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Auto elettriche per tutti: solo questione di tempo?

Ottobre 11, 2019 Commenti (0) Ingegneria Energetica, Ingegneria Meccanica Tempo di Lettura:

L’ibrido misto o complesso

Nell’ultimo articolo della serie sui veicoli ibridi tratteremo la tipologia di motorizzazione più versatile presente sul mercato: l’ibrido misto o complesso. Questo viene così chiamato in quanto non si può considerare né una architettura serie, né parallela.

La principale caratteristica di un ibrido complesso è la sua composizione: un motore termico e più di due motori/generatori elettrici.

Lo schema

Una delle prime vetture ad aver utilizzato questo schema è stata, ed è tuttora, la Toyota Prius. Un diagramma molto schematico che rappresenta il powertrain di questo veicolo è mostrato nella figura sottostante, dove con ICE si indica il motore a combustione e con PSD il Power Split Device.

Questo è un rotismo epicicloidale cui sono collegati contemporaneamente il motore a combustione e le due macchine elettriche (gli esagoni in celeste nella figura soprastante). Il suo compito principale è quello di svincolare il regime di rotazione delle ruote da quello del motore, punto chiave delle soluzioni ibride di cui abbiamo discusso sin dagli articoli precedenti.

E’ presente inoltre anche un cambio continuo generalmente di tipo attivo, ad esempio un CVT o una silent chain, che ha il compito di ripartire la fornitura di potenza dei motori di trazione.

Una rappresentazione del powertrain della Toyota Prius.

Con una soluzione ad ibrido misto come quella della figura soprastante, il motore termico può girare ad un regime di rotazione variabile ma diverso da quello delle ruote. Il motore MG2 è l’altro predisposto alla generazione di potenza di trazione, e la potenza da questo erogata si somma o sottrae all’occorrenza a quella fornita dal motore termico. Il motore MG1 serve come funzione di start&stop per il motore termico e per la conversione di energia elettrica dal motore termico a MG2. Quest’ultimo passo verrà chiarito nel prossimo paragrafo.

Modo di funzionamento

Anche per l’ibrido misto possiamo identificare diverse modalità di funzionamento:

  • partenza e bassa velocità, in cui l’ICE è spento e la potenza di trazione deriva interamente dalla batteria. Il percorso è quindi:
  • trazione normale. Il motore termico, attraverso il PSD, fornisce potenza direttamente alle ruote e al MG1. Questo poi alimenta MG2 che fornisce, attraverso la silent chain (vedi qualche figura più in alto), potenza addizionale alle ruote. Quindi il funzionamento è contemporaneamente serie e parallelo:
  • accelerazione: l’aumentata richiesta di potenza fa sì che la batteria alimenti MG2 con una certa energia in grado di dare uno spunto maggiore alla vettura.
  • frenatura rigenerativa, in cui attraverso il cambio si utilizza MG2 come un generatore di energia elettrica e si va a ricaricare la batteria. La presenza del PSD fa sì che il motore termico non risenta del cambio di verso di rotazione della trasmissione:
  • ricarica da fermo, in cui il veicolo è fermo e il motore termico ricarica la batteria.

Vantaggi e svantaggi dell’ibrido misto

Ad oggi l’ibrido misto è una delle soluzioni più presenti sul mercato. Questo fatto è dovuto a diversi fattori.

La presenza del Power Split Device è contemporaneamente fonte di benefici e complicazioni dell’intero sistema ibrido complesso. Sebbene consenta di svincolare il regime di rotazione del motore da quello delle ruote in modo da ricercare una maggiore efficienza dello stesso, la presenza di più macchine elettriche rende più complesso il controllo elettronico dell’intera powertrain.

Inoltre, questi veicoli non hanno la possibilità di essere ricaricati da rete, generalmente, ma la maggiore efficienza del sistema consente un lieve incremento dell’autonomia rispetto ad altre soluzioni.

Il rotismo epicicloidale è inoltre un componente molto costoso e di difficile gestione in caso di guasto: il veicolo non può muoversi nel caso questo elemento, per qualche motivo, smetta di funzionare. Questo è un problema potenzialmente aggirabile da altre soluzioni, come ad esempio l‘ibrido parallelo ad assi indipendenti o il range extender, come visto negli articoli a loro dedicati.

Fonti e riferimenti

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