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!!

Redazione: Prof. Maurizio Bisardi

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).

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.

Redazione: Prof. Maurizio Bisardi

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).

Redazione: Prof. Maurizio Bisardi

Motore elettrico Motore termico

Motore elettrico Motore

termico

Motore elettrico Motore termico

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

Redazione: Prof. Maurizio Bisardi

• 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!

Qui a fianco si può

vedere come

interagiscono fra

loro le fonti di

energia disponibili

su un mezzo ibrido

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.

Redazione: Prof. Maurizio Bisardi

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.

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

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!

batterie ai nichel-idruri metallici (NiMH )

•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

Andiamo, ora, a scoprire come avvengono i vari momenti

di funzionamento di un veicolo ibrido. In particolare:

•Quando il mezzo effettua la retromarcia

•Quando il mezzo effettua una decelerazione o

frenata

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.

•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.

•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

•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.

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.

Vediamo ora cosa è un mezzo ibrido

plug-in

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.

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!!