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1 FUORI E UNA PRIUS COME LE ALTRE, SOTTOPELLE HA UN GROSSO PACCO BATTERIE AGLI IONI LITIO E DUE MOTOGENERATORI OLTRE AL TRADIZIONALE PROPULSORE TERMICO. SI GUIDA COME UNA NORMALE AUTOMATICA IN MODALITA ELETTRICA FINO A 100KM/H Toyota Prius Plug-In il funzionamento Ricaricare l auto come il cellulare o il notebook alla presa di corrente di casa è il sogno di tutti gli ecoautomobilisti. Un sogno che per 600 automobilisti al mondo (200 europei) è praticamente diventato una realtà, sebbene con alcune limitazioni nell utilizzo che qui in questo bollettino tecnico andiamo ad illustrarvi. A fare da apripista in questa corsa all auto elettrica è stata la Toyota, forte della propria esperienza di integrazione tra motore a combustione interna tradizionale e motore elettrico sin dal 1997 con la Prius. Giunta alla terza generazione, questa vettura è ora oggetto di un progetto pilota da parte del costruttore giapponese che punta a validare in un paio d anni la fattibilità di questa tecnologia per poi passare alla produzione in serie. Grazie all innovazione introdotta da Hybrid Synergy Drive (tecnologia full hybrid, ossia la vettura può percorrere alcuni km in modalità solo elettrica EV, cioè senza accendere il motore termico) il costruttore giapponese può vantare ad oggi la vendita di oltre 2,9 milioni di veicoli ibridi nel mondo. Il 2010 è 1

2 stato anche l anno di esordio della Auris HSD, che segna la strada per l applicazione della tecnologia HSD all intera gamma Toyota. Non solo. La casa nipponica, consapevole della necessità di seguire molteplici percorsi alla ricerca di soluzioni ecologiche per la mobilità sostenibile, pur considerando la HSD come piattaforma tecnologica del futuro pensa all ibrido plug-in (PHV) come il prossimo grande passo in avanti verso una mobilità ad emissioni zero. Dopo la prima fase sperimentale effettuata in collaborazione con la società energetica francese EDF su 20 veicoli PHV, la consegna della chiave della prima unità della nuova generazione della Prius Plug-In al sindaco di Strasburgo nel dicembre 2009 ha segnato l inizio di un programma mondiale. Partendo da una città già all avanguardia in tema di mobilità sostenibile, il progetto prevede l utilizzo di 600 Prius Plug-In a livello globale, di cui 200 destinate all Europa. Il programma, basato su una proposta triennale di leasing, consentirà di interpretare le necessità e le aspettative degli automobilisti registrandone il comportamento attraverso i dispositivi di rilevazione dati presenti sul veicolo. 2

3 LE CARATTERISTICHE DI FUNZIONAMENTO Entriamo nel merito delle caratteristiche della vettura. La prima cosa che viene in mente pensando ad una Prius che può percorrere fino a 20km in modalità solo elettrica è che si tratti di una normale Prius a cui sia stata installata una batteria più grande. Nulla di più falso e fuorviante in questa affermazione. L incremento da 2 a cirva 20 km percorribili senza accendere il motore termico richiede necessariamente un incremento delle capacità delle batterie. Queste ultime, risultato di una join-venture tra Toyota e Panasonic EV Energy (PEVE), sono costituite da tre pacchi batterie 3

4 con tecnologia agli ioni litio. Assicurano una tensione di 345,6 V e hanno una capacità di 5,2 kwh. Per una ricarica completa dalla presa di corrente domestica occorrono circa 90 minuti. La vettura può raggiungere in modalità solo elettrica la velocità massima di 100km/h e può percorrere fino a 20km in funzione dello stile di guida e dei servizi di bordo utilizzati che gravano tutti sul pacco batterie. Il motore termico è 1,8 litri a benzina da 98 cv a giri/min mentre il motore elettrico di potenza è di tipo a magnete permanente ed eroga 80 cv. La potenza massima globale non è la somma delle due dei motori ma si limita a 134 cv. L accelerazione km/h avviene in 11 4, consuma 2,6 litri/100 km (il 30% in meno rispetto alla Prius normale ) ed emette appena 59 grammi di CO 2 nel ciclo combinato. C è però da dire che quest ultimo dato non tiene conto della CO 2 emessa per la ricarica dalla rete di corrente domestica. La trasmissione di potenza avviene tramite un sistema di guida controllato dalla tecnologia shift-by-wire. A disposizione dell auotomobilista ci sono due diverse modalità di guida: Eco per una maggiore economia dei consumi e Power per aumentare il piacere di guida. In questa fase prototipale della vettura non è prevista la possibilità di scelta da parte del conducente della modalità di guida elettrica o termica. In altre parole quando le batterie sono cariche si parte in modalità elettrica. Magari chi abita fuori città e lavora in centro preferirebbe viaggiare con il motore termico per arrivare in città ed utilizzare la modalità elettrica per gli spostamenti in centro. Sono comunque scelte progettuali di dettaglio che potranno essere affinate nell imminenza del lancio commerciale. Nella vista in trasparenza della vettura è possibile notare il posizionamento sotto il bagagliaio degli accumulatori agli ioni litio costituiti da tre batterie: Main, Sub1 e Sub2. Siamo quindi in presenza di 288 celle elementari (32 celle x 3 batterie x 3 pacchi). A lato si trova la batteria a 12 volt per l avviamento del motore termico. La presa di carico elettrica è posizionata sul parafanghi anteriore sinistro dietro uno sportellino. Dal bagagliaio al motore e viceversa corrono i cavi in cui fluisce la corrente durante le varie fasi di funzionamento e durante la ricarica. Nel vano motore si trova il motore termico ed il complessivo inverter con converter. Il gruppo motogeneratore a sua volta è costituito da due motori elettrici che chiameremo MG1 ed MG2. Il primo genera la corrente per la 4

5 ricarica delle batterie agli ioni litio, funge da motorino di avviamento del motore termico e ha funzione di CVT. Il motore MG2 provvede a produrre coppia motrice in accelerazione e recuperare energia in frenata. La presenza di un riduttore epicicloidale incrementa la coppia motrice erogata da MG2 di 2,64 volte. Il treno di ingranaggi culmina poi con il differenziale e da qui la potenza arriva alle ruote (o dalle ruote si trasmette al gruppo motopropulsore durante la fase di rigenerazione). Il gruppo inverter/converter pesa 15,9 kg ed sottoposto a raffreddamento diretto. Le tre batterie agli ioni litio subiscono un raffreddamento forzato con un sistema di condotti e di ventole. Sono presenti ben 36 sensori di temperatura per i pacchi batteria ioni litio e perfino 6 sensori di temperatura per evitare il surriscaldamento dell aria di raffreddamento. Per assicurare una longevità accettabile alle batterie gli ioni litio, al momento l obiettivo è di 1200 cicli di carica e scarica, non è possibile scaricarle completamente ma il sistema lavora tra uno stato di carica dell 80% e uno di scarica del 20%. 5

6 Dunque solo il 60% dell energia teoricamente immagazzinabile dalle batterie può essere effettivamente utilizzata tra la fase di carica e la massima scarica. Durante la ricarica alla presa di corrente si ricaricano in sequenza ed una per volta prima la Main, poi la Sub1 e quindi la Sub2. Una volta che sono completamente cariche si parte in modalità solo elettrica. La guida elettrica è consentita anche se le batterie non sono completamente cariche, ovviamente con autonomia ridotta. Viaggiando in EV il sistema attinge prima alla riserva di Sub1 ed in parte anche di Main senza intaccare la quantità di energia presente in Sub2. Durante questo funzionamento in caso di rigenerazione della batteria (per esempio in fase di frenata) Sub1 può essere anche ricaricata e si può 6

7 osservare sul display che il numero di km ancora percorribili in modalità EV aumenta, ovviamente senza mai superare i 20 km. Una volta completata la scarica di Sub1 il sistema provvede ad attingere energia da Sub2. A questo punto Sub1 esce di scena e non è più ricaricabile durante la frenata rigenerativa. Per ripristinarne la carica occorrerà attaccare la Prius alla presa di corrente. La ricarica in frenata è ancora possibile durante il funzionamento Main + Sub2. Una volta che anche Sub2 è definitivamente scarica la Prius Plug-In si comporta come una comune Prius delle tante in circolazione. DISPLAY MULTI-INFORMAZIONI A bordo del veicolo è presente un display multi informazioni che fornisce al guidatore le indicazioni più importanti. Durante la fase di ricarica il display indica quanto tempo occorre al completamento di questa operazione. In fase di guida un indicatore a barre evidenzia quanti chilometri si possono ancora percorrere in modalità EV. E poi presente l Hybrid System Indicator che segnala quanta potenza elettrica si sta chiedendo ed in caso di accensione del motore termico quanta quest ultima ne fornisce evidenziandolo in rosso. In bianco sulla sinistra è evidenziata la frenata rigenerativa. Quanto alla climatizzazione la Prius PHV utilizza un sistema di tipo a pompa di calore che inverte il flusso a seconda che si debba riscaldare o raffreddare l abitacolo. Ciò consente un minore dispendio energetico a carico delle batterie ed una maggiore autonomia in modalità EV. Proprio per evitare di partire e gravare immediatamente e pesantemente sulle batterie agli ioni litio, per il condizionamento dell abitacolo è prevista una funzione di riscaldamento/raffreddamento che è possibile attivare tenendo premuto il pulsante del clima sul telecomando dell auto. La funzione è attivabile solo se l auto è collegata alla rete elettrica per un massimo di 30 minuti, tempo necessario per portare l abitacolo alla temperatura reimpostata al suo interno e partire così con la giusta temperatura a bordo. 7

8 CHIOSA FINALE Sebbene la modalità elettrica sia la prima ad essere utilizzata uscendo dal box di casa è tuttavia possibile che il motore termico si avvii nonostante le batterie siano cariche se si verifica una delle seguenti condizioni: temperatura abitacolo impostata su high, elevato assorbimento elettrico sulla rete 12V, temperatura del sistema ibrido inferiore a 0 C o troppo elevata. Se si intende superare i 100 Km/h, si richiede all auto una forte accelerazione o in presenza di uno stato di carica delle batterie troppo basso il motore termico è costretto ad entrare in scena. L ultima considerazione riguarda l impiego del caricatore. Un estremità si collega alla presa di corrente dell auto con un apposito adattatore, l altro lato del cavo basta collegarlo ad una comune presa Shuko. Sul caricatore è presente un pulsante di test per attivare la funzione di rilevazione delle dispersioni di corrente. In caso di anomalia si accende la spia error e non è possibile procedere con la ricarica. Premendo il pulsante di reset si attiva il circuito di ricarica del veicolo, il cui stato di carica unicamente al tempo mancante per il completamento dell operazione di ricarica è visualizzato sul display di bordo. 8