Auto, moto, scooter, biciclette, urban mobility elettrici e ibridi, la mobilità è ad una svolta!! Ma cosa sono e come funzionano?

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1 Redazione: Prof. Maurizio Bisardi Auto, moto, scooter, biciclette, urban mobility elettrici e ibridi, la mobilità è ad una svolta!! Ma cosa sono e come funzionano? Vediamo di conoscerli un po meglio!!

2 Cosa è un mezzo ibrido Un mezzo si dice ibrido quando per muoversi utilizza diversi motori e non diversi combustibili tipo benzina e gpl o benzina e metano. In questi mezzi, infatti, cambia il combustibile ma il motore rimane sempre lo stesso! Un sistema ibrido invece utilizza due motori alimentati in modo diverso, uno elettrico e uno a benzina o Diesel. Ci sono diverse tipologie di ibrido ma le principali e le più importanti sono: l ibrido debole (Mild hybrid) e l ibrido forte (Strong hybrid). Redazione: Prof. Maurizio Bisardi Nell ibrido debole il motore elettrico è piccolo e non è in grado da solo di spingere il mezzo, può solo aiutare il motore termico a funzionare meglio e ad essere più efficiente. Un idea chiara di tale concetto ce la può dare l immagine a fianco.

3 Nell ibrido forte (strong hybrid), invece, i due motori possono spingere il mezzo in modo indipendente l uno dall altro ma possono anche lavorare assieme. In altre parole ci sono tre possibilità di funzionamento: 1 il motore a combustione interna funziona e lavora spingendo in avanti il mezzo mentre il motore elettrico sta fermo (alto inquinamento). 2 il motore a combustione interna sta fermo ed il motore elettrico funziona e lavora spingendo in avanti il mezzo (inquinamento bassissimo o nullo). 3 Entrambi i motori funzionano ed entrambi spingono in avanti il mezzo (medio inquinamento). Motore elettrico Motore elettrico termico Motore elettrico Redazione: Prof. Maurizio Bisardi Motore termico Motore Motore termico

4 Redazione: Prof. Maurizio Bisardi I componenti del sistema ibrido sono quasi uguali a quelli dei mezzi elettrici con l aggiunta di un motore termico (benzina o Diesel) e di un generatore. Motore Batteria Generatore/ Inverter/ Motore Gruppo di elettrico/ (motore) trasformatore termico riduzione (Generatore) (MG1) (MG2) Non c e invece un sistema di ricarica esterno. Motore termico Gruppo di riduzione

5 Redazione: Prof. Maurizio Bisardi Qui a fianco si può vedere come interagiscono fra loro le fonti di energia disponibili su un mezzo ibrido Nel sistema Ibrido Completo : Il generatore é separato (MG1) ed ha la funzione di: caricare le batterie HV fornire energia al motore elettrico Si ha sinergia tra: motore elettrico potenza del motore termico Si può selezionare la potenza più efficiente scegliendo fra: Solo motore elettrico Solo motore a benzina Combinazione di entrambi E provvisto di frenata rigenerativa Non ci sono connessioni esterne per la ricarica delle batterie!

6 Redazione: Prof. Maurizio Bisardi Ma allora come si carica la batteria? Quando la batteria è scarica, una parte dell energia sviluppata dal motore termico, viene utilizzata per far girare il generatore che produce corrente per la ricarica della batteria. Ma la batteria viene anche ricaricata dal motore elettrico che si trasforma in generatore durante le frenate e le decelerazioni, producendo, quindi, corrente elettrica per ricaricare la batteria. In decelerazione o frenata, il motore elettrico non viene più alimentato con corrente ma, essendo collegato alle ruote, viene da esse trascinato in rotazione producendo, quindi, corrente. Il motore elettrico montato su questi tipi di veicolo è bivalente e può assumere funzioni diverse. Se noi lo alimentiamo gira, spingendo il veicolo, se, al contrario, lo facciamo meccanicamente girare, diventa un generatore.

7 Redazione: Prof. Maurizio Bisardi In città si decelera e si frena spesso e ogni volta viene recuperata energia che, altrimenti, andrebbe dispersa nell ambiente sotto forma di calore! Un piccolo ma potente cervello elettronico controlla i flussi di energia e fa in modo che la batteria non si scarichi mai completamente; ciò garantisce che l abbrivio del mezzo avvenga sempre in modalità elettrica. L avviamento del veicolo ed i primissimi metri che percorre sono quelli che producono il maggior inquinamento. Pertanto, è molto importante per un veicolo ibrido che queste fasi avvengano in modalità elettrica. In questi tipi di veicoli vengono adottate delle particolari batterie ai nichel-idruri metallici (NiMH ) che hanno la caratteristica di caricarsi completamente in pochissimo tempo. Ovviamente anche la scarica è rapida, ma ciò consente di erogare grandi quantità di energia in poco tempo capace di movimentare un mezzo pesante anche di diversi quintali. Sono quindi progettate per sopportare innumerevoli cicli di carico e scarico. L affidabilità è cosi alta che spesso la garanzia su tali batterie ha una durata di ben 10 anni!

8 Andiamo, ora, a scoprire come avvengono i vari momenti di funzionamento di un veicolo ibrido. In particolare: Quando il mezzo effettua l abbrivio in modalità elettrica e poi si mette in funzione (avviamento) il motore termico Quando il mezzo effettua una leggera accelerazione con Motore Termico inserito (Marcia a velocità costante senza accelerazioni improvvise) Quando il mezzo effettua una accelerazione completa Quando il mezzo effettua una decelerazione o frenata Quando il mezzo effettua la retromarcia

9 Quando il mezzo effettua l abbrivio in modalità elettrica o poi si mette in funzione (avviamento) il motore termico Come abbiamo già detto l abbrivio è sempre elettrico, pertanto, la batteria fornisce energia al motore elettrico, il quale si mette a girare, facendo girare le ruote e quindi avviando il veicolo Quando la velocità di marcia raggiunge circa i 50 km/h, una parte dell energia proveniente dalla batteria viene deviata verso il generatore (MG1) il quale, in questo caso si comporta da motore trascinando in rotazione il motore termico permettendone l avviamento.

10 Quando il mezzo effettua una leggera accelerazione con Motore Termico inserito (Marcia a velocità costante senza accelerazioni improvvise) In questa situazione il supporto principale per la movimentazione del veicolo è affidato al motore termico ma una parte di energia prodotta viene utilizzata per far girare il generatore, il quale produce energia elettrica che può essere utilizzata per alimentare il motore elettrico il quale aiuta il motor termico a spingere il veicolo. Se invece la batteria fosse da ricaricare allora il flusso di energia elettrica prodotta dall alternatore viene deviata verso la batteria in modo da ricaricarla.

11 Quando il mezzo effettua una accelerazione completa e repentina come può essere una fase di sorpasso In questo caso tutte la fonti di energia disponibili cioè quella prodotta dal motore termico, quella derivante dal generatore e quella immagazzinata dalla batteria sono utilizzate assieme per spingere il veicolo, il risultato è una forte accelerazione. Quando il mezzo effettua una decelerazione o frenata Quando si effettua una decelerazione o una frenata al motore elettrico gli viene interrotta l alimentazione elettrica proveniente dalla batteria o dall alternatore ma essendo collegato alle ruote viene da esse trascinato in rotazione trasformandosi in generatore e producendo quindi corrente elettrica utile a ricaricare la batteria motrice condotta condotto motrice

12 Quando il mezzo effettua la retromarcia Quando si effettua una retromarcia la movimentazione del veicolo è affidata esclusivamente al motore elettrico (MG2) alimentato dalla batteria. Il motore termico non ha nessun collegamento meccanico con la retromarcia. Domanda: E se la batteria si scarica mentre sono in retromarcia??? Ciò in realtà non può avvenire in quanto il cervello elettronico del mezzo, quando valuta che il livello di carica della batteria diventa basso, avvia il motore termico con la sola funzione di far girare il generatore, il quale genera corrente e va a ricaricare la batteria.

13 Vediamo ora cosa è un mezzo ibrido plug-in I componenti del sistema ibrido plug-in sono praticamente uguali a quelli dei mezzi ibridi con l aggiunta di un sistema di carica esterna. Motore Batteria Generatore/ Inverter/ Motore Gruppo di elettrico/ (motore) trasformatore termico riduzione (Generatore) (MG1) (MG2) Rispetto ai mezzi ibridi, sono provvisti anche di un sistema di ricarica esterno. Un altra differenza sta nella batteria (in genere agli ioni di litio, come quelle dei cellulari) che presentano tempi di carica più lunghi ma anche tempi di scarica più lunghi, cioè permettono al mezzo di percorrere, in modalità solo elettrico anche 50km.

14 Ci sono poi i mezzi alimentati a idrogeno e a fuel-cells Ma questa è un altra storia e ve ne parliamo magari l anno prossimo!!

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