiature medicali eper altre applicazioni.

• Vantaggi: maggiore energia e potenza specificarispetto alle Piombo-Gel ed alle Nickel-Cadmio;presentano componenti riciclabili;

• Svantaggi: costi elevati, sensibile fenomeno dell’autoscarica e bassa efficienza della cella;


Batterie al LITIO

Esistono due diverse tipologie:

• Batterie agli ioni di litio con elettrolita in faseliquida. Sono quelle maggiormente diffuse edutilizzate al giorno d’oggi;

• Batterie litio ioni-polimeri con elettrolita infase solida di tipo polimerico; presentanominori pericoli in termini di sicurezza;


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;


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 Voltdelle 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 asovratensioni di ricarica in caso di malfunzionamenti delsistema di controllo della tensione di ricarica; Il Litio acontatto con l’acqua produce idrogeno che è altamenteinfiammabile;


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;


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.


SUPERCAPACITORI (O SUPERCONDENSATORI)

- Sono particolari condensatori dotati di una capacità di accumulograndissima, dell’ ordine dei migliaia di Farad rispetto ai mFarad deicondensatori trazionali;

- Vengono utilizzati come accumulatori di energia elettrica in alternativa(o in associazione) agli accumulatori chimici tradizionali rispetto aiquali 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 agliaccumulatori chimici che impedisce di utilizzarli in loro sostituzionenella trazione dei veicoli elettrici;

- Presentano ancora costi piuttosto elevati.


Diagramma di Ragone degli accumulatori


EFFICIENZA ENERGETICA DELLE BATTERIE (FONTE ENEA)


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

(FONTE ENEA)


LIFE CYCLE DI UNA BATTERIA

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CONFRONTO TRA L’ AUTONOMIA DI UN VEICOLO A BENZINA ED UN VEICOLO ELETTRICO

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Benzina

Serbatoio 60 L

Batteria Litio - Ioni300 kg

420 103 kcal

Energia termicaglob

30%

~ 126 • 103 kcal

Energia meccanica utilizzabile

147 kWh

Batteria

45 103 Wh glob

80%

~ 36 • 103 Wh36 kWh

Energia disponibileEnergia meccanica utilizzabile

AUTONOMIA DI ALCUNI MODELLI DIAUTO ELETTRICHE


TIPICA CURVA CARATTERISTICA DI UN MOTORE ELETTRICO

(Fonte: Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles: fundamentals - CRC PRESS )


Forza di trazione in funzione della velocità del veicolo


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Prestazioni di alcuni modelli di veicoli elettrici a batteria

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TABELLA COMPARATIVA DELLE DIFFERENTI TIPOLOGIE DI BATTERIE

Maxiscooter elettrico BMW A.G. C Evolutionautonomia max 100 km – tempo di ricarica 4 ore

Batteria litio-ioni da 60 Ah e capacità totale di 8 kWhPeso 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


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


Tempi di ricarica della Nissan Leafcon presa domestica: 12 ore con colonnina pubblica: 4 – 8 ore

con stazione di ricarica veloce: circa 30 min fino all’ 80 % della carica


TESLA MOD. S da 85 kWh

Il sistema di batterie litio-ioni ad alte prestazioni pesa 540 kgDa 0 a 100 km/h in 3 secondi


http://www.caranddriver.com/photo-gallery/2017-tesla-model-s-visual-updates-across-the-board-better-driving-range-for-90d-and-p90d-models-official-photos-and-info

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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


https://www.google.it/imgres?imgurl=http://www.extremetech.com/wp-content/uploads/2015/03/tesla-model-s-photo-gallery-101.jpg&imgrefurl=http://www.extremetech.com/extreme/220237-tesla-model-s-catches-fire-at-supercharger-station-in-norway&docid=2JF5Dou2R1ZsfM&tbnid=OKbn_GgVFXajOM:&w=1024&h=576&hl=it&bih=681&biw=1024&ved=0ahUKEwivi772gJHMAhWLPRQKHaMiA6kQMwhKKB8wHw&iact=mrc&uact=8

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TESLA Mod S da 85 kWhRange 420 km - ricarica con Supercharger


Sistema di ricarica rapida (Supercharger TESLA)


http://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjslMi2_5DMAhVBVxQKHQhqCWoQjRwIBw&url=http://www.extremetech.com/extreme/196313-tesla-starts-offering-model-s-battery-swaps-for-fast-refueling-at-supercharger-stations&psig=AFQjCNHmGLyHv4GPfdYcHZgdGG1xBBfwEA&ust=1460820240207278

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Veicoli Elettrici (BEV)

Pro

Contro

Zero emissioni inquinanti (ZEV)

Basso inquinamento acustico

Recupero energia cinetica in frenata

Autonomia limitata

Ingombro e peso batterie

Tempi lunghi per la ricarica

Mancanza di infrastrutture

Velocità massima limitata

Costo manutenzione elevato

LE CARATTERISTICHE IN SINTESI DEI VEICOLI ELETTRICI A BATTERIA (O PURI)

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Veicoli Elettrici (BEV)

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VEICOLI IBRIDI

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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

Sistemi di propulsione ibridi

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termico- idraulici

termico-elettrici

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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 veicoloconvenzionale e dotato di moderni sistemi per ridurre le emissioniinquinanti 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 dielettronica avanzata per funzionare sia come motori che comegeneratori per il recupero di energia.

• Batterie: queste ultime costituenti il sistema di accumulo dienergia secondaria a bordo veicolo. Sono in grado di immagazzinarel’energia cinetica recuperata.

• Trasmissione: cambio (a gradini o continuo CVT) e frizione.


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

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

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

Caratteristiche principali dei veicoli ibridi elettrici

Prof. Massimo Feola

Classificazione in base al grado di ibridizzazione Hr

MCIPotenzaelettricomotorePotenza

elettricomotorePotenza

..

.

Un primo criterio adottato per la classificazione dei sistemi propulsiviibridi elettrici si basa sul grado di ibridizzazione espresso dal rapporto trala potenza massima del motore elettrico e la potenza massima globaleinstallata sul veicolo (somma della potenza massima del motore elettrico edi quella del motore termico):

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

Hr =

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Classificazione dei veicoli ibridi termico-elettrici


subSUB-HYBRID MICRO-HYBRID MILD-HYBRID FULL-HYBRID PLUG IN -HYBRID

I sistemi di propulsione ibridi elettrici possono esseredistinti, 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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CLASSIFICAZIONE DEI VEICOLI IBRIDI ELETTRICI IN BASE ALLA LORO CONFIGURAZIONE

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SISTEMA IBRIDO SERIE

In un sistema ibrido-serie un motore a c.i. aziona ungeneratore elettrico invece di azionare direttamentele ruote. Il generatore fornisce potenza per l’azionamento del motore elettrico. In sostanza, ilveicolo è trascinato soltanto per mezzo di un motoreelettrico di trazione con un gruppo motogeneratoreche fornisce la potenza elettrica mediamenterichiesta per l’ avanzamento del veicolo.


SISTEMA PROPULSIVO IBRIDO SERIE



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

animation MIT Word.docx


VANTAGGI DEI VEICOLI IBRIDI SERIE

- Il motore termico è meccanicamentedisaccoppiato dalle ruote per cui esso puòfunzionare a punto fisso nelle sue condizioni difunzionamento ottimali di efficienza e diemissioni inquinanti;

- La caratteristica di coppia del motore elettricopermette 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.


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.


Rendimento globale di un sistema propulsivo ibrido serie


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


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 capacitàdi 27 kWh, eroga una potenza massima di 240kW e, grazie ad un peso inferiore ai 350 kg, risultaparticolarmente leggero;

• Motore diesel di 4,8 litri (rispetto ai 12 litri deltermico puro) con risparmio di combustibile delmotore pari a circa il 20 % ; azionamento con 4motori elettrici da 80 kW, collocati sull’ assecentrale e posteriore del veicolo, ciascunoaccoppiato 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 motorea combustione interna al quale si aggiunge unmotore elettrico, con potenza variabile,generalmente, all’ incirca tra i 5 ed i 20 kW,avente la funzione di incrementare la coppiamotrice utilizzata per la trazione del veicolo. Ilsistema ibrido parallelo può anche utilizzare ilmotore termico per caricare le batterie durantecicli di percorrenza a velocità di crocieraautostradali.

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SCHEMA DI SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDA DI TIPO PARALLELO


Sistema di propulsione ibrido parallelo di tipo coassiale


CONFIGURAZIONE IBRIDO PARALLELO


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




VANTAGGI E SVANTAGGI DELL’ IBRIDO PARALLELO

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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.

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Veicolo ibrido elettrico parallelo Honda Insight


http://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=XH8nxbUpNM37XM&tbnid=4l-nWeR3lqo22M:&ved=0CAUQjRw&url=http://gomotors.net/Honda/Honda-Insight-Hybrid/photos.html?pic=4&ei=MF5vU4KpMcOxOYLrgMgL&bvm=bv.66330100,d.d2k&psig=AFQjCNE330mZxWhfyxLnejXkV_GysXNIPw&ust=1399893936075603

http://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=XH8nxbUpNM37XM&tbnid=4l-nWeR3lqo22M:&ved=0CAUQjRw&url=http://gomotors.net/Honda/Honda-Insight-Hybrid/photos.html?pic=4&ei=MF5vU4KpMcOxOYLrgMgL&bvm=bv.66330100,d.d2k&psig=AFQjCNE330mZxWhfyxLnejXkV_GysXNIPw&ust=1399893936075603

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 cicloMiller)

• 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 addizionaleal motore;

• Il progetto del motore, di disegno “ultra-sottile”, consentela sua installazione tra il motore e la trasmissione;

• Il motore elettrico funziona anche da generatore durantela decelerazione e da motore di avviamento del motoretermico;

• Batterie del veicolo: a litio-ioni


SISTEMA IBRIDO SERIE – PARALLELO (DETTO ANCHE IBRIDO POWER SPLIT O IBRIDO MISTO)

• Trattasi di un sistema di propulsione moltoversatile che permette di passare dal sistemaserie a quello parallelo e viceversa.

• La trazione del veicolo può essere realizzata con ilsolo motore elettrico alle velocità ed ai carichiridotti del motore termico (purché lo stato dicarica delle batterie sia sufficientemente elevato).E’, invece, previsto l’ utilizzo combinato delmotore termico e del motore elettrico nellecondizioni di carico e di velocità più elevate.


Sistema di propulsione di tipo serie-parallelo o powersplit


SCHEMA DI SISTEMA PROPULSIVO SERIE-PARALLELO (DETTO ANCHE SISTEMA POWER SPLIT)


Configurazione schematica di un sistema di propulsione ibrido serie-parallelo dotato di rotismo epicicloidale (power split)


Modalità di funzionamento del veicolo ibrido

serie – parallelo (da D. Sotingco – MIT USA)




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

ENERGETICI

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

AMBIENTALI

elevate prestazioni in accelerazione

OPERATIVI

riduzioni dimensioni termico

BENEFICI


TOYOTA YARIS IBRIDA

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TOYOTA PRIUS 2016 IBRIDAConsumo circa 3,3 litri/100 km

TENSIONI UTIZZATE PER L’ AZIONAMENTO DELLE MACCHINE ELETTRICHE


VEICOLI ELETTRICI IBRIDI PLUG-IN

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I PHEVs sono molto più simili ai veicoli convenzionali, rispetto agli HEV non plug-in. Questo può aumentarne l’accettabilità. Permettono di andare in soloelettrico.

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

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

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VEICOLO IBRIDO TOYOTA PRIUS


VEICOLO IBRIDO PLUG-IN


VEICOLO BIMODALE


VEICOLI IBRIDI TERMICO IDRAULICI

•Veicoli elettrici a batteria

•Veicoli ibridi

•Veicoli a celle di combustibile

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termico idraulici

termico elettrici

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SISTEMI DI PROPULSIONE IBRIDO TERMICO-IDRAULICI

• IBRIDO SERIE

• IBRIDO PARALLELO

• IBRIDO SERIE-PARALLELO


Sistema ibrido termico-idraulico di tipo serie (www.its.hybrid.com)

In un sistema ibrido-idraulico (HHV ) di tiposerie il motore termico fornisce potenza alleruote del veicolo attraverso una trasmissioneoleodinamica di tipo idrostatico. La potenzadel motore termico, funzionante a punto fisso,viene fornita ad una pompa oleodinamica chealimenta un motore idraulico collegato allatrasmissione del veicolo. Gli accumulatoriidraulici svolgono le stesse funzioni dellebatterie.


Schema di un sistema ibrido termico-idraulico di tipo serie (Fonte: www.itshybrid.com)

IBRIDO SERIE


SISTEMA IBRIDO TERMICO-IDRAULICO DITIPO PARALLELO (www.itshybrid.com)

In un sistema ibrido termico-idraulico (HHV) ditipo parallelo il motore termico forniscepotenza alle ruote del veicolo attraverso unatrasmissione oleodinamica di tipo standard. Icomponenti oleodinamici sono collegati all’albero motore e danno assistenza al motoredurante le fasi di arresto ed accelerazione delveicolo. Gli accumulatori idraulici svolgono lestesse funzioni delle batterie.


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

IBRIDO PARALLELO


Sistema ibrido idraulico serie-parallelo (www.itshybrid.com)

RIASSUME LE MIGLIORI PRESTAZIONI DEI SISTEMI IBRIDI SERIE E PARALLELOPuò funzionare secondo le seguenti tre diverse modalità operative:

• Modalità 1: Funzionamento come sistema ibridoparallelo (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 diazionamento totalmente meccanico (agli alti regimi dirotazione).


SCHEMA DI UN SISTEMA DI PROPULSIONE IBRIDO TERMICO-IDRAULICO DI TIPO COMPOUND

(www.itshybrid.com)

IBRIDO SERIE-PARALLELO O COMPOUND


www

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SISTEMA IBRIDO TERMICO-IDRAULICO DITIPO POWER-SPLIT (Fonte: Bosch)

Prof. Massimo Feola

http://www.car-engineer.com/wp-content/uploads/2013/03/Schematics-of-hydraulic-hybrid-system.jpg

http://www.car-engineer.com/wp-content/uploads/2013/03/Schematics-of-hydraulic-hybrid-system.jpg

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.;


SISTEMA “HYBRID AIR” IBRIDO IDRAULICO POWER SPLIT IN SVILUPPO DA PSA E BOSCH (COURTESY PSA)


SOLUZIONI COSTRUTTIVE ALTERNATIVE PER VEICOLI TERRESTRI

•Veicoli elettrici a batteria

•Veicoli ibridi

•Veicoli a celle di combustibile


VEICOLI ELETTRICI AD IDROGENO

Sono azionati da un motore elettrico cheutilizza l’elettricità prodotta da una cella acombustibile alimentata con idrogenostoccato in bombole a bordo del veicolo.


PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UNA FUEL CELL DI TIPO PEM


VEICOLO AD IDROGENO A CELLE A COMBUSTIBILE

Idrogeno

Energia alle

Ossigeno Elettrica ruote

Acqua


CELLA A COMBUSTIBILE

PEM

MOTORE ELETTRICO

Sistemi di alimentazione per veicoli a fuel cell


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.


Veicolo elettrico ad idrogeno a celle di combustibile


VEICOLO ELETTRICO AD IDROGENO

Prof. Mssimo Feola 94

TOYOTA MIRAI FCV AD IDROGENO - rifornimento con bomboleautonomia circa 500 km - tempo di rifornimento: 5 minuti


Modelli di vetture con celle a combustibile


CONCLUSIONI

- I veicoli termici convenzionali a benzina e diesel sono in grado diottemperare alla nuova normativa EURO 6, ma non alle più severenormative sulle emissioni attualmente allo studio da parte dellaUE e degli USA;

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

- La totale riduzione delle emissioni nocive degli autoveicoli nellearee urbane sarà possibile unicamente con i veicoli elettrici (abatterie o ad idrogeno) allorchè la loro tecnologia sarà divenutatotalmente matura.


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