Franarea. Incarcarea Acumulatorilor

FRÂNAREA. ÎNCĂRCAREA ACUMULATORILOR (ÎNCĂRCAREA REGENERATIVĂ)

Rezumatul lucrării

Lucrarea de față a descris tehnica frânării regenerative, metodele de realizare și control, principiile funcționării vehiculelor hibrid pe baza cercetărilor teoretice din domeniu și prin prisma inovațiilor din ultmii ani.

Sunt tratate aspectele energetice, avantajele utilizării vehiculelor hibrid, reducerile de combustibil, de emisii; metode de implementare a frânei regenerative, prezentarea tipurilor de baterii utilizate, cu caracteristici (tensiune, autonomie etc.), principiul de funcționare al frânei recuperative, funcționarea motorului electric și a generatorului.

Deoarece în ultimii ani, în toate țările, transportul urban ridică probleme specifice și produce daune importante politice, sociale și de mediu: poluare, zgomot, stres. Considerat o soluție de viitor pentru reducerea substanțială a emisiilor poluante, constructorii au dezvoltat sisteme hibride din ce în ce mai avansate, o parte dintre acestea este prezentată în subcapitolul dedicat realizărilor de vârf în domeniu, dar sunt detaliate și implicațiile economice în urma implementării unui astfel de sistem sau în urma achiziționării unui automobil electric sau hibrid.

În urma acestor aspecte sunt prezentate și câteva concluzii cu privire la tema licenței, punctul esențial fiind că cea mai mare controversă din lumea auto din ultimele decenii este, fără îndoială, mașina hibrid. Hibridul reprezinta calea spre viitorul automobilismului, dar și cea mai bună soluție a prezentului. Mașina hibrid din zilele noastre folosește atât motorul cu combustie pe benzină cât și un sistem electric care redistribuie energia uzată. Aceasta duce la reducerea masivă a emisiilor de dioxid de carbon. Acest lucru este semnificativ în contextul în care pentru campaniile de luptă împotriva încălzirii globale acest lucru reprezintă preocuparea numărul unu la momentul actual.

Conluzia principală este că trăim în decada mașinilor electrice și hibrid, dar ca să fim eco în materie de automobile ne costă foarte mult, deoarece aceste mașini au un preț pe care nu și-l poate permite orice persoană.

Există o mulțime de beneficii ale mașinilor hibrid, care fac mașina hibridă electrică un produs valoros și important pentru noi. Cel mai important ar fi economia de combustibil prin oprirea motorului care ajută și la economisirea energiei. Ajută la reducerea poluării fonice, deoarece motorul este foarte silențios, nu produce noxe și astfel protejăm mediul înconjurător.

FRÂNAREA REGENERATIVĂ

I.1 Problematica frânării regenerative (principii de bază)

Încălzirea globală, epuizarea resurselor minetale și poluarea în aglomerațiile urbane constituie probleme care trebuie soluționate în noul secol, impunându-se, totodată, noi standarde pentru sistemele de propulsie ale automobilelor [1].

De fiecare dată când este apăsată pedala de frâne se risipește energie. Fizica ne spune că energia nu poate fi distrusă. Așadar, atunci când mașina încetinește, energia cinetică ce propulsa vehiculul înainte trebuie să se ducă undeva. O mare parte din ea pur și simplu de disipă ca și căldură și devine inutilă. Acea energie, care ar fi putut fi folosită, este pur și simplu risipită [2].

Sistemele de frânare regenerativă sunt din ce în ce mai populare în rândul constructorilor de automobile. Acestea folosesc un motor electric sau un alternator pentru a dezvolta curent electric pe măsură de vehiculul încetinește, recuperând o parte din energia cinetică pierdută în mod normal la decelerare.

În cazul hibrizilor, sistemele de frânare regenerativă folosesc un motor electric mai mare și o baterie dedicată, în unele cazuri respectivele elemente fiind necesare și pentru propulsia propriu-zisă [3].

În acest sens, inginerii industriei auto au găsit soluția într-un sistem de frânare ce poate recapta mare parte din energia cinetică a mașinii, convertind-o în energie electrică, astfel că poate fi folosită pentru a reîncărca bateria/bateriile. Acest sistem este numit frânare regenerativă.

În prezent, aceste sisteme de frânare par să echipeze aproape toate modelele noi ce apar pe piață, fie că sunt mașini electrice sau hibride (de exemplu BWM Seria 7 Active Hybrid, Lexus RX400h, etc). Totuși, tehnologia a fost introdusă pentru prima oară pe tramvaie și a fost ulterior folosită pe biciclete electrice și chiar pe mașini de Formula 1 [2].

Într-un sistem tradițional de frânare, plăcuțele de frână produc frecare cu discul pentru a încetini și opri vehiculul. În plus, se produce frecare între roțile încetinite și suprafața de rulare. Această frecare convertește energia cinetică a mașinii în căldură.

În cazul frânarii regenerative, pe de altă parte, sistemul ce propulsează vehiculul efectuează majoritatea frânării. Când șoferul apasă pedala de frână a unui model electric sau hibrid, acest sistem de frânare pune motorul electric în modul invers, făcând astfel posibilă învârtirea lui în sens contrar, astfel încetinind roțile mașinii. În timp ce acesta se învârte invers, motorul se comportă ca un generator electric, producând electricitate ce alimentează deseori bateriile. Aceste tipuri de sisteme de frânare lucrează și au eficiențe diferite la diferite viteze. De fapt, ele au eficiență maximă în cazul situațiilor de condus urban, cu multe opriri și porniri.

Ca și backup pentru situațiile în care frânarea regenerativă nu oferă suficientă putere de oprire, hibridele și autovehiculele electrice au de asemenea și sisteme convenționale de frânare. Pedala de frână poate răspunde diferit la presiune și de aceea, uneori, va avea o cursă mai lungă decât în mod normal, însă este normal acest lucru.

Frânarea regenerativă presupune recuperarea parțială a energiei cinetice a vehiculului și stocarea acesteia sub diverse forme (încărcarea unui acumulator sau a unui rezervor cu gaz sau lichid sub presiune), pentru ca, în final, să poata fi utilizată ulterior.

În cazul sistemelor de frânare convențională, întreaga energie cinetică este „pierdută“, fiind convertită în căldură inutilizabilă, rezultată din frecarea dintre discuri și plăcuțele de frâna (sau dintre tamburi și saboți).

Frânarea regenerativă, care întoarce energia în baterie și nu frânei sub forma de caldură, se realizează pe 3 căi: eliberând pedala de acceleratie, schimbând direcția de mers sau apăsând frâna. Utilizarea frânei regenerative prelungește fiabilitatea frânelor.

Trăsătura caracteristică a rampei de pornire o reprezintă torsiunea adițională necesară pentru eliminarea alunecării înapoi atunci când se înclină. Un tester monitorizează constant temperatura celor două dacă se apropie de limita maxima admisă, acesta reduce treptat sursa de curent. Când temperatura revine la normal, puterea revine automat. Acest sistem oferă un nou nivel de protecție și reduce semnificativ riscurile unui motor ars.

Pentru tehnologii diferite ale autovehiculelor, sistemele de stocare a energiei (SSE) sunt utilizate în mod diferit. Vehiculele electrice hibride (VEH) sunt împărțite în trei categorii, în funcție de tipul sursei de energie electrică: VE, VEH si VEHP. Un VE folosește SSE ca sursă unică energie. Din punct de vedere tehnic, un VE nu poate fi considerat un vehicul electric hibrid. SSE al unui vehicul electric se încarcă exclusiv de la o rețea de energie electrică, mai putin în cazul în care acesta execută frânarea cu recuperarea energiei. Autonomia vehiculului rezultată în urma unei singure încărcări complete este direct legată de capacitatea sistemului de stocare a energiei. Pe de altă parte, un VEH are la bord mai multe surse de energie. Într-un VEH motorul cu ardere internă sau pila de combustie sunt de obicei hibridizate cu un sistem de stocare a energiei electrice. SSE electrice pot fi alimentate de către motorul cu ardere internă sau de către pila de combustie, în funcție de necesarul de putere, nefiind nevoie de o sursă externă de energie. Un VEHP este de asemenea un vehicul electric hibrid , dar care are sistem de stocare a energiei electrice cu alimentarea de către motorul cu ardere internă sau pilă de combustie, dar și de la o rețea externă de energie electrică.

În cadrul VEHP, dimensionarea sistemului de stocare a energiei se face ținând seama de capacitatea de stocare a energiei electrice (kWh) și de puterea ce poate fi asigurată (kW), dar trebuie luat în considerare numărul de cicluri încărcare/descărcare precum și costul sistemului.

Principiul funcționării vehiculului hibrid:

Vehicului hibrid are un motor clasic, cu aprindere internă care este mult mai mic, deoarece s-a demonstrat că un motor redus are un randament mai bun pentru o caroserie bine proporționată. În principiu, se folosesc motoare de 1,5, maximum 2 litri, echipate cu sistem de management al cilindrilor, pentru o economie de carburant. Motorul electric este alimentat de la o baterie dispusă de regulă sub podeaua mașinii, astfel încât să nu ocupe din spațiul pentru bagaje. Transmisia este comună și, dacă primele variante de hibride erau acționate de cele două motoare dispuse în serie (motorul cu benzină acționa un generator care încărca bateria, iar bateria acționa motorul electric), acum toate modelele au motoarele dispuse în paralel, lucrând împreună astfel că, în orice moment, puterea celor două propulsoare se cumulează și poate depăși 200 CP, cu un consum de 5-6 litri la 100 km.

Pentru a creste randamentul, proiectanții au căutat noi soluții care să asigure un consum cât mai mic și o încărcare cât mai eficientă a acumulatorului. S-a modificat aerodinamica, greutatea mașinii chiar și calitatea cauciucurilor. Specialistii au dezvoltat electromotorul care în timpul frânării se transformă în generator. În timpul unei frânări cu un vehicul clasic, energia cinetică pe care o are mașina în mișcare se transmite discurilor de frână, care o risipesc mai departe în atmosfera sub formă de caldură. Producătorii de vehicule hibride s-au gandit că pot folosi această energie și astfel au redirijat-o către electromotor, care o transformă în curent electric, așa cum face alternatorul de pe o mașină obișnuită. În plus, ajută la frânarea propriu-zisă, făcând-o mai eficientă. De aceea, orice apăsare pe pedala de frână încarcă bateria. Dacă în situații extreme bateria este foarte descărcată și nu mai poate roti electromotorul, se poate cupla doar motorul cu benzină, iar acumulatorul se încarcă rapid.

La accelerarea de pornire, motorul electric porneste încet, autovehiculul se mișcă imediat și combustibilul clasic nu se consumă, motorul clasic nefind folosit. Până la o anumită viteză se poate rula doar cu motorul electric. ,,Electric power assist” sau EPA, energia motorului electric combinată cu motorul clasic, pe benzină, tractează mașina. Pentru obținerea unei viteze mai mari, EPA combinată cu motorul clasic aduce mașina la viteza dorită.

Încărcarea inteligentă ajută la determinarea celui mai bun moment pentru încărcarea bateriei hibridului. Combustibilul produce puterea autovehicolului, în timp ce generatorul încarcă bateria electrică. La frânare sau la ridicarea piciorului de pe accelerație, nu se mai consuma benzina și mașina încetinește. În acest moment, se încarcă bateria electrică.

Turația lină, abia perceptibilă, sunt controlate de sistemul hibrid pentru o rulare uniformă, acestor vehicule fiindu-le caracteristică silențiozitatea motorului. Frânarea, care regenerează bateria, produce energia cinetică care este convertită în energie electrică și stocată în bateria hibridului, iar la stop nu se consumă benzină, ci se trece pe funcția auto-stop, care permite economia de combustibil clasic și micșorarea consumului acestuia.

I.2 Aspecte energetice asupra problemei (câștigul energetic)

Până acum, frânarea însemna pierdere de energie. Sistemul de recuperare a energiei la frânare schimbă acest lucru: atunci când este acționată frâna, energia este recuperată și bateria este încărcată. Acest lucru reduce presiunea de pe motor, reduce emisiile și economisește combustibil.

Generarea de rarea de energie electrică avută în vedere are și un alt avantaj. La accelerarea completă, motorul are și forța de propulsie la dispoziția sa, care altfel ar fi canalizată spre încărcarea bateriei în sistemele convenționale. Rezultatul este o creștere nu numai a eficienței costurilor, ci și a plăcerii de a conduce [4].

Energia este cheltuită în diferite moduri. O parte din ea este pierdută definitiv, de exemplu, cea pierdută din cauza frecărilor interne din motor, din fluxul conducător, iar o parte se pierde prin frânare. Energia cinetică poate fi recuperată dacă există o soluție care poate face recuperarea [5].

Autocamioanele și autobuzele folosesc frecările motorului, frânarile roților și dispozitivele de frânare – întârziere pentru a învinge energia cinetică liberă născută în vehicul prin lucrul mecanic al motorului. Astfel de sisteme descarcă energia cinetică liberă în afară sub forma de căldură, și /sau presiune și zgomot – ce niciodată nu vor fi recuperate.

În prezent, principalele cerințe impuse sistemelor de propulsie pentru autovehicule sunt legate de reducerea emisiilor care contribuie la încălzirea globală și utilizarea altor resurse energetice decât cele petroliere, deoarece acestea sunt limitate, iar necesarul de consum este în continuă creștere.

Preocupările principale, legate direct de sistemele de recuperare a energiei cinetice la frânare, au pornit de la necesitatea economisirii combustibililor folosiți la alimentarea autovehiculelor. Ulterior problemele importante în atenția cercetatorilor au devenit:

• Recuperarea energiei de frânare în tandem cu conservarea sistemului de frânare existent, printr-o nouă tehnologie;

• Fundamentarea teoretico-experimentală pentru alternativa hidraulică sau electrică de recuperare a energiei cinetice în faza de frânare.

Pentru a rezolva problematica resurselor limitate și a poluării, s-au dezvoltat o serie de soluții tehnice care înseamnă schimbări radicale ale sistemelor de propulsie. Pilele de combustibil utilizează hidrogenul și emit doar vapori de apă. Biocombustibilii utilizează ca materie primă plantele. Autovehiculele electrice utilizează baterii reîncărcabile, iar soluțiile hibride se bazează pe o combinație a motorului convențional cu o sursă alternativă (de exemplu electrică sau hidraulică) [6, 7, 8, 9].

Sistemele hidraulice aplicate la autovehicule au arătat ca este o soluție destul de fiabilă. Economia de combustibil obținută este de 70% și reducerea de CO2 de 40%. Iar tehnologia unică de recuperare a energiei întimpul frânarii reduce uzura frânelor cu 75% reducând costurile de mentenanță [1, 10].

Într-un ciclu de lucru al autovehiculului, format dintr-o perioadă de accelerare, una de rulare cu viteză constantă și una de decelerare, se constată că puterea necesară, în prima fază, este mult mai mare decât cea necesară rulării cu viteză constantă. Se admite ipoteza că, în faza de frânare, motorul termic funcționează la turația de mers încet în gol. Prin frânarea automobilului, energia cinetică dobândită prin accelerare se transformă în energie calorică în sistemul de frânare și se pierde ireversibil. Se pune problema dacă, în faza de frânare, energia cinetică a automobilului nu s-ar putea recupera și stoca în acumulatoare de energie. Datorită faptului că energia poate fi extrasa din aceste acumulatoare și utilizată din nou, se spune că avem de-a face cu sisteme „regenerative” de recuperare.

În unele cazuri, această pondere ajunge până spre 50% din energia totală, așa cum se poate observa în Fig. 1.1, unde Emot este energia necesară a fi furnizată de motor pentru propulsarea autovehiculului, Edis este energia disipată în timpul decelerării, iar Emin este energia necesară pentru propulsie în cazul recuperării totale a energiei disipate. Se poate trage concluzia că se pot realiza aceleași cicluri de deplasare în regim urban cu un motor mai mic – de unde și așa-numitul fenomen de „downsizing” [10].

Fig. 1.1 – Ponderea energiei disipate [11]

În prezent, preocuparea constructorilor de autovehicule pentru reducerea consumului de combustibil și reducerea emisiilor poluante s-a materializat în dezvoltarea de vehicule puțin poluante și cu consum redus de combustibil. Din categoria acestora, pe lângă cele care utilizează gazul natural lichefiat, metanolul sau energia electrică drept surse de energie, fac parte și vehiculele hibride.

Spre deosebire de autovehiculul hibrid-electric care utilizează baterii potențial poluante și grele (densitate de energie redusă), autovehiculul hibrid hidraulic utilizează materiale ușoare și lichide ecologice pentru a propulsa autovehiculul la turații reduse. Deși autovehiculele hibrid-electrice au dovedit că pot reduce la jumătate consumul utilizând energia de frânare, totuși este utilizată numai 30% din energia de frânare [12].

Aceste condiții au stat la baza motivației cercetărilor Agenției de Mediu a SUA pentru sistemul de propulsie hibrid-hidraulic, care utilizează pentru stocarea energiei un sistem hidraulic. În momentul frânării, roțile antrenează o pompă care comprimă azotul, un gaz ieftin și inert. În momentul accelerării, gazul comprimat antrenează în condiții reversibile pompa, sprijinind propulsia autovehiculului.

Autovehiculele hibride, incluzând cele pe benzină, dar care sunt prevăzute și cu un dinam/motor electric și acumulator, dar și cele pe motorină au devenit noile ținte ale consumatorilor americani cu destul de mult timp în urmă, acum atrăgând atenția și celor din Europa cât și din întreaga lume.

Sursa de energie electrică, care atât cât timp există motorul clasic, pe benzină, este de neepuizat, rulează mașina în anumite condiții, cu viteze mici. Motorul hibridului este extrem de silențios, la frânarea autovehiculului încărcându-se motorul electric cu energie atât de valoroasă, fără nici o cheltuială, pe care automobilul o va folosi, economisind din consumul de benzină al motorului clasic [13, 14].

Sistemele hibride de propulsie au, în general, următoarea componență:

– sisteme de convertire a energiei mecanice în alt tip de energie;

– sisteme de stocare a energiei obținute prin convertirea energiei mecanice;

– sisteme de utilizare, pentru propulsie, a energiei stocate.

Sistemele de convertire a energiei mecanice pot fi:

– mecanice;

– mechano-inerțiale,

– mecano-electrice;

– mecano-hidraulice;

– mecano-pneumatice.

Sistemele de stocare a energiei se pot realiza în mai multe moduri, în funcție de componentele tehnice implicate în acest proces. Principalele tipuri de componente utilizate pentru stocarea energiei recuperate sunt clasificate în Fig. 1.2. În Fig. 1.3 sunt prezentate schematic sistemele de acționare pe baza energiei stocate.

Fig. 1.2 – Tipuri de sisteme de stocare a energiei recuperate

Fig. 1.3 – Sisteme de acționare pe baza energiei stocate

I.3 Implementarea frânei regenerative în soluțiile de acționare hibride

Pe plan mondial, au fost concepute diferite soluții de realizare a echipamentelor hibride, în mod special pentru cele cu acționare termo-electrică și cele cu acționare termo-hidraulică.

Una dintre cele mai importante trăsături ale vehiculelor VE și VEH și ale vehiculelor cu celule energetice (FCV) este abilitatea lor de a recupera importante cantități de energie la frânare. Motoarele electrice din VE, VEHH și FCV pot fi controlate să opereze drept generatoare pentru conversia energiei cinetice sau potențiale a masei vehicolelor, în energie electrică care poate fi înmagazinată și apoi refolosită.

Performanța de frânare a unui vehicul este un factor împortant în siguranța vehiculelor. Un sistem de frânare proiectat cu succes pentru un vehicul trebuie să îndeplinească întotdeauna o cerere distinctă pentru a reduce rapid viteza vehicolului și să mențină direcția vehiculului controlabilă prin intermediul volanului. Cel dintâi necesită ca sistemul de frânare să fie capabil sa furnizeze suficientă forță asupra tuturor roților. Cel din urmă necesită o distibuire corespunzătoare a forței de frânare aupra tuturor roților.

În general, cuplul de frânare necesar este mult mai mare decât cuplul pe care îl poate produce un motor electric, în mod deosebit frânarea în condiții grele. În VE, VEH și FCV fricțiunea mecanică a sistemelor de frânare trebuie să coexiste cu frânarea electrică regenerativă. Așadar acesta este un sistem de frânare hibrid. La fel ca la sistemul de propulsie hibrid, sunte multe configurări și strategii de control.

Cu toate acestea, scopul final al proiectării și controlului acestor sisteme este de a asigura perfomanța frânării vehicolului și abilitatea de a recupera cât mai multă energie cu putință [15].

Datorită posibilității de stocare a energiei există trei modalități de utilizare a acesteia pe automobil:

1. Funcționarea motorului cu ardere internă la regimul cel mai economic;

2. Întreruperea funcționării motorului termic atunci când nu este necesară energia furnizată de acesta (la stop, atunci când ar trebui să funcționeze la sarcini foarte mici sau la coborârea unor pante lungi);

3. Stocarea și reutilizarea energiei de frânare prin utilizarea unei mașini electrice reversibile (motor/generator).

În funcție de modalitatea de transmitere a puterii la roțile automobilului se pot identifica două familii de transmisii hibride – HEV (Hybrid Electric Vehicle), Fig. 1.4, [16]:

Transmisii hibride la care motorul termic este asistat de o mașină electrică;

Transmisii hibride la care punțile sunt acționate de către un motor electric alimentat de un generator electric.

Fig. 1.4 – Clasificarea transmisiilor hibride

Vehiculul hibrid constă din diferite părți care sunt responsabile pentru funcționarea eficientă a acestuia. Aceste componente sunt organizate în așa fel încât să poată fi legate între ele pentru a efectua o sarcină de lucru cu o precizie cât mai înaltă. Aceste piese sunt de fapt două tipuri de motoare, cum ar fi motorul electric intern și motorul conventional, care sunt conectate cu ajutorul unui dispozitiv numit dispozitiv de divizare a puterii și generator care este folosit pentru a genera energie electrică, iar în partea din spate a mașinii hibrid este montată o baterie. Practic, mașina hibrid depinde de combinația celor două puteri, și anume, energia electrică și consumul de benzină. Ambele motoare lucrează împreună pentru a conduce mașina eficient și pentru ca procesele implicate să își desfășoare operațiunile specifice mașinii hibrid. Printre aceste procese se numără și frânarea regenerativă. Atunci când șoferul apasă pedala de frâna, energia cinetică a vehiculului este folosită pentru a antrena o pompă reversibilă, ce trimite lichid hidraulic dintr-un acumulator de joasă presiune (un fel de rezervor) într-unul de înaltă presiune. Această presiune este creată de nitrogenul din acumulator, care este comprimat o dată cu împingerea lichidului în spațiul ocupat de gaz. Lichidul rămâne sub presiune în acumulator până când șoferul apasă pedala de accelerație din nou, moment în care pompa este inversată și lichidul sub presiune este folosit pentru a accelera vehiculul, transformând eficient energia cinetică pe care o avea mașina înaintea frânarii în energie mecanică ce ajută la accelerarea vehiculului.

Fig. 1.5 – Elemente implicate în procesul frânării regenerative

Frânarea regenerativă este un mic, însă foarte important pas către independența de combustibilii fosili. Aceste tipuri de frâne permit bateriilor să fie folosite mai mult timp fără necesitatea încărcării de la o sursă externă. De asemenea ele măresc autonomia [2].

Fig. 1.6 – Frânarea regenerativă

Sistemul de frânare regenerativă profită de toată energia cinetică produsă în momentul frânării și o transformă în energie electrică utilă.

Fig. 1.7 – Frânarea regenerativă

Sistemul special de propulsie hibridă beneficiază de avantajele vehiculelor electrice: fără emisii de CO2 pe durata deplasării, de cuplul și performanțele vehiculelor cu motor cu ardere internă și de un nivel foarte redus de zgomot. Iar motorul cu ardere internă este utilizat și ca generator pentru încărcarea acumulatorului de propulsie (un acumulator litiu-ion). Acest nou sistem cu conectare la priză dispune și de un sistem de operare, care selectează modul optim de deplasare cu ajutorul controlului integrat al componentelor EV și a motorului pe benzină, precum și al controlului încărcării electrice optime și a puterii, ținând cont de energia rămasă în acumulator, prin monitorizarea continuă a acumulatorului de propulsie. Sistemul economisește energie și, în același timp, asigură o deplasare confortabilă, sigură și fără griji [17].

Fig. 1.8

Deplasarea cu viteze medii și reduse se face în modul EV, care folosește electricitatea acumulatorului de propulsie. Dacă acumulatorul este descărcat aproape complet, motorul pe benzină pornește automat și începe să încarce acumulatorul, iar vehiculul comută în modul hibrid, cu motoarele funcționând în serie. La deplasarea cu viteze mari, vehiculul comută în modul hibrid, cu motoarele funcționând în paralel și folosește și propulsia asigurată de motorul cu ardere internă, care la turații mari este mai eficientă decât cea a motorului electric. Mai mult, atunci când vehiculul decelerează, se trece în modul recuperare energie, care folosește motoarele ca generatoare, în vederea încărcării acumulatorului de propulsie. Astfel, acest sistem hibrid cu alimentare de la priză controlează optim modurile de deplasare pentru a funcționa în modul „deplasare ca vehicul electric”, „deplasare cu încărcarea acumulatorului” și „deplasare cu ambele motoare” etc.

În plus, pentru maximizarea eficienței utilizării acumulatorului de propulsie, vehiculul este echipat cu un mod de alimentare cu energie, care permite utilizarea unei fracțiuni din puterea bateriei pentru alimentarea aparatelor casnice sau ca sursă de alimentare de urgență, în caz de dezastre naturale.

Modul EV

La viteze medii și mici, acumulatorul de propulsie alimentează motorul din față, folosind tracțiunea pe roțile din față. La deplasarea pe carosabil ud, acoperit cu zăpadă sau în alte situații de aderență scăzută, în care este necesară o tracțiune maximă, sistemul comută automat la modul tracțiune integrală, prin alimentarea cu energie a motorului din spate, atunci când senzorii detectează patinarea roților față [17].

Fig. 1.9 – Modul EV

Modul hibrid, cu motoarele funcționând în serie

Dacă autonomia acumulatorului de propulsie scade la un anumit nivel predeterminat, sistemul pornește motorul cu benzină pentru a genera electricitate și comută automat în modul hibrid, cu motoarele funcționând în serie și folosește energia electrică generată pentru alimentarea motoarelor. La fel ca în modul EV, și în acest mod sistemul comută la tracțiune integrală, prin alimentarea motorului spate în funcție de condițiile de rulare [17].

Fig. 1.10 – Modul hibrid, cu motoarele funcționând în serie

Modul hibrid, cu motoarele funcționând în paralel

La viteze mai mari, automobilul comută în modul hibrid, cu motoarele funcționând în paralel, în care vehiculul este propulsat și de motorul cu benzină, mai eficient la turații mari decât motoarele electrice, pe lângă motorul din față, care propulsează în permanență automobilul. Dacă șoferul schimbă brusc banda de rulare sau efectuează alte manevre, care solicită o stabilitate îmbunătățită a vehiculului, sistemul comută la tracțiune integrală, prin alimentarea motorului spate, în vederea cuplării tracțiunii pe spate și îmbunătățirii stabilității. În plus, dacă este necesară o accelerație mai rapidă, sistemul alimentează atât motorul din față, cât și pe cel din spate, pentru a asigura o putere suplimentară și a asista motorul pe benzină [17].

Fig. 1.11 – Modul hibrid, cu motoarele funcționând în paralel

Modul recuperare

Atunci când vehiculul încetinește sau coboară o pantă, sistemul comută în modul recuperare, în care motoarele față și spate joacă rol de generatoare, care convertesc energia generată de frânare în electricitate, folosită pentru încărcarea acumulatorului de propulsie [17].

Fig. 1.12 – Modul recuperare

Modul încărcare

Acest sistem dispune de 3 posibilități de încărcare a acumulatorului, folosind un sistem de alimentare casnic cu o tensiune de 100 V sau 200V sau o stație de încărcare rapidă, de mare putere. Sistemul dispune și de un program de încărcare de la distanță, care permite proprietarului să înceapă încărcarea bateriei sau să pornească sistemul de aer condiționat la o oră presetată, chiar dacă nu se află în vehicul.

Fig. 1.13 – Modul încărcare

Avantajele propulsiei hibride

Sistemul de propulsie poate rula în mod termic (utilizând motorul cu ardere internă), electric sau combinat. Puterea furnizată de fiecare motor (electric sau termic) este atent monitorizata de sistemele electronice de control pentru a plasa punctul de funcționare al acestora în zonele cu randament ridicat.

Fig. 1.14 – Sistem propulsie hibridă [18]

Datorită faptului că implementând acest sistem, vehiculul poate rula, în anumite condiții de deplasare, exclusiv în mod electric emisiile poluante sunt zero. Acest beneficiu aduce un aport semnificativ mediului din marile aglomerări urbane cu trafic intens.

Acest sistem integrat conține un motor termic cu randament ridicat de 1.5 litri, un motor electric, un generator electric și un mecanism planetar cu roți dințate. Tot acest sistem, datorită compactității, poate fi utilizat cu ușurință în spațiul ocupat de către un motor termic și o transmisie.

Distribuția energiei la frânare în comparație cu viteza obișnuită de condus urban este o informație de mare valoare pentru proiectarea și controlul frânării regenerative. În gama de viteze în care energia la frânare este cea mai disipată, eficiența de operare a motorului electric, care funcționază ca și generator, poate fi de mare interes.

Tabelul nr. 1.1

Parametrii vehiculului [15]

Mecanismul planetar cu roti dințate are rol de cutie de viteze cu variație continuă. Prin varierea turației celor 3 elemente componente (roata solară, platoul port-sateliți și coroană) se obține o variație a vitezei de ieșire similară cu cea a unui CVT (Continuously Variable Transmission – cutie de viteze cu variație continuă) [18].

Fig. 1.15 – Mecanism planetar cu roți dințate [18]

Motorul cu ardere internă este conectat la platoul port-sateliți ai mecanismului planetar. Generatorul electric (MG1) este legat la roata solară iar motorul electric (MG2) este rigidizat la coroana dințată a mecanismului planetar.

Fig. 1.16 – Componentele sistemului de propulsie hibrid [18]

Cuplul de ieșire al coroanei este transmis printr-un lanț la un mecanism reductor cu angrenare simplă și apoi la diferențial unde este amplificat. Mecanismul planetar cu roti dințate este numit și PSD (Power Split Device) deoarece se comporta că un dispozitiv de divizare a puterii. Avantajele acestui sistem mecanic compus din mecanismul planetar, angrenaj simplu și diferențial este reprezentat de fiabilitate și robustețe. Toate componentele au poziții fixe, una în raport cu cealaltă, mișcare fiind doar de rotație, în jurul axelor. Astfel se elimină posibilele defecte și probleme ce pot apărea în cazul utilizării unei cutii CVT clasice sau a uneia automate.

Limitarea turației maxime a motorului la 4500 rot/min permite utilizarea materialelor ușoare pentru componente, îmbunătățește randamentul termic și reduce pierderile prin frecare. Pentru reducerea greutății automobilului blocul motor și chiulasa s-au fabricat din aliaj de aluminiu iar galeria de evacuare din oțel inoxidabil.

Posibilitatea de a utiliza MG1 pe post de demaror/alternator iar MG2 ca generator în regim de frânare a permis o reducere în plus a masei totale a motorului prin eliminarea alternatorului și a demarorului clasic.

MG1 (Generatorul)

Mașina electrică MG1 are trei funcții:

Generator de curent electric – în acest caz este antrenată de motorul termic și produce energie electrică ce este utilizată pentru alimentarea motorului de tracțiune MG2 sau pentru încărcarea bateriilor.

Starter/demaror – este utilizat la pornirea motorului termic.

Motor electric – este utilizat ca variator de turație pentru mecanismul planetar; prin modificarea turației roții solare se variază turația coroanei mecanismului planetar deci viteza automobilului.

MG2 (Motorul electric)

Motorul electric de tracțiune îndeplinește mai multe funcții: propulsează automobilul în domeniul vitezelor și a sarcinilor reduse, asistă motorul termic la tracțiune cînd acesta funcționează în domeniul sarcinilor medii și mari, produce energie electrică când automobilul se afla în regim de frânare.

Motor electric – utilizat pentru deplasarea înainte și înapoi a automobilului.

Generator electric – utilizat în regimul de frânare a automobilului.

Motorul electric de curent alternativ produce o putere maxima constanta de 45 CP între 1040 și 5600 rot/min. Prin intermediul mecanismului planetar, a reductorului simplu și a diferențialului, motorul este conectat tot timpul la rotile punții față. Cuplul maxim de 350 Nm este furnizat la turații joase (aproximativ 400 rot/min) ceea ce-i permite automobilului să demareze și să fie propulsat exclusiv în mod electric.

Mersul înapoi al automobilului este asigurat tot de motorul electric prin inversarea sensului de rotație al acestuia. Selectarea modului de mers înapoi se face acționând un levier de mici dimensiuni aflat în vecinătatea volanului.

Cutia automată cu variație continuă

Practic cutia de viteze este formată din lanțul metalic, mecanismul planetare și reductorul fix. Controlul electronic al puterii celor trei motoare/generatoare (MG1, MG2 și motorul termic) permite varierea turației de ieșire din transmisie deci implicit a vitezei automobilului. Contactul permanent al elementelor transmisiei cu roțile motoare deci lipsa unui ambreiaj sau a unui convertizor de cuplu a permis obținerea de accelerațiilor line, fără șocuri și îmbunătățirea timpului de răspuns la apăsarea pedalei de accelerație.

Bateriile

Bateriile sunt de tipul nichel – hidrură metalică (Ni-MH), conțin 38 de module individuale ce însumat produc 274 V. Pachetul de baterii este montat pe puntea din spate, după scaunele pasagerilor. Această amplasarea permite utilizarea optimă a spațiului din interiorul automobilului pentru sporirea confortului pasagerilor.

Datorita tensiunilor și a curenților mari este interzisă intervenția persoanelor neautorizate asupra bateriilor [18].

Regimurile de funcționare

Modul de funcționare a grupului moto-propulsor (propulsie electrică sau hibridă) sau regimul de funcționare al mașinilor electrice (motor sau generator) poate fi exemplificat prin dependenta turațiilor elementelor mecanismului planetar (solară, platou sateliți și coroană).

Contact

Acest mod corespunde cu poziția „contact” a unui automobil clasic, cu motor termic. În acest mod viteza automobilului este nulă dar sistemul electric este „armat”, bateria este conectată, prin intermediul releului de siguranță, la invertor.

Fig. 1.18 – Contactele [18]

Demarajul automobilului (mod electric)

După punerea contactului, dacă conducătorul auto apasă pedala de accelerație, automobilul începe să se deplaseze fiind propulsat de MG2 care funcționează în regim de motor electric. În acest mod MG1 se va roti în sensul opus de rotație al MG1 deoarece motorul termic, fiind oprit, va imobiliza platoul sateliților din mecanismul planetar.

Fig. 1.19 – Demaraj motor termic [18]

Accelerație ușoară

După pornirea motorului termic dacă conducătorul dorește o accelerație ușoară automobilului, motorul termic își va mări turația peste valoarea lui MG2. În acest caz MG1 va fi antrenată fiind în regim de generator electric. Energia electrică produsă de MG1 este utilizată pentru MG2.

Fig. 1.30 – Funcția accelerație ușoară [18]

Frânare recuperativă

Când conducătorul auto acționează pedala de frână, cu scopul de a reduce viteza automobilului, motorul termic este oprit. În acest mod MG2 va funcționa în regim de generator electric, fiind antrenat de rotile automobilului (frână de motor). Energia produsa de MG2 este utilizată pentru încărcarea bateriilor. MG1 nu va fi alimentat, și se va roti în sens invers față de MG2 datorită turației zero a motorului termic.

Fig. 1.31 – Frânare cu recuperare de energie [18]

Frânarea utilizând MG2 în regim de generator nu înlocuiește sistemul de frânare hidraulic, clasic. În cazul în care conducătorul auto dorește o frânare puternică sistemul hidraulic intervine precum la un automobil convențional. Pentru a determina intensitatea frânării deci implicit necesitatea activării sistemului hidraulic, calculatorul sistemului de frânare utilizează informația provenita de la un senzor de poziție montat pe pedala de frână.

Sunt cunoscute sisteme de recuperare a energiei la vehicule acționate electric, în special, la elevatoarele la care se înmagazinează, în special, energia sistemului de ridicare a sarcinii. Aceste sisteme au dezavantajul că nu sunt aplicabile decât la un tip de vehicule acționate electric. Elaborarea unei metode și realizarea unui echipament compatibil cu sistemul de generare a energiei recuperate astfel încât să se asigure stocarea rapidă a acesteia, precum și atingerea unui nivel ridicat de productivitate, prin evitarea pierderii acesteia, sub formă de căldură sau frecare.

Această metodă constă în utilizarea propulsiei electrice pentru convertirea energiei cinetice, în energie electrică, recuperată pe parcursul decelerării sau frânării. În timpul acestei acționări unitatea de propulsie electrică este separată de sursa primară de energie electrică și este conectată la un acumulator electrostatic cu funcționare temporară și destinat stocării energiei electrice în condițiile unei viteze ridicate de încărcare, tensiunea energiei recuperate reglându-se în funcție de tensiunea optimă de reîncărcare a acumulatorului electrostatic, provizoriu, tensiunea acestuia fiind determinată de nivelul de încărcare al acumulatorului în timp real. Energia electrică recuperată și stocată în acumulatorul electrostatic provizoriu este apoi prelevată direct din acest punct, la finele fazei de frânare sau decelerare a vehiculului, pentru a fi utilizată în următoarea fază de accelerare sau pornire, iar unitatea de propulsie electrică ramâne conectată la acumulatorul electrostatic, provizoriu, numai până când acesta din urmă a atins un nivel prestabilit, de încărcare, urmând ca în momentul în care a fost atins acest minim de încărcare al acumulatorului provizoriu și se continuă faza de accelerare sau de pornire, unitatea de propulsie electrică să fie deconectată de la acumulatorul electrostatic, provizoriu și reconectată la sursa primară de energie electrică.

Acest echipament încorporează un calculator electronic, la ale cărui ieșiri de control, sunt conectate: o unitate pentru controlul sursei de energie electrică și care se amplasează între calculatorul electronic și acumulatorul electrostatic provizoriu și între acesta din urmă și unitatea de propulsie electrică, la intrările calculatorului electronic, fiind conectate dispozitivele consumatorului pentru controlul calității de energie electrică cu care se alimentează unitatea de propulsie electrică și dispozitivele de control ale intensităților de decelerare și de frânare (pedala de accelerație sau cea de frânare), pe baza semnalelor emise de dispozitivele de control care sunt la dispoziția consumatorului, calculatorul electronic controlând:

– sursa primară de energie și acumulatorul provizoriu în ce privește cantitatea de energie, cu care este alimentată unitatea de propulsie electrică;

– unitatea de control a acumulatorului electrostatic provizoriu, în ce privește variațiile de tensiune ale energiei recuperate corespunzător nivelului de încărcare al acumulatorului electrostatic provizoriu;

– conexiunile alternative ale celor două unități de control, la unitățile de propulsie în timpul fazelor de decelerare, schipamentul utilizând și unul sau mai multe supercondensatoare cu rol de acumulatoare electrostatice provizorii, tensiunea nominală a acestora fiind egală cu sau mai mare decât tensiunea nominală a unității de propulsie electrică.

Această metodă prezintă următoarele avantaje:

asigură o utilizare integrală a energiei electrice, recuperate pe parcursul decelerării sau frânării vehiculului;

datorită valorii reduse a rezistențelor interioare dispuse în serie, distribuția energiei de la acumulatoarele electrostatice provizorii în următoarea fază de accelerare sau pornire se face rapid;

prin distribuția directă a energiei de la acumulatorul electrostatic provizoriu, se evită pierderile ulterioare dîn circuitele electrice și asigură astfel atingerea unui nivel maxim al randamentului, pe ansamblul întregului ciclu de recuperare a energiei.

În fig. 1.31 este prezentată schema bloc, de principiu a unui vehicul alimentat cu energie electrică.

Fig. 1.32 – Schema bloc a unui vehicul alimentat cu energie electrică

1 – calculator electronic; 2 – baterie de acumulare; 3 – unitate de control; 5 – acumulator electrostatic provizoriu; 5 – pedala de frână; 6 – pedala de accelerație; 7 – unitate de control; M1, M2 – motoare

Schema din Fig. 1.32 se referă la un vehicul cu patru roți. Acest vehicul cu acționare electrică este prevăzut cu câte o unitate independentă de propulsie, pentru fiecare dintre cele două roți motoare, un circuit de alimentare a unității de propulsie, o unitate de recuperare a energiei electrice, echipată cu unu număr de generatoare de energie și un calculator electronic (Fig. 1.32 – poziția 2) prevăzut cu senzori și elemente de acționare a dispozitivelor de control, prin care se exercită controlul funcțiunilor vehiculului.

Unitatea de propulsie aferentă fiecărei roți motoare este formată din două motoare electrice M1 și M2. Acestea sunt conectate mecanic la un arbore comun. Motorul M1 sau „motorul de pornire” își dezvoltă cuplul de acroșaj la o turație redusă (aprox. 1000 rpm) și se pretează a fi utilizat la asigurarea efortului de împingere, necesar la trecerea de la starea de repaus la cea de accelerare. Motorul M2 denumit și „motor de mers” își dezvoltă cuplul de acroșaj la o turație ridicată (aprox. 3000 rpm) și se utilizează, de preferință, în regim de mers normal.

Punerea în funcțiune sau scoaterea din funcțiunea alternată sau simultană a motoarelor M1 și M2 ale fiecărei unități de propulsie este controlată de calculatorul electronic pe baza cuplului de la arborele motor, măsurat cu ajutorul senzorilor de cuplu și a accelerației cerute de utilizator; accelerația solicitată este semnalizată calculatorului electronic cu ajutorul pedalei de accelerație.

Unitățile de propulsie sunt conectate la roțile motoare cu ajutorul unui cuplaj reglabil sau acționat electric în funcție de valoarea cuplului transmis. Dispozitivele de cuplare se află sub controlul electronic direct, al calculatorului, care determină regimul optim de control sau curenții de pilotare pe baza valorii cuplului transmis de la unitățile de propulsie către respectivele roți motoare.

Motoarele M1 și M2 ale fiecăreia dintre unitățile de propulsie sunt conectate la o baterie de acumulare (Fig. 1.33 – poziția 1), formată din baterii cu tipul de reîncărcare astfel interconectate încât să asigure, cu ajutorul unei unități de control a energiei tensiunile și curenții de alimentare.

Dispozitivele de recuperare a energiei electrice mai sunt conectate și la unitatea de control a energiei. Acestea pot fi de orice tip, pot fi formate chiar din motoarele M1 și M2 care funcționează, pe durata frânării, ca agenți de frânare și care asigură transformarea energiei cinetice absorbite de una sau mai multe celule fotovoltaice și de amortizoare de șoc în energie electrică recuperată. Amortizoarele funcționează ca generatoare liniare de energie electrică și transformă în energie electrică efortul dinamic al suspensiei.

Energia electrică recuperată se stochează în acumulatorul electrostatic (Fig. 1.32 – poziția 5) – operație care decurge rapid și fără pierderi semnificative datorită caracteristicilor sale funcționale. În faza de încărcare a acumulatorului electrostatic provizoriu, tensiunea optimă de încărcare variază odată cu modificarea nivelului de încărcare. Unitatea de control (Fig. 1.32 – poziția 3) variază tensiunea energiei electrice, recuperate în timp real și în corelare cu variația tensiunii optime de încărcare, respectiv în corelare cu starea de încărcare a acumulatorului provizoriu.

De regulă energia necesară în următoarea fază de accelerare sau de pornire este prelevată, integral sau în parte, de la acumulatorul provizoriu evitându-se astfel scurgerile sau pierderile de energie, ce apar la acumulatoarele tradiționale, datorită duratei excesiv de îndelungate de stocare.

La pornire, motoarele M1 și M2 sunt automat comutate de la acumulatorul electrostatic provizoriu la bateria de acumulare cu condiția ca nivelul de încărcare al respectivului acumulator să nu fie peste nivelul minim prestabilit. Eventualele pierderi de sarcină pot fi compensate cu ajutorul celorlalte dispozitive de recuperare a energiei electrice.

În cazul unor faze îndelungate de accelerare sau frânare (spre exemplu pe porțiuni lungi în pantă), cantitatea de energie electrică recuperată și stocată în acumulatorul provizoriu poate atinge un nivel maxim prestabilit. În asemenea cazuri orice cantitate suplimentară de energie furnizată de motoarele M1 și M2 este dirijată cu ajutorul calculatorului direct către bateria de acumulare a sursei primare de energie.

Avantajul constă în aceea că se poate prevedea o unitate de control cu ajutorul căreia să se modifice tensiunea energiei recuperate, în conformitate cu nivelul de încărcare al bateriei, a sursei primare de energie, optimizând astfel stocarea energiei recuperate.

I.4 Realizări de vârf ale constructorilor de automobile

Istoria autovehiculului electric a început la mijlocul anilor 1800 și a ținut recordul de viteză terestră până în 1900 [19].

Primul dintre aceste sisteme a fost dezvăluit de către Flybrid, cântărea 24 de kg și avea o capacitate de energie de 400 kJ. Deținea un impuls de putere maximă de 60 kW (81.6 CP, 80,4 CP), pentru 6,67 secunde, un diametru volant de 20 mm cu greutatea de 5.0 kg și turația de până la 64500 rpm.

Deși General Motors a construit și lansat pe piață între anii 1996–1999 primul automobil electric, EV1 a fost retras de pe piață și reciclat, la presiunea companiilor petroliere și a argumentației unei presupuse lipse de cerere de pe piață. Astfel, anul 2008 reprezintă de fapt începutul erei autovehiculului de serie în totalitate cu alimentare electrică. Este anul în care s-au lansat pe piață diverse concepte de acumulatori cu un randament relativ ridicat și un preț accesibil. Astfel, se preconizează că va putea fi fabricată o mașină electrică performantă de serie pe scară largă și la un preț apropiat de prețul mașinilor pe benzină.

Cei de la Formula 1 au afirmat ca ei încurajează soluțiile care aduc provocări în domeniul mediului, iar FIA a permis utilizarea unui sistem KERS (81 CP, 60kW) în reglajele din Formula 1, sezonul din 2009. Echipele au început testarrea sistemelor încă din 2008. Când KERs a fost introdus în 2009 doar patru echipe l-au utilizat în acel sezon: Ferrari, Renault, BMW, and McLaren. În cele din urmă, pe parcursul sezonului Renault și BMW au renunțat la el. Vodafone McLaren Mercedes a fost prima echipa care a câștigat un F1 GP utilizând acest sistem pe mașina care a fost condusă de Lewis Hamilton la Grand Prix-ul Ungariei în data de 26.07.2009. Cea de-a doua mașină a lor echipată cu KERS a ieșit pe locul al cincilea.

La cursa următoare, Lewis Hamilton a devenit primul pilot care a avut locul întâi pe grila de start, cu o masina KERS, colegul său de echipă, Heikki Kovalainen a fost al doilea. Aceasta a fost, de asemenea, prima dată când în primul rând au fost mașini echipatr KERS. Pe 30 august 2009, Kimi Raikkonen a câștigat Marele Premiu al Belgiei, cu sistemul KERS echipat pe Ferrari. A fost prima dată că sistemul KERS a contribuit direct la o cursă finalizată cu victorie, cu al doilea pilot Giancarlo Fisichella.

Fig. 1.33 – Volantul KERS [20]

În principiu, orice automobil care are motor de tractiune electric este considerat automobil electric. Sursa de alimentare, aflată pe vehicul, poate fi de diverse tipuri, însă, pentru majoritatea covârșitoare a automobilelor electrice realizate până în prezent, sursa este o baterie de acumulatoare electrice.

Printre firmele care au produs autovehicule electrice, se află [21]:

Tesla: Tesla Roadster (2008)

Phoenix Motors (SUA): Phoenix SUV, Phoenix SUT (2008)

Lightning (Regatul Unit): Lightning GT — cel mai rapid electrovehicul până în prezent (2008): 700 CP, 400 km fără intermediară reîncărcare, 1-100 km/h în 4 secunde. Preț: ca. 220.000 euro

General Motors (SUA): Chevrolet Volt (15.12.2010 — livrat în Statele Unite)

Toyota (Japonia): (2010)

Nissan (Japonia): Nissan Leaf (11.2010 în SUA), primul vehicul electric produs în serie

Mercedes (Germania): (2010)

Opel (Germania): Ampera (2011)

Citroën (Franța): Citroën C-Zero (2010)

Peugeot (Franța): Peugeot iOn (2010)

Mitsubishi (Japonia): iMiev (produs din 2009 în Japonia)

De asemenea, în Europa și pe plan mondial există deja automobile electrice în serii limitate: Cityel, Elektrabi, Evergreen (Mini), Kewet, Ligier Optima E, Mega Aixam, Panda Elettrica, Smart Pure Elettrica, Twingo Quickshift Elettrica, Open Start Lab, Pasquali E-Setta, REVA, e-Ka și Twike.

Diverse modele în serii limitate de la Citroen, Peugeot, Fiat, Volkswagen, Skoda și alte firme.

Așa cum s-a menționat, un tip de autovehicul electric este Tesla Roadster, este produs de Tesla Motors.

Fig. 1.34 – Tesla Roadster [19]

Tesla Roadster poate ajunge de la 0 – 100 km/h în mai puțin de 4 secunde, cu o viteză de vărf de 200 km/h. Deoarece nu are ambreiaj, accelerația este foarte bună. Nu contează în ce treaptă de viteză se afla șoferul, accelerația este mereu instantanee.

Distanța depinde de stilul și condițiile de mers. În general, autonomia este în jur de 400 km pe o încărcare (mers combinat: oraș + autostradă).

Printre avantajele conducerii unei mașini electrice se numără reducerea dependenței de combustibil, zero emisii noxe, și un cost de mai puțin de 2 cenți pe o milă condusă. Multe zone oferă locuri de parcare speciale ca un privilegiu pentru automobilele electrice.

Un vehicul electric nu are o mecanică atat de complexă ca unul ce folosește motor cu ardere internă. De exemplu: motorul în 4 timpi al unui automobil convențional are peste 100 de părți mobile, în comparație motorul de la Tesla Roadster are doar unul și anume rotorul. În concluzie, mașina transportă o greutate mai mică și are mai puține piese care se pot defecta în timp. Comparația nu se oprește numai la părțile în mișcare, ci continuă cu cosumul de ulei, filtre, ambreiaj, bujii, filtru de aer, pompă de apă, catalizator, tobă de eșapament etc., toate aceste necesitând service. Toate aceste componente nefiind necesare unui autovehicul electric.

Sistemul de stocare a energiei (SSE)

Atunci cand se doreste construirea unei masini electrice foarte performante, cea mai mare provocare o reprezintă încă de la început, bateriile. Complexitatea lor constă în faptul că sunt grele, scumpe și oferă o putere limitată. Are o calitate care eclipsează toate aceste dezavantaje: e curat din punct de vedere ecologic.

Blocul de baterii de la Tesla Roadster, reprezintă cea mai mare inovație pe care au descoperit-o cei de la Tesla Motors, fiind cele mai avansate tipuri de baterii din lume, combină tehnologia bazată pe Litiu-Ion cu un bloc de baterii unic care prezintă mai multe straturi de izolație. Sunt ușoare, durabile, reciclabile și sunt capabile să dezvolte suficientă putere pentru a accelera autovehiculul de la 0 – 100 km/h în 3,9 secunde.

Motor – multor oameni le este greu să creadă că Tesla Roadster învinge la accelerație un Lamborghini, fiind propulsat de un motor electric de mărimea unui pepene verde.

Mai important decat greutatea motorului este randamentul acestuia. Motoarele construite de Tesla Motors au o eficiență de 85 – 95 %.

Transmisie – Tesla Roadster are doar 2 viteze și îți permite să poți să conduci după bunul plac, indiferent dacă este folosotă treapta de viteză adecvată sau nu, de asemenea nu există pedala de ambreiaj. Odată cuplată în viteză din schimbător, invertorul comandă motorul.

Sistemul Electronic de Comandă al motorului – majoritatea subsistemelor instalate pe Tesla Roadster sunz în totalitate comandate electronic sub supravegherea permanentă unui calculator de bord. Toată partea de comandă este integrată într-un DSP. El controlează cuplul motorului, reîncarcare, frânarea recuperativă și monitorizeaza tensiunea furnizată de baterii, turația motorului și temperatura.

Opel Ampera

Motorul electric Voltec aproape complet silențios dezvoltă un cuplu instantaneu de 370 Nm și o viteză maximă de 160 km/h. Tehnologia revoluționară Opel utilizează electricitatea ca principală sursă de energie și benzina ca pe o sursă secundară pentru a genera energia electrică. Principalele componente ale sistemului de propulsie electrică Voltec sunt pachetul de baterii de forma literei T, un motor electric (111 kW) și un motor-generator de electricitate [22].

Tipul vehiculului: 5 uși, 4 locuri, tracțiune față:

• Baterie: 16 kWh, litiu-ion, răcire cu lichid, reîncărcabilă

• Autonomie baterie: până la 60 de kilometri1

• Timp încărcare baterie: mai puțin de 3 ore1

• Autonomie totală: mai mult de 500 km (folosind generatorul de la bord)1

• Generator: funcționează la un nivel constant de rpm

• Emisie CO2 pentru primii 60 de km: 0 g/100 km1

• Viteza maximă: 161 km/h1

• Putere furnizată: 111 kW/150 cp1

• Cuplu: 370 Nm1 – cuplu instantaneu

Emisiile de CO2 sunt de 0 g/km în cazul funcționării pe baterie și mai puțin de 40 g/km cu funcția de autonomie extinsă. Bateria poate fi reîncărcată în doar cinci ore de la orice priză standard. Propulsia electrică este rentabilă. Se estimează că un kilometru parcurs cu modelul Ampera va costa aproape 1/5 din costul unui kilometru parcurs cu un autovehicul convențional cu motor pe benzină.

Ampera poate arătă ca un prototip datorită aspectului său dinamic, aproape agresiv, însă forma sa aerodinamică atractivă permite maximizarea autonomiei și scăderea nivelului de emisii [23].

Fig. 1.35 Imagine Opel Ampera [22]

Opel Ampera reprezintă o nouă categorie de autovehicule electrice. În cazul modelelor hibride convenționale propulsia este asigurată de un motor pe benzină, de un motor electric sau de ambele. În practică, autovehiculele hibride au nevoie de ambele surse de energie – de motor și baterie – pentru a asigura capacitatea maximă de performanță a autovehiculului.

Un autovehicul electric cu autonomie extinsă (E-REV) este diferit de un model hibrid sau de un hibrid plug-in prin faptul că propulsia este întotdeauna asigurată de o unitate electrică. Modelul Opel Ampera nu are nevoie de carburant pentru a parcurge cei 60 km asigurați de autonomia bateriei.

Fig. 1.36 Tehnologia Voltec

Fig. 1.37 Tehnologia Voltec [24]

Modelul Opel Ampera poate fi conectat la orice priză de 230 V din locuință, pentru a fi încărcat. Energia este stocată într-un pachet de baterii litiu-ion de 16 kWh, în forma literei T. Pachetul de baterii furnizează energie motorului electric, care poate permite autovehiculului să atingă viteza maximă și să obțină performanțe cu privire la accelerație pe o distanță de până la 60 km. Și beneficiul financiar este ca prețul este în jur de 0.02 cenți pe kilometru. Atunci când bateria este încărcată complet, se poate călători cu Volt până la 60 de kilometri. Aceștia reprezintă 60 de kilometri extremi de eficienți din punct de vedere financiar. Calculând costurile pe un an, utilizarea unui Volt nu costă mai mult decât utilizarea unui aparat electrocasnic.

Producția modelului Ampera a fost este programată să înceapă în 2011. În Marea Britanie, primele modele au fost lansate pe piață la începutul anului 2012.

Sistemul Eaton HLA [25]

Eaton HLA este un hibrid-hidraulic paralel cu sistem hidraulic de frânare regenerativa. Sistemul HLA recuperează in mare măsura energia pierduta sub forma de căldura în timpul frânării și o folosește pentru a suplimenta puterea motorului în timpul accelerării. Sistemul HLA oferă cele mai mari beneficii atunci când ciclul de funcționare al vehiculului implică cicluri de functionare cu multe opriri.

Aspecte funcționale (Fig. 1.38)

În timpul frânarii, energia cinetică a autovehiculului este transmisa unității hidraulice pompa / motor, care funcționează ca pompă; astfel se realizează transferul de lichid hidraulic din rezervorul de joasă presiune intr-un acumulator de înaltă presiune. Fluid comprimă azotul din acumulator și creaza presiune in sistem.

În timpul accelerării, lichidul de înaltă presiune aflat in în acumulatorul hidraulic este distribuit, pompei / motorului care funcționează ca si motor. Sistemul propulsează vehiculul prin transmiterea cuplului la arborele cardanic al autovehiculului.

Fig. 1.38 – Principiul de funcționare al sistemului Eaton HLA [25]

Avantaje:

Economia de combustibil: sistemul HLA asigură o economie de combustibil de 17-28% în aplicațiile pentru masinile cu cicluri de oprire scurte si dese (autospeciale pentru gunoi, autovehicule pentru transport in comun, etc.).

Reducerea poluării: reduce emisiile de NOx, particule, și de CO2.

Performanță: ofera un cuplu mai mare pentru o accelerare mai rapidă și cicluri de accelerare mai scurte.

Intreținere: crește foarte mult viața sistemului de frânare și extinde intervalele de service pentru motor si transmisie.

Artemis Intelligent Power Ltd [26]

Artemis Intelligent Power Ltd a arătat publicului un nou tip de automobil hibrid de transport. Autovehiculul prototip, un BMW 530i echipat cu Digital Displacement Hybrid Transmissions a realizat o înjumătățire a consumului de combustibil pentru aglomerările urbane, comparativ cu aceeași mașină echipată cu o transmisie manuală.

Fig. 1.39 Schema autovehiculului dezvoltat de către firma Artemis

Valentin Technology [27]

Autovehiculul hibrid-hidraulic INGOCAR fabricat de Valentin Technology este un autoturism de dimensiune medie cu 5 locuri, pus in mișcare de un sistem de propulsie hidrostatic nou, cu stocare a energiei. Se conduce ca un autovehicul convențional cu o transmisie automată, dar sistemul de propulsie este cu mult mai eficient, mai puternic și mai ușor. Acest lucru nu numai că îmbunătățește consumul de combustibil, emisiile și condițiile de siguranță, dar si performanțele de conducere și confortul s-au îmbunătățit.

Șasiul autovehiculului este format de acumulatorul de înaltă presiune așa cum este prezentat în Fig. 1.40:

Fig. 1.40 – Șasiul autovehiculului INGOCAR [27]

Lichidul hidraulic sub presiune acționează motoarele hidraulice care sunt poziționate câte unul în fiecare roată. Puterea lor este continuu variabilă de la zero la viteza maximă. Motoarele hidraulice care acționează rotile autovehiculului sunt inversate în timpul frânării și devin pompe. Ele sunt suficient de puternice pentru a opri autovehiculul la fel ca si in cazul frânelor pe disc, în timp ce se recuperează întreaga energie de frânare. Energia este stocată intr-un acumulator și utilizata din nou pentru propulsia autovehiculului.

Mazda: „i-ELOOP”, primul sistem de frânare regenerativă pentru un automobil, care are la bază un capacitor

Sistemul de frânare regenerativă crește în notorietate ca tehnologie destinată economisirii combustibilului. în general, acest sistem folosește un motor electric sau un alternator pentru a genera electricitate pe măsură ce vehiculul decelerează, recuperând astfel o parte din energia cinetică a vehiculului. Sistemele de frânare regenerativă din vehiculele hibride folosesc în general un motor electric de mari dimensiuni și o baterie dedicată.

Cercetătorii de la Mazda au studiat procesele de accelerare și decelerare ale automobilului și a dezvoltat un sistem foarte eficient care recuperează rapid o cantitate mare de electricitate de fiecare dată când vehiculul decelerează. Spre deosebire de hibride, sistemul Mazda nu necesită un motor electric și o baterie dedicate.

Fig. 1.41 – Sistemul de frânare regenerativă de la Mazda [28]

Sistemul “i-ELOOP” integrează un alternator cu tensiune variabilă de 12-25V, un capacitor electric cu două straturi și rezistență redusă și un convertor curent continuu/curent continuu. “i-ELOOP” începe să recupereze energia cinetică din momentul în care șoferul ridică piciorul de pe pedala de accelerație și vehiculul începe să decelereze. Alternatorul generează electricitate până la 25V pentru o eficiență maximă, înainte să îl trimită către capacitor (EDCL) pentru stocare. Capacitorul, care a fost dezvoltat pentru a fi utilizat într-un autovehicul, poate fi încărcat la nivel maxim în decurs de câteva secunde. Convertorul transformă energia electrică din 25V în 12V, înainte ca aceasta să fie distribuită direct componentelor electrice ale vehiculului. Sistemul încarcă, de asemenea, bateria automobilului, dacă este necesar. “i-ELOOP” intervine ori de câte ori mașina decelerează, eliminând astfel situația în care motorul consumă combustibil în plus pentru a produce electricitate. În consecință, în condiții de trafic intens, consumul de combustibil este îmbunătățit cu aproximativ 10% [28].

Fig. 1.42 – Capacitor electric Mazda – „i-ELOOP” [29]

Numele “i-ELOOP” este o adaptare a expresiei “Intelligent Energy Loop” (circuit inteligent de energie) și reprezintă intenția Mazda de a eficientiza fluxul de energie într-o manieră inteligentă.

“i-ELOOP” funcționează de asemenea împreună cu sistemul unic Mazda “i-stop” care extinde perioada în care mașina este oprită automat în trafic.

Mazda lucrează în direcția maximizării eficienței automobilelor cu motoare cu combustie internă prin intermediul tehnologiei revoluționare SKYACTIV. Combinând-o cu i-stop, i-ELOOP și alte elemente electrice care îmbunătățesc consumul de combustibil prin eliminarea consumului inutil, Mazda depune eforturi pentru a livra vehicule cu performanțe de mediu excelente și care generează senzația Zoom-Zoom tuturor clienților [30].

I.5 Implicatii economice

Mașinile electrice folosesc un motor electric, susținut de o baterie/un alimentator (sau mai multe), care se reîncarcă de la rețeaua de curent electric. În prezent, mașinile electrice pot fi încărcate i direct la priza din locuință/garaj. Ele reprezintă o soluție viabila pentru diminuarea poluării aerului din marile centre urbane. De asemenea, pentru că nu folosesc un motor cu ardere internă, mașinile electrice sunt considerate o modalitate de a reduce cantiatea de CO2 eliminată în atmosferă. Mai jos sunt prezentate câteva avantaje ale folosirii mașinilor electrice, dar și câteva dezavantaje deseori ascunse:

Dezavantajele mașinilor electrice, din punct de vedere economic sunt: 

– costul unei mașini electrice este mai mare (chiar mult mai mare) decât o mașina pe benzină/motorină;

– autonomia mașinii de la o singură încărcare a bateriilor, este mai scăzută decât în cazul unui plin de benzină, motiv pentru care mașinile electrice trebuie încărcate destul de des, fiind mai potrivite pentru distanțe scurte(deplasare în interiorul orașelor) decât pentru distanțe lungi;

– timpul de încărcare al bateriilor e destul de mare (chiar și până la 12 ore în cazul încărcării de la o priză obișnuită 120V);

– susțin creșterea producției de curent electric. Deși în prezent statele dezvoltate fac eforturi pentru a produce energie electrica din surse verzi, regenerabile (apă, vânt, soare etc.), acestea nu pot încă înlocui sistemele clasice de producere a curentului electric, și anume termocentralele. Termocentralele reprezintă un consumator important de resurse naturale neregenerabile (cărbuni, petrol, gaze naturale), care sunt arse. Arderea poluează atmosfera, termocentralele fiind printre cele mai importante surse de gaze cu efect de seră (în special CO2). Deci, mașinile electrice, deși nu polueaza prin țeava de eșapament (care de fapt nu există), poluează prin faptul că necesită curent electric pentru a funcționa, iar producerea curentului electric este cea care poluează;

– bateriile care alimentează motorul electric trebuie înlocuite după aproximativ 5-6 ani, iar costul acestora este în prezent foarte mare;

– viteza de deplasare a mașinilor electrice este redusă (de regula sub 90kmh, însă tehnologia avansează și la acest capitol);

– faptul că mașinile electrice sunt mult mai silențioase, în special la viteze mici, poate fi o problemă pentru pietonii din orașe, și pentru persoanele cu probleme de vedere, pentru că nu se aud la fel de bine – risc de accidente.

Utilizarea mașinilor electrice la nivel național/local impune disponibilitatea autorităților pentru dezvoltarea unei infrastructuri de stații de încărcare și deci investiții bănești.

În prezent, sectorul mașinilor electrice este în plină dezvoltare, foarte multe mărci cunoscute de mașini producând cel puțin un model de mașină electrică (Nissan, Chevrolet, Toyota, Mitsubishi, Renault, Citroen, Jeep, BMW etc).

După cum se știe alimentarea motoarelor de tracțiune a automobilelor electrice se face, uzual, de la baterii electrice, care în esență sunt formate prin diverse conexiuni ale mai multor elemente – surse electrochimice. Sursele electrochimice convertesc energia chimică în energie electrică.

Veriga slabă într-un autovehicul electric o reprezintă bateriile. Sunt cel putin 6 mari probleme ale bateriilor plumb-acid:

sunt grele (un bloc de baterii poate cântări 500 kg);

sunt voluminoase (autovehiculele devin robuste);

au capacitate limitată (poate furniză între 12 – 15 kWh, ceaa ce poate însemna o autonomie de 80 km);

procesul de încarcăre necesită timp îndelungat (aporximativ 10 h);

au o durata de viață relativ scurtă (3 – 4 ani, sau 200 de reîncărcări);

sunt destul de scumpe (aproximativ 2000 $).

Bateria de tracțiune (de vehicul electric) este o celulă electrochimică, reîncărcabilă, de stocare a energiei electrice, destinată propulsării vehiculelor electrice cum ar fi scutere, biciclete și stivuitoare electrice. Bateriile de vehicul electric (de tracțiune) sunt diferite de cele uzuale pentru iluminat și start (aprindere) ale autovehiculelor prin aceea că dezvoltă o putere mai ridicată pe durate relativ lungi. Ele pot de asemenea, în comparație cu bateriile de start să suporte o descărcare de energie de până la 80% fără a suferi sticăciuni funcționale.

Bateriile plumb-acid pot fi înlocuite cu cele NiMH (nichel hidruri metalice). Autonomia autovehiculului se va dubla, iar bateriile au o durată de viață de aproximativ 10 ani, dar costul bateriilor este de 10 – 15 ori mai ridicat decât cel al bateriilor plumb-acid. Cu alte cuvinte, bateriile NiMH costă aproximativ 20000 – 30000 $, iar cele cu plumb-acid costă doar 2000 $.

Daca privim probleme referitoare la baterii, vom avea o perspectivă diferită asupra folosirii benzinei și anume: la 7,5 litri de benzină ceea ce înseamna o greutate de 7 kg, costa 43 lei (aprox. 13 dolari) și durează 30 de secunde pentru a o introduce în rezervor; este echivalentul a 500 kg de baterii plumb-acid care costă 2000 $ și durează 4 ore încărcarea.

Problemele pe care le au bateriile explică de ce se pune accent asupra dezvoltării pilelor de combustie. Acestea sunt mult mai mici, mai ușoare, poluare chimică redusă, randament energetic ridicat (60%), densitate masică a energiei ridicată și se reîncarcă foarte rapid. Este evident că autovehiculele viitorului vor folosi motorul electric pentru tracțiune, iar energia electrică necesară va fi produsă de către pilele de combustie.

Tipuri de baterii

acumulatori plumb-acid;

Caracteristi:

tensiunea celulei: 2,1 V;

densitatea de energie: masică 161 Wh/kg; volumică 686 Wh/l.

În cazul acumulatoarelor cu plumb-acid uzuale, apa din electrolit se pierde în timp (prin evaporare, precum și prin descompunerea ei în H2 și O2 care se degajă la electrozi); de aceea, ea trebuie completată periodic. Pentru evitarea sulfatării electrozilor, acumulatoarele trebuie reîncarcate imediat după descărcarea lor. De asemenea, are loc o autodescărcare (descărcare fără a avea conectată o sarcină) a acumulatoarelor, ceea ce impune reincarcarea lor dupa perioade mari de neutilizare. Rezultă necesitatea unei intrețineri pretențioase a acestor acumulatoare.

Tehnologiile moderne permit realizarea acumulatoarelor cu plumb-acid în așa numita variantă “fără întreținere”. În acest caz acumulatoarele sunt capsulate, au o construcție adecvată a electrozilor, iar electrolitul este “solidificat”, fie fixat într-un gel, fie absorbit în materiale poroase de tip “vată”. La aceste acumulatoare, pierderile de apă sunt neglijabile, autodescărcarea este foarte redusă (circa 35 % din capacitatea nominală, după 12 luni), iar sensibilitatea lor la descărcări ocazionale outernice, la vibrații și la temperaturi joase este mult scăzută. Deși folosesc electrozi solidificați, densitatea de energie mai ales la descărcări rapide și temperaturi scăzute este mai mare decât a acumulatoarelor uzuale. Desigur toate acestea se obțin cu prețul unui cost mai ridicat.

Avantaje:

sunt relativ ieftine;

au un număr relativ mare de cicluri de încărcare – descărcare;

folosesc pentru electrozi plumbul care este disponibil în cantități mari;

se poate realiza în varianta “fără întreținere”;

există producție în serie;

la ieșirea lor din funcțiune, plumbul din electrozi poate fi ușor reciclat.

Dezavantaje:

au densitate redusă a energiei, ceea ce implică greutăți și volume mari;

puterea lor scade odată cu descărcarea;

capacitatea și energia lor scade, la temperaturi scăzute;

oferă posibilități limitate de încărcare rapidă (încărcarea lor completă se face pe timp de câteva ore);

sunt sensibile la supracurenți (de încărcare sau descărcare).

acumulatori Ni-Cd;

Caracteristi:

tensiunea unei celule: 1,3 V;

densitatea de energie: masică 209 Wh/kg; volumică 693 Wh/l.

Dintre celelalte tipuri de acumulatoare, perspectiva de a fi utilizate în tracțiune, datorită energiilor lor specifice ridicate, o au cele cu sodiu-sulf (Na-S), precum și cele bazate pe litiu (Li). Pentru a obține o conductivitate suficientă a electrolitului solid este necesară o temperatură ridicată (între 300 – 400 oC; uzual 330 oC). Funcționarea la o astfel de temperatură necesită o izolare termică compactă și eficientă. De regulă, se folosește o izolație termică vacuumată care acoperă complet celulele acumulatorului, lasându-se doar locuri pentru realizarea conexiunilor electrice.

Avantaje:

au un număr foarte mare de cicluri de încărcare descărcare;

puterea lor se menține relativ constantă după o descărcare parțială;

au o comportare foarte bună la temperaturi scăzute;

oferă posibilitatea reîncărcării rapide (se pot realiza încărcări cu curenți de până la 10 In);

nu necesită întreținere (acumulatoare capsulate);

există producție în serie.

Dezavantaje:

sunt scumpe (datorită costului ridicat al cadmiului);

pun probleme ecologice, cadmiul fiind toxic;

încărcarea lor pune probleme la temperaturi ridicate;

acumulatori Na-S;

Caracteristi:

tensiunea unei celule: 2,1 V;

densitatea de energie: masică 792 Wh/kg; volumică 1196 Wh/l.

Principalele obstacole în utilizarea acestor baterii pe automobilele electrice sunt: numărul redus de cicluri încărcare – descărcare și puterea specifică scăzută la funcționarea continuă.

I.6 Concluzii. Justificarea tehnică a metodei – avantaje, dezavantaje.

Dezvoltarea autovehiculelor cu motoare cu ardere interna este una din cele mai mari realizări ale tehnologiei moderne. Dar, dezvoltarea industriei de autovehicule și creșterea accentuată a numărului de automobile au condus și la apariția unor efecte negative, în special cele legate de mediul înconjurător. Deteriorarea calității aerului, încălzirea globală a planetei și scăderea resurselor petroliere au devenit unele dintre principalele probleme cu care se confruntă omul modern. Datorită acestui fapt, dezvoltarea unui sistem de transport sigur, curat și cu randament crescut, constituie o preocupare tot mai mare a cercetătorilor și constructorilor din toata lumea. În consecință, dezvoltarea tehnologiilor de realizare a vehiculelor electrice, a vehiculelor hibride electrice și a vehiculelor cu pile de combustie reprezintă cele mai promițătoare soluții alternative privind sistemele de transport terestru. Tendințele actuale ale dezvoltării tehnologice arată foarte clar necesitatea pregătirii inginerilor de astăzi în acest domeniu, în scopul implementării noilor tehnologii de comandă și control și, de asemenea, pentru găsire a unor noi soluții privind creșterea randamentului, a autonomiei și a siguranței în funcționare a vehiculelor electrice.

Bateriile cu energii mari și, mai ales, pilele electrice de combustie oferă, însă, noi posibilități, justificând o reevaluare promițătoare a fezabilității vehiculelor electrice rutiere.

Mașinile electrice prezintă și unele dezavantaje, putând afecta serios locuințele oamenilor. Ele ar fi capabile să suprasolicite rețelele electrice și să ne lase fără curent.

Aceasta este îngrijorarea exprimată de guvernul australian, spre exemplu. Oficialii se tem că încărcarea bateriilor acestor vehicule poate conduce la probleme serioase ale rețelei de electricitate. Astfel, este necesară elaborarea unui plan și demararea unei organizări pe baza carora să fie dezvoltate sisteme, instalații pentru încărcarea acestor baterii. Deși nu emit dioxid de carbon, aceste automobile pot complica viata cetățenilor.

În Australia, se estimează că până în 2020, 20% din numărul total de mașini va fi reprezentat de mașini electrice, până în 2030 numărul total urmând să ajungă la 44%. Australia se confrunta cu astfel de probleme în lunile de vară, dat fiind faptul că o mare cantitate de electricitate este folosita de aparatele de aer condiționat.

Producătorii de mașini electrice spun că îngrijorarea este asemănătoare cu cea ivită la apariția Internetului. Din punctul lor de vedere, temerile sunt nefondate.

Avantaje:

eliminarea emisiei de noxe (CO2 sau alți poluanți);

securitate energetică datorită înlocuirii petrolului importat cu energie electrică produsă intern;

reîncarcarea bateriilor pe timp de noapte (în afară perioadei de utilizare) prin conectarea la o sursă standard de tensiune 110V/220V;

cost operational scăzut;

recuperarea energiei în procesul de frânare.

Dezavantaje:

autonomie redusă;

număr mare de baterii, ceea ce conduce și la o masă totală crescută.

În prezent, cercetările sunt axate pe două direcții: îmbunătățirea tehnologiilor de construcție a bateriilor în vederea obținerii unei densității de energie din ce în ce mai mari, și optimizarea consumului de energie cu scopul creșterii autonomiei vehiculului (parcurgerea unui număr mare de kilometri până la o nouă reîncarcare a bateriilor de la o sursă de energie externă.

Bibliografie

[1] http://www.automobile-hibride.ro/

[2] http://www.facebook.com/note.php?note_id=189912571037509

[3] http://www.manager.ro/articole/auto/sistem-revolutionar-de-regenerare-a-energiei-cinetice-14252.html

[4] http://www.bmw-sb.ro/recuperarea-energiei-la-franare/

[5] http://www.fluidas.ro/hidraulica/2006/numar2/pp45-54.pdf

[6] Oprean, I.M. – Automobilul modern. cerinte, restrictii, solutii, Editura Academiei Romane, Bucuresti, 2003.

[7] Rovera, G.; Vittorio, R.: Scenario and Trends on Hybrid Propulsion Technologies. ATA, 56, 3 / 4, 2003

[8] Walzer, P.: Progress in Car Powerplant Technologies. FISITA World Automotive Congress, Barcelona, Spain, 2004

[9] Hybrid Hype – Future Drive Technologies. AutoTechnology nr.1, 2006.

[10] http://www.agir.ro/buletine/515.pdf

[11] Chappini, E., Recupero di energia cinetica sui veicoli, ATA Ingegneria dell’autoveicolo, pp. 49-54, maggio-giugno 2005.

[12] www.parker.com

[13] Gott, P.; Linna, J.: The Evolution of Powertrain Technology 2008 and beyond: Engines, Hybrids, Battery Electric, Fuel Cells and Transmissions. FISITA World Automotive Congress, 23-27 May, 2004, Barcelona, Spain, Paper F2004F335.

[14] Noreikat, K.E. – Antriebstechnik, die die Welt (nicht) braucht. VDI-Berichte, nr.1704, 24-25 Oktober, 2002, p.143-160.

[15] Ehsani Mehrdad, Gao Yimin, Emadi Ali – Modern Electric, Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles, Fundamentals, Theory and Design, Second Edition, 2010, Florida, USA, ISBN 978-1-4200-5398-2

[16] Rovera Giuseppe, Vittorio Ravello – Scenario and trends on Hybrid Propulsion Technologies, ATA, 56, 3/4, 2003, pag. 78-89

[17] http://www.mitsubishi-motors.ro/lumea-mitsubishi/tehnologie/responsabilitate-ecologica/phev

[18]

http://www.e-automobile.ro/categorie-automobile/24-hibride/4-prius-1-automobile-hibride.html

[19] http://www.scribd.com/doc/55994462/Automobilul-Electric

[20] http://en.wikipedia.org/wiki/Kinetic_energy_recovery_system

[21] http://ro.wikipedia.org/wiki/Automobil_electric

[22]www.opel.ro/autovehicule/modeleviitoare/ampera/caracteristiciprincipale/hnologie.html

[23] http://www.opel-ampera.com/index.php/rom/ampera/ampera_highlights#3

[24] http://masiniverzi.ro/2009/06/opelvauxhall-ampera-castiga-un-prestigios-premiu-pentru-tehnologie/#more-1925

[25] www.eaton.com

[26] www.artemisip.com

[27] www.valentintechnologies.com

[28] http://www.mazda.ro/AboutMazda/MazdaNews/mazda_lanseaza_i_eloop

[29] http://blog.caranddriver.com/mazda-introduces-i-eloop-capacitor-based-regenerative-braking-system/

[30] http://www.promotor.ro/masini-noi/news/mazda-i-eloop-nou-sistem-de-recuperare-a-energiei-la-franare-9010468