1. Istoria autovehiculului electric Primele încercări de propulsie electrică sunt menți onate pe la începutul celui de-al patrulea deceniu al… [621623]

1 I. Automobilul electric

1. Istoria autovehiculului electric

Primele încercări de propulsie electrică sunt menți onate pe la începutul celui
de-al patrulea deceniu al secolului XIX. Primul aut omobil electric a fost construit
de către omul de afaceri scoțian Robert Anderson în 1832.
Americanul Thomas Davenport a construit o mică loco motivă electrică în
anul 1835, un model similar al scoțianului Robert D avidson în 1837 (prezența
scoțienilor în istoria vehiculelor electrice pare a fi un argument solid privind costul
și eficiența acestora).
În anul 1834 Hermann von Jacobi instalează un motor pe un vapor cu zbaturi
și în 1838 pe unul cu elice. Tramvaiul electric apa re mai târziu, în 1879, și este
datorat americanului de origine belgiană K.J. Depoe le. Cunoaște o evoluție mult
mai rapidă din cauza dezinteresului magnaților din petrol și industria constructoare
de mașini față de acest segment. Este și motivul pe ntru care acest mijloc de
transport perimat a dăinuit până azi.
Prima mașină ce a depășit viteza de 100 km/h a fost electrică și construită în
Belgia în 1899 (105 km/h). Există informații precum că Tesla ar fi instalat primul
său motor electric pe un automobil în 1897 și ar fi parcurs 800 km cu o viteză medie
de 151,246 km/h (și maximă de 193 km/h), dar datele privitoare la reușitele marelui
savant sunt ascunse cu mare grije, iar ceea ce răsu flă nu poate fi verificat. În acel an,
1897, în New York apar taxi-urile electrice. Începâ nd din 1900, mașinile electrică
se bucură de un extraordinar succes, ele fiind mai numeroase decât cele cu abur sau
cu benzină. Dar interese oculte impun declinul elec tricului ce se face resimțit prin
1920.
În 1966 congresul american recomandă construirea de vehicule electrice
pentru reducerea poluării aerului. Era doar recunoa ștere semioficială a stadiului
dezastruos al mediului (cantitatea uriașă a noxelor din aer și a metalelor grele ce
deteriorează apa și solul) și nicidecum vreo schimb are de orientare economică (ba
mai mult, specialiștii pot bănui primele încercări ale scenariului „crizei” petrolului
din 1973 – în 1950 industria petrolului american a deținut supremația mondială, dar
în 1965 s-a înregistrat un ușor declin ce avea să s e amplifice după 1970).
In 1976 congresul american a produs „Electric and H ybrid Vehicle Research,
Development, and Demonstration Act” pentru a favori za dezvoltarea de noi
tehnologii pentru baterii, motoare și componente hi bride. In acest timp însa,
japonezii fac într-adevăr reale progrese. Și nu num ai ei.
Peste 1.200 de fabrici sau ateliere au produs mii d e modele de vehicule
electrice.
Nici una dintre marile companii constructoare de au tovehicule nu a ocolit
capitolul propulsie electrică, dar nu-și pot permit e decât o ieșire timidă pe piață
pentru a nu perturba echilibrul afacerilor îngemăna te petrol – auto. Ultima găselniță
în materie este un model sport electric denumit Tes la Roadster în varianta de bază și
cea Sport cu diferențe semnificative: accelerație 0 – 96 km/h 3,9 respectiv 3,6; 248

2 respectiv 288 CP; 109.000 respectiv 128.500 usd. S- au vândut 150 exemplare.
Automobilul este fabricat de Tesla Motors care nu a re nici o legătură cu savantul.
Urmează să apară un rival de la McLaren denumit P1 -E la un preț de numai
60.000 euro.
Privind lucrurile in ansamblu, observam ca din ce i n ce mai mult se discuta la
televizor dar si pe diferite canale media, despre m asinile viitorului, masinile hibrid
si cele electrice. Marile companii precum Toyota sa u General Motors renunta
treptat la combustibil si incep sa-si transforme ma rcile de masini in hibrizi. Pe de
alta parte se pare ca alte companii au profitat de acest moment pentru a se lansa pe
piata cu modele de masini 100% electrice.
Tesla, Byd, Venturi sunt cateva companii care au intrat pe piata auto cu
marci 100% electrice si daca va ganditi ca aceste m asini nu se pot ridica la
standardele celor pe benzina sau motorina, va insel ati. Venturi si Tesla pot
demonstra cu brio ca si un model electric poate av ea perfomante ridicate, cei doi
intrand pe piata auto cu roadstere foarte capabile.
Cel mai probabil viitorul auto este unul electric, lucru recunoscut si de marii
producatori precum Renault care urmeaza sa lanseze gama de masini electrice
Renault ZE sau de General Motors care tocmai a lansat modelul electric Chevrolet
Volt.

2. Generalitati despre autovehicule electrice

In principiu, orice automobil care are motor de tra ctiune electric este
considerat automobil electric. Sursa de alimentare, aflata pe vehicul, poate fi de
diverse tipuri, insa, pentru majoritatea covarsitoa re a automobilelor electrice
realizate pana in prezent, sursa este o baterie de acumulatoare electrice.

Vehiculele electrice au, fata de vehiculele cu moto are termice, o serie de
avantaje, si anume:
 reducerea drastica a poluarii chimice si fonice;
 posibilitatea de utilizare a unor sisteme de action are sofisticate, oferite
de cele mai moderne realizari in domeniul actionari lor electrice;
 posibilitatea realizarii comode a sistemelor de fra nare antiblocante,
prin utilizarea franarii electrice; daca franrea es te recuperative, se face
si o importanta economie de energie;
 posibilitatea de actionare individuala a rotilor (e ventual, prin
inglobarea motoarelor de tractiune in roti, realiza nd asanumitele
motoroti); aceasta conduce la simplificarea sisteme lor de transmisie,
cea mai importanta fiind eliminarea diferentialului mecanic.

Principalele dezavantaje pe care le pun automobilele electrice si care
ingreuneaza proliferarea acestora sunt urmatoarele:
 densitatea de energie si de putere a acumulatoarelo r electrice actuale
este semnificativ mai scazuta decat a combustibilil or ( la un automobil

3 pe benzina densitatea de energie este 10500 Wh/kg, iar la un automobil
electric cu acumulator cu plumb-acid densitatea de energie fiind 161
Wh/kg); aceasta face ca , pe de o parte, autonomia automobilelor
electrice sa fie inferioara celei din cazul automob ilelor clasice: 150-250
km, fata de 400-800 km; pe de alta parte, viteza ma xima a
automobilelor electrice (100-130 km/h) este mai sca zuta decat a
automobilelor clasice (cca 200 km/h); de asemenea, acceleratiile
realizate cu automobilele electrice sunt inferioare celor din cazul
automoblielor clasice;
 sunt necesare statii de incarcare a bateriilor de a cumulatoare; acestea
pot fi dotate fie cu acumulatoare preincarcate, car e sa le schimbe pe
cele descarcate de pe automoblile-ceea ce pune prob leme de depozitare
si de asigurare a unei diversitati de baterii, in f unctie de tipurile de
automobile existente, fie cu instalatii de incarcar e a bateriilor direct pe
automobile; in ultimul caz, se pune problema timpul ui de incarcare,
acesta fiind de ordinal orelor pentru o incarcare c ompleta normala
(doar pentru incarcari partiale, el poate fi redus la ordinal minutelor-
zecilor de minute);
 sunt necesare investitii initiale mari, daca produc tia automobilelor este
de serie mica.

Bateriile de acumulatoare cu energii mari si , mai ales, pilele electrice de
combustie ofera, insa, noi posibilitati, justifican d o reevaluare promitatoare a
fezabilitatii vehiculelor electrice rutiere.
In urmatoarea figura este prezentata schema bloc a unui automobil electric :

Fig 2.1.

Sistemul de actionare a unui automobil electric tre buie sa satisfaca o serie de
cerinte, cele mai importante fiind prezentate mai j os:
 Pentru o baterie data, autonomia automobilului cres te daca, pe de o
parte, pierderile in sistemul de actionare sunt mai scazute, iar, pe de
alta parte, masa acestui sistem este mai scazuta ( contribuind, astfel, la

4 scaderea masei totale a automobilului si, implicit, la scaderea energiei
necesare accelerarii si invingerii rezistentei la i naintare a
automobilului); reducerea pierderilor din sistemul de actionare implica
utilizarea unor sisteme de comanda si motoare elect rice de tractiune cu
randamente ridicate: masa sistemului de actionare p oate fi redusa, in
esenta, pe doua cai:
– utilizand acele tipuri de motoare electrice si de convertoare
care au puteri specifice (kW/kg) mari;
– introducand racirea fortata, cu aer sau chiar cu apa, a motorului
si a convertorului ( cu posibilitatea de utilizare a fluidului cald – atunci
cand este necesar – la incalzirea automobilului).
 Sistemul de actionare trebuie sa fie cat mai ieftin posibil, tinand seama
ca bateriile de tractiune sunt, inca, foarte scumpe .
 Componentele sistemului de actionare trebuie sa nu necesite – pe cat
posibil intretinere, pe durata de viata a automobi lului (150000-200000
km).

Sistemul de actionare trebuie sa fie fiabil, foarte rezistent la socuri si la
vibratii
3. Modele de automobile electrice

3.1.Chevrolet Geo Prism 1994
Primul exemplu de automobil electric prezentat va f i unul modificat
dintrun vehicul de serie (Chevrolet Geo Prism 1994) , propulsat de un motor
cu combustie interna (pe benzina).

Acest vehicul este detinut de catre Jon Mauney.
Modificarile care au dus la transformarea intr-un a utomobil electric:
 Motorul cu combustie interna a fost inlocuit cu un motor de curent
alternativ;
 Ansamblul ambreiajului a fost scos impreuna cu toba de esapament,
catalizatorul si rezervorul autovehiculului;
 Transmisia manuala a ramas montata pe masina functi onand numai in
treapa a II-a de viteza;

5  Motorul de curent alternativ este comandat prin int ermediul unui
invertor (P=50 kW, Uin=300 V cc, Uies=240 V ca, tri fazat);
 Bateriile au fost asezate pe podeaua automobilului;
 50 de baterii de 12 V plumb-acid conectate in serie cate 25 pentru a
avea U in =300 V cc;
 Au fost adaugate motoare electrice pentru: pompa de apa,
servodirectie, aer conditionat;
 Schimbatoruld e viteze de la transmisia manuala a f ost inlocuit cu un
comutator, deghizat intr-un schimbator automat pent ru controlul
mersului inainte si inapoi;

 Un mic incalzitor electric a fost adaugat pentru a produce caldura;
 Un incarcator a fost adaugat pentru ca bateriile sa poata fi reincarcate.
Particularitatea acestui autovehicul consta in fapt ul ca are 2 sisteme de
incarcare: unul normal de 120 V / 240 V si unul cu incarcare de la
paleta magnetica inductiva;

 Indicatorul de carburant a fost inlocuit de un vol tmetru;

6

Specificatiile tehnice ale autovehiculului construi t:
– autonomie: 80 km;
– acceleratie: 0 – 100 km/h in 15 secunde;
– consum la reincarcare: 12kWh;
– greutatea bateriilor: 500 kg;
– durata de viata a bateriilor: 3 ani.
Pentru a compara costul pe o mila, dintre un autove hicul electric si unul pe
carburant, iata un exemplu: energia electrica in Ca rolina de Nord este 8 centi/kWh
pe timpul zilei si 4 centi/kWh pe timpul noptii. In seamna ca pentru o reincarcare
completa costul este de 1 $ ziua si 50 centi noapte a. Pretul carburantului este de 1,2
$ pe galon si masina merge 30 de mile cu un galon, atunci costul pe o mila este de 4
centi. In dezavantajul autovehiculului electric sta costul ridica al bateriilor
(aproximativ 2000 $). Durata de viata a bateriilor este de 20000 de mile, ceea ce
inseamna 10 centi pe mila.

3.2. Tesla Roadster
Al doilea tip de autovehicul electric se numeste Te sla Roadster, este produs
de Tesla Motors.

7
De la 0 – 100 km/h in mai putin de 4 secunde, cu o viteza de varf de 200
km/h. Deoarece nu are ambreiaj, acceleratia este fo arte buna. Nu conteaza in ce
treapta de viteza te afli, acceleratia este mereu i nstantanee.

Autonomia depinde de stilul si conditiile de mers. In general este in jur de
400 km pe o incarcare (mers combinat: oras + autost rada).

a) Care sunt avantajele conducerii unei masini electri ce?
Reducerea dependentei de combustibil, zero emisii n oxe, si un cost de mai
putin de 2 centi pe o mila condusa. Multe zone ofer a locuri de parcare speciale ca
un privilegiu pentru automobilele electrice.

b) Cum functioneaza?
Un vehicul electric nu are o mecanica atat de compl exa ca unul ce foloseste
motor cu ardere interna. De exemplu: motorul in 4 t impi al unui automobil
conventional are peste 100 de parti mobile, in comp aratie motorul de la Tesla
Roadster are doar unul si anume rotorul. In concluz ie, masina transporta o greutate
mai mica si are mai putine piese care se pot defect a in timp. Comparatia nu se
opreste numai la partile in miscare, ci continua cu cosumul de ulei, filtre, ambreiaj,
bujii, filtru de aer, pompa de apa, catalizator, to ba de esapament etc., toate aceste
necesitand service. Toate aceste componente nefiind necesare unui autovehicul
electric.

c) Sistemul de stocare a energiei (ESS)
Atunci cand se doreste construirea unei masini elec trice foarte performante,
cea mai mare provocare o reprezinta inca de la ince put, bateriile. Complexitatea lor
este clara: sunt grele, scumpe si ofera o putere li mitata. Are o calitate care
eclipseaza toate aceste dezavantaje: e curat din pu nct de vedere ecologic.
Blocul de baterii de la Tesla Roadster, reprezinta cea mai mare inovatie pe
care au descoperit-o cei de la Tesla Motors, fiind cele mai avansate tipuri de baterii
din lume, combina tehnologia bazata pe Litiu-Ion cu un bloc de baterii unic care
prezinta mai multe straturi de izolatie. Sunt usoar e, durabile, reciclabile si sunt
capabile sa dezvolte suficienta putere pentru a acc elera autovehiculul de la 0 – 100
km/h in 3,9 secunde.

d) Motorul
Multor oameni le este greu sa creada ca Tesla Roads ter invinge la acceleratie
un Lamborghini, fiind propulsat de un motor electri c de marimea unui pepene
verde. Mai important decat greutatea motorului este randamentul acestuia.
Motoarele construite de Tesla Motors au o eficienta de 85 – 95 %.

e) Transmisia
Tesla Roadster are doar 2 viteze ce iti permit sa c onduci dupa bunul plac,
indiferent daca folosesti treapta de viteza adecvat a sau nu, deasemenea nu exista

8 pedala de ambreiaj. Odata cuplata in viteza din sch imbator, invertorul comanda
motorul.

f) Sistemul Electronic de Comanda al motorului
Majoritatea subsistemelor instalate pe Tesla Roadst er sunt in totalitate
comandate electronic sub supravegherea permanenta u nui calculator de bord. Toata
partea de comanda este integrata intr-un DSP. El co ntroleaza cuplul motorului,
reincarcare, franarea recuperativa si monitorizeaza tensiunea furnizata de baterii,
turatia motorului si temperatura.

4. Alte sisteme
a. Un alt concept revoluționar este reprezentat de au tovehiculul electric cu
sistem de extindere a autonomiei și cu un motor cu ardere internă de capacitate mică
și foarte eficient. Dacă, după o călătorie mai lung ă, folosind exclusiv sistemul
electric, nivelul de încărcare al acumulatorului sc ade, sistemul de extindere a
autonomiei are rolul de a încărca acumulatorul. Mot orul cu ardere internă
funcționează permanent în regimul de lucru ideal, d eci consumă o cantitate minimă
de carburant. Următorul pas este reprezentat de aut ovehiculul electric cu un
acumulator de capacitate mare, care este alimentat exclusiv de la rețeaua de energie
electrică, putând fi propulsat fără emisii de noxe, în măsura în care energia de
încărcare este produsă pe căi regenerative.

b. Propulsia cu hidrogen (pilă de combustie)

Energia chimica este transformata în energie electr ica. Componenta esentiala
a fiecarui element individual dintr-o pila cu combu stibil – mai multe astfel de

9 elemente alcatuiesc o baterie – este o membrana per misiva pentru schimbul de
protoni.
Aceasta este interpusa între cei doi electrozi, ano dul si catodul, fiecarui
element al pilei de combustibil. Hidrogenul intra î n element prin zona anodului, iar
catodul este alimentat cu aer. Mai multe asemenea e lemente pot genera împreuna
suficienta enrgie pentru a pune în miscare un vehic ul. Hidrogenul si oxigenul
reactioneaza în interiorul fiecarui element, rezult ând apa în zona catodului. Energia
se degaja în urma acestui proces. Pila cu combustib il asigura conversia energiei
chimice din procesul de oxidare, cunoscut si sub de numirea de "combustie rece",
direct în energie electrica. Gazul rezidual al aces tei reactii consta în vapori de apa
cât se poate de curati.

Atomii de hidrogen sunt descompusi în electroni si protoni în zona anodului.
Protonii, încarcati cu sarcini electrice pozitive, trec prin membrana spre celalalt
electrod, catodul. Electronii, încarcati cu sarcini electrice negative, sunt dirijati
printr-un circuit extern înspre catod.
In esenta, acest curent electric alimenteaza motoru l electric al masinii. In
zona catodului, protonii reactioneaza cu oxigenul, în timp ce electronii determina
formarea a ceea ce se numeste "apa reziduala", în c ea mai mare parte evacuata prin
teava de esapament.
Aproximativ 60% din energia generata în desfasurare a procesului ajunge sa
fie transformata în electricitate.

Tipuri de pile de combustie
 Alkaline Fuel Cells (AFC) – hidroxizi alcalini. Acestia folosesc un
electrolit alcalin cum ar fi hidrura de potasiu. In general solutia de
hidroxid de potasiu in apa ete folosita ca electrol it. Temperatura la care
functioneaza celulele de acest tip este de 150-200 °C si pot genera intre
300W si 5MW. Acest tip de celule au fost folosite p entru prima oara de
NASA la misiunea spatiala Apolo.

 Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC) – carbonat topit. Aceasta pila
de combustie foloseste ca si electrolit carbonati a lcalini. Catalizatorii
sunt otrăviți prin depuneri de metale alcaline, car e blochează centrele
de reacție sau prin acțiunea directă a unor agenți otrăvitori din gazul
combustibil. Acestă pila de combustie are o rata ma re de eficienta , in

10 jur de 60%. Temperatura de operare se situeaza in j urul valorii de
600°C. Datorita acestei temperaturi foarte ridicate acest tip de pile nu
poate fi folosit la consumul domestic.
 Zinc Air Fuel Cells (ZAFC) in acest tip de pile de combustie se afla
un electrod …, un anod din zinc separat de electr olit si un separator
mecanic. Oxigenul reactioneaza cu zincul producand oxidul de zinc, ce
produce electricitate.
 Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC) – acid fosforic. Aceste pile care
folosesc acidul fosforic ca electrolit sunt operate la temperaturi de 150-
220°C, deasupra temperaturii de fierbere a apei. La aceste temperaturi,
chiar în absența apei, acidul fosforic prezintă o bună conductivitate
electrică. Ca electrozi se folosesc cărbunele poros , hârtie carbonică sau
carbură de siliciu, iar catalizatorul este pe bază de platină. Hidrogenul,
care constituie combustibilul trebuie să nu conțină CO deoarece acesta
otrăveste catalizatorul de Pt. D. Pilele de tip PAF C sunt deja utilizate
în centralele electrice de mare putere de 5 la 20MW . Temperatura mare
de utilizare permite si generarea de energie termic ă în paralel cu cea
electrică la valori între 50-1000KW. În ultimii ani se testează astfel de
pile si în propulsarea autovehiculelor. Randamentu l global este de cca
80%, din care cca 37-42% corespunde conversiei în e nergie electrică.

 Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) – membrana
acida polimerizata cu schimb de protoni. PEMFC util izeaza un
electrolit polimerizat in forma unei membrane foart e subtiri si
permeabile. Polimerul folosit contine de obicei un derivat organic al
acidului perfluorosulfonic prins intr-un lant de po litetrafluoretilen
(PTFE sau teflon). Acest lant contine din loc in lo c structuri chimice
terminate cu gruparea SO 3H. Hidrogenul acestei grupari se disociaza
de molecula cand aceasta este umezita si apare in s olutie ca proton. Pe
de alta parte, anionii SO 3 sunt mai degraba prinsi in molecula
polimerului decat liberi in solutie. Acesta este un ul dintre avantajele
principale ale acizilor polimerizati. Protonii libe ri in solutie se pot
astfel deplasa si mobilitatea lor sta la baza a cee a ce s-a numit
“conductie protonica”. De aici vine si denumirea ac estui tip de pila
(PEM): de la expresia “proton exchange membrane” sa u, de asemenea,
de la “polymer electrolyte membrane”. Membranele de polimer acid
pot fi realizate in folii extrem de subtiri, sub 50 µm, facand posibila
micsorarea dimensiunilor pilei si prin urmare, obti nerea unor densitati
de putere crescute. Scaderea grosimii foliei de ele ctrolit scade
considerabil rezistenta interna a pilei si, prin ur mare, scad si pierderile
resistive din interiorul ei. Unul dintre polimerii cei mai folositi este
deja renumitul “Nafion”. Acesta este un copolimer d e acid
perfluorosulfonic si PTFE in forma acida, realizat cu aproximativ 40 de
ani in urma de firma Dupont. Membranele Nafion PFSA au o utilizare

11 larga in pilele de combustie cu membrana cu schimb de protoni (PEM).
Membrana functioneaza ca un separator si un electro lit solid ce permite
transportul selectiv de cationi prin jonctiunea pil ei. Polimerul este
rezistent din punct de vedere chimic si durabil. De si utilizarile initiale
ale Nafionului au vizat realizarea de membrane sepa ratoare in industria
electrochimica, in special in domeniul separarii cl orurilor alcaline,
aplicatiile ulterioare au fost variate, dar cea mai importanta este la
realizarea pilelor de combustie. Catalizatorul, de obicei platina, este
depus sub forma de nano clusteri (3-5 nm) pe un sup ort de grafit –
particule de grafit de 0,7 – 1 µm si incastrate cu o parte intr-o folie de
hartie grafitata. Doua folii sunt aplicate pe ambel e parti ale membranei
formand straturile de catalizator pentru anod si ca tod. Acest ansamblu
PEM este cunoscut sub numele de membrana cu cataliz ator depus
(CCM). Eficienta electrica este intre 40-50% si tem peratura de operare
– in jur de 60-120°C. Pilele astfel realizate gener eaza intre 50 si
200KW.

 Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) – metanol direct. Metanolul este
lichid, deci poate fi utilizat usor. Functioneaza f ara un convertor.
Electrolitul este o membrana, iar temperatura de lu cru 60-130°C. O
companie germana a introdus o celula cu combustibil "portabila" ce
utilizeaza tehnologia direct methanol fuel cell, fa ra a implica grelele
componente mecanice asociate in general cu generare a de electricitate.
Acestea utilizeaza un cartus reincarcabil cu metano l lichid si poate fi
purtat intr-un buzunar pentru a alimenta bateriile. Acesta functioneaza
silentios atat in pozitie verticala cat si orizonta la . Astfel se estimeaza
ca unitatea ar putea reduce cu pana la 70% greutate a bateriilor.
Temperatura de lucru cuprinsa intre 30-130°C

 Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) – oxizi solizi. Pilele de tip SOFC sunt
operate la temperaturi mari, uzual în jur de 1000° C. Atât electrozii cât
si electrolitul sunt solizi, eliminând în totalitat e posibilitatea pătrunderii
electrolitului în structura poroasă a electrozilor. Temperatura mare de
operare limitează mult materialele utilizate pentru elementele pilei.
Cercetările au fost focalizate în realizarea unei p ile de formă tubulară,
constând dintr-un suport ceramic poros tubular, înc onjurat de anod,
electrolit si catod. Forma tubulară asigură o mai b ună etansare pentru
circuitul de gaze decât formele plane. Anodul este realizat din Ni
metalic cu oxid de ytriu (Y 2O3) stabilizat cu ZrO 2, iar catodul este pe
bază de perovskiți de tipul La 1-xSrxMnO 3 (manganit de lantan dopat
cu Sr). Anodul si catodul au structuri poroase pent ru a permite difuzia
combustibilului (hidrogenul) si a produselor de rea cție.

12

Avantajele si dezavantajele pilelor decombustie

Avantajele utilizarii pilelor electrice cu combusti e:
– randament ridicat (70% ÷ 85%) chiar si la functio nare sub o sarcina partiala
– nu exista piese in miscare (exceptie: ventilul pe ntru reglarea debitului de
gaze)
– functionare silentioasa
– exista posibilitatea utilizarii caldurii rezidual e
– poluare aproape nula
– fiabilitate mult mai mare decat a motoarelor cu a rdere interna, datorata
numarului redus de componente mobile
– in cursul functionarii se produce o emisie slaba de oxizi de azot (nocivi)
– comparativ cu celelalte tipuri de pile, ele funct ioneaza la temperaturi joase
(aprox. 80°C) ceea ce le confera avantajul unei ine rtii mici la intrarea in regimul de
lucru.
– utilizand o tehnologie interna speciala de reform are, pilele de combustie de
tip PEM pot utiliza, virtual, orice tip de combusti bil bogat in hidrogen incluzand
metanolul, etanolul, gazele naturale si benzina.

Dezavantajele utilizarii pilelor electrice cu combu stie :
– pretul de cost este inca relativ ridicat
– instalatia este sensibila in cazul contactului ce lor doua gaze combustibile
– tensiunea electromotoare nu ramane constanta, ci scade in timpul
functionarii

13 5. Particularitati ale automobilelor electrice

Un autovehicul electric este compus din:
 motor electric;
 controler;
 baterie.
a. Motorul electric
Un autovehicul electric poate fi echipat cu un moto r de curent alternativ sau
un motor de curent continuu.
Daca motorul este de curent continuu, atunci el va avea o tensiune de
alimentare cuprinsa intre 96 – 192 V.
Daca motorul este de curent alternativ, atunci el v a avea o tensiune de
alimentare cuprinsa intre 240 – 300 V. De obicei su nt trifazate asincrone sau
sincrone fara perii.
Cazurile de mai sus sunt generale, deci pot exista si motoare care sa se
alimenteze la alte tensiuni.
Motoarele de curent continuu sunt mai usor de insta lat si mai ieftine. In
general un motor are intre 20 – 30 de kW, iar chopp er-ul intre 40 – 60 kW (de
exemplu: un chopper alimentat de la 96 V va putea f urniza maxim 400 – 600 A).
Acest tip de motoare pot si suprasolicitate pentru perioade scurte de timp, fara sa se
deterioreze. Aceasta caracteristica da autovehiculu lui respectiv o acceleratie rapida.
Motoarele de curent alternativ sunt folosite aproap e in intreaga industrie, deci
se poate gasi mult mai usor unul potrivit si pentru un vehicul electric. In timpul
franarii, motorul se transforma in generator si inc arca bateriile prin intermediul
invertorului, care poate functiona si ca redresor.
In urmatorul tabel vor fi prezentate diverse motoar e de tractiune:

Dintre toate tipurile de motoare electrice, cea mai promitatoare solutie pentru
actionarea considerate se arata a fi motorul de c.c fara perii. Intr-adevar, acest motor
nu are rival in privinta a doua caracteristici impo rtante: randamentul si dimensiunile

14 (masa). In plus, nu are contacte alunecatoare, impl icand, deci, o intretinere foarte
simpla.
De asemenea, el permite un reglaj foarte simplu al vitezei; invertorul sau
PWM este actualmente binecunoscut si in continuu pr ogress din punct de vedere al
pretului, fiabilitatii si compactizarii.
Este adevarat ca, deocamdata, pretul acestui motor este ridicat, datorita
costului magnetilor permanenti, dar el trebuie cons iderat in corelatie cu celelalte
costuri: al energiei consumate de automobil – mai s cazuta datorita randamentului
mai ridicat si greutatii mai mici; al schemei de co manda – relativ simpla; al
intretinerii foarte putin pretentioase. In plus, se intrevede o scadere in timp a
costului magnetilor permanenti, ceea ce va determin a si o scadere a pretului
motorului.

Transmiterea cuplului motor la roti

Una dintre cele mai importante probleme ale tractiu nii bazate pe aderenta o
constituie modul de amplasare a motorului de tracti une pe vehicul si de actionare a
rotilor motoare, acesta trebuind sa asigure atat tr ansmiterea cuplului motor, cat si
protejarea motorului de tractiune fata de socurile primite de la calea de rulare. In
plus, la vehiculele cu roti pneumatice, transmitere a cuplului motor trebuie sa se faca
astfel incat sa se asigure independenta rotilor mot oare, pentru a reduce uzura
pneurilor.
Deseori, parametrii sistemului de transmisie si par ametrii electrici si mecanici
ai motorului de tractiune se conditioneaza reciproc . La aceasta contribuie si faptul
ca, spre deosebire de actionarile stationare, gabar itele care stau la dispozitie pe
vehiculele electrice sunt restranse. Actionarea ro tilor motoare ale unui automobil
electric poate fi:
 individuala , la care fiecare roata motoare este actionata de c ate un
motor;
 colectiva , la care un motor actioneaza un grup de roti. Solu tia clasica
de actionare a automobilelor electrice (utilizata s i la automobilele cu
motoare termice) este aceea a actionarii collective . Pentru ca, o data
cu transmiterea cuplului de la motor la roti, sa se asigure si
independenta rotilor, in acest caz, este necesara u tilizarea unui
diferential mecanic, existand diverse solutii pentr u realizarea acestuia.
In figura urmatoare este prezentata una dintre cele mai simple solutii.

15 Diferentialul propriu-zis este format din “carcasa” CD, rotile dintateplanetare
P si rotile dintate-sateliti S. Cuplul se transmite de la motorul M la carcasa
diferentialului, prin intermediul unui reductor for mat din pinionul PN – fixat pe
arborele lui M – si roata dintata RD – fixate pe CD (pentru simplitate, sa considerat
ca reductorul are o singura treapta, cu roti dintat e cilindrice). In continuare, cuplul
transmis planetarelor (si, implicit, rotilor automo bilului, rigidizate pe axele
corespunzatoare ale planetarelor) prin intermediul satelitilor, acestia din urma
putandu-se, eventual, roti in jurul axelor proprii. In acest fel, se asigura
independenta relativa a celor doua roti motoare RM1 si RM2.
Acest sistem are o serie de dezavantaje:
 randamentul actionarii este micsorat de frecarile i ntroduse de
diferential;
 diferentialul contribuie la cresterea greutatii aut omobilului;
 diferentialul are un cost relativ ridicat si necesi ta o intretinere
suplimentara.
Pentru inlaturarea acestor dezavantaje, la automobi lele electrice moderne se
utilizeaza actionarea individuala, fiecare roata mo toare avand motorul sau.
In acest caz, al actionarii individuale, cuplul poa te fi transmis rotilor motoare
in doua moduri:
 direct;
 prin angrenaje.
La transmiterea directa , rotorul motorului este solidar (eventual, prin
intermediul unei transmisii cardanice – permite dep lasarea relativa pe verticala intre
anumite limite a rotilor fata de cadrul automoblilu lui -) cu roata motoare, turatia
rotii fiind, deci, egala cu turatia motorului.
La transmiterea prin angrenaj , intre motor si roata motoare se dispune un
angrenaj reductor, care face ca turatia rotii sa fi e inferioara turatiei motorului
(raportul de transmisie i t>1).

Cu toate ca transmiterea directa a cuplului este ma i simpla, ea nu este folosita
decat in cazuri foarte rare – cand simplitatea cons tructiei este hotaratoare – , avand
urmatoarele dezavantaje esentiala:
 demontarea motorului pentru revizii necesita scoate rea rotii motoare;
 vitezele uzuale, relativ reduse, de circulatie impl ica motoare cu turatii
reduse; acestea au, la o putere data, gabarite si g reutati mai mari decat
motoarele cu turatii ridicate; la motoarele electri ce uzuale, din
considerente de gabarit si de utilizare economica a materialelor active
(cupru, fier), viteza periferica a rotorului trebui e sa fie mai mare de cca

16 50 m/s; constructive, sa fie cel mult 70% din diame trul rotii; admitand
viteza periferica a rotorului 50 m/s, rezulta ca vi teza vehiculului trebuie
sa fie egala cu cel putin (50/0,7) m/s=71 m/s=266 k m/h, pentru ca
motorul sa fie bine utilizat.

b. Controler (chopper / invertor)

Un chopper conectat la baterii alimenteaza mai depa rte motorul electric de
curent continuu. Atunci cand pedala este apasata la maxim, Chopperul furnizeaza la
bornele motorului intreaga tensiune de 96 V furniza ta de baterii. Daca pedala nu
este apasata deloc, atunci chopperul nu comanda mot orul, rezulta ca masina sta pe
loc. Chopperul poate furniza motorului o tensiune c uprinsa intre 0 – 96 V in functie
de cat de mult este apasata pedala de acceleratie.

Semnalul dat de potentiometre spune chopper-ului câ t de multa putere sa
furnizeze motorului electric. Sunt doua potentiomet re din motive de siguranta,
chopper-ul citeste ambele potentiometre si se asigu ra ca ambele dau acelasi semnal.
Daca nu, chopper-ul nu functioneaza.
Majoritatea choppere-lor functioneaza la o frecvent a de 15 kHz pentru a nu fi
auzite de urechea umana. Pulsurile in motor cauzeaz a o vibratie a motorului egala
cu frecventa, iar o frecventa egala sau mai mare cu 15 kHz insemnand o functionare

17 silentioasa a masinii. Daca autovehiculul este echi pat cu un motor de curent
alternativ, vom folosi un invertor, iar schema bloc va arata ca in poza urmatoare:

Invertorul transforma curentul continuu furnizat de baterii, in curent
alternativ trifazat. La un invertor este necesar ca elementele semiconductoare sa fie
comandate decalat cu 60 grade electrice, pentru a e vita situatia aparitiei unui scurt-
circuit la bornele bateriei. La un invertor avem ne voie de 6 elemente
semiconductoare, fata de unul singur la chopper, de aici rezulta ca pretul unui
invertor este sensibil mai ridicat decat al chopper -ului.

c. Baterii

Dupa cum se stie alimentarea motoarelor de tractiun e ale automobilelor
electrice se face, uzual, de la baterii electrice, care in esenta sunt formate prin
formarea, in diverse conexiuni a mai multor element e – surse electrochimice.
Sursele electrochimice convertesc energia chimica i n energie electrica.
Veriga slaba intr-un autovehicul electric o reprezi nta bateriile. Sunt cel putin
6 mari probleme ale bateriilor plumb-acid:

 sunt grele (un bloc de baterii poate cantari 500 kg );
 sunt voluminoase (autovehiculele devin robuste);
 au capacitate limitata (poate furniza intre 12 – 15 kWh, ceaa ce poate
insemna o autonomie de 80 km);
 procesul de incarcare necesita timp indelungat (apo rximativ 10 h);
 au o durata de viata relativ scurta (3 – 4 ani, sau 200 de reincarcari);
 sunt destul de scumpe (aproximativ 2000 $).

Bateriile plumb-acid pot fi inlocuite cu cele NiMH (nichel hidruri metalice).
Autonomia autovehiculului se va dubla, iar bateriil e au o durata de viata de
aproximativ 10 ani, dar costul bateriilor este de 1 0 – 15 ori mai ridicat decat cel al
bateriilor plumb-acid. Cu alte cuvinte, bateriile NiMH costa aproximativ 20000 –
30000 $, iar cele cu plumb-acid costa doar 2000 $. Daca privim probleme
referitoare la baterii, vom avea o perspectiva dife rita asupra folosirii benzinei si
anume: la 7,5 litri de benzina ceea ce inseamna o g reutate de 7 kg, costa 3 dolari si
dureaza 30 de secunde pentru a o introduce in rezer vor; este echivalentula 500 kg

18 de baterii plumb-acid care costa 2000 $ si dureaza 4 h incarcarea. Problemele pe
care le au bateriile explica de ce se pune accent a supra dezvoltarii pilelor de
combustie. Acestea sunt mult mai mici, mai usoare, poluare chimica redusa,
randament energetic ridicat (60%), densitate masica a energiei ridicata si se
reincarca foarte rapid. Este evident ca autovehicul ele viitorului vor folosi motorul
electric pentru tractiune, iar energia electrica ne cesara va fi produsa de catre pilele
de combustie.

Tipuri de baterii

 acumulatori plumb-acid;
Caracteristi teoretice:
– tensiunea unei celule : 2,1 V;
– densitatea de energie : masica 161 Wh/kg; volumic a 686 Wh/l.
In cazul acumulatoarelor cu plumb-acid uzuale, apa din electrolit se
pierde in timp (prin evaporare, precum si prin desc ompunereai ei in H2 si O2
care se degaja la electrozi); de aceea, ea trebuie completata periodic. Pentru
evitarea sulfatarii electrozilor, acumulatoarele tr ebuie reincarcate imediat
dupa descarcarea lor. De asemenea, are loc o autode scarcare (descarcare fara
a avea conectata o sarcina) a acumulatoarelor, ceea ce impune reincarcarea
lor dupa perioade mari de neutilizare. Rezulta nece sitatea unei intretineri
pretentioase a acestor acumulatoare.
Tehnologiile moderne permit realizarea acumulatoare lor cu plumb-acid
in asa numita varianta “fara intretinere”. In acest caz acumulatoarele sunt
capsulate, au o constructie adecvata a electrozilor , iar electrolitul este
“solidificat”, fie fixat intr-un gel, fie absorbit in materiale poroase de tip
“vata”. La aceste acumulatoare, pierderile de apa s unt neglijabile,
autodescarcarea este foarte redusa (circa 35 % din capacitatea nominala, dupa
12 luni), iar sensibilitatea lor la descarcari ocaz ionale outernice, la vibratii si
la temperaturi joase este mult scazuta. Desi folose sc electrozi solidificati,
densitatea de energie mai ales la descarcari rapide si temperaturi scazute este
mai mare decat a acumulatoarelor uzuale. Desigur to ate aceste se obtin cu
pretul unui cost mai ridicat.
Avantaje:
– sunt relativ ieftine;
– au un numar relativ mare de cicluri de icnarcare – descarcare;
– folosesc pentru electrozi pumbul care este dispon ibil in cantitati mari;
– se poate realiza in varianta “fara intretinere”;
– exista productie in serie;
– la iesirea lor din functiune, plumbul din electro zi poate fi usor
reciclat.
Dezavantaje:
– au densitate redusa a energiei, ceea ce implica g reutati si volume
mari;
– puterea lor scade odata cu descarcarea;

19 – capacitatea si energia lor scad, la temperaturi s cazute;
– ofera posibilitati limitate de incarcare rapida ( incarcarea lor completa
se face pe timp de cateva ore);
– sunt sensibile la supracurenti (de incarcare sau descarcare).

 acumulatori Ni-Cd;
Caracteristi teoretice:
– tensiunea unei celule : 1,3 V;
– densitatea de energie : masica 209 Wh/kg; volumic a 693 Wh/l.
Dintre celelalte tipuri de acumulatoare, perspectiv a de a fi utilizate in
tractiune, datorita energiilor lor specifice ridica te, o au cele cu sodiu-sulf
(NaS), precum si cele bazate pe litiu (Li). Pentru a obtine o conductivitate
suficienta a electrolitului solid este necesara o t emperatura ridicata (intre 300
– 400 oC; uzual 330 oC). Functionarea la o astfel d e temperatura necesita o
izolare termica compacta si eficienta. De regula se foloseste o izolatie termica
vacuumata care acopera complet celulele acumulatoru lui, lasandu-se doar
locuri pentru realizarea conexiunilor electrice. In incinta termica se instaleaza
un incalzitor electric precum si un schimnbator de caldura lichid (pentru
racirea celulelor in cazul unor descarcari puternic e).
Avantaje:
– au un numar foarte mare de cicluri de incarcare descarcare;
– puterea lor se mentine relativ constanta dupa o descarcare partiala;
– au o comportare foarte buna la temperaturi scazut e;
– ofera posibilitatea reincarcarii rapide
– nu necesita intretinere (acumulatoare capsulate);
– exista productie in serie.

Dezavantaje:
– sunt scumpe (datorita costului ridicat al cadmiul ui);
– pun probleme ecologice, cadmiul fiind toxic;
– incarcarea lor pune probleme la temperaturi ridic ate;

 acumulatori Na-S;
Caracteristi teoretice:
– tensiunea unei celule : 2,1 V;
– densitatea de energie: masica 792 Wh/kg; volumica 1196 Wh/l.
Principalele obstacole in utilizarea acestor bateri i pe automobilele electrice
sunt: numarul redus de cicluri incarcare – descarca re si puterea specifica scazuta la
functionarea continua.

 acumulatori litiu-ion

Un rol esențial în vederea dezvoltării sistemelor d e propulsie electrice îl au
acumulatorii litiu-ion, adevărate "rezervoare" de e nergie electrică. în cadrul joint

20 venture-ului lor, SB LiMotive, Bosch și Samsung SDI și-au unit puterile pentru a
dezvolta această tehnologie și pentru industria aut o. Principalul obiectiv al acestei
colaborări este acela de a mări de până la trei ori densitatea energiei în aceste
baterii, precum și reducerea costurilor cu două tre imi. Acumulatorii trebuie să fie
concepuți astfel încât să ofere o mare rezistență l a cicluri și o durată lungă de viață,
garantând în același timp o funcționare sigură în t oate condiț  iile de temperatură și
de funcționare.
Primul client al companiei SB LiMotive pentru celul ele de acumulatori litiu-
ion este BMW. Producătorul german de automobile va utiliza celule de acumulatori
pentru autovehiculele electrice dezvoltate în preze nt în cadrul proiectului
"Megacity Vehicle".

d. Utilizarea ultracondensatoarelor

Conectand in paralel cu bateria de acumulatoare con densatoare cu capacitati
ridicate (actualmente se realizeaza condensatoare c u dimensiuni rezonabile, avand
capacitati de ordinul a 600 F, la 3 V), acestea di n urma pot asigura energiile
necesare in cazul pornirilor vehiculului sau al alt or suprasarcini, menajand, astfel,
bateria de acumulatoare si asigurand o autonomie ma i ridicata a autovehiculului.

6. Concluzii

Avantaje si dezavantaje ale folosirii autovehiculel or electrice in locul
autovehiculelor cu motoare clasice cu combustie int erna.
Avantaje :
– au un cost de exploatare aproape gratuit (circa 1 euro/100km);
– se pot conduce usor, (unele nu au comenzi cu peda le pot fi utilizate si de
catre anumite persoane cu handicap fizic);
– intretinere simpla, usor de manevrat in parcare s i de incarcat bateriile;
– nu fac zgomot si nu emana fum, oxid de carbon, me tale grele si alte noxe
daunatoare mediului si vietii;
– nu consuma suplimentar la stationarea temporara – in trafic- la semafoare,
etc;

21 – posibilitatea de utilizare a unor sisteme de acti onare sofisticate, oferite de
cele mai moderne realizari in domeniul actionarilor electrice;
– posibilitatea realizarii comode a sistemelor de f ranare antiblocante, prin
utilizarea franarii electrice; daca franrea este re cuperative, se face si o importanta
economie de energie;
– posibilitatea de actionare individuala a rotilor (eventual, prin inglobarea
motoarelor de tractiune in roti, realizand asanumit ele motoroti); aceasta conduce la
simplificarea sistemelor de transmisie, cea mai imp ortanta fiind eliminarea
diferentialului mecanic;
– au cuplu constant la variatii ale turatiei in lim ite mari.
Dezavantaje:
– principalul dezavantaj este acela al autonomiei r eduse;
– au cost de achizitie ridicat;
– bateria de acumulatori are o densitate de energie scazuta, o durata de viata
relativ mica limitata de numarul de cicluri incarca re – descarcare, timpi mari de
incarcare;
– cheltuielile pentru intretinerea bateriilor sunt destul de ridicate;
– sunt necesare statii de incarcare a bateriilor de acumulatoare; acestea pot fi
dotate fie cu acumulatoare preincarcate, care sa le schimbe pe cele descarcate de pe
automoblile-ceea ce pune probleme de depozitare si de asigurare a unei diversitati
de baterii, in functie de tipurile de automobile ex istente-, fie cu instalatii de
incarcare a bateriilor direct pe automobile; in ult imul caz, se pune problema
timpului de incarcare, acesta fiind de ordinal orel or pentru o incarcare completa
normala (doar pentru incarcari partiale, el poate f i redus la ordinal minutelor-zecilor
de minute);
– sunt necesare investitii initiale mari, daca prod uctia automobilelor este de
serie mica.

22 II. Automobilul hibrid

1. Introducere

Diferenta dintre o masina hibrid si una electrica e ste aceea ca hibridul este
dotat cu doua motoare: unul pe carburant si unul el ectric. Aceste motoare pot
functiona simultan in timpul mersului.
Spre doesebire de un hibrid, masina electrica este dotata cu un singur
motor ce functioneaza cu acumulatori care pot fi incarca ti cu energie electrica.
Masina hibrid reduce emiterea de CO2 pe cand masina electrica nu emite noxe
deloc.
De obicei masinile hibrid sunt dotate cu 2 motoare: unul normal ce
functioneaza pe combustibil si unul electric care f oloseste acumulatori. Cel din
urma este folosit de obicei atunci cand masina rule aza cu o viteza cuprinsa intre 1-
80 km/h iar cand aceasta viteza este depasita trece rea se face automat pe motorul ce
foloseste combustibil. Aceste conditii de rulare su nt cat se poate de justificate avand
in vedere ca zonele cu cel mai inalt grad de poluar e sunt orasele iar viteza de
deplasare in oras este aproximativ intre 1-80 km/h. Acumulatorii pentru motorul
hibrid folosesc 2 surse de incarcare. Prima sursa e ste priza normala iar a doua sursa
este energia data de masina aflata in miscare (un p rincipiu asemanator cu cel al
dinamului).
Fiind o tehnologie noua, putem fi siguri ca va bene ficia de imbunatatiri
constante din partea constructorilor auto. O imbuna tatire recenta fiind chiar sistemul
inteligent de utilizare al pistoanelor in functie d e viteza de deplasare.

Modelul vehiculului electric hibrid

23 Se consideră un vehicul electric hibrid cu structur ă de tip paralel. In regimul
de motor, mașina electrică furnizează putere la roț i, fiind alimentată de la baterie. în
regim de generator, ea va prelua energia cinetică d e la roți și o va transforma în
energie electrică stocată în baterie. La puteri mar i, când cuplul cerut de șofer TSofer
depășește cuplul motorului termic TMT , mașina electrică va furniza de asemenea
putere TME la roți:

TSofer = TMT+ TME

La frânare, mașina electrică va recupera energie, c are, la vehiculul clasic, se
pierde prin frecare în sistemul de frânare mecanic. Algoritmul de management al
energiei are în vedere modul de furnizare a puterii electrice TME , pe baza stării de
încărcare a bateriei, cu scopul de a folosi motorul termic la un punct de funcționare
cât mai eficient.

2. Solutii

2.1. Toyota Hybrid Synergy Drive

Scurt istoric Hybrid Synergy Drive Cu tehnologia ac tuală, niciun tip de motor
sau combustibil nu poate oferi soluția optimă de pr opulsie, fără emisii poluante, dar
și fără compromis în ce privește performanța. Fieca re are avantaje și dezavantaje.
Însă în această dilemă Toyota a găsit răspunsul – c ombinarea avantajelor a două
tipuri de motoare într-unul hibrid integral, care e ste mai curat, mai eficient și la fel
de performant ca unul convențional.
În 1997, Toyota a lansat modelul Prius, primul auto vehicul hibrid integral
(benzină-electric) produs în serie, și de atunci a vândut peste 2,2 milioane de unități.
În prezent, Prius a ajuns la a III-a generație, est e și mai eficient, mai curat și mai
puternic și deține supremația în categoria mașinilo r de serie prietenoase cu mediul.
Cum funcționează un hibrid integral?
Cel mai mare avantaj al tehnologiei hibrid este ges tionarea inteligentă a
fluxurilor de energie provenite de la două surse de putere diferite, astfel încât
fiecare aspect al condusului să fie optimizat. Majo ritatea autovehiculelor hibrid
folosesc ca sursă principală de putere un motor ult ra-eficient pe benzină, ajutat de
un motor electric fără emisii, alimentat de un acum ulator. Acesta se reîncarcă în
timpul condusului, frânării și decelerării. Spre de osebire de autovehiculele hibride
obișnuite, mașinile hibrid integral Toyota pot folo si fie oricare dintre cele două
motoare (doar electric pentru un condus eco sau doa r benzină pentru mai multă
putere), fie cele două surse de putere împreună (el ectric-benzină pentru un condus
eficient). Menținându-se de peste 10 ani lider al t ehnologiei hibrid, Toyota a creat o
nouă generație de misionari ai brand-ului. Sunt per soane deschise la nou, cu un pas
înaintea tendințelor, conștiente de responsabilitat ea pe care noi toți o avem pentru
mediul înconjurător. În același timp însă, sunt per soane active și care nu acceptă
compromisuri; ei apreciază și performanțele dinamic e ale unui automobil, puterea,
accelerația și comportamentul agil pe șosea. Din ac eastă perspectivă, sistemul hibrid

24 integral de la Toyota, Hybrid Synergy Drive®, repre zintă soluția ideală. Este un
sistem de propulsie revoluționar, care reușește un aparent paradox: să ofere o
eficiență maximă în exploatare (consum redus de com bustibil, emisii reduse – atât
CO 2, dar, spre deosebire de Diesel, și NOx și particul e PM), în condițiile unor
performanțe dinamice de excepție. În plus, mașinile oferă un confort sporit prin
gradul înalt de silențiozitate, dar și prin nivelul superior de echipare.
Acestea sunt premisele sub care a luat naștere noul Auris HSD. O
personalitate Eco, ce oferă dinamică fără compromis uri.

2.2. Toyota Auris HSD

Auris HSD este primul vehicul din clasa sa ce ofera experienta propulsiei
integral hibride.

Avansatul sistem integral hibrid al modelului Auris HSD utilizează o
combinație inteligentă între două motoare electrice și un motor de 1,8 litri VVTi pe
benzină.
Această tehnologie hibridă echipează pe plan mondia l peste 2 milioane de
vehicule Toyota. Adăugați la aceasta forma optimiza tă a caroseriei și veți obține un
vehicul lider de clasă în domeniul performanțelor a erodinamice.
Rezultatul este o experiență a condusului caracteri zată prin putere, eficiență și
rafinament, caracteristici amplificate de transmisi a automată continuu variabilă.1,8
capacitatea cilindrică a motorului
Caracteristici de consum de lider de clasă
Vă puteți deplasa până la 1200 km cu un plin de car burant.Consum mixt 4,0
l/100 km cu jante din aliaj de 17”.
Hibrid integral avansat
Tehnologia avansată a sistemului hibrid integral pe rmite atingerea unor
niveluri superioare de putere și performanță pentru fiecare din sursele de
propulsie.Bucurați-vă de silențiozitatea și impactu l minim asupra mediului specifice
modului de conducere integral electric.
Eficiență și putere
Motorul compact, ultra-ușor, de 1,8 litri, VVT-i, e ste efficient și puternic.
Cuplul maxim este de 142Nm la 4000 rpm.
Performanțe instantanee
Auris dispune de o putere totală de 136 DIN cp, acc elerând de la 0 la 100
km/h în 11,4 secunde.

25 2.3. TOYOTA PRIUS HYBRID

Din anul 1999 pana in anul 2008 TOYOTA a primit o multime de premii
importante castigate multumita motoarelor ecologice fabricate de-a lungul timpului.
Motorul folosit de TOYOTA pentru noua PRIUS a casti gat premiul “MOTORUL
VERDE AL ANULUI” lansand modelul PRIUS HYBRID, prin tre cele mai
ecologice dar si puternice masini de familie create .

TOYOTA HYBRID SYNERGY DRIVE (numele motorului dat d e TOYOTA) combina
un motor de 1,5 litri pe benzina cu un motor electr ic compact dar puternic, transformand Prius in
cea mai curata masina de familie din lume care emit e doar 104g/km de dioxid de carbon avand
nivelul oficial de consum de 4,3 l/100 km. Modelul poate atinge 100 de km in doar 11 secunde, cu
3 secunde mai putin decat modelul sau anterior.

Sistemul avansat de control hibrid asigura o tinuta de drum exceptionala.
Accelerarea este mare, iar zgomotele si vibratiile sunt minime transfomand acest
model intr-un hibrid perfect pentru familie.
TOYOTA HYBRID SYNERGY DRIVE ofera performanta, eleg anta si
confortul masinii de familie, dar in acelasi timp o fera performantele ecologice ale
unei masini compacte. Noul model este dotat cu un s asiu marit ce permite obtinerea
unui spatiu maxim pentru depozitarea bagajelor in i nterior, nemodificand forma
eleganta a masinii. Dotat cu frana de mana electric a controlata prin simpla atingere
a unui buton, comenzi audio si de climatizare integ rate in volan si comenzi
Bluetooth care permit efectuarea legaturilor telefo nice cu ajutorul volanului,
interiorul fiind tapitat cu piele, noua versiune a celor de la TOYOTA ofera eleganta
si confort dar totodata si cai putere. Prius Hybri d va fi mult mai mare decat cea din
prezent avand un motor mai puternic si un sistem ma i solid.

3. Motorul viitorului: pila de combustie

In timp ce politicienii se chinuiesc sa “salveze lu mea” prin limitarea
nivelurilor de emisii poluante (intre care se numar a si gazele de esapament ale
masinilor), oamenii de stiinta s-au mobilizat exemp lar si au creat o sursa de
propulsie alternativa, aproape complet nepoluanta: pila de combustie. Marii

26 producatori de automobile investesc sume uriase in “motorul viitorului”, dar, in
paralel, promoveaza si dezvoltarea sistemelor hibri de – un motor cu ardere interna
“clasic” (ultraperfectionat) si un motor electric, care par a cistiga tot mai mult teren.
Desi promitatoare din punctul de vedere al reduceri i poluarii, sistemele hibride nu
pot, nici in varianta cea mai perfectionata, imagin abila, sa elimine complet
problema emisiilor poluante, asa cum fac pilele de combustie. Din acest motiv,
motorul hibrid este privit ca un fel de tehnologie “interimara”, un pas premergator
introducerii “motorului perfect”, ecologic si cel p utin la fel de puternic ca
“stramosii” sai. Vehiculele actionate de pile de co mbustie folosesc hidrogen, unicul
produs “rezidual” fiind apa, de o puritate care o f ace apta consumului uman.
Principiul este simplu: hidrogenul este combinat cu oxigenul prin intermediul unui
catalizator, care converteste energia chimica in en ergie electrica, aceasta din urma
asigurind alimentarea unui motor, evident, electric .
O problema majora: reteaua de alimentare. Din pacat e, costul urias al
construirii unei noi infrastructuri necesare distri buirii in masa a hidrogenului (statii
de “hidrogenarie” care sa inlocuiasca actualele ben zinarii) reprezinta un mare
obstacol in calea progresului. Pina cind hidrogenul va fi disponibil “la pompa”, el
poate fi produs chiar in masina, din combustibili f osili precum benzina sau
motorina. Acest proces este si el poluant, dar doar la jumatate din valoarea celui mai
putin poluant motor classic. Alte probleme care tre neaza introducerea pilelor de
combustie sint de ordin tehnic si operational, dar si psihologic. Spre exemplu, cea
mai refractara piata la motoarele ecologice este ce a americana, una din cele mai
mari din lume. Americanul dispune de benzina ieftin a la discretie, nevazind
utilitatea unui vehicul care consuma mai putin comb ustibil, sau altceva decit
benzina.Schimbarea acestei mentalitati va fi un pro ces greoi si indelungat. Cu toate
acestea, cei mai interesati, politic si economic, d e “propulsia alternativa” sint
americanii si japonezii. Aproape toate centrele de cercetare americane lucreaza la o
versiune proprie, despre care spera ca va deveni st andardul in domeniu, sau, cel
putin, unul dintre sistemele cele mai raspindite.

Pilele de combustibil cu cel mai mare potențial pen tru aplicațiile industriei
auto sunt Pilele de Combustibil cu Membrane cu Schi mb Protonic (PCMSP).
Avantajul principal al PCMSP este capacitatea sa de a opera la temperaturi relativ
scăzute (care reduce timpul de pornire). Electrozii pilei sunt realizați din grafit și
sunt amplasați astfel, pentru a permite o trecere u șoară a reactanților, păstrând
contactul electric cu electrolitul. La anod, hidrog enul este disociat catalitic, pentru a
părăsi ionii de hidrogen. Un circuit extern conduce electronii, în timp ce ionii
pozitivi migrează prin membrana electrolitică spre catod. Acolo ei se combină cu
oxigenul și electronii din circuitul extern pentru a formă apă.

Combustibilul preferat al pilelor de combustibil es te hidrogenul, din cauza
ușurinței cu care elementul poate forma ioni. Acest gaz este extrem de combustibil
și are un conținut ridicat de energie. Cu toate ace stea, densitatea scăzută a
hidrogenului a provocat o competiție tehnologică la proiectarea sistemelor de
stocare pe bază de hidrogen, folosite la bordul aut omobilelor. La aceiași

27 temperatură și presiune a camerei, pentru a stoca o cantitate echivalentă de energie,
ce se conține într-un rezervor tipic de benzină, ar fi nevoie de un rezervor de
hidrogen cu un volum de aproximativ 800 de ori mai mare.
Cu toate acestea, au fost elaborate trei soluții pr incipale de stocare a
hidrogenului:
 Compresie – gazul este stocat în butelii cu o presi une de până la 7000
de ori mai mari decât cea atmosferică;
 Sisteme criogenice – acestea mențin o temperatură s căzută, necesară
lichefierii hidrogenului (-253° C);
 hidruri de metal – aliaje speciale din metal, ce ab sorb hidrogenul atunci
când este sub presiune.

O abordare care ar evita problemele de stocare a hi drogenului este de a
reforma, la bordul mașinii, un combustibil bogat în hidrogen, generând astfel gazul
necesar atunci când este nevoie. Deoarece reformato rii au nevoie de un timp rapid
de răspuns, ar fi preferați combustibili ce pot fi prelucrați la temperaturi relativ
scăzute. Dintre combustibilii lichizi, metanolul es te unic, datorită faptului că poate
fi reformat la 260° C, comparativ cu 600-900° C nec esare benzinei, etanolului,
gazului natural și a propanului. Prin urmare, metan olul este considerat cel mai
important candidat la reformarea combustibilului la bordul automobilului. Cu toate
acestea, în cazul în care hidrogenul va fi adoptat pe scară largă, realimentarea va
deveni un proces foarte diferit. Deși realimentarea cu hidrogen este încă în curs de
dezvoltare, acesta oricum implică utilizarea unei c onexiuni flexibile între aparatul
distribuitor și automobil, unde se creează un siste m sigilat.

Având în vedere că automobilele cu hidrogen reprezi ntă ceva nou pentru
industria auto, există puține stații de realimentar e cu hidrogen în toată lumea. Cu
toate acestea, numărul stațiilor este în creștere, odată cu apariția programelor de
demonstrație a vehiculelor cu pile de combustibil, desfășurate în S.U.A., Europa și
Orientul Îndepărtat. Prin urmare, tot mai multe sta ții cu hidrogen (unele din ele fiind
accesibile publicului larg) sunt construite în oraș e din toată Europa, fiind deja
prezente în Amsterdam, Barcelona, Hamburg, Londra, Luxemburg, Madrid, Porto,
Reykjavik, Stockholm și Stuttgart.
Automobilele cu pile de combustibil sunt mult mai e ficiente din punct de
vedere a energiei, comparativ cu cele convenționale – sistemele cu propulsie
electrică sunt mult mai potrivite pentru operațiile de oprire-pornire și practic nu
utilizează deloc energie, atunci când staționează. De asemenea, frânele regenerative
îmbunătățesc eficiența consumului de combustibil cu până la 20%. Dacă la
producerea hidrogenului se utilizează energie regen erabilă, atunci ciclul de viață al
emisiilor de gaze cu efect de seră sunt practic zer o. Cu excepția vaporilor de apă,
acesta este un adevărat automobil cu zero emisii.

Estimările bazate pe unele modele sugerează un cicl u de viață foarte scăzut a
emisiilor reglementate, asociate cu automobilele cu pile de combustibil. Emisiile

28 reglementate din Marea Britanie a vehiculelor cu pi le de combustibil pe bază de
hidrogen se anticipează a fi semnificativ mai mici decât a celor pe benzină, emisiile
NOx fiind reduse cu până la 70%. Ca și în cazul emi siilor de gaze cu efect de seră,
în cazul în care este utilizată energia regenerabil ă pentru producerea hidrogenului ca
combustibil, atunci emisiile reglementate sunt din nou egale cu zero.

Deoarece automobilele cu pile de combustibil nu au intrat încă în producția
comercială, nimeni nu poate prezice cu certitudine cât de mult va costa întreținerea
unui automobil cu pile de combustibil, dar este foa rte probabil ca prețul de achiziție
a acestora să fie mult mai mare, decât a celor pe b enzină sau diesel (până la 100%).
Cu toate acestea, prețul va scădea, dacă va fi prod us un număr suficient de
automobile cu pile de combustibil. Prezicerea costu rilor de întreținere este dificilă
din cauza incertitudinilor cu privire la metoda de producție a cererii de combustibil
pe bază de hidrogen. Cel puțin, costurile mari de a chiziție ar putea fi compensate de
costurile mai mici a carburanților (datorită econom iei mare de combustibil a
automobilelor cu pile de combustibil). De asemenea, costurile de service, întreținere
și reparație pentru mașinile cu pile de combustibil rămân a fi necunoscute, deși
acestea se prognozează de a fi mai mici, decât la m așinile convenționale, din cauza
numărului redus de piese în mișcare într-un motor c u pile de combustibil.

În prezent, nici un automobil alimentat cu pile de combustibil nu este produs
în serie. Cu toate acestea, situația ar putea să se schimbe dramatic în următorii ani.
Pe străzile din Marea Britanie, deja sunt utilizate vehicule demonstrative cu pile de
combustibil, printre acestea fiind câteva cab-uri ( taxi-uri) negre și autobuze
Mercedes-Benz Citaro. Autobuzele au fost folosite c a parte a programului european
„Transport Urban mai Curat pentru Europa” (TUCE), c are a durat din 2003 până în
2007 și a demonstrat cu succes potențialul hidrogen ului, odată cu cele 30 de
autobuze cu pile de combustibil din întreaga Europă .

La nivel mondial, au fost dezvoltate câteva sute de prototipuri auto cu pile de
combustibil, iar câteva dintre acestea se folosesc de unele companii și agenții
guvernamentale în flotele sale de automobile – aces tea includ câteva exemplare
Mercedes-Benz Clasa A F-Cell (Berlin) și Honda FCX Clarity (California). Multe
din acestea folosesc un motor cu pile de combustibi l dezvoltat de compania Ballard
Power Systems din Canada, una dintre primele compan ii ce au realizat potențialul
tehnologiei pilelor de combustibil. Totuși, aproape fiecare producător de automobile
are în programul său de dezvoltare și un model cu p ile de combustie. Singura
întrebare rămâne a fi cât timp va dura, înainte ca prima mașină cu pile de
combustibil să apară într-un showroom.

În Marea Britanie, spre exemplu, „London Hydrogen P artnership”
coordonează activitățile de parteneriat pentru a ex plora unele barieri asociate cu
adoptarea vehiculelor cu pile de combustibil. Parte neriatul cercetează condițiile
necesare pentru o infrastructură de realimentare cu hidrogen în Londra, precum și

29 costurile de investigație și timpul necesar punerii în aplicare în capitală a
vehiculelor cu pile de combustibil.
(În imaginea de mai jos: Honda FCX Clarity, model a l anului 2010)