Che cos'è un sistema di auto ibrido?

Di recente, i veicoli elettrici hanno guadagnato grande popolarità. Tuttavia, le auto completamente elettriche hanno un inconveniente significativo: una piccola riserva di carica senza ricarica. Per questo motivo, molte case automobilistiche leader stanno equipaggiando alcuni dei loro modelli con sistemi ibridi.

In effetti, un'auto ibrida è un veicolo la cui unità di potenza principale è un motore a combustione interna, ma è rafforzata da un sistema elettrico con uno o più motori elettrici e una batteria aggiuntiva.

Ad oggi, vengono utilizzate diverse categorie di ibridi. Alcuni aiutano ICE solo all'inizio, altri ti permettono di guidare usando la trazione elettrica. Considera le caratteristiche di tali centrali elettriche: qual è la loro differenza, come funzionano, nonché i principali pro e contro degli ibridi.

Storia del motore ibrido

L'idea di creare auto ibride (o un incrocio tra un'auto d'epoca e un'auto elettrica) è dovuta all'aumento del prezzo del carburante, al rafforzamento degli standard per le emissioni delle auto e alla maggiore comodità durante la guida.

Lo sviluppo di una centrale mista è stato avviato per la prima volta dalla società francese Parisienne de voitures electriques. Tuttavia, la prima auto ibrida praticabile fu la creazione di Ferdinand Porsche. Nella centrale elettrica Chaise Lohner, il motore a combustione interna fungeva da generatore di elettricità, da cui funzionavano i due motori elettrici anteriori (montati direttamente sulle ruote).

Il veicolo fu presentato al pubblico nel 1901. In totale, furono vendute circa 300 copie di tali auto. Il modello si è rivelato molto pratico, ma costoso da fabbricare, quindi un normale automobilista non poteva permettersi un simile veicolo. Inoltre, a quel tempo apparve un'auto più economica e non meno pratica, sviluppata dal designer Henry Ford.

Le tradizionali unità di alimentazione a benzina hanno costretto gli sviluppatori per molti decenni ad abbandonare l'idea di creare ibridi. L'interesse per il trasporto verde è aumentato con l'approvazione della legge sulla promozione dei cittadini statunitensi. È stato adottato nel 1960.

Per coincidenza, la crisi petrolifera mondiale è scoppiata nel 1973. Se le leggi statunitensi non incoraggiano i produttori a pensare allo sviluppo di auto ecologiche a prezzi accessibili, la crisi li costringe a farlo.

Il primo sistema ibrido a tutti gli effetti, il cui principio di base è ancora utilizzato, è stato sviluppato da TRW nel 1968. Secondo il concetto, era possibile utilizzare un motore più piccolo con un motore elettrico, ma allo stesso tempo, la potenza della macchina non è stata persa e il lavoro è diventato molto più fluido.

Un esempio di un'auto ibrida a tutti gli effetti è la GM 512 Hybrid. Ha lavorato da un motore elettrico, che ha accelerato il veicolo a 17 km / h. A questa velocità, il motore a combustione interna è stato attivato, migliorando le prestazioni del sistema, in modo che la velocità della vettura aumentasse a 21 km / h. Se c'era bisogno di andare più veloce, il motore elettrico era spento e l'auto stava già accelerando su un motore a benzina. Il limite di velocità era di 65 km / h.

VW Taxi Hybrid - un'altra istanza di successo di un'auto ibrida, fu presentata al pubblico nel 1973.

Fino ad ora, i produttori di automobili stanno cercando di portare i sistemi ibridi e completamente elettrici a un livello che li renderebbe competitivi rispetto ai classici ICE. Sebbene ciò non sia ancora avvenuto, molti sviluppi hanno ripagato i miliardi di dollari spesi per il loro sviluppo.

Con l'inizio del terzo millennio, l'umanità ha visto una novità chiamata Toyota Prius. L'idea del produttore giapponese è diventata sinonimo del concetto di "auto ibrida". Molti sviluppi moderni sono presi in prestito da questo sviluppo. Ad oggi, è stato creato un gran numero di modifiche di installazioni combinate, che consente all'acquirente di scegliere l'opzione migliore per se stesso.

Come funzionano le auto ibride

Non confondere un motore ibrido con un'auto completamente elettrica. L'installazione elettrica è coinvolta in alcuni casi. Ad esempio, in modalità urbana, quando l'auto è nel traffico, l'uso di un motore a combustione interna porta al suo surriscaldamento, nonché a un aumento dell'inquinamento atmosferico. Per tali situazioni, viene attivata un'installazione elettrica.

In base alla progettazione, l'ibrido è costituito da:

• L'unità di alimentazione principale. Questo è un motore a benzina o diesel.
• Motore elettrico. A seconda della modifica, potrebbero essercene diversi. Secondo il principio di azione, possono anche essere diversi. Ad esempio, alcuni possono essere utilizzati come trazione aggiuntiva per le ruote, mentre altri possono essere utilizzati come assistente del motore quando si avvia la macchina da un luogo.
• Batteria extra. In alcune auto, ha una piccola capacità, la cui riserva di energia è sufficiente per l'attivazione per un breve periodo di installazione elettrica. In altri, questa batteria ha una grande capacità in modo che i veicoli possano muoversi liberamente dall'elettricità.
• Sistema di controllo elettronico. I sensori complessi monitorano il funzionamento del motore a combustione interna e analizzano il comportamento della macchina, in base al quale il motore elettrico viene attivato / disattivato.
• Inverter. Questo è un convertitore dell'energia necessaria proveniente dalla batteria in un motore elettrico trifase. Questo elemento distribuisce inoltre il carico su nodi diversi a seconda della modifica dell'installazione.
• Generatore. Senza questo meccanismo, non è possibile ricaricare la batteria principale o secondaria. Come nelle auto normali, il generatore è azionato dal motore a combustione interna.
• Sistemi di recupero. La maggior parte degli ibridi moderni è dotata di tale sistema. "Raccoglie" energia aggiuntiva da tali componenti dell'auto come il sistema frenante e il telaio (quando l'auto procede per inerzia, ad esempio da una collina, il convertitore raccoglie l'energia rilasciata nella batteria).

Le unità di potenza dell'installazione ibrida possono funzionare sia singolarmente che in coppia.

Schemi di lavoro

Esistono diversi schemi operativi ibridi di successo. Ce ne sono tre principali:

• sequenziale;
• parallelo;
• seriale-parallelo.

Circuito sequenziale

In questo caso, il motore a combustione interna viene utilizzato come generatore di elettricità per il funzionamento di motori elettrici. In effetti, un motore a benzina o diesel non ha un collegamento diretto con la trasmissione di un'auto.

Questo sistema consente di installare motori a bassa potenza con un volume ridotto nel vano motore. Il loro compito principale è far funzionare un generatore di tensione.

Tali auto sono spesso dotate di un sistema di recupero, grazie al quale l'energia meccanica e cinetica viene convertita in corrente elettrica per ricaricare la batteria. A seconda delle dimensioni della batteria, un'auto può percorrere una certa distanza esclusivamente con trazione elettrica senza utilizzare un motore a combustione interna.

L'esempio più famoso di questa categoria di ibridi è la Chevrolet Volt. Si ricarica come una normale auto elettrica, ma grazie al motore a benzina l'autonomia aumenta notevolmente.

Circuito parallelo

In installazioni parallele, il motore a combustione interna e il motore elettrico sono accoppiati. Il compito del motore elettrico è di ridurre il carico sull'unità principale, il che comporta un notevole risparmio di carburante.

Se si scollega il motore dalla trasmissione, la macchina è in grado di superare una certa distanza dalla trazione elettrica. Ma il compito principale della parte elettrica è garantire un'accelerazione regolare del veicolo. L'unità di alimentazione principale in tali modifiche è un motore a benzina (o diesel).

Quando un'auto rallenta o si sposta dal motore a combustione interna, il motore elettrico funge da generatore per ricaricare la batteria. Grazie al funzionamento del motore a combustione interna in tali auto, non è necessaria una batteria ad alta tensione.

A differenza degli ibridi sequenziali, queste unità hanno un consumo di carburante più elevato, poiché il motore elettrico non viene utilizzato come unità di potenza separata. In alcuni modelli, come la BMW 350E iPerformance, il motore elettrico è integrato nel cambio.

Una caratteristica di questo schema di lavoro è un alto tasso di coppia a basse velocità dell'albero motore.

Circuito parallelo seriale

Questo schema è stato sviluppato da ingegneri giapponesi. Si chiama HSD (Hybrid Synergy Drive). Infatti, unisce le funzioni dei primi due tipi di funzionamento delle centrali elettriche.

Quando un'auto deve avviarsi o muoversi lentamente in una caramella, viene attivato un motore elettrico. Per risparmiare energia ad alta velocità, è collegato un motore a benzina o diesel (a seconda del modello del veicolo).

Se è necessario accelerare bruscamente (ad esempio, in caso di sorpasso) o l'auto sale, la centrale funziona in modalità parallela: il motore elettrico aiuta il motore a combustione interna, che riduce il carico su di esso e, di conseguenza, risparmia il consumo di carburante.

La connessione planetaria del motore a combustione interna dell'automobile trasferisce parte dell'energia alla trasmissione principale della trasmissione e parte al generatore per ricaricare la batteria o la trasmissione elettrica. In tale schema, vengono installati complessi componenti elettronici che distribuiscono energia in base alla situazione.

L'esempio più importante di un ibrido con un gruppo propulsore parallelo in serie è la Toyota Prius. Tuttavia, alcune modifiche di noti modelli di fabbricazione giapponese hanno già ricevuto tali installazioni. Un esempio è la Toyota Camry, la Toyota Highlander Hybrid, la Lexus LS 600h. Questa tecnologia è stata acquistata anche da alcune aziende americane. Ad esempio, lo sviluppo ha trovato la sua strada nella Ford Escape Hybrid.

Tipi di aggregati ibridi

Tutti i propulsori ibridi sono divisi in tre tipi:

• ibrido morbido;
• ibrido medio;
• ibrido completo.

Ognuno di essi ha una sua funzione, oltre a caratteristiche uniche.

Micro Powertrain ibrido

Tali centrali elettriche sono spesso dotate di un sistema di recupero in modo che l'energia cinetica venga convertita in energia elettrica e restituita alla batteria.

Il meccanismo di azionamento in essi è un dispositivo di avviamento (può anche fungere da generatore). Non esiste una trazione elettrica in tali installazioni. Lo schema viene utilizzato per gli inizi frequenti di ICE.

Propulsore ibrido medio

Anche queste auto non si muovono a causa del motore elettrico. Il motore elettrico in questo caso funge da assistente dell'unità di alimentazione principale con carico crescente.

Tali sistemi sono inoltre dotati di un sistema di recupero, che raccoglie energia libera nella batteria. Le unità ibride medie offrono una maggiore efficienza per il motore termico.

Trasmissione ibrida completa

In tali installazioni, esiste un generatore ad alta potenza, che è guidato dal motore a combustione interna. Il sistema è attivato a basse velocità del veicolo.

L'efficacia del sistema si manifesta in presenza della funzione "Start / Stop", quando l'auto si muove lentamente nel traffico, ma al semaforo è necessario accelerare bruscamente. Una caratteristica dell'installazione full hybrid è la possibilità di spegnere il motore a combustione interna (la frizione è spenta) e accendere un motore elettrico.

Classificazione di elettrificazione

I seguenti termini possono apparire nella documentazione tecnica o nel nome del modello di auto:

• microibrido;
• ibrido morbido;
• ibrido pieno;
• ibrido plug-in.

microibrido

In tali auto è installato un motore convenzionale. Non hanno un azionamento elettrico. Tali sistemi sono dotati di una funzione di "avvio / arresto" o di un sistema di frenata rigenerativa (durante la frenata si verifica una ricarica aggiuntiva della batteria).

Alcuni modelli sono dotati di entrambi i sistemi. Alcuni esperti ritengono che tale trasporto non sia considerato un trasporto ibrido, poiché utilizza solo un'unità di alimentazione a benzina o diesel senza integrazione nel sistema di azionamento elettrico.

Ibrido morbido

Anche queste auto non si muovono a causa dell'elettricità. Usano anche un motore termico, come nella categoria precedente. Con un'eccezione, il motore a combustione interna è supportato da un impianto elettrico.

In tali modelli non è presente il volano. La sua funzione è svolta da un generatore-avviamento elettrico. L'impianto elettrico aumenta il ritorno di un motore a bassa potenza con una forte accelerazione.

Ibrido completo

Con questi veicoli si intendono veicoli in grado di coprire una certa distanza dalla trazione elettrica. In tali modelli, è possibile utilizzare qualsiasi schema di connessione sopra menzionato.

Tali ibridi non vengono caricati dalla rete. La batteria viene riempita di energia a causa del lavoro del sistema di frenatura rigenerativa e del generatore. La distanza che può essere coperta con una singola carica dipende dalla capacità della batteria.

Ibridi plug-in

Tali auto possono funzionare come auto elettriche o funzionare dal motore a combustione interna. Grazie alla combinazione di due centrali elettriche offre un discreto risparmio di carburante.

Poiché è fisicamente impossibile installare una batteria di volume (nei veicoli elettrici sostituisce un serbatoio di gas), un tale ibrido può percorrere fino a 50 km con una singola carica senza ricaricare.

Vantaggi e svantaggi delle auto ibride

Al momento, l'ibrido può essere considerato un collegamento di transizione da un motore termico a un analogo elettrico rispettoso dell'ambiente. Sebbene l'obiettivo finale non sia stato ancora raggiunto, grazie all'introduzione di moderni sviluppi innovativi, vi è una tendenza positiva nello sviluppo di veicoli elettrici.

Poiché gli ibridi sono un'opzione di transizione, hanno sia punti positivi che negativi. I professionisti includono:

• Consumo di carburante. A seconda dello schema di funzionamento della coppia di potenza, questo indicatore può aumentare al 30% o più.
• Ricarica senza utilizzare una presa elettrica. Ciò è stato reso possibile grazie al sistema di recupero dell'energia cinetica. Sebbene non si verifichi una carica completa, se gli ingegneri possono migliorare la conversione, le auto elettriche cesseranno di aver bisogno di una presa.
• La possibilità di installare un motore con meno volume e potenza.
• L'elettronica è molto più economica della meccanica per distribuire carburante.
• Il motore si surriscalda di meno e il carburante viene consumato durante la guida negli ingorghi.
• La combinazione di benzina / diesel e motori elettrici consente di continuare a guidare se la batteria ad alta potenza è scarica.
• Grazie al funzionamento del motore elettrico, il motore a combustione interna può funzionare in modo più stabile e meno rumoroso.

Le piante ibride hanno anche un discreto elenco di svantaggi:

• La batteria diventa inutilizzabile più velocemente a causa dell'elevato numero di cicli di carica / scarica (anche nei sistemi ibridi soft);
• La batteria è spesso completamente scarica;
• Le parti di tali auto sono piuttosto costose;
• L'auto-riparazione è quasi impossibile, poiché richiede sofisticate apparecchiature elettroniche;
• Rispetto ai modelli a gas o diesel, gli ibridi costano diverse migliaia di dollari in più;
• La manutenzione regolare è più costosa;
• Un'elettronica sofisticata richiede un'attenta gestione e gli errori che si verificano a volte possono interrompere un lungo viaggio;
• È difficile trovare uno specialista in grado di configurare correttamente il funzionamento delle centrali elettriche. Per questo motivo, devi ricorrere ai servizi di costosi atelier professionisti;
• Le batterie non tollerano sbalzi di temperatura significativi e si scaricano da sole.
• Nonostante il rispetto per l'ambiente durante il funzionamento del motore elettrico, la produzione e lo smaltimento delle batterie inquina fortemente l'ambiente.

Affinché gli ibridi e le auto elettriche possano competere veramente con i motori a combustione interna, è necessario un miglioramento delle fonti di energia (in modo che accumulino più energia, ma allo stesso tempo non siano molto voluminosi), nonché sistemi di ricarica rapida senza danneggiare la batteria.

Domande e risposte:

Cos'è un veicolo ibrido? Questo è un veicolo in cui più di un'unità di potenza è coinvolta nel suo movimento. Fondamentalmente è una miscela di un'auto elettrica e un'auto con un classico motore a combustione interna.

Qual è la differenza tra un'auto ibrida e una convenzionale? Un'auto ibrida ha i vantaggi di un'auto elettrica (funzionamento silenzioso del motore e guida senza utilizzare carburante), ma quando la carica della batteria diminuisce, si attiva l'unità di alimentazione principale (benzina).