AUTOVEHICULUL ȘI TEHNOLOGIILE VIITORULUI [304779]

UNIVERSITATEA "TRANSILVANIA" DIN BRAȘOV

FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ

AUTOVEHICULUL ȘI TEHNOLOGIILE VIITORULUI

PROGRAMUL DE STUDIU: [anonimizat]: [anonimizat], 2020

PAGINA DE GARDĂ

UNIVERSITATEA "TRANSILVANIA" DIN BRAȘOV

FACULTATEA DE INGINERIE MECANICĂ

AUTOVEHICULUL ȘI TEHNOLOGIILE VIITORULUI

PROGRAMUL DE STUDIU: MASTER

TITLU:

“MOTORUL ELECTRIC VS MOTORUL CU BENZINĂ”

[anonimizat]: [anonimizat], 2020

CUPRINS

CAPITOLUL I. CARACTERISTICI GENRALE ALE FUNCȚIONARII MOTORULUI CU BENZINĂ ȘI A MOTORULUI ELECTRIC……………………………………………………………………………………………………….

I.1. Motorul cu benzină………………………………………………………………………………………………………………………

I.2. Motorul electric……………………………………………………………………………………………………………………………

CAPITOLUL II. ECOBOOST: CARACTERISTRICI SI SPECIFICAȚII………………………………………

CAPITOLUL III. APLICAȚII PE MOTOARELE FORD 1.6 ECOBOOST DE 150CP ȘI 1.6 ECOBOOST DE 182CP…………………………………………………………………………………………………………………………………………..

III.1. Ipoteze și obiective………………………………………………………………………………………………………………..

III.2. Desafășurarea cercetării………………………………………………………………………………………………………….

III.3. Rezultate și sugestii……………………………………………………………………………………………………………….

Concluzii……………………………………………………………………………………………………………………………………….

Bibliografie……………………………………………………………………………………………………………………………………

Anexe……………………………………………………………………………………………….…..….

MOTORUL ELECTRIC VS MOTORUL CU BENZINĂ

CAPITOLUL I. CARACTERISTICI GENRALE ALE FUNCȚIONARII MOTORULUI CU BENZINĂ ȘI A MOTORULUI ELECTRIC

I.1. [anonimizat] a devenit alegerea perfectă pentru consumatorii de astăzi datorită eficienței sale mai mari și a eficienței costurilor față de motoarele alternante. Povestea motorului cu ardere internă a început în 1680 [anonimizat], care a conceput conceptual un motor alimentat cu pulbere de armă. [anonimizat] a fost de fapt construit de un elvețian inventator pe numele lui Francios Isaac de Rivaz în 1807. [anonimizat], cu oarecare dificultate, a alimentat un automobil construit brut. [anonimizat] a [anonimizat]. Următorul salt cel mai mare a venit în 1862, [anonimizat]se Beau de Rochas, a proiectat și patentat primul motor în patru timpi. În 1864, un inginer austriac, Siegfried Marcus, a achiziționat primul vehicul pe benzină, care era alcătuit dintr-un cărucior și un motor cu un cilindru. Dar cea mai mare descoperire a apărut în 1876 când Nikolaus August Otto a inventat primul motor de succes în patru timpi, poreclind în mod adecvat ciclul în patru timpi „ciclul Otto”.

Următoarea etapă importantă în dezvoltarea motorului în patru timpi a fost realizată de Gottlieb Daimler în 1885, care a inventat un motor cu un cilindru poziționat vertical, alimentat cu benzină injectată într-o cameră cilindrică printr-un carburator. Inovațiile de la acești importanți inventatori de-a lungul anilor au culminat cu motorul lui Daimler, care este denumit în mod obișnuit „model” la motorul modern cu ardere internă. De la începutul motorului cu combustie internă în patru timpi, au fost explorate și urmate multe căi pentru a crea un design superior, în special în configurația cilindrilor. În general, există șapte tipuri de motoare reciproce, un motor care folosește unul sau mai mulți cilindri în care un piston alternează înapoi și înapoi. Primul dintre aceste proiecte a fost motorul cu un singur cilindru. După succesul său, designerii au început să se joace cu motoare cu două sau două cilindri, ceea ce a dus la motorul in-line, motorul V, motorul cilindru opus, motorul W, motorul cu piston opus și motorul radial. Aceste setări diferite au fost examinate în continuare cu motoare precum motoarele Vauxhall Wyvern și Velox la motorul Ford V-Four, utilizând un număr și mai mare de cilindri decât motoarele gemene originale.

Producătorii de motoare din patru timpi de astăzi construiesc în principal motoare configurate In-Line sau V. Poate că motorul cel mai recunoscut astăzi este motorul Chevrolet Small Block V8. Acest motor a fost popularizat prin fiabilitatea sa și prin pasionații și pe piața de performanță datorită schimbului de piese. După 35 de ani, General Motors și-a întrerupt motorul infam, înlocuindu-l cu noul motor Generation II în 1992. Deși aparent Chevrolet a dominat industria de piață de astăzi, alți producători au fabricat cu succes motoare pentru vehiculele lor de la Ford V-Eight, la Cadillac North Star, la Porsche In-Line Six, precum și multe altele.

Motorul pe benzină în patru timpi este alcătuit din mai multe părți integrale: sistemul de inducție, chiulase, blocul motor, pistoanele, arborele cu came, arborele cotit și volanta. Toate configurațiile blocului motor sunt ilustrate în Fig. 1.

Un ciclu Otto are patru timpi. Primul accident vascular cerebral din ciclul Otto este lovitura de inducție. Acest proces începe cu carburatorul sau sistemul electronic de injecție a combustibilului care curge aer în galeria de admisie. În timp ce aerul trece prin carburator sau prin sistemul de injecție electronică de combustibil, benzina este adăugată în aer creând un amestec de combustibil.

Pe măsură ce amestecul de combustibil trece prin colectorul de admisie, acesta este separat de la un port colectiv la orificii individuale pentru fiecare cilindru. Amestecul de combustibil progresează apoi în capetele de cilindru, unde se deschide o supapă de admisie pentru a permite amestecului de intrare să curgă în camera cilindrului, în timp ce supapa de evacuare a chiulasei este închisă, astfel încât amestecul nu poate scăpa din cameră. În timpul acestei curse, pistonul pornește de la partea superioară a cilindrului deplasându-se înapoi spre partea inferioară a cilindrului, creând un vid care creează un vid care trage în amestecul de combustibil.

Figura nr.1 – Blocul motor

A doua cursă din ciclu este cursa de compresie. În timpul acestui ciclu, atât robinetele de admisie cât și evacuarea sunt închise, iar pistonul se deplasează din partea inferioară a camerei cilindrului în partea superioară, comprimând astfel amestecul de combustibil.

Cursa se încheie când se aprinde o scânteie pentru a iniția combustia amestecului de combustibil. Cursa de expansiune este a treia cursă a ciclului. În timpul cursei de expansiune, cele două valve din chiulasa rămân închise, conținând astfel expansiunea amestecului de combustibil aprins în interiorul camerei cilindrului. Gazul expandat propulsează pistonul de la vârful până la partea inferioară a cilindrului, oferind cuplul de acționare a mecanismului de conectare. Cursa finală din ciclul Otto este cursa de evacuare. În timpul acestei curse, amestecul de combustibil este forțat din camera cilindrului prin supapa de evacuare acum deschisă de către pistonul care se deplasează de jos în partea de sus a camerei cilindrului. Gazul de eșapament se scurge în capul cilindrului unde se continuă până când este descărcat din motor printr-o conductă a galeriei de evacuare. Procesul cu patru cicluri este asistat de mai multe componente. Pe măsură ce pistoanele se mișcă, acestea se deplasează sau sunt conduse prin tije de conectare prin arborele manivelei, care la rândul lor conduc sau sunt acționate de volan. Prin impulsul generat în volanta rotativă, pistoanele sunt propulsate în prima, a doua și a patra cursă a ciclului Otto și prin momentul inerției, ceea ce permite o funcționare lină. În sfârșit, arborele cu came, condus de o legătură conectată la arborele cotit, deschide și închide supapele de admisie și evacuare. Adăugări suplimentare la motor, cum ar fi aditivii de combustibil și forțate în sistemele de inducție pot oferi câștiguri suplimentare de putere din partea motorului, îmbunătățind astfel Nikolaus August Otto.

Primele motoare în patru timpi folosite în anii 1880 au fost în primul rând implementate pentru aplicații industriale. Deoarece au rulat cu viteze constante, s-au conceput trei dispozitive de carburare foarte simple: fitilul, difuzia și carburatorii de suprafață. Carburatorul tip fitil a funcționat absorbind combustibil dintr-un rezervor sub admisia de aer. Pe măsură ce aerul curgea peste capătul superior al fitilului, combustibilul a fost evaporat și a transportat vaporii de combustibil în buteliile pentru ardere. Carburatorul de tip difuzie constă dintr-un mic rezervor de combustibil cu două tuburi care trec prin el. Primul tub este destinat gazelor de evacuare, care este utilizat pentru încălzirea combustibilului în rezervor, iar cel de-al doilea este utilizat pentru a livra aerul, care este eliberat sub combustibil prin perforații în pereții tubului. Pe măsură ce aerul iese prin combustibil, acesta se amestecă și se vaporizează la suprafața care transportă combustibilul cu acesta către butelii. Carburatorul de tipul suprafeței a fost introdus pentru prima dată de Gottlieb Daimler și Karl Benz în 1885. În mod similar cu carburatorul de difuzie, un tub de evacuare trece prin rezervorul care încălzește combustibilul. Cu toate acestea, aerul circulă vertical în jos printr-un tub în care capătul său se deschide într-o placă de placă inversată cu diametru mare.

Marginea plăcii a fost amplasată chiar sub suprafața combustibilului, menținută la un nivel constant de un mecanism de comutare a plutitorului. Aerul care intră este apoi distribuit radial de sub placă și se ridică prin combustibil. Vaporii de aer și combustibil se deplasează apoi în buteliile pentru ardere. Dar niciunul dintre aceste carburatoare nu a putut depăși complexitatea motorului modern în patru timpi. Nu au pornit în mod satisfăcător motorul la frig și nici nu au permis viteze de lucru variate din cauza intenției lor pentru aplicații industriale. De-a lungul anilor, carburatorul a evoluat lent într-un sistem complex și scump de livrare a combustibilului.

Funcționarea de bază a unui carburator poate fi defalcat în mai multe etape. Prima etapă este furnizarea și reglarea combustibilului din jeturi pentru vaporizarea în fluxul de aer care intră. Atomizarea combustibilului în picături mici pentru a induce

evaporare. În cele din urmă, asigurarea unui flux uniform al amestecului de combustibil către galeria de admisie, ceea ce duce la buteliile pentru ardere. Carburatorul actual, prezentat în Fig. 2 este format în principal dintr-un tub de venturi, un tub care formează o gât pentru a crește viteza aerului de intrare pe măsură ce trece în cea mai îngustă secțiune și apoi scade viteza după ce gâtul se termină.

Figura nr.2 – Carburator

Venturi este montat cu un tub capilar și o placă de accelerație. De asemenea, folosește un rezervor de combustibil, reglarea vitezei la ralanti, supapa de ralanti, supapa principală a acului de contorizare și sufocare. Aerul intră în carburator datorită presiunii diferențiale dintr-o depresiune cauzată de mișcarea pistoanelor în cilindri. La fel de aerul care circulă prin venturi, este accelerat și absoarbe picăturile de combustibil prin principiul lui Bernoulli. Principiul lui Bernoulli afirmă că, pe măsură ce aerul este accelerat prin venturi, există o scădere ulterioară a presiunii. Combustibilul care este la presiunea atmosferică este apoi împins prin tubul capilar și forță picături de combustibil în fluxul de aer. Aceste picături de combustibil se evaporă în fluxul de aer producând un amestec de aer și combustibil. Și dacă motorul atinge turații mai mari, un diferențial de presiune mai mare va crește amestecul de combustibil prin aceleași principii și invers la viteze mai lente. Un rezervor de combustibil este menținut printr-un plutitor închis, care contorizează combustibilul care intră de la conducta de combustibil. Conducta de combustibil este alimentată din rezervorul de gaz, fie printr-o pompă electrică sau mecanică. Debitul de aer și turația motorului sunt controlate cu ajutorul unei supape de fluture a clapetei de accelerație, care are o oprire de accelerație care acționează ca reglarea turației la ralanti, care permite aerului să intre în timpul funcționării inactiv. Pentru a face față problemelor de la diferența de presiune mică și debitul de combustibil scăzut ulterior, se utilizează o supapă inactivă pentru a asigura un control mai bun al debitului de combustibil în timpul funcționării inactiv. În timpul pornirii la rece a motorului este implementată o înecare, o valvă de fluture în amonte de venturiu. Funcționează prin închiderea în timpul pornirii motorului la rece, ceea ce creează o restricție în fluxul de aer, creând astfel un vid în aval de sufocare în sistemul de admisie. Diferențialul mare de presiune pe tubul capilar și combustibilul inactiv permite un amestec de combustibil mai bogat, creat prin combinarea cantității mai mari de combustibil cu debitul redus de aer. Aceasta permite vaporizarea unei cantități mai mari de combustibil, permițând astfel aprinderea pentru ardere chiar și în medii reci. Pe măsură ce timpul și tehnologia au progresat, alte caracteristici au fost adăugate carburatorului, cum ar fi pompa de accelerație. Pompa de accelerație a furnizat performanțe mai mari în timpul funcționării prin îndeplinirea parametrilor pentru o carburare eficientă.

Carburatorul motorului modern în patru timpi trebuie să depășească mai multe obstacole pentru a putea performa la un nivel optim. Primul obstacol care trebuie depășit este acela al fluxului fluxului de aer în venturi. Efectele adverse în amestecul combustibilului și aerului pot fi cauzate de curgerea turbulentă prin venturi. Pentru a combate această problemă, nu trebuie să existe interferențe între aerul exterior și venturi, în afară de filtrul de aer; ulterior, carburatoarele au fost proiectate astfel încât supapa de accelerație să fie întotdeauna în aval de venturi. Un alt obstacol este necesitatea unei combustii complete a amestecului de combustibil în butelii. Pentru a se conforma, se folosește un amestec stoechiometric. Acesta este un amestec cu proporții precise de combustibil în aer. Pentru benzină, această proporție de aer și greutate de combustibil este de aproximativ 14,7: 1. Acest amestec trebuie să îndeplinească parametri precum aprinderea în orice circumstanță. Combustibilul trebuie oxidat complet pentru a evita producerea de monoxid de carbon. Și cantitatea maximă de energie chimică trebuie preluată din amestecul de combustibil pentru a fi transformată în energie mecanică. Calitatea amestecului este cea mai importantă slujbă a carburatorului modern. În timpul procesului de pornire, este nevoie de un amestec bogat, în special în perioadele reci, deoarece combustibilul vaporizat tinde să se condenseze pe pereții galeriei de admisie. În timpul mersului la ralanti, este necesar un amestec îmbogățit din cauza condensării cantității deja mici de combustibil injectat în timpul acestei operații. Pentru croazieră, este necesar un amestec mai slab pentru a asigura o combustie completă și eficiență maximă.

În timpul accelerării este nevoie de mai mult combustibil pentru a combate condensul amestecului de combustibil cauzat de deschiderea bruscă a clapetei și de creșterea presiunii. Pentru a controla în mod corespunzător debitul de combustibil, mulți producători moderni de carburatori folosesc dispozitive de măsurare a combustibilului și a aerului, cum ar fi presiunea hidrostatică a combustibilului pentru a forța combustibilul prin jeturi în proporțiile corespunzătoare. Modelele mai puțin complexe pot utiliza o supapă ac acționată de un plutitor pentru a menține un nivel constant de combustibil.

Când un motor în patru timpi se află în ralanti sau funcționează lent, există doar un flux suficient de aer care se deplasează prin carburator pentru a oferi combustibil pentru a depăși rezistența părții sale. În consecință, în timpul acestei operații, trebuie să existe o îmbogățire din sursa de combustibil care să permită accelerarea instantanee, totuși să nu afecteze eficiența motorului sau nivelul de decibeli la aceste viteze mici ale motorului. Pentru a îndeplini aceste condiții, trebuie adăugate o admisie suplimentară de jet și aer pentru carburatoarele de sufocare fixe. Primul mecanism folosit pentru îndeplinirea acestui obiectiv a fost un străin cu acțiune manuală. Acesta a fost un sistem format dintr-o supapă controlată prin cablu în amonte de ventur, care atunci când este închis parțial, crește depresiunea deasupra jeturilor, îmbogățind astfel amestecul de combustibil. Din păcate, dacă șoferul ar uita să deschidă supapa, motorul ar rula cu un amestec îmbogățit, risipind benzină valoroasă. Mai multe probleme au apărut pe timp rece când combustibilul suplimentar a umezit bujii. În cele din urmă, producătorii au dezvoltat străini automate care au fost acționate cu dispozitive termostatice, cum ar fi benzi bimetale.

La fel ca și deficitul de combustibil la ralanti, există o altă problemă atunci când există o accelerare bruscă după utilizarea motorului la viteze mici. Acest lucru este cauzat de accelerarea bruscă a fluxului de aer de intrare, care este prea scurt pentru a depăși târârea și inerția combustibilului din jeturi. Pentru a combate această problemă, majoritatea carburatorilor au o pompă de accelerație adăugată, care este o pompă cu diafragmă sau cu un tip de plonjant, cu o legătură conectată la acceleratie. Când accelerația este apăsată, legătura deschide pompa, ceea ce duce la o injecție directă de combustibil în sistemul de inducție chiar deasupra venturului, unde procesul de evaporare este ajutat de presiunea scăzută. Acest proces de pulverizare este prelungit în continuare cu un arc de compresie care împinge un piston care apoi injectează progresiv combustibilul printr-un jet de accelerație. Supraîncărcarea este evitată printr-un mic spațiu între piston și pereții cilindrului, în cazul în care scurgerea în consecință este adecvată pentru a evita furnizarea de combustibil în exces.

Edward Butler, din Erith, Kent și Henri Tenting, din Paris, au fost primii doi bărbați care au dezvoltat un sistem de injecție de combustibil pentru motorul cu ardere internă în 1883 și, respectiv, în 1891. În primele etape ale producției, majoritatea acestor unități au fost construite pentru a fi aplicate aeronavei, cum ar fi unitatea Wilbur și Orville Wright pentru zborul lor în 1903.

Injecția de combustibil a fost introdusă pentru prima dată în lumea automobilelor, sub forma unei pompe de injecție rotative cu spline, în mașina Gobron Brille. Dar abia în 1940, când Mercedes a dezvoltat un sistem de injecție electrică pentru mașina Alfa Romeo, injecția de combustibil a fost considerată serios pentru vehiculele de producție. Ulterior, dezvoltarea ulterioară a injecției de combustibil a avut loc pentru aplicații de curse, precum și pentru alte vehicule de producție. În 1970, Bendix a implementat utilizarea senzorului Lambda în sistemul auto. Acest dispozitiv a avut unul dintre cele mai importante efecte asupra industriei injecției de combustibil, deoarece a făcut posibil controlul pe principiul unui sistem cu buclă închisă. Fără această dezvoltare, ar fi fost imposibil să fi respectat reglementările privind emisiunile de astăzi. Sistemele de injecție de combustibil din zilele noastre funcționează similar cu un carburator, furnizând un motor contorizat și un amestec de combustibil motorului pentru ardere. Aerul care intră este controlat printr-un corp de accelerație, de regulă controlat cu valve fluture. Apoi, aerul care intră este contorizat printr-un dispozitiv de detectare și se adaugă în fluxul de aer o masă adecvată de combustibil printr-un injector controlat electric. Întreaga secvență este monitorizată și controlată de un computer mic de management al motorului.

În general, timpul de deschidere a injectoarelor este fixat și se produc modificări de la durate diferite de timp înainte de închiderea injectoarelor. Cu răspunsuri aproape instantanee de la computerul de control electronic, amestecul aer-combustibil poate fi controlat îndeaproape. Dezvoltarea ulterioară a produs injecția simultană cu două focuri, sau sistemul de injecție în etape, care permite o reglare extrem de precisă a aerului în amestecul de combustibil.

Acest lucru se realizează printr-o injecție de combustibil în orificii pe măsură ce robinetele de intrare se deschid, în consecință doar o dată la două rotații ale arborelui cotit. Numeroasele avantaje ale injecției secvențiale și în etape rezultă din monitorizarea precisă a sistemului informatic de gestionare a motorului care ajută la evitarea numeroase probleme de funcționare a motorului, prin implementarea multitudinii de senzori precum senzorul de detonare și senzorul unghiului arborelui cotit. Există patru tipuri de senzori de flux implementați în sistemele de injecție electronică de combustibil: senzorul de flux cu placă suspendată, senzorul de curgere de tip poartă basculantă, senzorul de presiune absolută (MAP) al colectorului și senzorul cu flux de masă. Senzorul de debit cu placă suspendată este alcătuit dintr-o placă circulară care se rotește pe capătul opus al unui braț, echilibrat de o greutate mică, care suspendă placa în plan orizontal într-un gât circular. Când motorul este oprit, placa revine la poziția sa de echilibru în cea mai îngustă secțiune a gâtului conic complex. Aerul care intră apoi împinge placa împotriva rezistenței produse dintr-un piston de control acționat hidraulic, care deprinde o rolă pe un braț de nivel mic, controlând astfel reglarea inactivă a motorului cu o oprire cu șurub. În timpul accelerării bruște, placa trece peste moment, se mărește, crescând amestecul furnizat și apoi revine la poziția de echilibru.

În mod similar cu carburatorul, cea mai importantă sarcină a sistemului de injecție de combustibil modern este de a furniza un motor stochiometric de combustibil și aer pentru combustie, indiferent de condițiile de conducere; pornire la rece, ralanti, economie sau accelerare bruscă. Acest amestec stoechiometric se realizează prin controlul electronic al temporizării injectoarelor de la începutul până la sfârșitul injecției de combustibil, care combate diferitele nevoi ale funcționării motorului în diferite condiții. Pentru a obține simetria necesară în sistemul electronic de injecție a combustibilului, combustibilul trebuie livrat în sistem continuu și în mod sigur, fără impulsuri la o presiune constantă controlată cu o pompă de combustibil. Combustibilul trebuie să fie măsurat îndeaproape și livrat într-o formă atomizată în galeria motorului prin injectoare fără a intra în combustibil lichid. Și, în sfârșit, o multitudine de senzori pentru monitorizarea condițiilor de mediu și a motorului trebuie să poată trimite informații precise unui computer de management al motorului care trebuie să funcționeze cu exactitate întregul sistem de injecție de combustibil.

Prima metodă de injectare a combustibilului este injecția directă în butelii, dar, din păcate, suferă de o contrapresiune extraordinar de mare datorită plasării sale, precum și a altor dezavantaje severe. Datorită apropierii injectoarelor cu pistoanele din camera cilindrului, combustibilul trebuie injectat progresiv pentru a permite atomizarea combustibilului și amestecarea cu aerul înainte de scânteie.

De asemenea, combustibilul trebuie să poată intra în camera cilindrului care curge împotriva presiunii în spate. Din cauza expunerii vârfurilor injectorului la procesul de ardere, acumulările de carbon înfundă ușor vârfurile injectorului. În cele din urmă, o atomizare completă și amestecarea unui amestec omogen de aer și combustibil sunt aproape imposibile din cauza perioadei scurte de timp. Cu toate aceste probleme potențiale, această metodă de injecție este evitată pentru sisteme mai eficiente. Injecția corpului de accelerație, cunoscută și sub denumirea de injecție cu un singur punct sau injecție centrală de combustibil, a fost preferata producătorilor datorită simplității și costului scăzut în comparație cu competitorul său principal, sistemele de injecție cu mai multe puncte. Acest sistem se bazează pe un singur injector cu combustibil cu jet în aval de valva de accelerație, ceea ce reduce efectele fluxului de aer sau o configurație a injectorului cu jet dublu, în amonte de fiecare parte a valvelor fluture. Cu toate acestea, există mai multe dezavantaje ale sistemului de injecție cu un singur punct. Într-un sistem de injecție cu un singur punct, combustibilul are tendința de a se condensa pe pereții galeriei de admisie și apoi se vaporizează din nou într-o manieră necontrolată, eliminând parțial controlul sistemului. În mod similar cu carburatorul, injecția cu un singur punct are dificultăți în distribuirea cu exactitate a amestecului de combustibil la diferiții cilindri. În cele din urmă, trebuie să existe un loc fierbinte în corpul clapetei de accelerație pentru a ajuta la atomizarea combustibilului injectat, precum și pentru a preveni înghețarea în condiții de frig. Injecția cu mai multe puncte de combustibil este cel mai utilizat sistem de injecție de combustibil utilizat în automobilele de astăzi.

Acest sistem funcționează injectând combustibil în galeria de admisie direct în orificiile chiulasei. Implementând această injecție directă la porturile chiulasei, sistemul cu mai multe porturi evită dezavantajele menționate anterior ale sistemului cu un singur punct. Injectorul de combustibil este direcționat să se pulverizeze pe supapele de intrare la cald, împiedicând condensarea combustibilului în port, precum și scăderea probabilității amestecului de combustibil atras într-un cilindru adiacent datorită efectelor presiunii din spate. Singurul dezavantaj real al acestui sistem este costul suplimentar de la colectoarele de admisie specializate și componente suplimentare, cum ar fi șinele de combustibil, care sunt depășite de performanțele mai bune obținute. Injecția continuă este cea mai simplă și mai puțin costisitoare metodă de injectare a combustibilului de la injectoare. Injecția continuă funcționează prin injectarea unui spray de amestec de combustibil în galeria de admisie, unde este gata să curgă în cilindrii individuali atunci când se deschid robinetele de intrare [5]. Amestecul de combustibil este controlat prin variația presiunii combustibilului trimis injectoarelor de la pompa de combustibil. În injecția cu mai multe puncte, combustibilul este transformat într-un amestec omogen prin turbulența din cilindri. Metoda mai favorizată de injecție de combustibil este prin injecție secvențială sau cronometrată, care injectează combustibilul pentru perioade de timp limitate, de obicei o dată pentru fiecare revoluție a arborelui cotit. Combustibilul este menținut la o presiune constantă care combate dificultățile legate de micul interval de timp în controlul electronic dintre semnalele de primire și trimitere între senzori, computer și apoi pompa de combustibil.

În general, timpul de deschidere a injectoarelor este fixat și se produc modificări de la durate diferite de timp înainte de închiderea injectoarelor. Cu răspunsuri aproape instantanee de la computerul de control electronic, amestecul aer-combustibil poate fi controlat îndeaproape. Dezvoltarea ulterioară a produs injecția simultană cu două focuri, sau sistemul de injecție în etape, care permite o reglare extrem de precisă a aerului în amestecul de combustibil. Acest lucru se realizează printr-o injecție de combustibil în orificii pe măsură ce robinetele de intrare se deschid, în consecință doar o dată la două rotații ale arborelui cotit. Numeroasele avantaje ale injecției secvențiale și în etape rezultă din monitorizarea precisă a sistemului informatic de gestionare a motorului, care ajută la evitarea numeroaselor probleme ale funcționării motorului, prin implementarea multitudinii de senzori precum senzorul de detonare și senzorul unghiului arborelui cotit.

I.2. Motorul electric

Conform cercetărilor, toate rezervele de combustibili fosili cunoscuți, exprimate ca surse de energie primară vor fi complet epuizate în următorii 100 de ani. Nevoile de energie cresc rapid zi de zi, cum ar fi consumul de energie și problemele de mediu din cauza combustibililor fosili. Toate aceste probleme și riscurile de securitate a aprovizionării cu energie forțează să afle resurse energetice noi și marisoluții eficiente.

Astăzi, 50% din consumul de energie este furnizat de combustibili fosili, mai mult de jumătate dintre aceștia constau în petrol. Cele mai multe vehicule terestre, avioane și avioane sunt proiectate pentru a putea consuma doar petrol. Astfel, mai mult de 25% din uleiul respectiv este consumat de vehiculele respective. Mai mult decât atât, eficiența vehiculelor petroliere este controversată, astfel încât o mașină convențională este capabilă să transporte doar 4 pasageri, chiar și propria greutate este mai mare de 1000 kg. Și, de fapt, conform rapoartelor, doar șoferul este transportat cu 68% din călătoriile urbane. Aceste date arată că vehiculele noi de proiectare și regulile fluxului de trafic sunt necesare pentru viitorul apropiat. Vehiculele care nu consumă ulei fosil, care sunt proiectate mai mici și mai ușoare, având un motor nou proiectat, cu capacitate de alimentare compatibilă și caracteristici de consum redus de energie, vor circula pe trafic. De asemenea, vehiculele sunt promițătoare din cauza eficienței ridicate și a costurilor de producție scăzute. Pentru a atinge această țintă, mai multe strategii serioase sunt stabilite de mai multe guverne și companii producătoare de mașini.De asemenea, diverse cercetări științifice susțin aceste eforturi. Deci, vehiculul electric are o ocazie de a se răspândi în trafic în cele din urmă; cu toate acestea, a fost inventat înainte de petrol la 1830.

Figura nr. 2.

Majoritatea cercetărilor se concentrează pe reducerea costurilor de producție și creșterea gamei. Dar bateria, care este principala sursă de energie a motorului, are dezavantaje ca volum și greutate mare. Oamenii de știință încearcă să îmbunătățească densitățile de energie și să accelereze încărcarea. Aceste deficiențe împiedică conducerea vehiculelor electrice (EV) pe distanțe lungi și în afara orașului. Stațiile de încărcare centrale permit circulația pe un traseu limitat înconjurându-se. Prin urmare, EV-urile ar trebui să fie proiectate ca un vehicul urban pentru viitorul apropiat.

În ciuda soluțiilor temporare ale pieței, rezultatele nesatisfăcute în tehnologia bateriilor au dus la crearea de greutate proiectărilor de motoare electrice.

Performanța EV poate fi descrisă de graficele cuplurilor de viteză sau de turație și caracteristicile motorului electric. Prin urmare, o putere instantanee ridicată, densitate mare de putere, răspuns rapid la cuplu, proiectare compactă și ușoară, eficiență ridicată în regenerare, preț rezonabil, ușor de întreținut și costuri de întreținere mai scăzute sunt foarte așteptate de la un motor electric, care este proiectat pentru EV. Pe vehiculele EV, în mare parte sunt utilizate motoarele de inducție (IM) și motoarele sincrone (atât tipul de magnet permanent, cât și polul principal), uneori sunt utilizate motoare cu curent continuu și motor de comutație cu reticență (SRM).

Noile motoare cu curent continuu fără perie (BLDC), de înaltă eficiență, au început să fie folosite pentru proiecte de mașini mici, în loc de IM-uri obișnuite în mod obișnuit. Poate fi instalat în roată și să recupereze pierderile de viteză. Motoarele cu curent continuu sunt preferate datorită caracteristicii cuplului de viteză liniar și ușor de controlat. Însă structurile comutatorului și peria și problemele de întreținere împiedică utilizarea lor comună pe EV-uri de dimensiuni medii și mari.

Pe de altă parte, îmbunătățirea tehnologiei magnetice permite creșterea densității și eficienței puterii motoarelor cu magnet permanent. Dar prețurile ridicate ale materialelor magnetice și riscurile de demagnetizare sunt dezavantaje ale motoarelor cu magnet permanent. O altă alternativă SRM este acceptată, deoarece este competitivă cu un preț și un proces de producție mai ușor, dar aplicațiile cu viteză mai mare nu pot fi compatibile cu SRM din cauza inerției reduse a rotorului și a fluctuației cuplului de ieșire. Cel mai frecvent utilizat pe EV-uri este IM cu design simplu și stabil, capacitate mai mare de control și costuri mai mici. Deci IM este încă cel mai popular motor EV. Accelerarea negativă sau pozitivă nu contează, IM este mai scăzut cu sistemul de regenerare. Un alt echipament pentru creșterea eficienței pe drumurile urbane este sistemul de control al vitezei, care poate fi condus prin metode avansate de control prin control orientat pe câmp (FOC). Proporțional Integral – Fuzzy Logic Control (PI-FLC) metoda și Metoda integrată proporțională (PI) a fost comparată în cercetările anterioare și PI-FLC a fost demonstrat ca fiind mai bun decât PI pentru a conduce FOC pe drumurile urbane.

O mașină electrică își păstrează energia la bord – de obicei în baterii, dar alternativ cu condensatoare sau dispozitive de stocare a volantelor. Sau poate genera energie folosind o celulă de combustibil sau un generator (Fig 2). O celulă de combustibil este o formă specializată de baterie care combină hidrogenul cu oxigenul într-o reacție chimică care produce energie electrică și vapori de apă. Spre deosebire de o baterie electrică sau o baterie, o baterie de combustibil nu funcționează sau necesită reîncărcare; funcționează atât timp cât combustibilul și un oxidant sunt furnizate continuu din exteriorul celulei. Majoritatea versiunilor actuale ale mașinilor electrice folosesc o combinație a acestor surse de energie. Mașinile electrice „pure”, cu toate acestea, funcționează doar pe baterii și au nevoie de un încărcător pentru a reîncărca bateria de la o priză electrică. O dezvoltare mai recentă este vehiculul electric hibrid (HEV), care folosește atât un motor electric sau motoare, cât și un motor pe benzină sau diesel care încarcă bateriile pentru a extinde gama mașinii și adesea pentru a oferi o putere suplimentară. Indiferent de sursa de energie, o mașină electrică are nevoie de un controler, care este conectat la pedala de accelerație, pentru direcționarea fluxului de electricitate de la sursa de energie către motor. Majoritatea mașinilor electrice folosesc baterii cu plumb, dar noi tipuri de baterii, inclusiv zinc-clor. hidrura de nichel metalic și sulful de sodiu sunt din ce în ce mai frecventeMotorul unei masini electrice hamurile de energie electrică a bateriei prin convertmg – l la energia cinetică. Șoferul simplu pornește. selectează „Înainte” sau „Înapoi” cu un alt switch și se deplasează pe pedala de accelerație. In timp ce intern – combustron engrne unei mașini convenționale are multe părți în mișcare și trebuie să transforme mișcarea liniară de pistoane și tije în mișcare de rotație la roți, un motor electric are doar un singur element rotativ. La fel ca o mașină pe benzină, o mașină electrică are un sistem (numit tren de putere) de angrenaje, arbori și îmbinări care transmit mișcare de la motor la roțile auto. Majoritatea mașinilor electrice nu au ambreiaj sau transmisii multispeed. Pentru a merge înapoi, fluxul de electricitate prin motor este inversat, schimbând rotația motorului și determinând trenul de putere să facă roțile să se rotească în cealaltă direcție. Majoritatea mașinilor electrice au un sistem de frânare regenerativ – sistemul de frânare acționează ca un încărcător de baterii. Când șoferii se accelerează pe accelerator sau pășesc pe o pedală de frână, motorul de acționare acționează ca un generator și transformă

impulsul vehiculului înapoi în electricitate și îl depozitează în baterie. Convertirea energiei cinetice în energie electrică încetinește mașina. Mașinile electrice au, de asemenea, o pedală de frână și un sistem de frânare tradițional, care folosește frecarea pentru a încetini vehiculul

Figura nr.3 – Sistemul primar de propulsie al vehiculului electric

pentru oprirea rapidă și de urgență. Aceste frâne de frecare transformă energia cinetică în căldură. În mașinile pe benzină, această energie este pierdută. căldura fiind disipată în aerul din jur. Conservarea energiei în mașinile electrice. cu toate acestea, este atât de important încât inginerii au găsit o modalitate de a recupera căldura și de a o folosi, de exemplu, încălzind habitatul

Pentru aplicații cu putere mică și medie (până la câțiva kilowati), rețeaua monofazată standard este suficientă. Pentru aplicații de mare putere, motoarele de curent alternativ sunt alimentate în general de o sursă de curent polifazic. Cel mai des utilizat sistem este apoi faza trifazată (defazată cu 120 °) folosită de distribuitorii de electricitate.Un motor universal este un motor electric care funcționează pe același principiu ca o mașină cu curent continuu, cu excitație în serie: rotorul este conectat în serie cu înfășurarea pe câmp. Cuplul acestei mașini, independent de direcția de curgere a curentului, este proporțional cu pătratul intensității sale. Prin urmare, poate fi furnizat cu curent continuu sau alternativ, de unde și numele acestuia. Pentru a limita curenții rotunjiți care apar sistematic în toate zonele metalice masive supuse câmpurilor magnetice alternante, statorul și rotorul său sunt laminate. în loc să producă o forță de rotație de un câmp electromagnetic rotativ, produce o forță liniară de-a lungul lungimii sale prin instalarea unui câmp de deplasare electromagnetic. Un alt tip de motor electric este motorul pas cu pas. Un rotor intern care conține magneți permanenți este mutat de un set de electromagneti plasați în stator comutat de electronice de putere. Alimentarea sau nu a fiecăruia definește o poziție unghiulară diferită (secvența permite mișcarea). Motoarele pas cu pas simple au un număr limitat de poziții, dar motoarele pas cu control proporțional (alimentare variabilă a bobinei) pot fi extrem de precise. Aceasta este cunoscută sub numele de "mic pas", deoarece motorul se poate echilibra între două trepte. Mașina asincronă a fost îndelung provocată de mașina sincronă în câmpurile de mare putere, până la apariția electronicelor de putere. Se găsește astăzi în multe aplicații, în special în transporturi (metrou, trenuri, propulsie de nave), industrie (mașini-unelte), în electrocasnice etc. Inițial au fost utilizate doar la motoare, dar, totuși, datorită electronicelor de putere, sunt din ce în ce mai des utilizate ca generatoare, de exemplu în turbine eoliene. Pentru a funcționa în fază unică, aceste mașini necesită un sistem de pornire N 3, condensator în serie pe una dintre înfășurări (P max. 6 kW) sau inel de pornire (P max. 400 W). Motoarele cu inel de pornire sunt utilizate în hote extractoare, pompe de scurgere a mașinii de spălat și ventilatoare, deoarece cuplul de pornire este extrem de scăzut. Pentru aplicații de putere, de peste 6 kilowati, motoarele asincrone sunt alimentate doar de sisteme cu curent trifazat. Mașina sincronă este adesea folosită ca generator. Se numește apoi „alternator”. În afară de crearea unui generator cu putere redusă, această mașină este în general trifazată. Pentru producerea de energie electrică, centralele utilizează alternatoarele ale căror puteri pot fi în jur de 1.500 MW. După cum sugerează și numele, viteza de rotație a acestor mașini este întotdeauna proporțională cu frecvența curenților care le traversează. Acest tip de mașină poate fi utilizat pentru a crește factorul de putere al unei instalații. Aceasta se numește „compensator sincron”. Un motor fără perie, sau un motor fără perii, este un motor sincron15, al cărui rotor este format dintr-unul sau mai mulți magneți permanenți și prevăzut cu un senzor de poziție a rotorului (senzor de efect Hall, sincro-rezolver ca standard) , de exemplu, codificator incremental). Văzut din exterior, funcționează pe curent continuu. Desemnarea sa fără perii provine de la faptul că acest tip de motor nu conține perii. Pe de altă parte, un sistem de control electronic trebuie să asigure comutarea curentului în înfășurările statorului16. Acest dispozitiv poate fi integrat fie în motor, pentru puteri mici, fie exterior. Rolul ansamblului de control senzor-electronic este acela de a asigura autotilotarea a motorului, adică menținerea ortogonalității17 a fluxului magnetic al rotorului în raport cu fluxul de stator, rol în trecut ansamblu colector perie pe o mașină DC . La fel ca toate mașinile rotative, mașinile electrice cu curent continuu constau dintr-un stator și un rotor. Statorul creează o magnetizare longitudinală fixă ​​folosind înfășurări (inductor) sau magneți permanenți Rotorul este format dintr-un set de bobine conectate la un colector rotativ. Colectorul rotativ menține fixată direcția transversală de magnetizare a rotorului atunci când se rotește. Datorită acestui dispozitiv, magnetizările, rotorul și statorul sunt întotdeauna compensate optim (în cadru) . Această compensare determină un cuplu conform legii fluxului maxim (un pol nord atrage un pol sud), determinând astfel rotația rotorului. Principalul avantaj al mașinilor cu curent continuu constă în adaptarea lor simplă la mijloacele de reglare sau variație a vitezei, a momentului și a direcției de rotație: acționări cu viteză variabilă. Chiar și conexiunea lor directă la sursa de energie: acumulatori, baterii, etc. Defectul principal al mașinii CC constă în ansamblul perii / colector rotativ care se uzează, este complex de performat și consumat energie. O altă problemă limitează viteza mare de utilizare a acestor motoare atunci când rotorul este înfășurat, este fenomenul de „defreșare”, forța centrifugă rupând în cele din urmă legăturile asigurând menținerea seturilor de rotații (învârtire).

CAPITOLUL II. ECOBOOST: CARACTERISTRICI SI SPECIFICAȚII

EcoBoost este o serie de motoare pe benzină cu injecție directă, turbo, alimentate de Ford și co-dezvoltate inițial de compania australiană FPV Engineering și Mazda. Ecoboost 2L și 2.3L sunt derivate turbo Ford ale motorului Mazda L. Motoarele EcoBoost sunt proiectate pentru a furniza putere și cuplu în concordanță cu cele ale motoarelor cu deplasare mai mare (volumul cilindrilor), aspirate natural, obținând în același timp cu aproximativ 30% o eficiență mai bună a combustibilului și cu 15% mai puține emisii de seră, potrivit Ford. Producătorul consideră că tehnologia EcoBoost este mai puțin costisitoare și mai versatilă decât dezvoltarea ulterioară sau extinderea utilizării tehnologiilor cu motor hibrid și diesel. Motoarele EcoBoost sunt disponibile pe scară largă în gama de vehicule Ford. Tehnologia motorului cu turbocompresie cu injecție directă pe benzină EcoBoost adaugă 128 de brevete și cereri de brevete la cele 4.618 active ale Ford și mii de brevete americane în așteptare.  O parte din costurile dezvoltării și producției din SUA au fost asistate de împrumutul Departamentului de Energie al programului de împrumut de 5,9 miliarde de dolari pentru tehnologia avansată. În ceea ce privește opțiunile de motoare auto, mulți pasionați de curse și pasionați de drum deopotrivă vor favoriza un motor V8 pentru vehiculele lor specifice. De ce nu? Un V8 produce o cursă de putere la fiecare 90 de grade, ceea ce pune mult mai puțină tensiune asupra motorului decât opțiunile cu patru cilindri și V6 și, la rândul său, duce la o performanță mai mare a motorului. Soldul incredibil de cuplu și putere a făcut V8 A opțiunea populară a motorului pentru șoferii de performanță, incluzând și fanii Ford Mustang de generații. Datele arată clar că rezultatele repetării șoferului robotului și a dinamometrelor profesioniști sunt strâns grupate în două grupuri. Eticheta „Ingineri” reprezintă o serie de ingineri diferiți din personalul cu mai puțină experiență la volanul pe dinamometrul șasiului. În mod clar, driverele dinamometrelor profesionale sunt foarte repetabile. Este de remarcat faptul că grupurile de roboți și șoferi profesioniști sunt apropiate, dar acestea se suprapun rar. De obicei, șoferii profesioniști au performanțe mai bune la aceste evaluări sau sunt mai apropiați de ratingul ideal în comparație cu șoferul robotului. Aceste informații au contribuit la decizia de a utiliza driverele profesionale șasiu Dinamometru pentru această încercare , mai degrabă decât robotul conducătorului auto . În cele din urmă, este important să înțelegem că nici SAE, nici EPA nu au definit nicio țintă sau limite pentru aceste valori de calitate a unității pentru a defini teste „bune” sau valabile versus teste „proaste” sau invalide. Personalul Argonne își folosește experiența și judecata cu privire la aceste valori ale calității unității pentru a determina dacă un test a fost „rău” care se întâmplă rar. Toate valorile unității J2951 sunt furnizate cu fiecare test, ca parte a acestei lucrări.

V8 a fost mereu și va fi întotdeauna popular, dar încă din 2009, Ford Motor Company a produs o alternativă turbocompresată, care a ajutat să întoarcă ordinea stabilită. Cu mult înainte ca turbocompresoarele să devină obișnuite în întreaga industrie auto, Ford a lansat o linie complet nouă de motoare cu scopul de a furniza energie și cuplu care au rămas în concordanță cu motoarele mai mari, reducând în același timp semnificativ consumul de combustibil.

În efortul de a se baza pe succesul motorului inovativ „VTEC” al Honda din anii ’90, în 2009, Ford a prezentat noul motor EcoBoost pentru adepții săi dedicați de pe tot globul. Numele „EcoBoost” reprezintă o căsătorie fericită între a fi atât „Eco” prietenos, cât și „Boost” oferit de turbo. Dispunerea de un EcoBoost sub capotă permite proprietarului Ford să se angajeze în orice tip de conducere performantă pe care o mulțumește în timp ce pune accentul pe economia de combustibil a vehiculului în același timp.

CUM FUNCTIONEAZA

"PUTEREA ÎNCĂRCATĂ DE EXECUȚIE"

În dezvoltarea motorului EcoBoost, Ford Motor Company a dorit să creeze o experiență de conducere care a fost atât de interesantă încât șoferul ar uita că sunt ecologice în același timp. În efortul de a scăpa de fiecare parte din eficiență din motorul subdimensionat, fiecare motor EcoBoost are trei atribute definitive: injecție directă, sincronizare variabilă și putere de evacuare. Motoarele EcoBoost au dimensiuni între trei și șase cilindri pentru F-150, dar toate motoarele Ford EcoBoost sunt motoare cu injecție directă. După cum îi spune și numele, injecția directă de combustibil înseamnă că combustibilul din rezervoarele de combustibil este trimis direct în cilindru. Procedând astfel, vehiculul poate injecta o cantitate precisă de combustibil în fiecare cilindru. Acest lucru permite motorului EcoBoost să producă cantitatea maximă de putere utilizând cât mai puțin combustibil posibil.

Injecția directă permite injecții multiple pe ciclu de combustie, ceea ce îmbunătățește economia de combustibil a vehiculului, în special la pornirea motorului. Eficiența la punctul de ardere duce la un consum mai redus de combustibil și mai puține emisii de CO2.  În efortul de a menține eficiența la bord, motoarele EcoBoost dispun de o temporizare variabilă a arborelui cu came. Tehnologia inovatoare EcoBoost asigură că motorul are întotdeauna suficient aer pentru a oferi performanțe maxime, fără a pierde aer.

În plus, spre deosebire de multe motoare cu acțiune prin centură, motoarele EcoBoost sunt antrenate cu evacuare, ceea ce vă permite să utilizați gaze de evacuare care altfel pur și simplu ar ieși din vehicul fără a fi utilizate. Gazele de evacuare sunt transformate în energie mecanică, care mai târziu se traduce în mai mulți cai putere și cuplu. Prin reciclarea fumurilor de evacuare, sistemul dvs. turbocompresat forțează mai mult aer în motorul EcoBoost, care atunci când este amestecat cu combustibil, va crea și mai multă putere. Datorită dimensiunii mai mici a motorului și a întregii activități eficiente în ceea ce privește consumul de combustibil, vă întrebați probabil cum un patru cilindri poate ține pasul cu un V6 sau un V8. Acolo intră în joc turbocompresorul!

Deoarece eficiența este numele jocului, turbo-ul prezent într-un motor EcoBoost crește rezistența fiecărui curs de putere, ceea ce compensează mai mult decât deplasarea redusă.

Această abordare a calității peste cantitate permite motorului EcoBoost să ofere o mare cantitate de cuplu, chiar și la viteze mici ale motorului, rămânând în același timp puternic și sensibil la RPM mai mare.

ECOBOOST MUSTANG

Prin mare parte din istoria Mustangs , fanii Ford ar putea alege între opțiunile motorului V6 și V8 pentru mașinile lor cu ponei. În zorii erei S550 , cu toate acestea, noul motor EcoBoost cu patru cilindri a sosit și și-a făcut imediat un nume în cadrul comunității Mustang.

Introducerea motorului EcoBoost a marcat întoarcerea unui motor cu patru cilindri la gama Mustang pentru prima dată de la zilele de închidere ale Fox Body Generation. Motoarele cu patru cilindri au fost obișnuite în vehiculele produse în perioada 1974-1993, inclusiv mașinile cu ponei SVO, care s-au bucurat de o domnie de trei ani în perioada 1984-1986.

La fel de fain ca SVO era din nou în anii 1980, fanii Mustang nu au văzut încă nimic similar cu EcoBoost. 2.3L I-4 motor Ecoboost găsit în modelele timpurii S550 sported 314 CP (231 kW 310 CP) la 5.500 rpm și au produs 320 lb ∙ ft cuplu. Cu astfel de numere impresionante direct din fabrică, fanii Mustang au început rapid să compare și să contrasteze EcoBoost cu opțiunea motorului V6 de lungă durată.

EcoBoost și V6 sunt relativ similare pe hârtie, însă, odată ce șoferul își pune piciorul pe pedala de gaz, I-4 turbo este sensibil diferit de omologul său cu șase cilindri. EcoBoost are un timp de sfert de viteză mai mare la 102 MPH (13,9 secunde față de 14,1 pentru V6) și are un avantaj clar atât în ​​forțele g de skidpad, cât și la frânare de la 70-0 MPH.

Pentru anul modelului 2018, Ford a pus dezbaterea „ EcoBoost vs. V6 ” pentru viitorul previzibil, întrerupând opțiunea cu șase cilindri și făcând astfel EcoBoost singura alternativă la V8. Mustang EcoBoost poate da jos 310 cai și 350 lb.-ft. de cuplu, cu un timp de 0-60 MPH mai mic de cinci secunde, obținând în același timp o economie de combustibil mai bună decât V6 întreruptă.Cu câțiva ani înainte ca motorul EcoBoost să ia lumea Mustang prin furtună, Ford a introdus tehnologia de injecție directă, turbocompresată, în interiorul unuia dintre noile sale proiecte pentru animale de companie, Focus ST . Debutând în vara anului 2012, Focus ST a prezentat un exterior sportiv, precum și o serie de upgrade-uri de performanță, ceea ce o distingea de modelele Focus din trecut.

Echipat cu o transmisie manuală cu șase trepte și un motor EcoBoost de 2,0 L sub capotă, Focus ST s-a stabilit rapid ca o entitate populară pe tot peisajul autocross, precum și în alte cercuri de conducere de performanță. Motorul turboalimentat 2.0L EcoBoost găsit în Focus ST are o putere de 252 cai putere și un cuplu de 270 lb-ft în timp ce asigură un timp de 6,2 secunde de 0-60 mph.

În anii care au urmat lansării ST, Ford a continuat să testeze tehnologia EcoBoost pe alte vehicule hatchback. La mai puțin de un an de la debutul Focus ST, Ford a lansat Fiesta ST în primăvara lui 2013. Ford Fiesta ST dispune de un motor cu patru cilindri în linie 1.6L EcoBoost, care face 197 cai putere și 202 lb-ft de cuplu. Datorită tehnologiei EcoBoost remarcabil, Fiesta ST pachete o mulțime de putere într – un pachet mic și oferă o experiență cu adevărat unică de conducere.

Vorbind despre putere, în 2016, Ford Motor Company și-a prezentat cea mai impunătoare trapă fierbinte din lume, Focus RS . RS-ul de înaltă performanță a luat tot ce-i plăcea fanii în legătură cu ST-ul, inclusiv adăugarea unui motor EcoBoost de 2,3L. Rivalând zona de dedesubt a EcoBoost Mustang, motorul 2.3L scoate 345 cai putere și 325 lb-ft de cuplu.

FORD F-150

2018 F-150

În anul model 2011, Ford Motor Company a făcut mai multe demersuri pentru a-și face camioanele mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil, iar multe dintre aceste schimbări au apărut ca urmare a noului motor EcoBoost. Cu o combinație rară atât de putere cât și de eficiență, noul motor 3.5 litri EcoBoost cu șase cilindri de 3.5L, a permis ridicarea versatilă să mențină performanțe optime în timp ce se află pe drum sau pe traseu. Extraordinarul 3.5L EcoBoost V6 a fost mult mai puternic decât premium V8 din anul precedent model și, evident, a venit cu o eficiență mult mai bună.

EcoBoost a devenit atât de proeminent în seria Ford F, încât motorul dublu turbo de 3,5L a devenit motorul de bază pentru F-150 începând cu 2015. Pe lângă faimosul motor 3,5L, Ford Motor Company a prezentat un model de 2,7L V6 EcoBoost ca și opțiune în 2015. EcoBoost 2.7L este capabil să obțină aproximativ 18 mpg prin oraș și un impresionant 24 mp pe autostradă.

Motoarele V6 EcoBoost sunt asamblate la Uzina de motorizare nr. 1 din Cleveland din Brook Park, Ohio. Motoarele 2.0 L I4 EcoBoost vor fi produse la uzina Ford Valencia din Spania în 2009.  Motoarele EcoBoost de 1,6 L I4 vor fi fabricate la fabrica de motoare Ford Bridgend din Regatul Unit. Cel mai mic motor de cilindru EcoBoost cu 3 cilindri de 1000 cm, este produs atât la Ford Germania din Köln, cât și la Ford România, la Craiova.

Până în 2012, compania intenționează să producă 750.000 de unități EcoBoost anual în SUA și 1,3 milioane la nivel mondial pe piața mondială. Ford se aștepta ca peste 90% din gama sa globală de vehicule (inclusiv America de Nord) să ofere tehnologie EcoBoost pentru motoare până în 2013. De la începutul motorului până în noiembrie 2012, 500.000 de vehicule Ford EcoBoost au fost vândute.

La introducerea Ford XC60, Ford S60 a utilizat termenul PTDi (injecție directă turbo pe benzină) pentru motorul de 1,6 L I4 pentru introducerea conceptului Ford S60 [12] și pentru motorul 2,0 L I4.

2013 Ford Focus 1.6 EcoBoost (182) Titan (om. 6) (model pentru Europa) specificații auto și analiza datelor de performanță.

Fișă tehnică specificată cu date tehnice și date de performanță, plus o analiză a concurenței directe de piață a Ford Focus 1.6 EcoBoost (182) Titanium (man. 6) în 2013, modelul cu caroserie hatchback cu 5 uși și Line-4 1596 cm3 / 97.2 cui dimensiunea motorului, 134 kW / 182 PS / 180 CP (ECE) de putere, 240 Nm / 177 lb-ft de cuplu, manevră manuală cu 6 trepte pentru Europa. Specificații care prezintă dimensiunile exterioare și interioare, economia de combustibil, viteza maximă, datele fabricii de performanță și estimarea ProfesCars ™: acest Ford ar accelera 0-60 mph în 7,3 sec, 0-100 km / h în 7,8 sec, 0-200 km / h în 40,7 sec și timp de un sfert de milă este 15,6 sec.

Lista de familii de motoare

Ford produce un motor cu trei cilindri in linie turbo de 1,0 L pentru familia EcoBoost dezvoltat la Centrul Tehnic Dunton din Marea Britanie. Producția a început în aprilie 2012. 1.0 este construit inițial în două versiuni: 74 kW (101 CP; 99 CP) și 88 până la 92 kW (120 până la 125 CP; 118 până la 123 CP).

Versiunea mai puternică oferă un maxim de 170 N ∙ m (130 lbf ∙ ft) de la 1400 până la 4500 rotații pe minut și 200 N ∙ m (150 lbf ∙ ft) pe overboost, ceea ce face o curba de cuplu largă în comparație cu un aspirat natural motor pe benzina. O versiune de 140 CP (100 kW; 140 CP) a fost, de asemenea, lansată în Fiesta Red Edition și Black Edition, precum și Focus ST-Line, cu 210 N ∙ m (155 lb ∙ ft) de cuplu. Blocul motor este din fontă, care oferă, pe lângă rezistența necesară, o încălzire cu până la 50% mai rapidă decât aluminiu, în detrimentul greutății suplimentare

Pentru a potoli vibrațiile naturale ale unui design cu trei cilindri, s-au depus eforturi nespecificate în proiectarea volantelor pentru a asigura o rulare lină în mod satisfăcător, fără utilizarea unor arbori de echilibrare a energiei. Motorul EcoLoost GTDI de 1.0L folosește o centură de distribuție scăldată în ulei . Motorul este ambalat într-un bloc motor cu o amprentă de dimensiunea unei foi de hârtie A4 . Odată cu introducerea Ford Fiesta 2013 ridicată în față, Ford a introdus o versiune naturală a motorului 1.0 Fox. Cele două versiuni produc 65 CP și 80 CP, și ambele motoare folosesc injecție directă și Ti-VCT ca versiunile turboalimentate. Tehnologia Start-Stop este de asemenea disponibilă.

Motoarele sunt produse la Köln, Germania și Craiova, România și Chongqing, China. Producția este de așteptat să fie 700,000-1 , 500.000 de unități pe an. Motorul este disponibil în Ford Focus, C-MAX bazat pe Ford Focus și Grand C-MAX, Ford Fiesta, B-Max bazat pe Fiesta și Transit Courier. [19] Această versiune este disponibilă și în Ford Ecosport de a doua generație fabricată și vândută în Brazilia, India, Thailanda și Rusia, deși pe unele piețe, acest vehicul vine cu motorul 2.0 L EcoBoost.

Ford a anunțat că motorul 1.0 L EcoBoost va fi disponibil pe piața americană începând cu noul model berline Ford Fiesta 2014 și hatchback. Acesta a fost anunțat la Salonul Auto din Los Angeles 2012, când a fost prezentată Fiesta din 2014. Versiunea de 123 CP este acum disponibilă pe piața nord-americană Focus, începând cu anul de model 2015. Se spune că motorul reprezintă doar mai puțin de 5 la sută din vânzările Fiesta și Focus din SUA, potrivit unui raport din 2017. În cea mai recentă serie de evenimente, motorul de 1,0 L a primit premiul International Engine of Year 2016, ceea ce îl face cel mai bun motor sub 1,0 L pentru a cincea oară la rând.

În 2017 Ford a fost din nou premiat cu motorul internațional al anului (pentru motoare sub 1,0 L) cu o versiune aproape complet reconfigurată a Ecoboost 1.0. Deși similar termodinamic cu vechiul Ecoboost 1.0, noul motor oferă dezactivarea cilindrului în condiții de încărcare redusă. O nouă volantă cu masă dublă și un disc de ambreiaj care amortizează vibrațiile ajută la neutralizarea oscilațiilor motorului atunci când rulează pe doi cilindri . [ 22] Producția a început în 2018.

La 24 februarie 2017, ca parte a dezvăluirii celei de-a șaptea generații (Mk8 – Marea Britanie) derivată Fiesta ST, Ford a anunțat un nou motor de 3 cilindri in linie de 1,5 litri de 1,5 litri EcoBoost cu tehnologie de dezactivare a cilindrilor . Versiunea acestui motorul anunțat pentru Fiesta ST produce 200 CP (150 kW; 200 CP) la 6.000 rpm și oferă un cuplu de 290 N ∙ m (210 lbf ∙ ft) de la 1.600 la 4.000 rpm.

Motorul se bazează pe o extindere a 1.0 EcoBoost, ducând capacitatea pe cilindru până la 500cc, ceea ce Ford consideră că este probabil să fie maximul pentru eficiență termică optimă.  Motorul este un design din aluminiu cu colector de evacuare integrat, turbocompresor cu debit de inerție scăzută și combină atât injecția de combustibil port și injecția directă de combustibil.

Motorul va fi disponibil cu tehnologie de dezactivare a cilindrilor, implementată prin oprirea livrării de combustibil și a funcționării supapei pentru unul dintre cilindrii motorului în condiții în care nu este necesară o capacitate completă.

Inline cu patru cilindri

Patru motoare EcoBoost I4 sunt în producție. O versiune redusă de 1,5 L a 1.6 L, 1.6 L care înlocuiește motoarele I4 cu deplasare mai mare, aspirate în mod natural în vehiculele Ford, un 2.0 L care înlocuiește motoarele V6 cu deplasare mică, aspirate în mod natural și un 2.3 L utilizat în performanțe ridicate aplicații. Toate cele patru motoare sunt turboalimentate și injectate direct. Familia de motoare de producție a fost anunțată oficial la Salonul Auto de la Frankfurt din 2009.

O versiune de 1,5 L a familiei de motoare EcoBoost a fost dezvăluită pentru prima dată în Ford Fusion din 2014 ca versiune redusă a motorului 1.6 L EcoBoost. Deplasarea redusă este rezultatul reglementărilor chineze privind impozitele pe vehicule care impozitează vehiculele cu deplasări ale motorului de 1,5 L sau mai puțin la tarife mai mici. EcoBoost de 1,5 L adaugă o nouă tehnologie în comparație cu 1,6 L pe care se bazează, incluzând o galerie de evacuare integrată și un ambreiaj al pompei de apă controlat de computer pentru a reduce timpul de încălzire. În Fusion 2015, motorul produce 181 CP (135 kW; 184 CP) și 185 lb ft.

O versiune de 1,6 L a fost dezvăluită pentru prima dată în conceptul Lincoln C din 2009. Motorul are o putere de 178 CP (133 kW; 180 CP) și 180 lb ∙ ft (244,0 N ∙ m) .

Versiunea pieței europene de 1.6 L oferă 150 CP (112 kW; 152 CP), deși o versiune de 160 CP (119 kW; 162 PS) este utilizată în Ford Mondeo. Motorul EcoBoost de 1,6 L este condus în Campionatul Britanic de Formula Ford. Unitățile au înlocuit unitățile originale N / A de 1.6 L Duratec, care la rândul lor au înlocuit mașinile cu motor Zetec de 1.8 L. Motorul a fost folosit și în ultimele sezoane în WRC în Ford Fiesta.

Motorul EcoBoost de 1,6 L este, de asemenea, produs la Uzina de Motor Ford Bridgend din Bridgend, Țara Galilor.

În 2013, Ford a amintit anumite scăpări Ford echipate cu acest motor, datorită potențialului pentru ei de a lua foc după supraîncălzire .

În 2017, Ford a rechemat peste 360.000 Ford Escape, Ford Fiesta ST, Ford Fusion, Ford Transit Connect, Ford Focus si C-Max hibrid cu motoarele 1.6 EcoBoost , din cauza unui risc de incendii la motor cauzate de o "lipsă de circulație a lichidului de răcire". Au fost înregistrate 29 de incendii în SUA și Canada raportate la Ford. Rechemarea a contribuit parțial la o taxă de 300 milioane USD de către Ford .

Specificații

Motor de patru cilindri in linie injectat direct pe benzină, turbocompresat, cu timing independent al arborelui cu came variabil

Deplasare-1.596 cc (1,6 L; 97 cu in)

Tip

Motor cu patru cilindri în linie injectată direct cu benzină, cu cronometru în arborele cu came variabil independent

Displacement
1.596 cc (1,6 L; 97 cu in)

Forță
79,0 mm (3,1 in) Cursa 81,4 mm (3,20 in) Raport de compresie 10,0: 1 Robinet DOHC cu patru supape pe cilindru, independentă variabilă a camelor geaman Chiulasa aluminiu turnat blocul motor Cast din aluminiu de antrenare a arborelui cu came curelei de distribuție cu întinzător dinamic arbore cotit din fonta, patru contragreutăți, cinci lagăre principale de management al motorului Bosch MED17 cu CAN-Bus și bat cilindri individuale controlul de injecție a combustibilului de înaltă presiune de injecție directă de combustibil cu injectoare cu șase găuri de control al emisiilor cuplat-Close sistem catalitic cu trei căi , cu senzori de oxigen încălzit și senzori de monitorizare catalizator după catalizator nivelul de emisie Euro Etapa 5 turbocompresor Borg Warner KP39 low inerție turbo sistemul de ungere sub presiune -sistem de ungere cu pompă cu deplasare variabilă și filtru de ulei cu flux complet Capacitatea sistemului cu filtru 4,1 L (4,3 tari US)

Cea de-a doua generație 2.7L EcoBoost V6 este introdusă cu Ford F-150 2018 și este asociată cu o transmisie cu 10 viteze care a debutat anul anterior. Produce un cuplu suplimentar de 34 N ∙ m ( 25 lb ∙ ft ) în timpul primei generații. Motorul folosește un bloc de fier (CGI) cu grafit compact, care este atât rezistență ridicată, cât și ușoară.

Se mândrește cu o serie de schimbări din prima generație, multe fiind preluate de la a doua generație a motorului EcoBoost de 3.5 l generație, care a ajuns cu un an mai devreme în F-150. Cea mai proeminentă schimbare este adăugarea injecției de combustibil port, păstrând sistemul de injecție directă. De asemenea, a redus frecarea internă pentru a îmbunătăți economia de energie și combustibil și un nou sistem de recirculare a gazelor de evacuare . [63] Puterea specifică a motorului este acum de 121 CP / L, față de Ford Coyote 5.0L de 395 CP V-8 aspirat natural, care are o putere specifică de numai 78 CP / L. Momentul de vârf se potrivește cu 5.0L V-8, deși la un nivel mai mic de 2.750 rpm față de 4.500 rpm pentru V-8.

Modificările suplimentare includ o nouă cameră ușoară pentru a economisi greutate, un sistem de acționare cu came cu două lanțuri, care este mai puternic și reduce pierderea de frecare parazitară, o nouă grilă de acționare electrică care asigură un control mai precis al impulsului turbo, un sistem de recirculare a gazelor de eșapament de înaltă presiune și un pompă de ulei cu deplasare variabilă care este controlată electronic pentru a modula fluxul de ulei pentru a reduce în continuare pierderile parazitare. [ Primul vehicul Ford care a oferit acest motor a fost vehiculul conceptual Lincoln MKR din 2007 sub numele de TwinForce . [ 66] Motorul a fost proiectat pentru a furniza o putere și un cuplu echivalent cu un V8 de deplasare tipic de 6,0 L sau mai mare în timp ce obține cel puțin 15 % mai bună eficiență a combustibilului și reducerea emisiilor de seră. În Mkr, motorul conceptul TwinForce a fost evaluat la 415 CP (309 kW) și 400 lb ∙ ft (542 N ∙ m) de cuplu, precum și rula pe E85.  Atunci când același motor de prototip a reapărut în conceptul Lincoln MKT din Salonul Auto Internațional de Nord-America din 2008, numele a fost schimbat în EcoBoost. Producția oficială EcoBoost a început pe 19 mai 2009 la Uzina de motorizare nr. 1 din Cleveland.

Motoarele de producție folosesc blocul de motor Duratec 35 V6. Sistemele de încărcare și livrare a combustibilului pot atinge presiuni mari de combustibil până la 2150 psi, necesare pentru funcționarea eficientă a sistemului de injecție directă a combustibilului. Seria F EcoBoost 3.5L V6 folosește două turbocompresoare BorgWarner K03, care se pot roti până la 170.000 rpm și pot oferi un impuls de până la 15 psi. EcoBoost transversal 3.5L V6 folosește două turbocompresoare Garrett GT1549L și oferă un impuls de până la 11 psi. Cele Turbinele sunt stabilite într – o configurație twin-turbo. Motorul poate consuma cu până la 25% mai mult aer peste omologul natural aspirat. Prin utilizarea injecției directe, motorul are nevoie doar de benzină de calitate obișnuită. EcoBoost V6 a fost disponibil pentru prima dată ca opțiune de motor pentru Lincoln MKS 2010, urmată de Ford Flex 2010, Ford Taurus SHO 2010 și Lincoln MKT din 2010. [ Sistemele de încărcare și livrare a combustibilului au fost co-dezvoltate cu Robert Bosch GmbH .

În 2009, Ford a modificat un motor experimental de 3.5 L V6 EcoBoost, atât cu injecție directă E85, cât și cu injecție indirectă de benzină, care a obținut o presiune efectivă medie a frânei de 395 psi (27 bar), ceea ce se traduce la aproximativ 553 de lire-metri (750 N ∙) m) cuplul și 316 cai putere (236 kW) la 3000 rpm (curba cuplului plat de la 1500-3000 rpm).  3.5L D35 (a doua generație)

Cea de-a doua generație 3.5L EcoBoost V6 (codenum D35) a fost introdusă pentru Ford GT 2017, dezvăluită la Salonul Auto de la Detroit din 2015, precum și 2017 F-150, 2018 Expedition și 2018 Navigator . Se produce până la 647 CP (482 kW) împerecheat cu o transmisie semiautomatică cu șapte viteze. Acest motor înlocuiește teoretic modelul V8 modular supraalimentat de 5,4 L din Ford GT de ultimă generație. GT a fost pe un hiatus de 11 ani și a revenit în 2016 pentru anul model 2017. De asemenea, anunțat la Salonul Auto de la Detroit din 2015 a fost și Raptorul Ford F-150 SVT din 2017, care este alimentat de un EcoBoost V6 cu două turburi încărcate cu motor de 3,5 L.  Acest nou motor va produce 450 de cai putere în Raptor, în creștere față de 411 V8 de 6,2 L. Aceleași generație 3.5L V6 de a doua generație înlocuiește motorul din prima generație în linia 2017 F-150. Acesta va fi standard pe F-150 Limited și va rămâne un upgrade opțional pentru alte niveluri de trim. Legat de noua generație 3.5L EcoBoost V6 de a doua generație este noua transmisie automată cu 10 trepte 10R80 care a fost co-proiectată cu GM. Această nouă transmisie va fi echipată pe toate versiunile EcoBoost F-150 de 3.5L V6 de a doua generație. Cele 10 trepte vor fi exclusive pentru motorul EcoBoost de 3.5L în F-150 pentru anul model 2017.

Modificări din generația anterioară

Cea mai proeminentă modificare este adăugarea injecției de combustibil port, păstrând injectoarele directe. Injecția de combustibil port a fost parțial adăugată din cauza nevoilor de producție de combustibil pe motorul Raptor HO de 3,5L, dar are și câteva avantaje pentru EcoBoost 3,5L. Acesta va preveni acumularea pe supapele de admisie și le va menține curate din cauza trecerii de combustibil peste valve. În anumite condiții ale motorului, cum ar fi turații reduse și sarcini mici, pompa de combustibil de înaltă presiune și sistemul de injecție directă se vor opri, iar motorul va folosi doar injecția de combustibil port, reducând pierderile de eficiență datorate HPFP. Ambele sisteme vor funcționa la pornire la rece, ceea ce va reduce emisiile pe care le suferă injecția directă datorită pereților cilindrilor reci și a atomizării scăzute a combustibilului.

Modificările turbocompresorului includ porți de gunoi acționate electronic, roți de turbină acum realizate cu o capacitate mai mare de reacție din super-aliaj Mar-M-247, și aceleași roți cu turbină de 51 mm, dar cu unghiuri mai clare, permitând creșterea impulsului cu 2,5 psi (0,17 bari) până la 16 psi (1,1 bar) max. Turboalimentatoarele continuă să fie furnizate de Borg Warner. Sistemul de antrenare cu came s-a schimbat de la un singur lanț primar la un sistem cu două lanțuri primare mai puternice, cu lanțuri separate care conduc fiecare bancă de cilindri. Pe lângă lanțurile primare duble, plăcile laterale de pe lanțuri au fost de asemenea îngroșate. Pinionul de acționare a lanțului de came pe arborele cotit este un aranjament dublu pentru angrenarea celor două lanțuri primare. Aceste două modificări au fost făcute pentru a îmbunătăți armonicele și sunt, de asemenea, mai puternice pentru a ajuta la minimizarea întinderii lanțului care apare în timp în prima generație 3.5L EcoBoost.

Arborele cu came au fost făcute scobite pentru economisirea greutății, împreună cu adăugarea unei supape de urmărire cu un deget. Raportul de compresie a crescut de la 10.0: 1 la 10.5: 1 (cu excepția EcoBoost HO 3.5L pentru Raptor, care rămâne la 10.0: 1). Proiectul arborelui cu came VCT (etape) a fost, de asemenea, schimbat pentru a îmbunătăți fiabilitatea și a reduce dezvoltarea unui zgomot de atingere în timp. Ford a păstrat un singur piston de ulei cu piston pe cilindru, dar volumul de ulei a fost crescut. Partea inferioară a pistoanelor a fost, de asemenea, reproiectată pentru a transfera mai bine căldura în ulei de la noile echipamente de ulei.

De asemenea, motorul dispune de pornire / oprire automată, care scade emisiile în timpul conducerii orașului prin oprirea motorului în perioade de ralanti prelungite. Motoarele sunt de asemenea cu 1,8 kg mai ușoare decât EcoBoost de 3,5L anterioare.

Aplicații

375 CP (280 kW) la 5000 rpm, 637 N ∙ m ( 470 lb ∙ ft ) la 2250-3500 rpm

2017– Ford F-150

2018– Ford Expedition

400 CP (298 kW) la 5000 rpm, 651 N ∙ m 480 lb 32 ft la 3250 rpm

2018– Seria Ford Expedition Platinum

450 CP (336 kW) la 5000 rpm, 510 lb ∙ ft (691 N ∙ m) la 3500 rpm

2017– Raptor Ford F-150

2019– Ford F-150 Limited

2018– Lincoln Navigator

647 CP (482 kW) la 6250 rpm, 746 N ∙ m ( 550 lb ∙ ft ) la 5900 rpm

2017– Ford GT

CAPITOLUL III. APLICAȚII PE MOTOARELE FORD 1.6 ECOBOOST DE 150CP ȘI 1.6 ECOBOOST DE 182CP.

III.1. Ipoteze și obiective

OBIECTIVUL DE TESTARE pentru această lucrare se bazează pe ciclurile UDDS, Autostradă și US06 la temperatura mediului de 72 ° F. Secvența de testare include o UDDS de pornire la rece, o UDDS de pornire la cald, o a treia UDDS, o pereche Highway și o pereche US06. Pregătirea pentru testul de pornire la rece constă în finalizarea unui ciclu UDDS la 72 ° F și lăsarea vehiculului să se înmoaie termic la 72 ° F timp de peste 12 ore. Înmuierea peste noapte se face pe dinamometrul șasiului din celula de testare, deoarece vehiculul a rămas montat pe role pe durata testării. Graficul din figura 4 prezintă secvența ciclurilor de acționare executate pentru această testare. Rețineți că se menține o perioadă de înmuiere de 10 minute între ciclurile UDDS, așa cum se observă în figură. Secvența de testare se repetă de cel puțin trei ori. Numărul economiei de combustibil din acest raport se bazează pe fazele de test evidențiate de casetele roz. Fazele pentru ciclul de tracțiune US06 sunt fazele de divizare a orașului și a autostrăzii necesare pentru calcularea etichetei EPA cu 5 cicluri de combustibil.

TESTAREA PERFORMANȚEI, maparea componentelor și alte teste ale ciclului de acționare se efectuează după-amiaza. Testarea performanței include accelerații maxime, mai multe manevre de trecere și teste de viteză constantă la diferite grade. Cartografierea se concentrează pe caracteristicile specifice ale motorului și schimbarea transmisiei. Două investigații suplimentare sunt efectuate. Se investighează impactul combustibilului premium și regulat asupra performanței și economiei de combustibil. Vehiculul este de asemenea testat la 20 ° F și 95 ° F cu 850 W / m2 de încărcare solară pe secvența de test s hown . Pregătirea generală a vehiculului și configurarea dinamometrului șasiului Vehiculul de testare a fost achiziționat de la un dealer de Argonne. Ford F-150 cu motorul EcoBoost și transmisia cu 10 viteze au fost lansate la începutul proiectului și trebuiau achiziționate ca vehicul nou. Vehiculele au fost împărțite în mod corespunzător printr-o acumulare de kilometri de peste 4.000 de mile așa cum este indicat de contorul de vehicul. Rezervorul final de combustibil în timpul acumulării kilometrajului rutier a fost efectuat cu combustibil de încercare de certificare. Greutatea testului vehiculului și coeficienții de sarcină rutieră sunt achiziționate de la EPA (https://www.epa.gov/compliance-and-fuel-economy-data/data-cars-used-testing-fuel-economy). După ce vehiculul instrumentat a fost montat pe dinamometrul șasiului, echipa a efectuat unele verificări de semnal care au servit pentru încălzirea motorului și a anvelopelor. Vehiculul a finalizat apoi un ciclu dublu de acționare a autostrăzii (pereche de autostrăzi), conform cerințelor de la SAE J1263 ™ „Măsurarea sarcinii rutiere și simularea dinamometrului folosind tehnici de coborâre” înainte de a angaja procedura de determinare a pierderii vehiculului pe interfața dinamometrului șasiului. A fost acceptat, salvat și aplicat coeficientul setat de digne al vehiculului derivat. Coeficienții de set dyno din determinarea pierderii vehiculului sunt folosiți pentru restul testării dinamometrului șasiului pentru vehicul.

Șofer profesionist față de șoferul robotului Argonne a experimentat șoferi dinamometri care au condus cicluri de testare pe role de șasiu de zeci de ani. Argonne a dezvoltat și perfecționat un șofer de robot personalizat . Șoferul robotului a fost dezvoltat pentru hibrizi plug-in și vehicule electrice cu baterii. Autovehiculele din aceste vehicule necesită testare repetitivă pe perioade de încercare foarte lungi și neîntrerupte (până la 18 ore pentru vehicule electrice cu baterii mari). Repetabilitatea ridicată a șoferului robotului permite determinarea modificărilor foarte mici ale consumului de combustibil în testarea tehnologiei comparative, cum ar fi testarea efectului unei tehnologii specifice prin testarea de la A la B. Argonne a dezvoltat hardware-ul robotului, precum și software-ul. Driverul robot este compus din două actuatoare lineare supradimensionate. Primul servomotor acționează pedala de accelerație, iar al doilea acționează pedala de frână. Software-ul de control este implementat direct în sistemul de achiziție a datelor personalizate APRF. Mai multe caracteristici software – cum ar fi privirea, programarea câștigurilor și învățarea activă a feed-forward-ului – au permis personalului să ajusteze șoferul robotului pe ciclurile de propulsie și de certificare. Argonne a luat în considerare utilizarea șoferului robotului pentru această testare, dar a sfârșit folosind driverele de dinamometru ale șasiului profesionist. Decizia a fost determinată de faptul că: (1) perioada de testare a fost scurtă și instruirea șoferului robotului necesită un timp și (2) că testarea s-a concentrat pe evaluarea tehnologiei, mai degrabă decât compararea modificărilor tehnologice specifice într-un vehicul ( cum ar fi combustibili diferiți sau două strategii separate de încălzire a motorului). În plus, Argonne calculează, tipărește și verifică valorile de calitate ale unității SAE J 2951 pentru fiecare test în timp real. Valorile de calitate ale unității SAE J2951 SAE J2951 „Evaluarea calității unității pentru testarea dinamometrului șasiului” definește un set de parametri vizați de cuantificarea cât de aproape de urmă a vitezei de conducere a urmat traiectul efectiv al unității. Procedura prevede în mod clar diferitele etape de procesare a datelor și de calcul pentru a genera acești parametri. Membrii personalului Argonne s-au implicat activ în dezvoltarea valorilor de calitate a sistemului de acționare prin concepte matematice, precum și testarea dinamometrului șasiului țintă. Valorile J2951 sunt ratingul energetic, ratingul distanței, ratingul economiei energetice, evaluarea absolută a schimbării vitezei și eroarea medie a vitezei pătrate. Standardul definește clar modul de procesare a datelor de 10 Hz din programul de acționare și viteza de mers măsurată împreună cu caracteristicile vehiculului (greutatea testului și sarcina rutieră) pentru a calcula energia cu ciclu condus pozitiv (CEd) care este baza pentru energia J2951 și ratingurile economice. CEd poate fi utilizat și pentru calcule ale eficienței motorului. Evaluarea energetică este diferența procentuală dintre energia ciclului condus pozitiv și energia ciclului de antrenare pozitiv. Distanța de evaluare este diferența procentuală între distanța totală condusă și distanța ciclului de antrenare. Ratingul economiei energetice combină ER și DR într-un rating economic. Valoarea absolută a schimbării vitezei compară ratele de accelerare și decelerație între urmărirea și traseul de acționare. Eroarea RMS furnizează o eroare pătrată medie a rădăcinii matematice între urmărirea condusă și urmărirea unității. Figura 5 prezintă câteva dintre valorile de calitate ale unității care au rezultat dintr-un studiu trecut axat pe modul în care acești parametri se schimbă cu drivere diferite.

III.2. Desafășurarea cercetării

Ca definiție un vehicul electric (VE), este o unitate ce utilizează unul sau mai multe motoare electrice de tracțiune pentru propulsie, iar în lucrarea noastră vom prezenta principalele noțiuni privind propulsia unui vehicul 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.

Un vehicul reprezintă un sistem complex atât în ceea ce priveste vehiculul privit ca sistem izolat, cât si în ceea ce privește vehiculul privit ca subsistem în cadrul unui sistem de transport.

Un vehicul electric poate fi privit ca un sistem cu următoarele componente:

sursa de alimentare și/sau dispozitivul de captare a energiei;

acționarea electrică și sistemul de control și reglare a vitezei;

structura mecanică a vehiculului;

serviciile auxiliare.

Din punctul de vedere al alimentării cu energie, există trei tipuri de vehicule:

a) vehicule neautonome, la care sursa de alimentare este exterioară vehiculului, (linie sau șină de contact);

b) vehicule autonome, cu sursă proprie de energie (baterie de acumulatoare, pila electrică cu combustie, motor termic – generator electric);

c) vehicule hibride (cu cel puțin două surse de alimentare, cel puțin una fiind pe vehicul).

În această lucrare avem în vedere numai autovehiculele de la punctele b și c care au cale de rulare carosabilul, și respectiv, ne vom referi la propulsia electrică a unui autovehicul, care pentru acest motiv este numit (auto)vehicul electric. Vom discuta despre stadiul actual al cercetării în domeniu, și vom sublinia unde se poate interveni în dezvoltarea tehnologiilor alternative și implementarea lor la autovehiculele cu propulsie electrică.

Când avem în vedere propulsia întâlnim reale dificultăți în definiția unui automobil electric (VE), adică, a unui autovehicul acționat de un electromotor (EM), deoarece un automobil complet electric (adică cel compus din baterii ca sursă de alimentare și motor electric pentru propulsie) s-a dovedit total neperformant, iar majoritatea autovehiculelor care prezintă interes, fiind în cercetare și producție, pentru înlocuirea (până la eliminare, undeva în viitor a) automobilului clasic (acționat de motorul cu combustie internă = MCI) au propulsie de tip hibrid.

În contrast cu vehiculele cu MCI sau cu baterii electrice și EM, vehiculele electrice hibrid (VEH) sunt caracterizate de două sau mai multe acționări principale sau surse de putere. De obicei, termenul de "vehicul hibrid" este folosit la un vehicul care combină un motor cu ardere internă (MCI) și un motor electric (EM). Mai bine spus o astfel de combinație ar trebui numită vehicul hibrid electric (VEH), și în practică au fost propuse diferite configurații de "hibrizi".

În teorie, un VEH conține un motor cu rol de transformator de combustibil, adică un sistem ireversibil ca acționare principală. Ca acționare primară electrică sunt folosite diferite motoare electrice (standard cu curent continuu, cu inducție pe curent alternativ, cu curent continuu fără lagăre, etc.). La unele configurații, este necesară o a doua mașină electrică, care acționează în principal ca generator. Sistemul de stocare al energiei electrice folosește în general o baterie electrochimică, iar mai nou super-condensatorii pot fi folosiți la același prototip.

În practică există numai automobile electrice hibride (VEH) care pot fi parțial electrice, parțial termice, cum spune și definiția de mai sus, sau există și autovehicule complet electrice, însă ele sunt numite tot vehicule electrice hibride, deoarece au propulsie numai prin motor electric (EM), și nu au MCI în structură, dar, fiindcă au cel puțin două surse de energie diferite în funcționare, ele trebuie încadrate din punct de vedere teoretic tot printre sistemele hibride.

În momentul de față factorul de mediu este criteriul fundamental care susține dezvoltarea VE, înțelegând prin aceasta o denumire generală a unei noi generații de autovehicule, care nu se referă doar la vehiculele complet electrice, dar, își propune să renunțe complet la propulsia bazată pe motoare de combustie (MCI).

Prin urmare, vehiculele hibride complet electrice se înscriu, prin scopurile practice, funcționale și de proiectare, în categoria vehiculelor "pur" electrice și nu în cea a vehiculelor hibride. Aceasta deoarece energia lor de propulsie este în întregime stocată sau generată electric, iar puterea folosită de la sursele electrice principale și auxiliare este gestionată și combinată pentru scopuri pur electrice sau electronice. Totuși, pentru că vehiculele electrice au cel puțin două surse de energie (chiar dacă toate electrice) li s-a dat denumirea de hibride.

Astăzi termenul de VE este complex, deoarece include vehicule hibride cu sisteme de reîncărcare, vehicule electrice speciale și vehicule electrice de mare putere.

Astăzi există multe variante de VE sau VEH care optimizează la maxim fluxul de energie către și dinspre autovehicul și ele sunt implementate în tot felul de structuri, cum ar fi: vehicul conectat la rețeaua publică, vehicul conectat la sarcină locală, vehicul conectat la rețea tip rețea inteligentă, etc.

Astăzi, se înțelege prin sistem de propulsie hibrid prezența în cadrul sistemului de propulsie a două sau mai multe surse de energie (sau și unități de tracțiune) distincte ce concură la deplasarea autovehiculului. Autovehiculul hibrid este așadar autovehiculul al cărui sistem de propulsie conține, două surse de energie, sau/și două tipuri de motor, și de obicei ele au pe lângă motorul cu combustie internă clasic (MCI), încă cel puțin un sistem suplimentar, capabil să furnizeze moment de tracțiune la roțile automobilului. Sistemul suplimentar actual este absolut necesar și el poate fi: electric, hidraulic, pneumatic, mecanic, sau în viitor poate fi și de altă natură. Principala calitate a sistemului suplimentar este posibilitatea de a recupera energia în momentul frânării și al decelerării.

Față de propulsia VEH, (auto)vehiculele electrice (VE) au o propulsie mult mai simplă având unitatea de stocare/alimentare compusă doar din baterii, pile de combustie sau celule solare (fotovoltaice). La aceste unități, care pot să fie interconectate între ele, se mai pot adăuga supercondensatori.

Propulsia unui (auto)vehicul electric (VE) cuprinde o parte de tracțiune, la care se atașează cel puțin o unitate de stocare a energiei, și un sistem de control electronic respectiv o unitate care livrează putere de vârf pentru termen scurt.

Vehiculele electrice (VE) sau hibride (VEH) se pot impune printr-o eficiență energetică ridicată, susținută și de frânarea recuperativă, adică prin costuri de întreținere reduse, față de autovehiculele cu MCI, al căror randament este foarte mic comparativ cu motorul electric (EM). Toate acestea asigură o diferență serioasă între cele două variante. Să amintim faptul că, există deja VE capabile să producă energie electrică și să o stocheze în baterii fără a necesita sisteme de alimentare externă, ceea ce reprezintă un salt uriaș față de MCI care doar cheltuie rezerve care sunt stocate pe autovehicul. (Trebuie precizat că frânarea trebuie numită ”recuperativă” și nu ”regenerativă” deoarece prin folosirea ei se poate ”recupera” o parte din energia folosită de EM pentru accelerare).

Vehiculele convenționale, propulsate cu motoare cu combustie internă (MCI), utilizează energia obținută prin arderea combustibililor fosili: benzină, motorină, gaz petrolier lichefiat (GPL), etc.

Pe de altă parte, Vehiculele electrice (VE) sunt superioare vehiculelor termice clasice acționate cu motoare cu combustie internă (MCI) deoarece nu utilizează combustibili fosili și sunt complet lipsite de emisii poluante, iar zgomotul generat la propulsie are un nivel extrem de scăzut. În schimb, necesitatea de a stoca o cantitate importantă de energie electrică mărește drastic spațiul necesar bateriei de acumulatori sau a bateriei de condensatori. Ca urmare, gabaritul dispozitivului de stocare a energiei electrice crește atunci când se dorește o autonomie de funcționare mai mare.

Spre deosebire de ele, vehiculele electrice hibride, (VEH) reprezintă o etapă intermediară, ca punte între actualele vehicule propulsate de motoare cu ardere internă (MCI) și vehiculele viitorului caracterizate de un nivel al emisiilor aproape de zero, fiind propulsate, în principiu, cu două tipuri de energie: energie termică (convențională) provenind din arderea combustibililor fosili, respectiv energie electrică. Utilizând mai multe surse de propulsie, randamentul global de funcționare al vehiculelor electrice hibride poate fi mărit tocmai printr-o selectare judicioasă a celei mai eficiente surse de putere corespunzătoare unui anumit regim de funcționare. Acesta este de altfel și obiectivul primar al strategiei de control al vehiculelor electrice hibride, deoarece nivelul tehnologic actual al bateriilor de acumulatori impune ca aproape toată energia utilizată pentru propulsia autovehiculului (cu o autonomie rezonabilă) să provină din combustibilul fosil (benzină sau motorină) disponibil la bord.

În ce privește funcționarea, vom spune că un sistem de propulsie produce prioritar energie mecanică despre care se presupune că este stocată în acel moment în vehicul. De asemenea se presupune că rezistențele la deplasarea autovehiculului consumă energie din rezervor. Această separare poate părea puțin ciudată la prima vedere. Pe de altă parte este destul de folositoare când cineva dorește să facă diferența între efectele individuale care au loc.

Fig.1.1. Reprezentarea schematică a tuturor forțelor care acționează asupra unui vehicul în mișcare.

Când însă vrem să modelăm forțele care acționează pentru deplasarea unui autovehicul acestea sunt:

– FR – forța la roată;

– Fr – rezistența la rulare;

– Fp – rezistența la urcarea rampei;

– Fa – rezistența aerului;

– map – masa aparentă;

– a – accelerația.

Fig. 1.2. Schema rezistențelor la înaintarea autovehiculului

Rezistența totală la înaintare în timpul deplasării autovehiculului este învinsă de forța la roată FR, iar mărimea acesteia determină accelerația imprimată autovehiculului care poate fi calculată cu formula : FR ( Fr Fp Fa ) map a (1.1.)

Energia poate fi stocată în vehicul: sub forma de energie cinetică atunci când vehiculul este accelerat, și sub forma de energie potențială atunci când vehiculul ajunge la altitudini mari. În același mod o cantitate de energie este "consumată" de vehicul deplasându-se cu un model de conducere pre-definit care depinde de trei efecte: Pierderile în frecările aerodinamice, Pierderile în frecările la rulare, și Energia disipată în frâne.

Primele autovehicule electrice (VE) au fost obținute din autovehicule clasice, prin înlocuirea MCI cu motorul electric (EM), și a rezervorului de carburant cu bateria electrică, păstrând însă restul componentelor active, ceea ce conducea la un randament (relativ) scăzut.

Trecând la optimizarea acestor structuri s-a impus necesitatea unei relații interdisciplinare în cercetare, astfel încât astăzi, VE moderne solicită cunoștințe din toate domeniile, anume chimie, mecanică, fizică, electronică, automatizări respectiv foarte mult marketing. Cu alte cuvinte, un VE a evoluat de la un simplu sistem mecatronic, care îl caracteriza acum mulți ani, la un sistem foarte complex care implică marea majoritate a cunoștințelor din domeniul științelor aplicate.

De-a lungul timpului caracteristicile fundamentale urmărite mereu pentru VE, au vizat cu precădere :

-greutatea cât mai mică;

-eficiență cât mai mare;

-capacitate de dezvoltare de cuplu;

-permormanțe de accelerare ridicate (viteză de accelerare și distanța necesară);

-viteză maximă de croazieră.

– și ca un rezultat al tuturor acestea, o autonomie crescută.

Fig. 1.3. Diferiții pași de conversie a surselor de energie primară în energie mecanică necesară propulsiei autovehiculelor

Ecuația elementară care descrie dinamica longitudinală a unui vehicul are următoarea formă :

mv v(t) = Ft(t) – (Fa(t) + Fr(t) + Fg(t) + Fd(t)) (1.2.)

unde: Fa este frecarea aerodinamică, Fr frecarea la rulare, Fg forța cauzată de gravitație la deplasarea pe drumuri înclinate, și Fd forța de disturbare care apare ca suma efectelor încă nespecificate. Forța de tracțiune Ft este principala forță de punere în mișcare minus forța utilizată pentru a accelera componentele în rotație din interiorul vehiculului și minus toate pierderile în frecare din grupul motopropulsor. Figura 1.3. arată reprezentarea schematică a acestei relații.

Indiferent de tipul automobilului și de fabricant, în realizarea automobilului electric se folosește o schemă de principiu, asemănătoare cu cea prezentată în Fig. 1.4. Bateriile de acumulatori, de tracțiune, 1, conectate în serie, a căror tensiune este dependentă de numărul acestora, furnizează energia necesară deplasării automobilului electric, alimentând în același timp și automatul programabil 6.

Fig. 1.4. Schema electrică de principiu a unui VE

Prin intermediul convertorului 2, tensiunea bateriilor de tracțiune este adusă la nivelul de 12 V, adică la nivelul tensiunii bateriei pentru serviciile auxiliare 3. Cu 4 este notat comutatorul de pornire. Controlul funcționării motorului de tracțiune, 12, este semnalizat de lampa 5. Automatul programabil, 6, în cazul din Fig. 1.5. este construit pentru o putere de 300 kW (400 CP) și alimentează un motor de curent continuu, cu perii.

Automatul poate fi alimentat cu tensiune între 9÷340 V c.c., furnizând motorului un curent de până la 1000 A, la tensiunea de până la 310 V c.c. Automatul este dotat cu ventilatoare de răcire care îi asigură o temperatură de funcționare constantă. Pedala de accelerație este cuplată mecanic cu axul unui senzor, care utilizează efectul Hall, alimentat la 5 V, care furnizează un semnal de ieșire transmis către automatul programabil.

Fig. 1.5. Automatul programabil din

schema de principiu a automobilului electric

Tahogeneratorul 8 îi furnizează automatului programabil o informație despre viteza motorului de curent continuu de tracțiune, 12, și indirect despre viteza automobilului. Siguranțele fuzibile auto, 9, protejează părțile componente ale instalației electrice. Pedala de frână 10 este prevăzută cu un contact care închide circuitul lămpii de semnalizare, 11, furnizând însă și o informație automatului programabil.

VEH din categoria PA utilizează combustibilul convențional ca sursă primară de energie utilizată în propulsie. Energia electrică este destinată să preia vârfurile și să niveleze fluctuațiile ce rezultă în timpul propulsiei prin energia obținută din arderea combustibilului din rezervor. De regulă, un VEH din această categorie este un vehicul convențional propulsat printr-un MCI care folosește însă o linie propulsoare hibridă tocmai pentru a eficientiza utilizarea și distribuția energiei. Caracteristicile respective sunt specifice configurației hibride de tip paralel.

Testele practice au demonstrat că vehiculele proiectate astfel încât MCI să poată prelua componenta continuă de putere, iar EM să furnizeze diferența dintre vârfurile de putere și puterea MCI rămâne varianta cea mai performantă de autovehicul ca eficiență și funcționare.

O altă clasificare a VEH privită tot prin prisma schimburilor energetice se referă la posibilitațile de refacere la bord a stării de încărcare a bateriei raportată la o anumită autonomie de funcționare sau la un anumit test de deplasare standardizat. În conformitate cu acest criteriu, vehiculele hibride se pot clasifica într-una din următoarele două clase:

1. cu refacerea și menținerea stării de încărcare – CS, (Charge Sustaining). În acest caz un VEH este astfel proiectat încât să fie capabil să-și mențină starea de încărcare corespunzătoare, în aproape toate condițiile de funcționare. Acesta este de altfel și obiectivul primordial al strategiei de control pentru un astfel de sistem hibrid. Strategia CS asigură menținerea stării de încărcare între două limite prestabilite, inferioară și superioară. Pentru a asigura o funcționare eficientă a bateriei și a preveni descărcarea accentuată sau chiar deteriorarea bateriei, limita inferioară se alege de regulă nu mai mică de 55% din starea maximă de încărcare, iar limita superioară aproximativ 60-70% din valoarea maximă. De îndată ce limita minimă de încărcare a bateriei este atinsă, sistemul de control comută în starea de încărcare, în care o parte din puterea MCI este utilizată pentru acționarea generatorului. După atingerea pragului superior de încărcare, sistemul de control comută din nou în regimul de partajare a cuplului. Referința la această categorie își are sens doar raportată la un anumit traseu de parcurs, de regulă un ciclu de testare standardizat;

2. cu descărcarea continuă a bateriei, CD, (Charge Depletion). În condițiile normale de lucru, nefiind posibilă menținerea stării de încărcare, propulsia VEH generează o "golire", o epuizare progresivă a bateriei, astfel încât, atunci când starea de încărcare scade sub o anumită limită, reîncărcarea bateriei devine obligatorie. Reîncărcarea bateriei se poate face fie de la rețea, fie regenerativ din decelerari și frânări, fie prin sursa auxiliară de energie aflată la bord (APU-Auxiliary Power Unit). Însă o menținere a stării de încărcare a bateriei la bordul unui astfel de vehicul nu ar fi un proiect practic (ca preț, ca gabarit, etc.).

Și în acest caz trebuie făcută o precizare: există moduri de funcționare de tip CS sau CD, respectiv arhitecturi hibride de tip CS sau CD, dar utilizarea acestor termeni trebuie făcută cu prudență. Putem astfel afirma că modul de funcționare fără poluare, ZEV, este un mod de descărcare continuă a bateriei.

Modurile de funcționare ale VEH sunt elemente ale strategiei de gestionare a resurselor energetice de la bord. După cum s-a arătat anterior, un VEH poate dispune de un anumit set de moduri de funcționare, de exemplu: cel specific vehiculelor propulsate clasic prin MCI, cel specific vehiculelor electrice având emisii nule, (ZEV), cu refacerea continuă a stării de încărcare de tip CS, cu reducerea continuă a încărcării bateriei de tip CD, cu recuperarea energiei cinetice (frână recuperativă), sau cu un consum redus de putere, precum și multe altele.

Din punct de vedere constructiv însă, un VEH poate fi în egală măsură de tip CS sau CD. Astfel, vehiculul electric hibrid cu posibilități de refacere "on-line" a încărcării bateriei, adică de tip CS, poate funcționa în modul CD cu descărcare continuă a bateriei. Tranziția dintre modul CS și modul CD va depinde doar de necesitățile energetice specifice unui anumit ciclu de parcurs și de posibilitățile specifice ale componentelor electrice de generare și consum al sarcinii aflate la bord. Important este faptul că pe ansamblu, bateria nu se va descărca sub limita bunei funcționări, indiferent de regimul de funcționare.

Totuși, un VEH proiectat ca CD (de exemplu de tip ZEV) nu poate funcționa oricând cu refacerea stării de încărcare a bateriei, decât numai în situațiile în care solicitările energetice ale propulsiei sunt reduse.

Luând în discuție sistemul de propulsie hibrid-electrică, există în principiu, trei tipuri de vehicule și anume:

vehicule electrice (VE), care sunt echipate cu baterii electrice și/sau supracondensatoare, numite în engleză BEV (Battery Electric Vehicles),

vehicule electrice hibride (VEH), care combină propulsia convențională bazată pe motoare termice alimentate cu combustibili petrolieri (MCI) cu propulsia cu motoare electrice (EM) alimentate de la baterii sau supercondensatoare, numite în engleză HEV (Hybrid Electric Vehicles),

vehicule electrice echipate cu pile de combustie numite în engleză FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles).

Există însă nenumărate posibilități de combinare a acționărilor cu motoare termice și cu motoare electrice. În general, la VEH un sistem de acționare cu motor termic (MCI) este combinat cu un sistem de acționare cu motor electric (EM). Aceste vehicule situate între vehiculele convenționale cu motor termic și vehiculele "pur" electrice, sunt cele mai bune dintre ambele sisteme.

O variantă extremă ar fi utilizarea unei actionări cu motor termic de mare putere, care să fie capabil să asigure deplasarea vehiculului în majoritatea condițiilor de funcționare, cu o acționare auxiliară cu motor electric care să furnizeze o putere suplimentară numai în condițiile unor acceleratii mari sau a urcării unor pante abrupte.

Un alt caz interesant este utilizarea unei acționări electrice principale combinată cu o acționare auxiliară cu un mic motor termic care să suplimenteze puterea la ieșire și să reîncarce bateria.

În tabelul 1.1 se prezintă câtva caracteristici comparative pentru aceste tipuri de vehicule care se află în diferite stadii de dezvoltare și de implementare practică. Foarte pe scurt se poate spune că vehiculele electrice VE sunt eficiente pentru transport pe distanțe relativ scurte și la viteze relativ reduse, iar vehiculele electrice hibride VEH reprezintă o soluție pe termen mediu, prețul de cost fiind încă un impediment în dezvoltarea lor, pe măsura dezvoltării tehnologiilor necesare producerii și exploatării lor.

Tabelul 1.1. Caracteristici ale vehiculelor electrice și hibride

Tehnologiile acționărilor principale și auxiliare au fost divizate în tehnologii cu răspuns mecanic sau electric. Volantul intră în categoria electrică deoarece cu viteza sa mare de rotație, energia cinetică de rotație stocată poate fi utilizată doar printr-un generator- motor electric. Aceasta înseamnă că modul cum furnizează energie în sistem, sau ia energie pentru reîncărcare, este văzut de către sistem ca o intrare sau ieșire electrică.

Într-un vehicul electric hibrid (VEH) sunt posibile combinații complexe ale acționării principale și acționării auxiliare. În tabelul 1.2. sunt prezentate diferite tehnologii ale actionărilor principale și auxiliare și cum pot fi combinate într-un vehicul electric hibrid viabil: A corespunde combinațiilor probabile, B corespunde combinațiilor posibile, unele fiind mai practice decât altele.

Dacă se consideră doar combinațiile probabile se poate observa că sunt 11 de acest tip. Numărul de opțiuni poate fi crescut mai departe, fiindcă cele care au motor termic ca acționare principală pot funcționa în configurație serie cât și paralel. Aceasta adaugă încă trei opțiuni și avem un total de 14. De asemenea, în configurația paralel sunt diferite căi de transmitere a cuplului mecanic la roți. În primul tip de linie de acționare, atât motorul termic (MCI) cât și motorul electric (EM) pot acționa roțile motoare, separate sau simultan, prin intermediul unei cutii de viteze obișnuită și este utilizată cel mai frecvent în vehicule electrice hibride experimentale. Al doilea tip de linie de acționare, în care motorul electric este montat pe același ax cu motorul termic, devine mult mai des utilizat, de exemplu la Honda Insight.

Tabelul 1.2. Tehnologiile hibride ale acționărilor principale și auxiliare

A treia variantă presupune utilizarea a două linii separate de acționare, una mecanică pentru roțile din față și respectiv alta electrică pentru roțile din spate ale vehiculului, figura 1.6. Această structură a fost folosită la vehiculele hibride Audi Duo și Daimler Chrysler, Dodge Durango. Totuși această configuarație este de un interes mai mult academic, deoarece furnizează un cost scăzut și un mod flexibil de conectare a celor două acționări prin intermediul căii de rulare, prin contactul dintre roți/cale de rulare, de la ambele capete ale vehiculului. Asemenea variante de acționare au fost utilizate la prototipuri de vehicule hibride realizate de firme ca: Toyota, Renault, etc. Pentru coordonarea și optimizarea acționărilor separate, mecanică și electrică, de la roțile din față și din spate ale acestor vehicule este necesar un control electronic sofisticat pentru a realiza o funcționare optimă. Această variantă constructivă, cu acționare separată, mecanică respectiv electrică a celor doua punți motoare, are dezavantajul că, dacă bateria trebuie reîncărcată în timpul funcționării, este necesar ca puntea cu acționare mecanică să genereze putere suplimentară pentru ca în puntea cu acționare electrică motorul electric să treacă în regim de frânare cu recuperare de energie.

Prima opțiune de linie de acționare, care folosește o cutie de viteze obișnuită, a fost utilizată în majoritatea structurilor de vehicule hibride existente. Celelalte două tipuri de linie de acționare prezentate, fiecare putând fi folosită cu oricare din cele cinci combinații de clasă A cu motor termic/baterie-motor electric, dau mai departe 10 variante posibile, ajungând la un total de 24 de variante hibride. În plus, acționarea principală cât și cea auxiliară pot varia ca putere relativ într-un interval larg și astfel fiecare prototip de VEH realizat prezintă caracteristici și tehnologii diferite.

Figura 1.6. Vehicul cu acționare separată pentru puntea față și puntea spate

Așadar, propulsiile hibride pot fi clasificate și după alte criterii, mai puțin importante printre care se pot aminti cele legate de tipul motorului cu ardere internă utilizat, respectiv după localizarea celor două motoare, motorul cu ardere internă și motorul electric în raport cu transmisia finală. Ultimul caz se referă de fapt la plasarea motorului electric, fie de aceeași parte cu motorul cu ardere internă ca intrare în transmisia finală, fie după transmisie, aceasta din urmă acționând efectiv doar asupra motorului cu ardere internă, configurațiile respective fiind specifice strict modului hibrid paralel.

Prin urmare, după modul de interconectare a celor două sau mai multe motoare în linia propulsoare, vehiculele electrice hibride se clasifică constructiv în trei categorii:

vehiculul electric hibrid serie (VEHS), în care propulsia este asigurată de un singur convertor de energie, de regulă cel alimentat prin energie electrică; motorul electric singur antrenează vehiculul. Electricitatea poate să fie furnizată de baterie sau de generatorul antrenat de motorul cu ardere internă.

vehiculul electric paralel (VEHP) în care energia pentru propulsie este furnizată de două sau mai multe convertoare de energie, una primară (energie rezultată din arderea combustibililor fosili), respectiv una secundară sau auxiliară (de regulă, energie electrică); deși ambele motoare acționează asupra aceluiași arbore, vehiculul poate fi antrenat de fiecare motor în parte sau să fie o acționare simultană.

vehiculul electric hibrid mixt, (hibrid serie-paralel sau hibrid combinat în configurație serie/paralel VEHSP) care, așa cum sugerează și denumirea, este o combinație a celor două configurații anterioare. Această configurație are două legături mecanice ca și hibridul paralel și o legătură electrică ca și hibridul serie.

A) Vehiculul electric hibrid cu configurație serie – VEHS

Sistemele de propulsie hibrid serie utilizează un motor cu ardere internă ca o unitate de putere auxiliară pentru a extinde gama de funcționare ca un vehicul pur electric. Utilizând un generator energia furnizată de motor este convertită în energie electrică care poate fi folosită fie pentru alimentarea motorului electric fie pentru încărcarea bateriei (Fig.1.7.). Recuperarea energiei de frânare este posibilă utilizând motorul de tracțiune ca generator, energia electrică astfel obținută este stocată în baterie. Funcționarea MCI nu răspunde cerințelor de putere ale vehiculului (4) în aceste condiții MCI poate funcționa la un punct unde are randamentul și emisiile optime (3). Se poate adăuga avantajul că transmisia nu necesită prezența unui ambreiaj pentru simplu fapt că nu este legat mecanic la puntea motoare (5). Configurația sistemului hibrid serie necesită trei mașini: un motor cu combustie internă (MCI), un generator electric (GE) și un motor electric (EM) de tracțiune. Acesta din urmă trebuie să fie dimensionat la cerințele de putere ale vehiculului, atunci limitând posibilitatea de micșorare a MCI (1). Soluția hibrid serie în principiu oferă posibilități de reducere a consumului de combustibil. Randamentul total rezervor la roată pentru vehiculele hibride serie este egal cu cel al vehiculelor moderne echipate cu MCI eficiente din punctul de vedere al consumului. Însă greutatea care se adaugă automobilului pentru întărirea caroseriei, greutatea mașinilor electrice, baterie etc. poate împinge consumul de combustibil deasupra valorilor obținute cu cele mai bune soluții clasice.

Fig.1.7. Configurația de bază a schemei hibrid serie M.A.I – motor cu ardere internă, G – Generator, C – convertor, B – baterie, M.E. – Motor electric,

P.M.- punte motoare

B) Vehiculul electric hibrid cu configurație paralelă – VEHP

În timp ce vehiculele hibride cu configurație în serie pot fi considerate ca vehicule electrice cu un motor adițional cu combustie internă, hibrizii cu configurație paralelă sunt mai degrabă vehicule cu MCI cu un flux adițional de putere provenind de la un EM (fig. 1.8.). În VEH cu configurație paralelă atât MCI cât și EM pot furniza puterea de tracțiune atât independent cât și în combinație. Aceasta oferă un plus de libertate în furnizarea puterii necesare a vehiculului, care poate fi folosit în optimizarea distribuției puterii dintre cele două fluxuri paralele (punctul 3, în secțiunea precedentă). Motorul MCI poate fi oprit la ralanti (4) și EM poate fi folosit pentru a asista la accelerare și, în general, pentru cerințe mari de putere. Ambele pot fi astfel dimensionate pentru o parte din puterea maximă (1). Deoarece două motoare pot fi folosite împreună, aceasta constituie un avantaj față de hibrizii cu configurație în serie. Un dezavantaj este nevoia de a folosi un ambreiaj, deoarece motorul are o legătura mecanică cu transmisia (5). EM poate fi utilizat ca generator (GE) pentru a reîncărca bateria, fiind alimentat de sistemul de regenerare a forței de frânare (2) sau de către motor. Deși greutatea suplimentară joacă un rol important, posibilitățile de la (1) la (4) enumerate anterior cresc, în principiu, randamentul întregului sistem față de un vehicul cu un MCI.

Fig.1.8. Configurația unui sistem hibrid paralel

Primul nivel de hibridizare este conceptul mild hybrid, care este mai aproape de ideea originală a unui vehicul cu MCI asistat de un EM. EM este o mașină electrică mică, de obicei antrenat de o curea și montat în fața motorului (fig. 1.9.). Nu necesită capacități foarte mari ale bateriei, sau electronică de putere complexă, deoarece funcția sa este de stop-and-go automatic al motorului (4), furnizând o creștere limitată de putere ce poate fi folositoare în reducerea persoanelor necesare utilizării motoarelor (1) și oferă capacități limitate de recuperare a energiei (2). EM poate funcționa și ca alternator pentru sarcinile electrice, și aceasta poate fi folositor în special pentru rețelele de 42 V de la bordul vehiculului, care necesită un nivel de putere mai mare decât rețelele obișnuite

Fig. 1.9. Configurația unui sistem hibrid paralel mixt

C) Vehiculul electric hibrid combinat – VEHSP

E o configurație intermediară între soluțiile hibride cu configurație serie și cea paralelă. Este mai apropiat de cel cu configurație paralelă, dar conține câteva caracteristici ale VEH cu configurație în serie.

De fapt, există atât legături electrice cât și mecanice, alături de două EM. Ca și în configurația paralelă, unul este folosit ca motor primar sau pentru regenerarea forței de frânare, celălalt funcționează ca un generator într-un hibrid cu configurație în serie. Este folosit să încarce bateria prin motor sau pentru funcționarea sistemului stop-and-go. Două realizări diferite ale hibrizilor combinați au fost prezentate deja. Prima (Toyota Prius, Ford Escape, vezi fig. 1.10.) are transmisie planetară (RP). A doua (Nissan Tino, fig. 1.11.) combină generatorul antrenat de lanț al hibrizilor de tip mild cu configurație paralelă și un EM montat pe arborele cotit, ca în hibridul complet cu configurație paralelă.

Fig.1.10. Configurația unui sistem hibrid cu reductor planetar B – baterie, M.A.I.- motor cu ardere internă, G – generator, C – convertor, R. P- reductor planetar, T – transmisie incluzând ambreiaj și cutie de viteze, P.M. – punte motoare, linie bolduită – legătură mecanică, linie – legătură electrică

Fig.1.11. Configurația unui sistem hibrid fără reductor planetar

I.3. Cerințe generale.

Propulsia unui autovehicul trebuie să dezvolte suficientă putere la nivelul roților încât să respecte o serie de performanțe impuse de standardele în vigoare, stabilite, de regulă, prin raportare la experiența acumulată pe motoare cu combustie internă.

Criteriile urmărite de obicei în dimensionarea unui autovehicul din perspectiva propulsiei sunt : masa vehiculului, încărcarea și performanțele impuse.

Mai concret, alegerea sistemului de propulsie al unui VE sau VEH depinde în mare parte de o serie de factori care includ pretențiile clientului, constângeri de norme respectiv sursa de energie electrică disponibilă la bordul vehiculului. Pretențiile clientului sunt materializate prin profile de drum, accelerație, viteză maximă, capacitatea de a negocia cu declivitățile, frânare și domeniu de viteze. Constrângerile vehiculelor includ volum și greutate, depinzând de tipul vehiculului. Sursa de energie depinde de tipul bateriilor, al pilelor de combustie, al ultacondensatorilor, al volantelor sau a hibridizării acestora. Interacțiunea dintre subansamblele cu care vehiculul este echipat are impact asupra performanțelor acestuia.

Propulsia unui autovehicul se exprimă cu legea lui Newton F=ma, prin care se dimensionează accelerația corespunzătoare.

Astfel, accelerațiile uzuale pentru vehicule sunt între 0.15-0.3g, cu alte cuvinte la un autovehicul cu masa de 1500kg, sistemul de propulsie trebuie să dezvolte o forță de 2205 – 4410N. Accelerațiile agresive care ajung în zona 0,6g, cer o forță de cel puțin 8820N. Limita forței de tracțiune este în funcție de masa vehiculului și de forța normală de contact a pneurilor cu asfaltul. Coeficientul de frecare uzual al pneurilor de cauciuc cu suprafața de rulare este calculat pentru situații ideale la 0,85, dar, în realitate valoarea lui este mai mică, datorită mizeriei, a apei, petelor de ulei etc. de pe suprafața de rulare.

Vehiculele cu destinație pentru transport de pasageri necesită un raport putere de vârf pe masă de 10kW/125kg pentru accelerare corectă și în concludență cu specificațiile impuse. Variantele sport sau de lux ale vehiculelor tind să creacă acest raport la 13kW/125kg.

După cum se arată în Tabelul 1. 3, propulsia electrică simplă are încă un dezavantaj major, și anume, autonomia limitată a unui astfel de automobil, chiar și atunci când se utilizează baterii cu nichel și hidruri metalice sau baterii cu litiu; experimentele s-au efectuat cu un automobil cu masa este de 450 kg.

Tabelul 1.3.

Pentru acest considerent, vehiculele hibride cu propulsie complet electrică folosesc, pe lângă bateria principală, baterii speciale sau supercondensatoare, ca sursă de energie secundară. Aceste surse de energie secundare sunt proiectate să furnizeze putere mare pentru perioade scurte în condiții de funcționare de vârf – de exemplu, în timpul urcării în pantă sau în timpul accelerării. Acest lucru este necesar deoarece unele baterii cu cea mai bună densitate de energie au densitate de putere scăzută. Un exemplu extrem de acest tip este bateria aluminiu-aer. Această baterie are o densitate foarte mare de energie de 220 [Wh/kg], furnizând vehiculului o rază de acțiune potențială de 300 până la 450 [km], însă o densitate de putere de doar 30 [W/kg]. Deoarece este necesară o densitate de energie de cel puțin 150 [W/kg] pentru o accelerare bună și performanță de urcare în pantă, o sursă auxiliară cu densitate mare de putere este esențială. Această densitate de putere este ușor de obținut de la o baterie pe bază de plumb și de aceea aceasta este o baterie auxiliară foarte potrivită pentru utilizarea cu o baterie aluminiu-aer într- un vehicul hibrid complet electric.

Sistemul de acționare a unui automobil electric trebuie să satisfacă o serie de cerințe, cele mai importante fiind prezentate mai jos :

Pentru o baterie dată, autonomia automobilului crește dacă, pe de o parte, pierderile în sistemul de acționare sunt mai scăzute, iar, pe de altă parte, masa acestui sistem este mai scăzuta ( contribuind, astfel, la scăderea masei totale a automobilului și, implicit, la scăderea energiei necesare accelerării și învingerii rezistenței la înaintare a automobilului);

reducerea pierderilor din sistemul de acționare implică utilizarea unor sisteme de comandă și motoare electrice de tracțiune cu randamente ridicate :

masa sistemului de acționare poate fi redusă, în esență, pe două căi:

utilizând acele tipuri de motoare electrice și de convertoare care au puteri specifice (kW/kg) mari;

introducând răcirea forțată, cu aer sau chiar cu apa, a motorului și a convertorului ( cu posibilitatea de utilizare a fluidului cald – atunci când este necesar – la încălzirea automobilului).

Sistemul de acționare trebuie să fie cât mai ieftin posibil, ținând seama că bateriile de tracțiune sunt, încă, foarte scumpe.

Componentele sistemului de acționare trebuie să nu necesite, pe cât posibil, întreținere, pe durata de viață a automobilului (150000-200000 km).

Sistemul de acționare trebuie să fie fiabil, foarte rezistent la șocuri și la vibrații.

În următoarea figură este prezentată schema bloc a unui automobil complet electric :

SEMNALE DE COMANDĂ

Fig.1.12. Schema bloc a unui automobil electric,

având ca sursă o baterie de acumulatoare

Una din motivațiile dezvoltării VEH o constituie posibilitatea de a combina avantajele vehiculelor pur electrice, cu zero emisii locale, cu avantajele vehiculelor cu MCI care posedă energii înalte și densitate ridicată de putere. VEH pot profita de diversele posibilități pentru îmbunătățirea economiei de combustibil față de vehiculele cu MCI, încât este posibil să se obțină:

micșorarea motorului și îndeplinirea totuși a cerințelor maxime de putere ale vehiculului;

recuperarea unei părți de energie pe timpul decelerației în loc să fie disipată prin fricțiune în frâne;

optimizarea distribuției între diferitele sisteme;

eliminarea consumului de combustibil aferent mersului în gol al motorului prin oprirea acestuia când nu se cere furnizare de putere (stop ant co);

eliminarea pierderilor în ambreiaj prin cuplarea motorului când turațiile sunt egale.

Aceste posibile îmbunătățiri sunt contracarate parțial de faptul că VEH sunt cu 10 – 30 % mai grele decât vehiculele cu MCI.

În general, nu este posibil ca toate aceste posibilități să fie aplicate împreună (1) -(5).

Una dintre cele mai importante probleme ale tracțiunii bazate pe aderenta o constituie modul de amplasare a motorului de tracțiune pe vehicul și implicit de acționare a roților motoare, acesta trebuind să asigure atât transmiterea cuplului motor, cât și protejarea motorului de tracțiune față de șocurile primite de la calea de rulare. În plus, la vehiculele cu roți pneumatice, transmiterea cuplului motor trebuie să se facă astfel încât să se asigure independenta roților motoare, pentru a reduce uzura pneurilor.

Deseori, parametrii sistemului de transmisie și parametrii electrici și mecanici ai motorului de tracțiune se condiționează reciproc. La aceasta contribuie și faptul că, spre deosebire de acționările staționare, gabaritele care stau la dispoziție pe vehiculele electrice trebuie să fie restrânse.

Prin urmare, acționarea roților motoare ale unui automobil electric poate fi:

individuală, la care fiecare roată motoare este acționată de câte un motor;

colectivă, la care un motor acționează un grup de roți.

Soluția clasică de acționare a EM (utilizată și la automobilele cu MCI) este aceea a acționării colective. Pentru ca, o dată cu transmiterea cuplului de la motor la roți, să se asigure și independența roților, în acest caz, este necesară utilizarea unui diferențial mecanic, existând diverse soluții pentru realizarea acestuia. În figura următoare este prezentată una dintre cele mai simple soluții.

Fig. 1.13. Principiul constructiv al unui diferențial mecanic:

M – motor de tracțiune; PN – pinion; RD – roata dințată; CD – "carcasa" diferențialului; P – planetare; S – sateliți; RM – roți motoare.

Diferențialul propriu-zis este format din "carcasa" CD, roțile dințate-planetare P și roțile dințate-sateliți S. Cuplul se transmite de la motorul M la carcasa diferențialului, prin intermediul unui reductor format din pinionul PN – fixat pe arborele lui M – și roata dințată RD – fixate pe CD (pentru simplitate, s-a considerat ca reductorul are o singură treaptă, cu roți dințate cilindrice). În continuare, cuplul transmis planetarelor (și, implicit, roților automobilului, rigidizate pe axele corespunzătoare ale planetarelor) prin intermediul sateliților, aceștia din urmă putându-se, eventual, roti în jurul axelor proprii. În acest fel, se asigură independența relativă a celor două roți motoare RM1 și RM2.

Acest sistem are o serie de dezavantaje:

randamentul acționării este micșorat de frecările introduse de diferențial;

diferențialul contribuie la creșterea greutății automobilului;

diferențialul are un cost relativ ridicat și necesită o întreținere suplimentară.

Pentru înlăturarea acestor dezavantaje, la VE moderne se utilizează acționarea individuală, fiecare roată motoare având motorul său.

În acest caz, al acționării individuale, cuplul poate fi transmis roților motoare în două moduri:

direct;

prin angrenaje.

La transmiterea directă, rotorul motorului este solidar (eventual, prin intermediul unei transmisii cardanice – permite deplasarea relativă pe verticală între anumite limite a roților față de cadrul automoblilului -) cu roata motoare, turația roții fiind, deci, egală cu turația motorului.

La transmiterea prin angrenaj, între motor și roata motoare se dispune un angrenaj reductor, care face ca turația roții să fie inferioară turației motorului (raportul de transmisie it >1).

Fig. 1.14. (M – motor; RM – roata motoare; R – reductor).

Transmiterea cuplului de la motorul de tracțiune la roți (fig. 1.14.) poate fi:

a) directă;

b) prin angrenaj.

Cu toate că transmiterea directă a cuplului este mai simplă, ea nu este folosită decât în cazuri foarte rare – când simplitatea construcției este hotărâtoare – , având următoarele dezavantaje esențiale :

demontarea motorului pentru revizii necesită scoaterea roții motoare;

vitezele uzuale, relativ reduse, de circulație implică motoare cu turații reduse; acestea au, la o putere dată, gabarite și greutăți mai mari decât motoarele cu turații ridicate; la motoarele electrice uzuale, din considerente de gabarit și de utilizare economică a materialelor active (cupru, fier), viteza periferică a rotorului trebuie să fie mai mare de cca 50 m/s; constructive, să fie cel mult 70% din diametrul rotii; admițând viteza periferică a rotorului 50 m/s, rezultă că viteza vehiculului trebuie să fie egală cu cel puțin (50/0,7) m/s=71 m/s=266 km/h, pentru ca motorul să fie bine utilizat.

I.4. Propulsia electrică.

Propulsia este un sistem tehnic de agregate și instalații prin care se realizează propulsarea unui vehicul.

Sistemul de propulsie reprezintă inima unui vehicul (electric). Pentru autovehiculul electric (VE) acest sistem este compus din Motorul electric, Convertorul electronic de putere și Unitățile de control ale acestora.

Motorul electric, așa cum s-a amintit în capitolele anterioare, realizează conversia energiei electrice în energie mecanică, și o distribuie apoi prin intermediul transmisiei mecanice la roțile automobilului. Acest proces de transformare este și reversibil, atunci când se realizează frânarea recuperativă, transformând energia mecanică în energie electrică. În cazul frânării recuperative, energia electrică dezvoltată este transmisă și stocată în unitatea de stocare, materializată prin baterii sau prin supercapacitori.

Convertorul electronic este utilizat pentru a alimenta cu tensiune și implicit curent, motorul electric de propulsie. Unitatea de control realizează comanda convertorului trimițând semnalele de comandă pentru ca motorul să dezvolte cuplul și viteza impuse de regimul de deplasare al autovehiculului. Unitatea de control poate fi disecată în continuare în trei ansamble funcționale: Senzori, Circuite de interfațare și Procesorul central. Senzorii sunt utilizați pentru a traduce valorile măsurabile de tensiune, curent, temperatură, viteză, cuplu și flux în semnale electrice pe care Circuitele de interfațare le pot digera. Cu alte cuvinte, valorile mai sus menționate ca valori măsurate, sunt transformate în valori de semnal de tensiune pe care, Circuitele de interfațare le pot accepta.

Procesorul care realizează în timp real comanda prezintă la ieșire o serie de semnale, de obicei digitale, care la rândul lor sunt amplificate prin circuite amplificatoare pentru ca acestea să fie în acord cu cerințele Circuitelor de comandă ale Convertorului de putere.

Schema bloc principială a unui sistem de propulsie al unui vehicul electric este ilustrată în fig. 1.15.

Fig. 1.15. Schema bloc funcțională a sistemului de propulsie a unui VE

De regulă VEH utilizează următoarele patru moduri de propulsie:

1. Propulsie mecanică pură prin motorul cu combustie internă, MCI, ce folosește combustibil convențional; energia mecanică rezultată din arderea combustibilului (benzină, motorină) se transmite la roți prin intermediul transmisiei (cutiei de transfer în cazul transmisiei integrale) și diferențialului. Motorul cu combustie internă (MCI) funcționează cvasiconstant în zona de randament maxim (75 ÷85% din puterea maximă), diferența dintre puterea dezvoltată și cea necesară regimului de curent fiind transformată în energie electrică pentru încărcarea bateriei. Conversia de energie se realizează cu ajutorul unui motor/generator electric și a unui bloc convertor/ invertor de putere;

2. Propulsie electrică pură, prin motorul electric (EM), alimentat prin invertor de putere, de la bateria electrică, de regulă de curent continuu; acest mod de funcționare nu produce nici o poluare asigurând o funcționare în regim (zero-emission-vehicle) ZEV;

3. Propulsie electrică pură, dar motorul cu ardere internă funcționează în regim de încărcare a bateriei. Datorită randamentului superior al motorului cu ardere internă într-un astfel de regim, modul de funcționare al vehiculului este de tip ULEV (Ultra Low Emission Vehicle); acest mod de funcționare este caracteristic configurației hibride serie, numele fiind o analogie la modul secvențial de obținere a energiei de propulsie definit printr-o succesiune de conversii (mecanică, electrică);

4. Propulsie mixtă prin ambele motoare, mai precis spus motorul cu ardere internă (MCI) este asistat de motorul electric (EM) pentru realizarea puterii dorite și a randamentului maxim; regimul de funcționare este numit simbolic HEV (Hybrid Electric Vehicle propeller). Modul de propulsie mixt este specific regimurilor tranzitorii ale MCI în care puterea dezvoltată la consumul specific optim nu este suficientă pentru a oferi manevrabilitatea vehiculului dorită de conducătorul auto (accelerări, depășiri, pante ascendente pronunțate, putere maximă). Pentru a nu modifica funcționarea la parametrii optimi ai MCI surplusul de putere este dat de motorul electric pe baza energiei electrice stocate în baterie. Din punctul de vedere al emisiilor poluante, regimul rămâne de tip ULEV, practic MCI funcționează ca în cazul 1, cu diferența că bateria se descarcă ca în modul 2.

5. Regimul de recuperare a energiei de frânare este specific autovehiculelor electrice și hibride fiind o cale de îmbunătățire a randamentului lor. Frânarea recuperativă urmărește să utilizeze o cantitate cât mai mare din energia cinetică suplimentară vehiculului ce se dorește frânat și care, în cazul autovehiculelor convenționale se disipă sub formă de căldură în plăcuțele, etrierele și discurile de frâna. Într-o mașină electrică reversibilă, comutarea din starea de motor în cea de generator se face prin limitarea alimentării și aplicarea unui cuplu de rotație, în cazul acesta provenind de la roțile autovehiculului.

Conversia energiei cinetice în energie electrică are ca rezultat generarea unui cuplu invers la axul generatorului, regăsit ca un cuplu de frânare la axul roților. Nu trebuie pierdut din vedere că autovehiculul hibrid (VEH) este prevăzut și cu un sistem convențional de frânare, de regulă de tip electrohidraulic ce include o serie de sisteme active de control al siguranței și stabilității precum ABS, ASR (controlul tracțiunii), ESP (controlul stabilității în curbe) sau EBD (distribuția electronică a forței de frânare față-spate).

În timpul unei frânări sistemul de frânare recuperativă și sistemul clasic de frânare prin acțiunea presiunii hidraulice asupra plăcuțelor de frână pot lucra simultan.

Oricum sistemul recuperativ are întâietate în sensul că, la apăsarea pedalei de frână, dispozitivul de control electronic determină în primul rând cuplul disponibil la axul generatorului provenit din energia cinetică a vehiculului (frâna de motor), respectiv cuplul de frânare dorit de șofer (determinat din unghiul și forța de apăsare a pedalei de frână) și numai dacă acesta din urmă depașește pe primul, sistemul clasic de frânare va fi și el activat.

Soluția constructivă adoptată pentru propulsia VEH (mai ales în configurație serie) se regăsește în locomotivele diesel electrice de la care a fost probabil preluată. La aceste locomotive, un motor cu ardere internă de tip diesel acționează un generator electric, energia furnizată alimentând motoare electrice de tracțiune cuplate direct cu roțile vehiculului. Sistemul prezintă avantajul de a nu necesita un sistem de transmisie cu raport variabil cuplat între motorul diesel și roțile locomotivei. Aceasta deoarece, spre deosebire de un motor cu ardere internă al cărui cuplu de pornire este nul, motorul electric dezvoltă la turația de pornire un cuplu maxim putând fi astfel cuplat direct cu roțile; când se dorește accelerarea trenului, motorul diesel este alimentat suplimentar pentru a determina creșterea puterii generatorului.

Spre deosebire de tren, care rulează cu viteze cvasiconstante pe perioade lungi de timp și are o sarcină aproape de valoarea nominală determinată pentru a putea rula în regimuri apropiate de cuplul maxim, un automobil se confruntă cu un domeniu extins de regimuri de funcționare în care predomină accelerările, frânările, opririle, vitezele reduse specifice traficului intens sau mersul în gol.

La un VEH, strategia primară de control constă în selectarea sursei forței de propulsie (MCI sau EM) în funcție de sarcina specifică fiecarui regim de funcționare al vehiculului, astfel încât acesta să ruleze în permanență cu un randament maxim. Pentru motorul termic, regimul de randament maxim se află plasat în domeniul sarcinilor mari, astfel încât într-un VEH MCI este forțat să lucreze în regimuri de sarcină și turație crescute. MCI funcționează cu un randament scăzut în regimuri de turație redusă atât în cazul unor sarcini mari cât și la sarcini reduse sau la mersul în gol, în regimurile tranzitorii de accelerare sau decelerare precum și în cazul pornirii mai ales la temperaturi scăzute. Strategiile de control ale VEH urmăresc evitarea acestor regimuri prin algoritmi complecși de utilizare a tuturor resurselor energetice de la bordul vehiculului, în final scopul fiind minimizarea consumului și nivelului emisiilor poluante.

Relativ la VEH, obiectivul major urmărit constă în asigurarea permanentă a unei cât mai bune stări de încărcare a bateriei, indiferent de regimul de funcționare. Când cuplul de ieșire al MCI depășește pe cel necesar propulsiei, surplusul de putere se utilizează pentru antrenarea unui generator electric care reface starea de încărcare a bateriei (SOC-stage of charge). Aceeasi situație se regăsește în cazul frânării sau funcționării în regim de frână de motor când energia rezultată din decelerare este utilizată pentru antrenarea generatorului și încărcarea bateriei. Există situații în care starea bateriei este bună, astfel încât recuperarea energiei rezultată dintr-un regim de decelerare nu se justifică. Pentru a asigura funcționarea eficientă cu un randament superior, în astfel de situații MCI este oprit. Situația respectivă prezintă dezavantajul că dispozitivele auxiliare antrenate de regulă de MCI (pompa, presiune ulei, pompa de apa, etc.) nu vor mai funcționa nici ele. Din aceasta cauză, MCI aflat în stare de nefuncționare va trebui să fie antrenat de către EM la o turație constantă, minimă (de regulă turația de mers în gol), consumându-se astfel surplusul de energie ce nu poate fi redirecționat spre încărcarea bateriei și asigurându-se în același timp și funcționarea continuă a dispozitivelor mecanice sau hidraulice auxiliare.

Dacă puterea cerută de regimul de funcționare al vehiculului este mai mică decât o valoare prestabilită și totodată inferioară puterii pe care MCI o poate genera într-un regim de funcționare cu randament ridicat (de obicei puterea maximă a MCI), vehiculul poate fi propulsat pe perioade scurte de timp sau la pornire doar de către EM în cazul în care starea de încărcare a bateriei permite acest lucru. Dacă este necesară încărcarea bateriei, MCI va funcționa în regimul de eficiență maximă, surplusul de putere fiind utilizat pentru antrenarea generatorului și producerea de energie electrică.

În cazul în care este necesar un cuplu sau o accelerare mare, modul 1(mecanic) sau modul (electric), vor fi imediat comutate pe modul 4 (mixt) și menținute până ce vehiculul atinge o anumită creștere de viteză necesară solicitării. De regulă, modul mixt este un regim de asistare a MCI de către EM prin suplimentarea puterii primului și evitarea funcționării în regimuri neeconomice și/sau poluante.

Un VEH comandat corespunzător poate avea un consum de două ori mai redus decât vehiculul propulsat clasic de un MCI cu aceleași caracteristici cuplu-turație la ieșire. Aceasta înseamnă atât o autonomie dublă dar și o reducere a nivelului de poluare prin eliminarea regimurilor tranzitorii sau de funcționare în gol a MCI. Pornirea clasică prin demaror, unul dintre regimurile cele mai poluante și neeconomice este înlocuită cu pornirea cu ajutorul EM. În acest sens, MCI va fi rotit uniform, printr-un control corespunzător al EM, la o turație constantă de pornire. Printr-o comandă corespunzătoare a unghiului de deschidere a clapetei de accelerație a injectorului de combustibil, ambele pe bază de cartograme, MCI va fi antrenat la turația de mers în gol, într-un regim de randament maxim, până când va fi capabil să mențină singur turația respectivă, iar sarcina motorului va crește în funcție de dorința conducătorului auto.

Toate aceste avantaje ale utilizării vehiculului electric hibrid comparativ cu unul clasic alimentat cu aceeași energie sunt evidențiate prin bilanțul energetic descris în tabelul 1.4. Valorile date sunt aproximative și specifice unei anumite arhitecturi de vehicul hibrid. Vehiculele electrice hibride au fost proiectate având ca obiectiv primordial îmbunătățirea economiei de combustibil și reducerea nivelului emisiilor poluante la valori care nu pot fi atinse prin propulsarea cu motor cu ardere internă, indiferent de soluțiile tehnologice utilizate.

Tabelul 1.4. Bilanțuri energetice pentru un VEH și un vehicul convențional

Dat fiind faptul că într-un VEH, MCI reprezintă principalul factor de scădere a randamentului, unul dintre obiectivele strategiei de control îl reprezintă forțarea funcționării MCI doar în punctele de randament maxim și în regimuri stabile de lucru. Celălalt obiectiv, constă în controlul permanent al stării de încărcare și asigurarea încărcării sau descărcării bateriei astfel încât funcționarea ei să se realizeze în permanență cu randament maxim.

a) Propulsia pentru VEH cu configurație în serie – VEHS

Datorită diferitelor configurații ale sistemelor de propulsie a VEH, sunt posibile mai multe moduri de funcționare, și corespunzător vom prezenta fluxurile de putere prin diversele componente ale unui vehicul hibrid.

În configurația standard, legătura dintre motor și baterie este electrică, cu tensiunea de ieșire care alimentează motorul electric și generatorul. Intensitățile curentului motorului electric și ale generatorului echilibrează intensitatea de la terminalul bateriei. Echilibrul puterii este reglat de controllerul de distribuție a cuplului, care selectează modul de funcționare și raportul u dintre puterea de la baterie și puterea totală la legătură.

Vehiculele hibride au patru moduri de funcționare. În modul de funcționare urban, când bateria este încărcată suficient, modul de funcționare complet electric este de obicei selectat, acesta fiind modul de funcționare cu zero emisii poluante (u=1; fig. 1.16.).

Când nivelul de încărcare a bateriei este prea scăzut, motorul este pornit și este de obicei setat la punctul de randament maxim. Puterea rezultată din diferența dintre puterea motorului și puterea la legătură reîncarcă bateria (u<0) prin intermediul generatorului. O asemenea combinație a descărcării și încărcării reprezintă un ciclu de funcționare, care este tipic hibrizilor cu configurație serie. În principiu, când puterea motorului este sub nivelul puterii la legătură, puterea lipsă poate fi furnizată de către baterie (0<u<1) deși acest mod de funcționare este rareori folosit în realitate. Bineînțeles, în timpul frânarii sau decelerării o parte din energie este recuperată de către motorul electric care este folosit ca generator (u=1).

b) Propulsia pentru VEH cu configurație paralelă – VEHP

La acestea, legătura dintre calea motorului și calea electrică este mecanică. Cea mai simplă configurație este acea cu doua grupuri de putere ce antrenează punți diferite. În hibrizii mild, cuplarea este reprezentată de câtre o curea care de obicei antrenează demarorul/generatorul, de obicei împreună cu sarcinile auxiliare. În vehiculul hibrid complet, motorul electric este de obicei montat pe arborele cotit, între motor și transmisie. Vorbind în general, cele două fluxuri de putere pot considerate ca fiind într-un „cuplaj de moment". Echilibrul de puteri la „cuplajul de moment" este reglat de către controlerul de distribuție a puterii, care selectează modul de funcționare și raportul u dintre puterea de la motorul electric și puterea totală la cuplaj.

În funcție de valoarea u, sunt posibile diferite moduri de funcționare. În timpul pornirii sau accelerării, motorul furnizează doar o parte din puterea totală la cuplaj, restul fiind furnizat de câtre motorul electric (0<u<1) care realizează conceptul de asistare a puterii (fig. 1.17.).

În timpul frânarii sau decelerației, motorul electric recuperează energie în baterie, acționând ca un generator (u=1). La sarcini mici, motorul ar trebui să furnizeze mai multă putere decât este strict nevoie, puterea suplimentară încărcând bateria prin intermediul motorului electric (u<0). Atât funcționarea motorului (u=0) cât și funcționarea motorului electric (u=1) sunt de asemenea posibile în principiu.

c) Propulsia VEH combinată – VEHSP

Acestea au posibilitatea de a funcționa ca hibrizi cu configurație serie sau paralelă. Astfel, modurile de funcționare posibile rezultă din combinația modurilor discutate anterior. Dar, utilizarea unei transmisii planetare pune niște piedici în fluxurile de energie posibile. Un flux de putere de la motor către transmisia planetară implică întotdeauna un flux de putere către generator. Ca și consecință, funcționarea numai a MCI nu este posibilă cu o asemenea configurație, dar este asociată întotdeauna cu un flux de putere prin generator și prin motor. Celelalte moduri, incluzând modul de funcționare cu zero emisii poluante, regenerarea forței de frânare, reîncărcarea bateriei și asistarea puterii sunt, bineînțeles posibile.

a) Antrenare pe baterie, u = 1

b)Reîncărcarea bateriei u < 0

c) Antrenare hibridă 0<u<1

d) Regenerare prin fânare u = 1

Fig. 1.16. Fluxul de putere pentru diferitele moduri de funcționare

a vehiculelor hibride serie.

a) Putere asistată, 0 <u < 1

b) Regenerare la fânare, u = 1

c) Reîncărcare baterie, u < 0

d) Funcționarea vehiculului cu zero emisii – ZEV, u = 1

e) Vehicul convențional, u = 0

Fig.1.17. Fluxul de putere pentru diferitele moduri de funcționare

a vehiculelor hibride paralele

În termenii pe care îi folosim astăzi, propulsia electrică a vehiculelor are de fapt în vedere vehiculele hibride complet electrice, care folosesc, pe lângă bateria principală, baterii speciale sau supercapacitori, ca sursă de energie secundară. Aceste surse de energie secundare sunt proiectate să furnizeze putere mare pentru perioade scurte în condiții de funcționare de vârf, de exemplu, în timpul urcării în pantă sau în timpul accelerării. Acest lucru este necesar deoarece unele baterii cu cea mai bună densitate de energie, au densitate de putere scăzută. Un exemplu extrem în acest sens este bateria aluminiu-aer. Această baterie are o densitate foarte mare de energie de 220 [Wh/kg], furnizând vehiculului o rază de acțiune potențială de 300-450km, însa o densitate de putere de doar 30[W/kg]. Deoarece este nevoie de o densitate de energie de cel puțin 150 [W/kg] pentru o accelerare bună și performantă de urcare în pantă, o sursă auxiliară cu densitate mare de putere este esențială. Această densitate de putere este ușor de obținut de la o baterie pe bază de plumb și de aceea aceasta este o baterie auxiliară foarte potrivită pentru utilizarea împreuna cu o baterie aluminiu-aer într-un vehicul hibrid complet electric.

Fig.1.18 Elemente principale ale VEH

O altă combinație de vehicul hibrid complet electric, care este în dezvoltare și de mare interes, datorită îmbunătățirilor aduse pilelor de combustie, este vehiculul electric acționat cu pila de combustie cu baterie auxiliară. Această baterie poate furniza curentul mare necesar pentru pornire și poate de asemenea servi ca un dispozitiv de limitare a sarcinii care permite pilei de combustie să funcționeze la putere joasă inițial și apoi să se încălzească pentru o funcționare la randament constant. Acest aranjament sporește eficiența întregului sistem și de asemenea permite vehiculului să folosească frânarea recuperativă.

Dacă într-adevăr este necesară o accelerație ridicată atunci supercondensatorul poate fi considerat ca sursă de putere auxiliară. Supercondensatoarele disponibile în prezent, deși au o densitate de energie de doar 15 [Wh/kg], sunt capabile de densități de putere extrem de ridicate de pâna la 1[kW/kg], 4[kW/kg] fiind o țintă de dezvoltare de atins în următorii ani. Acestea sunt, de asemenea capabile să accepte rate mult mai mari de încărcare existente în anumite condiții de frânare recuperativă și pot fi adaptate mai eficient decât în cazul bateriilor chimice. Din nefericire, supercondensatoarele sunt încă în stadiu de dezvoltare și de aceea sunt foarte scumpe și puțin probabil să fie folosite la fabricarea vehiculelor electrice hibride în următorii ani.

O altă categorie de vehicule electrice hibride, denumite vehicule hibride electromecanice, folosește pe lânga acționarea electrică principală alimentată de la baterii și un dispozitiv mecanic de stocare a energiei cum ar fi un volant, figura 8.19. Energia stocată în volant este convertită în energie electrică de un grup motor-generator auxiliar și prin intermediul unui controler central este utilizată în linia de putere dintre bateria electrică principală și motorul electric de acționare al vehiculului hibrid.

Fig.1.19. VEH cu volant pentru stocarea energiei

Funcționarea controlerului central se face după un algoritm care optimizează fluxul de energie pentru un randament maxim, astfel că în perioadele de deplasare cu viteză constantă energia este preluată numai de la bateria principală iar în perioadele de accelerare sau de urcare a pantelor energia stocată în volant este adaugată pentru a menține performanțele. În timpul frânărilor vehiculului, când motorul de acționare principal poate funcționa ca generator, energia recuperată este utilizată atât pentru reîncărcarea bateriei principale de propulsie cât și pentru creșterea vitezei volantului. Se cunoaște faptul că în cazul în care un automobil se deplasează cu viteză constantă în treapta de priză directă a cutiei de viteze (treapta cu raportul de transmitere i = 1), dependența dintre forța la roțile motoare FR,(care asigură propulsarea automobilului) și rezistențele la înaintare (rezistența la rulare Rrul, rezistența la pantă Rp și rezistența aerului Ra), în funcție de viteza V a automobilului este de forma curbelor prezentate în figura 2.3.a, în comparație cu caracteristica ideală de tracțiune a automobilului, prezentată în figura 2.3.b.

Caracteristica ideală de tracțiune, reprezentată în figura 2.3.b. asigură capacitate de tracțiune optimă pentru automobil,pentru orice viteză de deplasare, deoarece forța la roțile motoare Fr se modifică astfel încât puterea necesară la roțile motoare Pr rămâne constantă pentru orice viteză de deplasare V a automobilului. Mai mult, se observă că pe măsură ce rezistențele la înaintare cresc și viteza automobilului V scade, forța la roțile motoare crește, tinzând spre infinit atunci când viteza V tinde spre zero. Prin urmare, o transmisie care funcționează cu o caracteristică ideală de tracțiune dată de figura 2.3.b. asigură automobilului tracțiune permanent, motorul automobilului nefiind în pericol să se oprească la pornirea de pe loc a utomobilului, la schimbarea treptelor de viteze sau la o creștere importantă a rezistențelor la înaintare.

a. b.

Fig.2.3. Caracteristica forței la roțile motoare ale automobilului

Relația analitică în care este exprimată caractersitica ideală de tracțiune a automobilului este de forma:

Pr = Fr . V = ct (2.1.)

în care: Pr [W] reprezintă puterea necesară la roțile motoare; Fr [N] reprezintă forța la roțile motoare; V[m/s]reprezintă viteza de deplasare a automobilului.

Deoarece rezistențele la înaintare se modifică în limite foarte largi, în funcționarea unui autovehicul, având în vedere diversele regimuri de deplasare ale automobilului, starea căii de rulare, starea de încărcare a automobilului, se constată că, pentru a adapta mai bine caracteristica reală a forței de tracțiune, fig.1. a., la caracteristica ideală de tracțiune, fig.1. b (ceea ce este similar cu a corela variația momentului motorului în funcție de modificarea momentului motor rezistent) este nevoie ca între motorul automobilului și roțile sale motoare să existe un modul de adaptare, care este transmisia.

Iar posibilitățile energetice pe care le oferă motorul electric de curent continuu cu excitație serie automobilului sunt transpuse prin caracteristica sa de funcționare prezentată în figura 2.4.

Acest tip de caracteristică, este aproape similară cu caracteristica ideală de tracțiune, ceea ce asigură automobilului proprietăți de autoadaptabilitate la orice condițiile concrete de deplasare, deoarece la creșterea rezistențelor la înaintare, când viteza de deplasare a automobilului scade și odată cu ea scade și turația motorului, se constată că momentul motor dezvoltat de acest tip de motor crește, automobilul fiind capabil să învingă rezistențele la înaintare, oricât de mari ar fi acestea.

Folosirea motorului electric de curent continuu cu excitație serie ca sursa energetică pentru propulsarea automobilului, având în vedere cele arătate mai sus, elimină necesitatea ambreiajului și a cutiei de viteze (se observă că la pornirea de pe loc, când rezistențele la înaintare au valoare maximă, la turația n = 0, momentul motor M dezvoltat de motorul electric are valoare maximă, teoretic infinit).

Caracteristica externă a motoarelor electrice este o funcție care depinde de curentul întrebuințat și de modul de legare a înfășurării rotorului și a excitației sale.

Fig.2.4. Caracteristica de funcționare a motorului de c.c. cu excitație serie

Folosirea motoarelor electrice de curent continuu este justificată de caracteristica lor externă convenabilă și de reglarea automată a puterii generatorului electric. În plus motorul electric de curent continuu își adaptează regimul de funcționare în funcție de modificarea rezistențelor la înaintare ale automobilului.

În comparație cu transmisiile mecanice în trepte transmisiile electrice progresive prezintă următoarele avantaje: asigură modificarea continuă a raportului de transmitere adaptând permanent momentul motor al motoruluiîn funcțe de mărimea momentului motor rezistent, necesar a fi învins la roțile motoare; crește durabilitatea motorului și a transmisiei ca rezultat al progresivității regimurilor de solicitare; oferă posibilitatea amplasării convenabile a motoarelor electrice; realizează frânarea electrodinamică a automobilului prin disipare sau recuperare de energie; mersul înapoi al automobilului se asigură prin simpla schimbare a sensului de rotire al motorului electric.

În ideea unei comparații între cerințele pe care trebuie să le satisfacă motoarele electrice și cele termice de pe vehiculele hibride, se poate considera un vehicul hibrid cu o configurație de tip paralel. Într-o asemenea structură motorul termic (MCI) și motorul electric (EM) sunt cuplate la arborele de acționare al roților prin două ambreiaje, astfel încât puterea de propulsie poate fi furnizată separat, fie numai de MCI, fie numai de EM, fie de ambele motoare cuplate în paralel. Pentru a obține reducerea emisiilor de noxe și a consumului de combustibil MCI trebuie asistat de EM, în perioadele de demaraj și de frânare și în perioadele de suprasarcină la viteze mari.

Putem observa că EM funcționază la putere constantă, fără să se supraîncălzească, așa cum arată caracteristica de cuplu-viteză reprezentată prin curba 1, din figura 8.51. Motorul termic furnizează o putere mare la pornire, necesară pentru accelerarea vehiculului. În funcție de tipul motorului electric, în anumite condiții se poate asigura cuplul maxim, respectiv vârful cuplului, la viteza zero. În aplicațiile de pe vehiculele electrice sau hibride vârful cuplului trebuie menținut aproximativ un interval de timp de 60-90 de secunde. Vârful puterii pentru un motor corespunde vitezei unghiulare de bază ωb, figura 8.51 și figura 8.52, când caracteristicile motorului intră din regiunea de cuplu constant în regiunea de putere constantă și când este atinsă limita tensiunii de alimentare. Viteza unghiulară maximă ωmax a motorului, figura 8.51 și figura 8.52a, corespunde sfârșitului regiunii de putere constantă.

Figura 2.5. Caracteristicile cuplu viteză pentru motoarele electrice

și pentru motoarele termice

Caracteristica cuplu-viteză a motorului termic este reprezentată prin curba 2, din figura 2.5. Pentru motorul termic vârfurile de putere și de cuplu se produc aproximativ la aceeași viteză. Din analiza curbei 2, figura 2.5. se observă că motorul termic nu produce cuplu sub o anumită viteză, iar puterea maximă este furnizată într-un interval redus de viteze. Pentru a putea menține funcționarea motorului termic în această zonă de viteze pe durata deplasării vehiculului, care are loc cu viteze foarte diferite, se impune utilizarea unei transmisii mecanice între motorul termic și roțile vehiculului. Prin urmare în structura de vehicul hibrid paralel (VEHP), la deplasările pe distanțe lungi, cu viteze ridicate, motorul termic va fi utilizat la putere maximă, iar motorul electric la aproximativ jumătate din puterea sa. Puterea motorului electric de pe un vehicul hibrid de tip paralel (VEHP) influențează decisiv performanțele dinamice și consumul de combustibil. Raportul dintre puterea maximă a motorului electric (PME), și puterea motorului termic (cu ardere internă) (PMT) este caracterizat de factorul de hibridizare FH care este definit de relația :

FH = = (2.2.)

unde Pveh este puterea de tracțiune totală maximă pentru propulsia vehiculului. Se poate demonstra că se reduce consumul de combustibil și cresc performanțele dinamice pentru un factor de hibridizare mai mare de un punct optim critic (FH= 0.3÷0.5). Peste acest punct optim creșterea puterii motorului electric nu îmbunătățește performanțele vehiculului hibrid.

În figura 2.6. sunt reprezentate caracteristicile standard cuplu-viteză Me(ω) și putere viteză P(ω) ale motoarelor electrice utilizate pe VE, sau VEH.

a) la arborii motoarelor electrice b) la axele roților motoare

Figura 2.6. Caracteristici standard cuplu-viteză și putere-viteză

Caracteristicile corespund caracteristicilor cuplu-viteză și putere-viteză la roțile motoare ale vehiculelor hibride, reprezentate în figura 2.6.b.

Pentru o sursă de putere cu o valoare dată a puterii, puterea rămâne constantă într-o gamă largă de viteze, iar cuplul de tracțiune scade hiperbolic cu creșterea vitezei vehiculului.

În mod concret, cerințele pe care trebuie să le satisfacă EM de tracțiune de pe VEH sunt :

putere instantanee mare și densitate de putere mare;

cuplu mare la viteze mici pentru pornire și urcare pe rampe, precum și putere mare la viteze mari pentru deplasări pe distanțe lungi;

zone largi de viteze incluzând regiuni de cuplu constant și putere constantă;

răspuns în cuplu rapid;

eficiență ridicată pentru frânarea recuperativă;

siguranță ridicată și robustețe pentru diferite condiții de funcționare;

cost redus.

II.3. Frânarea electrică. Frânarea recuperativă.

În ce privește dispozitivele de frânare, ele au evoluat de-a lungul timpului, iar construcția și funcționarea acestora este strict reglementată.

Sistemele de frânare ale oricărui vehicul trebuie să asigure:

limitarea creșterii vitezei la coborârea pantelor (frânarea limitativă sau de menținere a vitezei);

reducerea vitezei de la o valoare inițială mare, V1, la o valoare finală mai mică, V2, (frânareapropriu-zisă);

oprirea vehiculului aflat în mișcare (frânarea de oprire);

imobilizarea vehiculului oprit (frânarea de staționare sau de parcare).

Pentru a realiza aceste funcțiuni în condiții de maximă siguranță, orice vehicul trebuie să fie prevăzut cu cel puțin două sisteme de frânare, cu funcționare independentă, unul pentru frânare electrică și unul pentru frânare mecanică.

Specific VEH este frânarea electrică recuperativă, sau regenerativă, când curentul de frânare încarcă bateria. În general frânările sunt scurte și foarte scurte (zeci de secunde sau chiar câteva secunde), curenții având valoare ridicată. Pentru a evita o degajare puternică de gaze este necesar în acest caz un control și un reglaj continuu al curentului.

Astfel, se cunoaște că orice motor electric de construcție normală este reversibil, adică poate lucra atât în regim de motor, cât și în regim de generator. Motoarele de tracțiune electrică, fie că sunt de curent continuu, de curent alternativ de tip asincron sau sincron, sunt deci reversibile, putând funcționa și în regim de generator.

Pe reversibilitatea motoarelor electrice se bazează realizarea frânării electrice. Aceasta depinde de tipul motorului utilizat și poate fi : frânare reostatică; frânare cu recuperare de energie; frânarea prin slăbire de câmp; frânare prin modificarea tensiunii de alimentare; frânarea liniară cu curenți turbionari; frânarea electromagnetică cu patină.

Ultimele două tipuri de frânări sunt, de fapt, cunoscute ca metode de modificare a turației, dar și frânarea propriu-zisă însemnează tot o modificare de turație și deci de viteză a vehiculului.

Frânarea electrică este o frânare adițională frânării mecanice, aducând o serie de avantaje:

reducerea uzurii mecanismelor de frânare mecanică;

evitarea încălzirii excesive și a solicitărilor termice periculoase în urma funcționării prelungite a frânei mecanice;

reducerea poluării prin scăderea cantității de praf și particule rezultate în timpul procesului de frânare mecanică;

recuperarea parțială a energiei cinetice a vehiculului, prin transformarea acesteia în energie electrică, debitată în linia de alimentare;

utilizarea căldurii dezvoltate în rezistoare de frânare, pentru încălzirea interiorului vehiculului;

realizarea unui sistem automat de frânare, care să permită o modificare fină a vitezei VEM și să asigure confortul necesar călătorilor;

evitarea patinării care rezultă din faptul că atunci când roata motoare ar patina nu ar mai exista mișcare de rotație, nici tensiuni induse și în consecință nici cuplu de frânare;

evitarea blocării roților frânate.

Utilizarea frânării electrice are însă și dezavantaje, dintre care se amintesc:

apariția unor solicitări termice și electrice suplimentare a motoarelor de tracțiune;

imposibilitatea frânării la viteze mici și la oprirea VE;

creșterea costului vehiculului datorită componentelor schemelor electrice de frânare și reglare a turației.

Folosită cu destulă eficiență la motoarele cu inducție (asincron) cu rotorul în scurtcircuit, care poate fi trecut ușor din regimul motor în regimul generator, frânarea electrică recuperativă este însă foarte puțin utilizată la VE convenționale cu motoare de tracțiune de c.c. serie. Un prim motiv rezidă în funcționarea static instabilă a motorului de tracțiune ca generator de c.c. serie debitând în LC. Un al doilea motiv îl reprezintă imposibilitatea trecerii directe a motorului de tracțiune de c.c. serie din regim de motor în cel de generator. Un al treilea motiv constă în efectul limitat al recuperării energiei de frânare a VE în sistemele actuale de tracțiune electrică urbană. Chiar în cele mai favorabile condiții, recuperarea energiei de frânare a VE convenționale este modestă, raportul dintre energia electrică recuperată și cea cheltuită de VEMC fiind de cca. 15% .

II.4. Clasificare EM utilizate pentru propulsia VE

Motoarele electrice utilizate pentru propulsia autovehiculelor pot fi de curent continuu, sau de curent alternativ. Criteriile pentru compararea și alegerea celor două tipuri de motoare sunt prezentate în tabelul 2.1.

Tabelul 2.1.

Din analiza datelor din tabel se poate trage concluzia că, deși motoarele de curent alternativ au multe avantaje, printre care și prețul redus, aspect deloc de neglijat, prețul final al ansamblului motor-bloc electronic de comandă și control este favorabil motoarelor de curent continuu, ceea ce face ca acestea să fie larg utilizate pentru tracțiunea electrică a autovehiculelor.

Constructiv, motoarele de curent continuu pot fi cu excitație în serie, în paralel și mixtă, sau fără excitație și cu magnet permanent (MP). Motoarele electrice care sunt folosite eficient în propulsia VEH pot fi asincrone, sincrone cu MP sau cu reluctanță variabilă, și în continuare vom vorbi despre ele.

Din caracteristica cuplu-turație rezultă că motoarele cu excitație serie sunt cele mai adecvate pentru tracțiune, caracteristica lor (fig. 2.7. – curba 3) fiind cea mai apropiată de caracteristica ideală, definită de ecuația:

P = M- n = const.

Dintre dezavantajele acestui tip de motor se pot menționa:

cuplu rezistent mic în regim antrenat, la turații mici (cuplu de frânare mic);

necesitatea modificării modului de conectare a bobinelor de excitație pentru a se obține frânarea recuperativă.

Din punct de vedere al caracteristicii cuplu-turație, motoarele cu excitație în derivație sunt cele mai puțin recomandate pentru tracțiune (fig. 2.7. – curba 1). Datorită avantajelor pe care le prezintă aceste motoare (inversare simplă a sensului de rotație, posibilitatea de realizare a frânării recuperative, cuplu de frânare adapta pentru tracțiune, prin proiectarea corespunzătoare a blocului de comandă și control.

Motorul cu excitație mixtă îmbină avantajele celor două tipuri de motoare prezentate anterior, caracteristica sa cuplu-turație (fig. 2.7. – curba 2) fiind mai apropiată de caracteristica ideală decât în cazul motorului cu excitație derivație.

Fig. 2.7. Caracteristica cuplu-turație pentru

diferite tipuri de motoare de curent continuu

1-cu excitație în derivație; 2- cu excitație mixtă;

3-cu excitație în serie

Trebuie menționat că autovehiculele electrice pot utiliza pentru propulsie, în același timp și motoare speciale de curent continuu, adică motoare fără perii sau cu reluctanță variabilă.

Principiul de funcționare al unui motor de curent continuu fără perii este prezentat în fig. 2.8.

Acest tip de motor este format dintr-un magnet permanent (MP) cu rol de rotor și un număr de înfășurări statorice; între rotor și stator nu există nici o legătură electrică, ceea ce simplifică construcția motorului și permite etanșarea acestuia.

a) b)

Fig. 2.8. Principiul de funcționare al unui motor de curent continuu fără perii

1.6 – înfășurări statorice.

Comanda și reglarea motorului de curent continuu fără perii (CCFP) se realizează prin intermediul unui bloc electronic cu grad de complexitate ridicat, în comparație cu cel utilizat în cazul motorului de c.c. clasic.

La motorul de curent continuu cu reluctanță variabilă, rotorul, cofecționat din oțel este canelat, în timp ce statorul este prevăzut cu piese polare, pe care se găsesc bobinele statorice. Nici la acest tip de motor nu există legătură electrică între stator și rotor, iar comanda și reglarea se realizează prin intermediul unui bloc electronic cu grad de complexitate de asemenea ridicat.

În scopul îmbunătățirii comportării dinamice a autovehiculului la demaraj, atunci când bateria este parțial descărcată se utilizează un supercondensator, adică un condensator cu capacitate mare (de ordinul farazilor), având un dielectric cu rezistivitate și permitivitate electrică mari care, prin intermediul unor tranzistori cu efect de câmp, este conectat în paralel cu un condensator principal (fig.2.9.).

Fig. 2.9. Supercondensator

Energia electrică stocată în supercondensator compensează căderea tensiunii la bornele blocului de comandă al motorului, precum și descărcarea bateriei. Supercondensatorul, descărcat până la o treime din tensiunea de alimentare («120 [V]), poate furniza o putere medie de 40 [kW] într-un interval de 10 [s]. Blocul electronic de comandă al motorului de tracțiune gestionează și încărcarea supercondensatorului, în funcție de regimul de deplasare al autovehiculului, starea de încărcare a bateriei și acțiunile conducătorului.

Astfel, la plecare de pe loc sau accelerare bruscă, supercondensatorul trebuie să fie complet încărcat, în timp ce la deplasarea cu viteză stabilizată relativ mare (peste 80 [km/h]), acesta trebuie să fie descărcat, urmând ca încărcarea sa să aibă loc la frânarea cu recuperare de energie.

Motoarele de curent alternativ sunt folosite aproape în întreaga industrie, deci se poate găsi mult mai ușor unul potrivit și pentru un vehicul electric. În timpul frânării, motorul se transformă în generator și încarcă bateriile prin intermediul invertorului, care poate funcționa și ca redresor.

Motoarele de curent alternativ utilizate pentru propulsia electrică sunt motoare trifazate, (sincrone sau asincrone), la care statorul este prevăzut cu înfășurări decalate unghiular la 120°. La motoarele sincrone, rotorul este de asemenea bobinat, fiind alimentat, printr-un sistem de perii colectoare, în curent continuu.

Fig. 2.10.

Caracteristici constructive ale supercondensatorilor ESMA

Dintre motoarele asincrone, sunt în mod uzual utilizate cele cu rotor în scurtcircuit, așa cum este cazul celui prezentat în fig. 2.11. Utilizarea însă a motorului electric de curent alternativ pentru tracțiune presupune existența unui convertor curent continuu – curent alternativ (convertor CC-CA); reglarea turației motorului realizându-se prin modificarea frecvenței curentului de alimentare al motorului. Modificarea cuplului motorului de curent alternativ se realizează prin varierea factorului de umplere al semnalului, cu ajutorul unui bloc de comandă cu tiristori.

Suporți

Bobine statoricc

Fig. 2.11. Motor de curent alternativ asincron cu rotor în scurtcircuit

a) EM asincrone pentru propulsia VE(H)

Datorită siguranței în funcționare, întreținerii ușoare, costului redus și capacității de a funcționa în medii periculoase, motorul de inducție (asincron) cu rotorul în scurtcircuit este considerat ca fiind cel mai bun motor pentru propulsia VEH. În etapa actuală dintre diferitele acționări cu motoare fără colector, tehnologia acționărilor cu motoare asincrone este cea mai utilizată. Din punct de vedere constructiv motoarele asincrone trifazate sunt formate din două circuite magnetice concentrice: circuitul magnetic exterior, este partea imobilă a motorului sau statorul și circuitul magnetic interior, este partea mobilă a motorului sau rotorul. Cele două circuite magnetice sunt separate printr-un spațiu liber numit întrefier. Statorul motorului asincron rotativ are forma unei coroane cilindrice, prevăzută cu crestături pe fața interioară, în care este dispusă o înfășurare trifazată.

Figura 2.12. a) Dispunerea axelor magnetice ale înfășurărilor trifazate ale motorului asincron; b) Distribuția sinusoidală a înfășurării fazei aa' pe circumferința statorului

Într-o secțiune transversală prin stator, înfășurarea statorică are o distribuție spațială sinusoidală pe circumferința statorului. Deși înfășurările celor trei faze sunt reprezentate ca înfășurări concentrate, distribuite după axele lor aa', bb', cc', figura 2.12.a, decalate între ele spațial cu 120o, numărul de spire din fiecare fază variază sinusoidal de-a lungul circumferinței statorului, (de exemplu, pentru faza a) figura 2.12.b. Numărul de spire în crestătură este menținut același pentru simplificarea execuției înfășurării, dar distribuția sinusoidală a înfășurării fiecarei faze se obține prin diferite căi.

Alimentarea înfășurărilor statorice se face de la o sursă de tensiune alternativă trifazată și acestea pot fi conectate în stea sau în triunghi. Rotorul cilindric al motorului asincron, de obicei, este prevăzut cu crestături pe suprafața exterioară în care poate fi plasată fie o înfășurare trifazată (bobinată) similară înfășurării statorice, fie o înfășurare polifazată realizată din bare conductoare scurtcircuitate la ambele capete, de forma unei colivii de veveriță. Motorul asincron poate funcționa pe vehiculele electrice hibride fie în regim de motor, când va transforma energia electrică în energie mecanică, fie în regim de generator, când va transforma energia mecanică în energie electrică.

Atunci cînd funcționează în regim de motor, la alimentarea motorului de la o sursă de energie electrică (generator electric de curent alternativ, baterii și invertor) cu un sistem de tensiuni trifazat simetric, înfășurarea statorică este parcursă de un sistem trifazat simetric de curenți de pulsație ω1 care vor produce un câmp magnetic învârtitor cu viteza unghiulară de sincronism Q1 dată de relația:

Ω1 = ωo1/p1 = 2πf1/p1 = 2πn1/60; n1 = 60f1/p1 (2.3.)

în care:

n1 [rot/min], este turația sincronă a câmpului învârtitor;

f1 [Hz], este frecvența tensiunii de alimentare

p1 este numărul de perechi de poli ai statorului (inductorului).

Se notează cu Ω=ωr viteza mecanică a rotorului și cu ω = p1 ωr = p1Ω viteza electrică a acestuia. Se consideră inițial că rotorul este imobil față de stator, deci viteza sa unghiulară este Ω = 0, respectiv turația este n=0. În rotorul aflat în repaus câmpul învârtitor induce în înfășurarea trifazată rotorică un sistem trifazat simetric de tensiuni de valoare Ue2b și pulsație ω2, (unde ω2= p1 (Ω1-Ω)= p1Ω1= ω1, pentru Ω=0 și frecvența f2 = p1 n1 = f1. Înfășurările rotorice fiind scurtcircuitate vor fi parcurse de un sistem simetric de curenți. Curenții rotorici produc un câmp magnetic învârtitor de reacție, care față de rotor are viteza unghiulară Ω2= ω2 /p1, iar față de stator are viteza unghiulară Ω+ Ω2 = Ω1.

Câmpul magnetic inductor statoric și câmpul magnetic de reacție al rotorului au aceeași viteză unghiulară față de stator. Cele două câmpuri se compun și dau un câmp magnetic învârtitor rezultant.

Din interacțiunea câmpului învârtitor rezultant și curenții din înfășurările rotorice se produce un cuplu electromagnetic Me2 = Me ce acționează asupra rotorului în sensul câmpului învârtitor și imprimă acestuia o mișcare de rotație de viteză unghiulară Ω.

Asupra statorului, acționează cuplul electromagnetic Mel = – Me în sens opus câmpului magnetic învârtitor.

Fig. 2.13. Cupluri și viteze de rotație în motorul asincron

Figura 2.13. prezentă o explicație a diferitelor viteze de rotație și cupluri existente la motorul asincron, unde:

Mel este cuplul care acționează asupra statorului

Me2 este cuplul care acționează asupra rotorului;

Aceste două cupluri sunt egale în modul, dar au sensuri diferite.

În timpul funcționării viteza unghiulară a rotorului Ω este diferită de viteza unghiulară Ω1 a câmpului învârtitor. Mărimea care caracterizează diferența dintre viteza unghiulară Ω1 (turația n1) a câmpului învârtitor și viteza unghiulară Ω (turația n) a rotorului se denumește alunecare și se determină cu relațiile:

s = (Ω 1 – Ω)/ Ω 1 = (n1 – n)/ n1 (2.4.)

Dacă rotorul se învârtește cu viteza unghiulară Ω< Ω1 în sensul câmpului învârtitor, în înfășurarea rotorică se va induce tensiunea electromotoare de frecvența f2 și de valoare Uers

f2 = = sf1; Uers = Uer = sUer (2.5.)

în care:

Uer este tensiunea indusă în secundar când rotorul este în repaus

Uers este tensiunea efectivă când există alunecarea s.

Se produce un cuplu electromagnetic ce tinde să aducă rotorul la turația de sincronism (Pe >0). Se spune că motorul electric funcționează în regim de motor care se stabilizează la o viteză subsincronă Ω<Ω1, (respectiv turație n<n1), iar cuplul dezvoltat de motor echilibrează cuplul rezistent la axul motorului. În motor se produce conversia puterii electrice primare la bornele primare în putere mecanică la axul motorului. În acest caz motorul preia de la sursă o putere reactivă Q necesară magnetizării circuitului magnetic.

Când rotorul este antrenat din exterior la o viteză suprasincronă, Ω<Ω1, (respectiv turație n>n1 ), s<0, motorul electric poate debita energie electrică în rețea. În motor are loc conversia puterii mecanice de la ax, în putere electrică. Pe VEH regimul de generator al motorului asincron interesează în mod deosebit, deoarece motorul este folosit pentru recuperarea energiei la frânare. Dacă rotorul motorului asincron este antrenat în sens invers câmpului învârtitor al statorului, alunecarea s devine supraunitară și motorul funcționează în regim de frână electrică sau reostatică. În acest caz motorul primește putere mecanică la arbore, Pmec < 0 iar Pe > 0.

Figura 2.14. prezintă regimurile de funcționare ale motorului asincron. Puterea electromagnetică Pe transmisă rotorului prin intermediul câmpului electromagnetic prin întrefier are două componente :

Pe = Pjr + Pmec ; Pjr = m1 Rr Ir2 (2.6.)

unde: Pjr reprezintă pierderile prin efect Joule în circuitul rotoric și Pmec este puterea mecanică, m1 este numărul de faze statorice, Rr, Ir sunt rezistența rotorică pe fază, respectiv curentul pe fază rotoric.

Puterea mecanică Pmec = Pe – Pjr acoperă pierderile prin frecări în lagăre și ventilație proprie Plv, precum și pierderile în fierul rotorului PFe. Puterea utilă la arborele motorului Pu este diferența dintre puterea mecanică și pierderile din rotor, adică :

Pu = Pmec – Plv – PFe (2.7.)

Figura 2.14. Motorul asincron, regimuri de funcționare

b. EM sincrone cu MP, pentru propulsia VE(H)

Considerăm structura de principiu din figura 2.15., formată dintr-o armătură fixă și una mobilă. Pe armătura fixă este dispusă o înfășurare alimentată cu un curent i1, iar armătura mobilă este realizată dintr-un magnet permanent N-S. Cuplul electromagnetic produs de sistem este :

Ma = ij=const = – Ψ0m – i1 – sin θ (2.8.)

unde:

Wm – este energia magnetică totală a sistemului

Ψ0m – este fluxul total util produs de magnetul permanent

θ – este unghiul de poziție rotoric;

i1 – este curentul prin înfășurarea de pe armătura fixă.

Cuplul activ este cel produs de interacțiunea dintre câmpul magnetului permanent și curentul de înfășurare și acționează în sensul reducerii coordonatei generalizate θ.

La motorul cu magneți permanenți, poziția θ = 0 este stabilă, în sensul că orice perturbație ce tinde să scoată rotorul din această poziție, duce la apariția unui cuplu, activ sau reactiv, ce tinde să readucă rotorul în poziția de echilibru. În cazul în care câmpul magnetic produs de înfășurarea de pe armătura statorică este rotitor, rezultă că rotorul motorului trebuie să urmărească axa câmpului statoric, rotirea sa având loc cu o viteză egală cu viteza de rotație a câmpului învârtitor.

Figura 2.15. Motor cu MP

Un asemenea cuplu are o valoare medie diferită de zero doar dacă viteza de rotație a rotorului este egală cu viteza câmpului învârtitor, ceea ce echivalează cu faptul că pentru a funcționa motorul trebuie adus la sincronism cu mijloace externe. Cel mai adesea, aducerea la o viteză apropiată de cea sincronă se face pornind motorul în asincron.

Constructiv motoarele sincrone cu magneți permanenți se caracterizează prin următoarele caracteristici :

statorul acestor motoare, asemănător cu cel al oricăror altor motoare de curent alternativ, este realizat din tole de oțel electrotehnic, în crestăturile sale fiind plasată înfășurarea monofazată sau polifazată de excitație;

rotorul motoarelor sincrone cu magneți permanenți se realizează în două variante constructive și anume: în construcție normală, cu poli aparenți și colivie de veveriță, respectiv cu poli ghiară, soluție utilizată în general la puteri mici și pentru un număr mare de poli.

Luînd în considerare modul de poziționare al coliviei față de magneții permanenți, rotorul în construcție normală poate fi de două tipuri: cu construcție radială, figura 2.16.a, sau cu construcție axială, figura 2.16.b,c.

Figura 2.16. Motor cu magneți permanenți (MP), construcție (a) radială,

(b) axială cu un rând de magneți, (c) axială, cu două rânduri de magneți

Figura 2.17.a prezintă soluția constructivă care prevede așezarea magnetului permanent direct pe ax, pe fețele sale exterioare lipindu-se piese polare în care sunt plasate barele coliviei de pornire.

De notat că această configurație poate fi utilizată doar în cazul magneților permanenți metalici, deoarece magnetul preia întregul cuplu transmis la ax.

În cazul magneților ceramici (ferite) este de preferat soluția din figura 2.17.b, magneții permanenți fiind plasați sub forma unor pastile între polii aparenți ai rotorului.

Folosirea magneților permanenți se bazează pe proprietatea lor de a prezenta un câmp magnetic remanent care poate fi menținut constant pe perioade îndelungate, caracteristicile principale fiind valoarea inducției remanente Br și intensitatea câmpului magnetic coercitiv Hc, dar performanțele globale ale unui magnet vor fi date de produsul (BH)max corespunzător energiei magnetice maxime pe unitatea de volum de material magnetic.

Magnetizarea magneților se poate realiza în circuitul magnetic în care urmează să funcționeze sau în afara circuitului, magnetul fiind apoi montat în motor.

Un alt criteriu după care se deosebesc tipurile de rotor îl constituie modul de așezare al magnetului permanent în interiorul rotorului.

Figura 2.17. Motor cu magneți permanenți: a. cu configurație de poli aparenți b. cu magneți sub formă de pastile

Magneții permanenți cei mai cunoscuți sunt de tip Alnico, aliaj ce conține cobalt între 10% și 40%, material ce le asigură o inducție remanentă ridicată. Magneții sunt obținuți prin turnare, după ce au fost omogenizați la temperaturi ridicate și răciți în câmp magnetic puternic. Pentru creșterea câmpului lor coercitiv, ei sunt supuși la tratamente de revenire. Magneții permanenți Alnico au diverse denumiri: Ticonal, Hycomax, Magnico, Koerzit 400, Oerstit 400, clasificarea lor diferind de la țară la țară.

Cu cât performanțele acestor magneți sunt mai bune, cu atât prețul lor este mai ridicat. Din punct de vedere economic, feritele prezintă prețul de cost cel mai redus, preț care este de câteva ori mai scăzut decât al materialelor de tip Alnico.

Materialele de bază ale feritelor, oxid de fier Fe2O3 și oxid de stronțiu SrO, se găsesc din abundență, iar fabricarea lor prin presare și sinterizare în câmp magnetic este relativ simplă. Din păcate, inducția remanentă redusă a acestor materiale cere utilizarea unor soluții constructive mai complicate, concentratoare de flux, iar energia maximă este modestă față de celelalte materiale magnetice, ceea ce duce la dimensiuni mari ale motoarelor.

A treia clasă de magneți permanenți sunt aliajele mangan- aluminiu-carbon, Mn-Al-C, care, prin prețul de cost scăzut al materialelor de bază, reprezintă o soluție interesantă. Ei prezintă o inducție remanentă superioară feritelor și energii magnetice acceptabile.

A patra clasă de magneți permanenți o reprezintă magneții pe bază de pământuri rare (Samariu-cobalt, SmCo5 și neodim-fier-bor, NdFeB), care prezintă energii magnetice ridicate, dar au ca dezavantaj prețul mare, deoarece sunt compuși din materiale deficitare și se obțin prin tehnologii speciale.

c. EM cu reluctanță variabilă, pentru propulsia VE(H)

Datorită construcției simple, controlului simplu și capacității lor de funcționare la viteze mari, motoarele cu reluctanță variabilă (MRV), au început să capete un mare interes pentru propulsia vehiculelor electrice hibride. Motoarele cu reluctanță variabilă au poli aparenți atât pe stator cât și pe rotor, cu înfășurări plasate numai pe stator. Numărul de poli este diferit pe stator și rotor, cele mai folosite fiind motoarele cu structuri de tipul 8/6 sau 6/4, adică cu 8 poli pe stator și 6 poli pe rotor, respectiv 6 poli pe stator și 4 poli pe rotor. În figura 2.18. se prezintă, în secțiune transversală, schema de principiu a unui motor cu reluctanța variabilă trifazat cu structura 6/4. Alimentarea motorului cu reluctanță variabilă se face de la o sursă de curent continuu prin intermediul unui convertor electronic a cărui comutatoare de putere sunt înseriate cu înfășurările fazelor.

Atunci când se alimentează o înfășurare statorică a unei faze, perechea de poli rotorici cea mai apropiată este atrasă astfel încât să se minimizeze reluctanța; prin alimentarea succesivă a fazelor statorice, se poate dezvolta un cuplu în orice sens de rotație. Când polii statorici și rotorici sunt perfect aliniați, reluctanța este minimă iar inductanța fazei nesaturate este maximă. Când polii rotorici sunt simetric dispuși față de cei statorici, se spune că poziția lor este nealiniată, iar inductanța fazei este minimă în această poziție. Sunt posibile și configurațiile 4/2 și 2/2 dar când polii statorici și rotorici ar fi perfect aliniați, nu ar fi posibil să se dezvolte cuplu de pornire. Variantele cu combinații mari ale numărului de poli, de exemplu 10/4, 12/8, prezintă avantajul unor variații mai mici de cuplu și nu au probleme legate de cuplul de pornire.

Ca avantaje ale motoarelor cu reluctanța variabilă se pot menționa :

-construcție simplă și preț de cost redus datorită absenței înfășurării rotorice sau a magneților permanenți (magneți realizați adesea din materiale scumpe si deficitare);

-reducerea numărului de comutatoare de putere pentru că nu sunt necesari curenți bidirecționali;

pierderile din stator sunt mai mari, dar acesta se poate răci mai ușor;

caracteristicile cuplu-viteză ale motorului se pot adapta condițiilor de lucru încă din faza de proiectare;

momentul de inerție al rotorului este redus;

permit obținerea unei regiuni de putere constantă într-un domeniu larg de viteze;

fazele statorice sunt independente, astfel incât motorul poate funcționa chiar și în cazul pierderii uneia sau a mai multor faze

cuplul de pornire poate fi foarte mare, fără probleme legate de creșterea excesivă a curentului

funcționarea rotorului este permisă la temperaturi maxime, deoarece nu există înfășurări sau magneți permanenți dispuși pe acesta;

Fig. 2.18. Motor cu reluctanță variabilă

Dezavantajele motoarelor cu reluctanța variabilă ar fi :

pulsațiile importante ale cuplului determină oscilații mari ale curentului în sursa de alimentare, impunându-se necesitatea unui filtru capacitiv mare pentru netezirea acestora

poluarea fonică este mai mare decât la celelate tipuri de motoare;

necesită un convertor special de alimentare; lipsa magneților permanenți impune creșterea excitației înfășurărilor statorice și deci o creștere a puterii convertorului;

pierderile în înfășurările statorice sunt mai mari decât la alte motoare, încât randamentul și raportul cuplu/curent sunt mai mici;

necesită senzori la poziție;

neliniaritatea caracteristicilor magnetice duce la o estimare dificilă a performanțelor.

controlul motoarelor poate fi mai simplu decât controlul prin metoda orientarii după câmp a motoarelor de inducție, dar pentru reducerea oscilațiilor de cuplu sunt necesare calcule importante pentru sistemul de comandă;

Ecuația de tensiuni pe o fază a motorului cu reluctanță variabilă se poate scrie în forma :

Uc = Rsif + (2.9.)

unde Uc este tensiunea circuitului de curent continuu, if este curentul de fază instantaneu, Rs este rezistența pe fază a înfășurării, Ψf este fluxul magnetic pe fază. Pentru utilizarea eficientă a circuitului magnetic motorul cu reluctanță variabilă funcționează în regim de saturație și fluxul magnetic Ψf este o funcție neliniară de curentul statoric și de poziția rotorului θ, Ψf = Ψf (if, θ). Caracteristicile flux-curent ale motorului de reluctanță variabilă, pentru diferite poziții ale polilor rotorului sunt prezentate în figura 2.19. Ecuația de tensiuni (2.10.) se poate rescrie astfel,

Uc = Rsif + + (2. 10.)

Figura 2.19. Motorul cu reluctanță variabilă,caracteristicile flux-curent

Considerând liniaritatea magnetică, Ψf = Lf (θ)if expresia tensiunii se simplifică astfel:

Uc = Rsif + Lf (θ) + ifω (2.11.)

Ultimul termen din ecuația (2.11.) este tensiunea electromotoare de mișcare indusă care, la motoarele cu reluctanță variabilă, are același efect ca și tensiunea electromotoare indusă la motoarele de curent continuu sau la motoarele cu comutație electronică. La motoarele cu reluctanță variabilă tensiunea electromotoare indusă nu este determinată însa de o rotație a fluxului magnetic și de variația valorii instantanee a fluxului magnetic. Tensiunea electromotoare dispare atunci când nu există curent în faza motorului.

Caracteristica mecanică cuplu-viteză pentru motorul cu reluctanță variabilă este prezentată în figura 2.20.

Figura 2.20. Motorul cu reluctanță variabilă

Caracteristica mecanică cuplu-viteză

II.5. Particularități ale EM pentru propulsia VE(H)

În momentul actual motoarele de inducție (motor asincron – ASM) cu rotorul în colivie de veveriță sunt favorite din rațiuni de cost. Dacă se cere însă un raport mare putere/greutate și trebuie să fie satisfăcut un randament cât mai bun, atunci motorul sincron excitat cu magneți permanenți (PSM) este superior.

Figura 2.21. Motor PSM pentru Fiat, răcit cu apă, 40[Kw], 6000 rot/min

PSM oferă un randament și un coeficient de suprasarcină foarte mari. Motorul construit pentru Fiat are o capacitate de suprasarcină de 5, fără demagnetizarea magneților permanenți.Rezultatul este dezvoltarea unui cuplu de 320[Nm], cu un motor având un rotor cu diametrul de 80mm și o lungime activă de 200mm, figura 2.21. Combinat cu răcirea cu apă aceste motoare conduc la o utilizare extrem de eficientă. Sarcina motorului specifică este de 80kW pentru un termen scurt (de 300 sec).

Motoarele din fig. 2.22. și 2.23. sunt realizate pentru vehicule hibride (EM + MCI).

Utilizarea termică este corespunzătoare clasei de izolație F, dar pentru rațiuni de siguranță motoarele utilizate satisfac clasa H.

Figura 2.22. Motor PSM pentru Audi DUO 2, răcit cu apă, 30[kW], 10 000 rot/min

Figura 2.23. Motor PSM pentru Audi DUO 3, răcit

cu apă, rotor cu diametrul de 80[mm], 30[kW], 10000 [rot/min]

Avantajele VE(H), comparativ cu cele convenționale se datorează în principal avantajelor motorului electric asupra celui cu ardere internă. Cu toate progresele tehnologice în domeniul motoarelor cu ardere internă, încă nu se cunoaște în totalitate ce se întâmplă în camera de ardere a motorului și nu este posibil nici să se realizeze, cu o anumită precizie, regimuri succesive identice sau prestabilite. De asemenea nu se poate ști la un moment dat cu foarte mare exactitate, care va fi cuplul care se produce, cât se pierde din cuplul produs sau cât va ramâne. Pe de altă parte, cuplul unui motor electric se poate determina mult mai simplu, cunoscând tensiunea și curentul. Este posibilă generarea în orice moment a unui cuplu de ieșire prestabilit după cum, cu aceeași precizie, acesta va putea fi repetat ori de câte ori se dorește. În acest fel, motorul electric, pe lângă randamentul mult superior permite și un control mai precis al cuplului și turației comparativ cu un motor cu ardere internă.

Mai mult, un motor electric antrenat de un cuplu extern poate trece în regim de generator și astfel produce energie electrică, dar nici un motor cu ardere internă în regim de decelerare sau frânare nu va putea sintetiza combustibil. Astfel se explică performanțele deosebite ce pot fi realizate de un vehicul electric hibrid comparativ cu unul clasic propulsat prin motor cu ardere internă.

Concret, VE au față de vehiculele cu MCI, o serie de avantaje notabile, și anume:

consumul redus; nu consumă suplimentar la staționarea temporară – în trafic – la semafoare, etc.;

au un cost de exploatare aproape gratuit (circa 1 euro/100km);

reducerea drastică, aproape de zero a poluării chimice și fonice; nu fac zgomot și nu emană fum, oxid de carbon, metale grele și alte noxe dăunătoare mediului și vieții;

eficiență/randament foarte mare;

accelerare instantă;

zgomot foarte redus;

întreținere ușoară prin eliminarea unei mari părți a motorului clasic Otto;

democratizarea transportului prin lărgirea bazei de producție a sursei energetice până la consumator;

se pot conduce ușor, (unele nu au comenzi cu pedale pot fi utilizate și de către anumite persoane cu handicap fizic);

întreținere simplă, ușor de manevrat în parcare și de încărcat bateriile;

posibilitatea de utilizare a unor sisteme de acționare sofisticate, oferite de cele mai moderne realizări în domeniul acționarilor electrice;

posibilitatea realizării comode a sistemelor de frânare antiblocante, prin utilizarea frânării electrice; dacă frânarea este recuperativă, se face și o importantă economie de energie;

posibilitatea de acționare individuală a roților (eventual, prin înglobarea motoarelor de tracțiune în roți, realizând așa numitele motoroți); aceasta conduce la simplificarea sistemelor de transmisie, cea mai importantă fiind eliminarea diferențialului mecanic.

au cuplu constant la variații ale turației în limite mari.

Din punct de vedere constructiv, VE au un avantaj major față de cele cu MCI. Astfel, dacă MCI este înlocuit cu cel electric (EM), diferențialul mecanic poate să fie folosit sau nu.

1. Când este folosit el introduce pierderi mecanice consistente, care reduc performanțele globale ale VE.

2. Când diferențialul mecanic este suprimat, fiind înlocuit cu motoare electrice, care sunt conectate direct la fiecare roată în parte, se elimină toate pierderile mecanice, prin sistemul electronic, inteligent care distribuie corect producția de cuplu pe roțile VE pe de o parte, iar pe de altă parte, puterea acestor motoare poate fi redusă la jumătate din puterea primului motor care trebuia să servească toate roțile.

Principalele probleme pe care le pun automobilele electrice și care îngreunează, deocamdată, proliferarea acestora sunt următoarele:

principalul dezavantaj este acela al autonomiei reduse;

costul de achiziționare ridicat;

densitatea de energie și de putere a acumulatoarelor electrice actuale este semnificativ mai scăzută decât a combustibililor ( la un automobil pe benzină 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 să fie inferioară celei din cazul automobilelor clasice: 150-250 km, față de 400-800 km; o durată de viață relativ mică limitată de numărul de cicluri încărcare – descărcare; pe de altă parte, viteza maximă a automobilelor electrice (100-130 km/h) este mai scăzută decât a automobilelor clasice (cca 200 km/h); de asemenea, accelerațiile realizate cu automobilele electrice sunt inferioare celor din cazul automoblielor clasice; de asemenea, acumulatorii își reduc capacitatea până la 50% și chiar mai mult la temperaturi sub 10 °C și peste peste 40 °C și tind să se supraîncălzească și chiar să explodeze în unele condiții. De asemenea pot apărea diverse probleme legate de pornire în situații de temperatură.

cheltuielile pentru întreținerea bateriilor sunt destul de ridicate;

sunt necesare stații de încărcare a bateriilor de acumulatoare; acestea pot fi dotate fie cu acumulatoare preîncărcate, care să le schimbe pe cele descărcate de pe automoblile – ceea ce pune probleme de depozitare și de asigurare a unei diversități de baterii, în funcție de tipurile de automobile existente -, fie cu instalații de încărcare a bateriilor direct pe automobile; în ultimul caz, se pune problema timpului de încărcare, acesta fiind de ordinul orelor pentru o încărcare completă normală (doar pentru încărcări parțiale, el poate fi redus la ordinul minutelor-zecilor de minute);

sunt necesare investiții inițiale mari, dacă producția automobilelor este de serie mică.

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

Deja din variantele expuse până acum, putem să facem propuneri, pentru o structură eficientă de VE. Totuși, posibilitățile de creștere a performanțelor VE mai pot fi extinse.

Astfel, condiția ca un VE să aibă o autonomie măcar de 300 km este că ar necesita un acumulator cu o densitate de energie de 220 Wh/kg și o densitate de putere de 150-170 W/kg. Acumulatoarele alcaline deși se apropie de aceste dimensiuni păstrează totuși dezavantajul că necesită un timp relativ mare de încărcare, adică 6÷10 h.

O soluție de moment o constituie apariția acumulatorilor Li-Ion, însă densitatea de energie pe unitatea de masă rămâne încă redusă.

Bateriile, acumulatorii și supercapacitorii sunt lucruri distincte, dar fac parte din aceeași familie, aceea a dispozitivelor de stocare de energie.

Un sistem de stocare eficient trebuie să fie caracterizat de un raport optim între energia specifică, puterea specifică și ciclul de viață al bateriei, datorită frecvenței mari de oprire/pornire a VE și VEH, care determină o caracteristică de încărcare/descărcare a bateriilor foarte variată. Spre exemplu, puterea medie cerută de la un sistem de stocare a energiei este mult mai mică decât puterea ei de vârf, care se aplică doar la accelerare sau la urcare de deal. Raportul dintre puterea de vârf și cea medie este în general de 10:1. De fapt, energia implicată în accelerarea și decelerarea vehiculului este cam de două treimi dintr-un ciclu complet de deplasare al vehiculului.

Dificultatea de a obține simultan valori mari pentru energia specifică, puterea specifică și ciclul de viață, a dus la necesitatea hibridizării bateriei cu un alt sistem de stocare.

O alternativă a fost hibridizarea bateriilor cu pile de combustie, însă acestea nu au capacitatea de a înmagazina energie ci doar de a produce, și prin urmare atenția s-a îndreptat direct spre utilizarea supercapacitorilor pentru creșterea capacității de stocare a energiei electrice.

Fig. 3.11. Schema unui automobil electric cu pilă de combustie și supercapacitori

O direcție de cercetare pentru stocarea energiei electrice pe VE este aceea a utilizării așa-numitului supercapacitor hibrid, adică un supercapacitor încărcat de la o pilă de combustie. În aceasta, ca urmare a reacției chimice dintre hidrogenul înmagazinat într-un rezervor, cu oxigenul din aer, rezultă o mică cantitate de apă care se elimină în atmosferă și o cantitate mare de energie electrică.

Densitatea energetică a hidrogenului comprimat la 70 MPa este de 34.440 Wh/kg, adică de circa 3 ori mai mare decât capacitatea energetică a benzinei.

În Fig. 3.11. este prezentată schema unui VE, echipat cu o pilă de combustie cu H2 și supercapacitori care permit și frânarea recuperativă.

Ei sunt considerați candidații cei mai promițători pentru generația viitoare de dispozitive de stocare a energiei electrice, comparativ cu dispozitivele clasice (acumulatori, baterii, celule de combustie).

Sunt posibile următoarele configurații în cazul unui VE, alimentat cu pilă de combustie :

alimentarea motorului electric de tracțiune direct de către pila de combustie; în acest caz pornirea autovehiculului nu este posibilă decât după ce pila a atins parametrii normali de funcționare; nu este posibilă recuperarea energiei electrice în perioadele în care autovehiculul frânează.

alimentarea mixtă a autovehiculului (pilă de combustie și baterie electrică); prezența bateriei electrice permite pornirea imediată a autovehiculului, chiar dacă pila de combustie nu a atins încă parametrii funcționali necesari propulsiei electrice. În același timp, bateria asigură o îmbunătățire a caracteristicilor dinamice ale VE, compensând inerția pilei și permite frânarea regenerativă (încărcarea bateriei în timpul perioadelor de frânare). Gestionarea funcționării în paralel a pilei și a bateriei se face de către un bloc electronic. Această variantă permite și o protejare a pilei de combustie la suprasarcini.

utilizarea unei pile de combustibil și a unui supercondensator (soluție utilizată de HONDA FCX-V3), asigură o îmbunătățire a performanțelor dinamice ale VE în comparație cu prima variantă. Astfel, la accelerare, condensatorul este cel care asigură energia electrică în prima etapă, până în momentul în care, datorită creșterii debitului de combustibil, pila atinge noul regim de funcționare impus de către conducător. Soluția permite și o protejare a pilei de combustie la suprasarcini.

În fig. 3.12. este prezentată o schemă constructivă de principiu a unui VE alimentat cu pilă de combustie și baterie electrică, cu reformarea combustibilului.

Fig.3.12. Schema de principiu a unui autovehicul cu pilă de combustibil.

1-rezervor de combustibil; 2-reformator; 3-compresor; 4-intrare aer; 5-pilă de combustibil; 6- baterie; 7-bloc electronic de comandă; 8-motor electric.

Față de baterii, supercapacitorii au o anduranță mare, o stabilitate în timp. Ei au densitate de putere mare, un răspuns rapid, un timp de încărcare-descărcare mai rapid în comparație cu bateriile, o simplitate constructivă, costuri reduse și nu în ultimul rând probleme de mediu reduse.

Alți factori care determină importanța supercapacitorilor ar fi că pot fi înseriați și pot fi realizați în diferite variante constructive, de formă și dimensiune; rezistența serie mai redusă permițând o putere mai ridicată, încărcare – descărcare rapidă și metode simple de încărcare; nu este necesar un circuit de detecție a încărcării complete, eficiența în stocarea energiei electrice și densitatea de energie mai mică este compensată de durata mare de funcționare.

Dezavantaje în utilizarea supercapacitorilor : nu se poate utiliza tot spectrul de energie disponibil, densitatea mai mică de energie comparativ cu acumulatorii (1/5 până la 1/10 din energia specifică a acumulatorilor) și autodescărcarea este mai puternică decât la un acumulator. În multe aplicații unde se utilizează acumulatorii, un supercapacitor în paralel cu un acumulator conduce la îmbunătațirea performanțelor în funcționare.

Iar toate acestea deoarece, în principiu, un condensator este cel mai bun acumulator, mult mai bun decât acumulatorul, devenit clasic, bazat pe litiu-ion, deoarece elimină reacțiile chimice și, în consecință, timpul de reîncărcare este foarte scurt. Totuși, până în anul 2008 nu au existat supercapacitori satisfăcători pe piață.

În 2008, firma americană EEStor, a descoperit un tip de supercapacitor, cu o densitate de 340 Wh/kg (față de numai 5 Wh/kg condensatorii normali), o masă de 152 kg, un volum de 33 litri, capacitate de 31 Farad, tensiune 3500 V. Reîncărcarea cu 52 kW/h este posibilă în circa 6 minute.

Primul automobil care urma să aplice această tehnologie, numit CityZENN, era planificat pentru 2009, cu o autonomie de 400 km și o viteză propusă de 125 km/h.

Supercapacitorii (fig.3.13., denumiți și condensatori electrochimici sau supercapacitori) înmagazinează energie în câmpul electric al unui strat dublu electrochimic. Cu toate că puterea specifică este mai mare decât cea din baterii, energia specifică este încă mult redusă. Aceste dispozitive sunt în cercetare :

ca sisteme principale de stocare a energiei,

ca surplus de putere în timpul accelerației și în pantă,

de asemenea și pentru recuperarea energie de frânare.

Ca alternativă la baterii, supercapacitorii sunt caracterizați de putere specifică mare, însă au energie specifică mică, undeva la câțiva Wh/kg. Totuși, puterea lor specifică poate ajunge la 5kW/kg, ceea ce este extrem de mult comparativ cu bateriile și peste 300.000 de cicluri, dar o densitate energetică scăzută de numai 5 Wh/kg.

Potrivit cu perspectivele inițiate de US Department of Energy cu privire la includerea supercapacitorilor în structura VE și VEH puterea specifică și energia specifică trebuie să fie peste 5Wh/kg respectiv 500W/kg, iar pentru variantele de viitor se prevăd valori de 15Wh/kg și 1600W/kg, ceea ce le-ar duce la performanțe comparabile cu autovehiculele clasice sport. Până în momentul de față nu există supercapacitori care să poate îndeplini niciuna din aceste valori. Totuși, la nivel mondial există multe companii care sunt activ implicate în cercetarea și dezvoltarea acestei tehnologii. Maxwell Technologies a anunțat producererea BOOTSCAP, supercapacitori care au 2600F la 2,5V și modulele integrate de 145F la 42V respectiv 435F la 14 V.

Datorită energiei specifice foarte mici și a dependenței tensiunii la borne cu nivelul de încărcare (SOC), este dificilă utilizarea doar a supercapacitorilor, pentru alimentarea unui VE și prin urmare ei pot fi eficienți numai într-un sistem hibrid cu baterii, în care, energia specifică și puterea specifică pot să fie decuplate.

Acest sistem permite dimensionarea unei baterii care să asigure optim doar energia specifică, în timp ce puterea specifică a sistemului este lăsată pe seama supercapacitorilor. Prin această conlucrare între baterii și supercapacitori, la accelerări rapide, bateria nu este supusă la curenți mari de descărcare, sau de încărcare, la frânarea recuperativă, ceea ce crește foarte mult durata ei de viață.

O altă posibilă aplicație este pe vehicule cu grad redus de hibridizare împreună cu un starter / alternator integrat, ca buffer de tensiune joasă (42V) care este capabil de un grad mare de recuperare a puterii. Supercapacitorii sunt de asemenea utilizabili ca surse secundare de stocare a energiei pe vehicule VEH, permițând micșorarea bateriilor electrochimice prin controlul puterii. Un alt avantaj este un control mai bun al management-ului energiei utilizate pe vehicul, permițând optimizarea condițiilor de funcționare al sistemului principal de stocare a energiei.

Un supercapacitor diferă de un condensator normal prin materialele folosite și procesul tehnologic. Într-un supercapacitor dielectricul este un electrolit care transportă ionii între electrozi. Energia este înmagazinată prin separarea sarcinilor ce are loc în straturile dintre electrolit și electrozi.

Deoarece tensiunea care poate fi aplicată este limitată la câțiva volți, datorită caracteristicilor electrolitului, capacitatea de înmagazinare este mărită prin mărirea capacității, de exemplu mărind suprafața și micșorând grosimea electrolitului. Acest lucru este obținut prin folosirea unor electrozi din material poros care măresc suprafața datorită structurii fine. Electrozi de acest gen sunt carbonul activ (103 m2/g) și unii oxizi metalici (ruteniu, iridiu). Electrozii din carbon poros sunt conectați la plăci metalice care colectează electricitatea.

Electrozii sunt separați de o membrană izolatoare conductoare de ioni, numită și separator. Separatorul are de asemenea funcția de stocare și imobilizare a electrolitului lichid. Ca electrolit se poate folosi soluție acidă sau un lichid organic care umple porii electrozilor.

În comparație cu bateriile electrochimice, supercapacitorii au putere specifică mare de 500-2500 W/kg și energie specifică redusă de 0.2- 6 Wh/kg, în funcție de materialul folosit ca electrod (carbon, oxizi metalici) și de tipul electrolitului (lichid, polimer).

În industria automobilelor atenția a fost focalizată pe celule electrice cu carbon și electrolit polimer, combinație care oferă o performanță bună la un preț redus. Viitorul acestei tehnologii se pare că depinde de limitările financiare în comparație cu sisteme de baterii cu putere ridicată.

Fig.3.13. Schema unui supercapacitor

Anul 2008 reprezintă începutul erei automobilului 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. În acest an, constructorii de automobile și-au propus ca până în anul 2010 să poată fi fabricată o mașină electrică performantă, de serie, pe scară largă și la un preț apropiat de prețul mașinilor pe benzină.

Preocuparea oamenilor de știință în a descoperi noi modalități de stocare a energiei electrice a condus la descoperirea supercapacitorului cu grafen, care s-ar putea încărca în 1-5 minute și ar conduce la o autonomie a autovehiculului electric de peste 1000 km. Un asemenea supercapacitor cu grafen ar putea fi încărcat de milioane de ori și, în plus, fiind bazat pe carbon, el este complet ecologic.

Dar înainte de a vorbi despre grafen vom aminti o tehnică extraordinară folosită pe un material similar însă mult mai scump decât grafenul și anume : nanowire. Astfel, în aprilie 2016, oamenii de știință de la Universitatea Irvine din California (UIC) au inventat o baterie care poate fi încărcată de sute de mii de ori fără a-și pierde autonomoia.

May Le Thai, candidat PhD al universitatii, a explicat că ea și colegii ei au folosit un nanowire (de aur), un material de câteva mii de ori mai subtire decat un fir de păr, foarte conductiv și cu o suprafață suficient de mare pentru a susține date și transfer de electroni. Problema bateriilor care folosesc acest material era că filamentele fiind fragile nu rezistau procesului de încărcare și descărcare, iar într-o baterie normală, filamentele se expandau și se spărgeau. Dar, s-a descoperit o soluție și o tehnică prin care s-a rezolvat problema. Astfel, învelind un nanowire de aur într-o capsulă de dioxid de mangan și plasând-o apoi într-un gel similar cu plexiglas-ul i s-a îmbunătățit fiabilitatea, iar bateria a rezistat fără stricăciuni la peste 200.000 de încărcări de-a lungul a trei luni și nu s-a detectat o deteriorare a capacității sau puterii bateriei.

Secretul pare să fie adăugarea gelului care a făcut posibilă realizarea unui ciclu foarte numeros al încărcărilor de sute de mii de ori, fără să se piardă din capacitatea bateriei. De obicei aceste lucruri „mor” după 5.000-7.000 de cicluri în cel mai bun caz” a spus profesorul departamentului de chimie de la UCI, Reginald Penner. Această descoperire are potențial să revoluționeze foarte multe aplicații. Și este foarte probabil și rezonabil ca tehnologia folosită de acești cercetători să fie testată și pe alte materiale mai ieftine, cum este grafenul pentru a realiza baterii cu autonomie mare, foarte puternice și rezistente.

În 2010, doi cercetători de la Universitatea din Manchester deveneau laureații Premiului Nobel pentru descoperirea unui „material minune”: grafenul, cel mai subțire dintre toate materialele care există în Univers. Grafenul, este un material cu proprietăți extraordinare, și nu doar pentru stocarea de energie electrică.

De la identificarea acestui material și până astăzi, oamenii de știință din diferite domenii i-au găsit numeroase utilizări acestui material versatil ce are potențialul să ne transforme viața în următoarele decenii.

Grafenul este compus în totalitate din carbon, la fel ca diamantul și cărbunele. Spre deosebire de aceste materiale, atomii de carbon ce formează grafenul sunt așezați în „fâșii” bidimensionale, făcând acest material extraordinar de rezistent și totodată flexibil.

Fiind cel mai subțire material identificat până acum – o „foaie” de grafen are o grosime de doar un atom -, oamenii de știință afirmă că este primul material 2D identificat de omenire. Cea mai recentă descoperire, detaliată în jurnalul Nature Communications, este faptul că fragmentele minuscule de grafen pot fi făcute magnetice, iar magnetismul acestora poate fi activat și dezactivat cu un simplu comutator electric.

Acest lucru ar putea permite conceperea unor noi dispozitive electronice cu un consum de energie extrem de scăzut, a declarat Andre Geim, co-autor al acestei cercetări și totodată co-laureat al Premiului Nobel în urma descoperirii acestui material extraordinar.

Dintre calitățile esențiale pentru grafen, ca material pentru surse de stocare a energiei electrice, sau/și magnetice, le menționăm în primul rând pe cele economice, prin prețul foarte scăzut, deoarece, la orice componentă electronică ne-am gândi, nu poate fi un material mai bun, mai mic și mai ieftin decât grafenul. Dar să amintim și calitățile fizice excepționale : dimensiuni și greutăți infime, proprietăți electrice și magnetice excelente, rezistență mecanică, elasticitate, transparență. Are abilitatea de a nu se oxida când este scufundat în lichid, așa cum se întâmplă în cazul altor materiale conductoare.

Grafenul este un conductor electric mai bun decât cuprul, fiind totodată de 300 de ori mai puternic decât oțelul și având proprietăți optice unice. De asemenea, deși este aproape transparent, grafenul este atât de dens încât nici heliul, cel mai mic atom de gaz, nu poate trece prin el.

În acest moment grafenul este studiat pentru a fi folosit în numeroase domenii, printre care display-uri de computer flexibile, baterii mai bune, celule fotovoltaice, aripi de avion mai puternice, noi sisteme de livrare ale medicamentelor și chiar o membrană care transformă apa sărată în apă potabilă. În plus, un panou cu celule fotovoltaice în care să fie folosit grafenul ar putea oferi calități remarcabile ca să contribuie la creșterea autonomiei VE fără o diferență serioasă de greutate.

În prezent, bateriile reîncărcabile Li-ion reprezintă standardul în industrie pentru telefoane mobile, laptopuri și tablete, automobile electrice și o gamă de alte dispozitive. Dar, în timp ce bateriile Li-ion au o densitate de energie ridicată și pot înmagazina cantități mari de energie, acestea suferă de un deficit al densității de putere și sunt incapabile de a accepta sau ceda energie în mod rapid. Densitatea de putere redusă este motivul pentru care este necesar aproximativ o oră să încărcați bateria telefonului sau laptopului și motivul pentru care motoarele automobilelor electrice nu se pot baza doar pe baterii și au nevoie de un supercondensator pentru funcții de mare putere cum ar fi accelerarea sau frânarea.

Mai bune decât ele ar fi bateriile litiu-aer care pot stoca mult mai multă energie, și numai performanța lor instabilă le-a împiedicat să devină un produs de masă.

Totuși, chimiștii Universității din Cambridge au descoperit o tehnică prin care fiabilitatea lor poate fi crescută substanțial, folosind grafenul, ceea ce ar putea duce la producția unor super-baterii cu o capacitate mult mai mare de stocare a energiei.

Prin utilizarea foii de grafen cu defect intenționat în arhitectura bateriei, credem că putem depăși acest obstacol”, spune Koratkar, profesor A. Clark and Edward T. Crossan de inginerie la Rensselaer. „Credem că această descoperire este pregătită pentru comercializare, ea putând avea un impact important în dezvoltarea noilor baterii și sisteme electrice pentru automobilele electrice și aplicații electronice portabile.” Rezultatele studiului au fost publicate de revista ACS Nano în lucrarea „Grafenul redus foto-termal pentru anozi de mare putere în baterii Litiu-ion”.

Cu ajutorul grafenului, cercetătorii din Cambridge au găsit o modalitate prin care litiul va fi folosit mult mai eficient, și nu numai că va ajuta mașinile electrice să parcurgă distanțe mai lungi, dar, va schimba și modul în care sunt alimentate cu energie locuințele.

Chimiștii Universității din Cambridge s-au folosit de proprietățile grafenului pentru a permite trasferul mai ușor al oxigenului în bateriile litiu-aer.

Dacă tehnica pe care au conceput-o va trece și de următoarele teste, bateriile litiu-aer ar putea să ajute la crearea unor mașini electrice cu o autonomie mult mai mare. Puține modele pot merge acum mai mult de 150 de kilometri fără să aibă nevoie de o reîncărcare a bateriei. O baterie litiu-aer de dimensiuni asemănătoare cu cea a bateriilor cu ioni de litiu folosite în industria auto ar permite o autonomie de peste 600 de kilometri, spun cercetătorii.

Tehnologia litiu-aer ar putea fi folosită și la dezvoltarea unor baterii casnice, capabile să asigure consumul de electricitate al locuințelor. Un astfel de acumulator este produs și de Tesla. Se numește Powerwall, însă folosește tehnologia mai veche a ionilor de litiu.

III.3. Volante de viteze foarte mari

Din expunerea sistemelor de stocare a energiei nu poate să lipsească volantul, care a dovedit că poate fi util pe un VE.

Astfel, altă clasă de VEH, denumite VEH electromecanice, folosește pe lângă acționarea electrică principală alimentată de la baterii și un dispozitiv mecanic de stocare a energiei cum ar fi un volant, figura 3.14.

Alături de sistemele strict electrice se cunosc și sisteme alternative pentru captarea energiei. Astfel utilizarea volantelor pentru captarea energiei mecanice nu este un concept nou. Acum mai bine de 25 de ani Oerlikon Engineering Company din Elveția a realizat primul autobuz propulsat cu ajutorul unei volante foarte mari. Aceasta avea aprox. 1500 kg și 3000 rpm, era încărcată cu energie la fiecare oprire a autobuzului.

Figura 3.14. Vehicul hibrid cu volant pentru stocarea energiei

Volanta tradițională este un disc metalic plin, de greutate mare care este rotit la viteze mari pentru a capta energia mecanică. Pe de altă parte, volantele moderne sunt ușoare, realizate din materiale compozite, având abia câteva zeci de kg și ating viteze de până la 10.000 rpm. Acestea sunt numite volante de viteze foarte mari.

Conceptul acestora apare a fi fezabil în special în domeniul VE și VEH unde motoarele de propulsie sunt produse pentru turații mari.

Energia stocată în volant este convertită în energie electrică de un grup motor-generator auxiliar și prin intermediul unui controler central este utilizată în linia de putere dintre bateria electrică principală și motorul electric al VEH.

Controlerul central funcționează după un algoritm care optimizează fluxul de energie pentru un randament maxim, astfel că în perioadele de deplasare cu viteză constantă energia este preluată numai de la bateria principală iar în perioadele de accelerare sau de urcare a pantelor energia stocată în volant este adăugată pentru a menține performanțele. În timpul frânărilor vehiculului, când motorul de acționare principal poate funcționa ca generator, energia recuperată este utilizată atât pentru reîncărcarea bateriei principale de propulsie cât și pentru creșterea vitezei volantului.

Principiul de operare al volantelor este bazat pe stocarea energiei cinetice a maselor aflate în mișcare. Eficientizarea unei volante se poate reliza prin creșterea turației ei și scăderea greutății. Azi în acest aspect se fac cercetări pentru a include optim volantele în sistemele de propulsie electrice.

III.3. Rezultate și sugestii

Concluzii

Dacă până în jurul anului 2008 exista problema stocării energiei electrice în acumulatori cu o densitate energetică mai mare decât gazul acumulatorilor Pb-H2SO4, în prezent o problemă în calea dezvoltării VE este realizarea și extinderea rețelei de încărcare a acumulatorilor pentru VE, și este evident că VEH cu MCI sunt doar o etapă de trecere de la MCI la VE, în asemenea măsură încât VE și VEH se vor identifica printr-o hibridizare complet electrică.

Dacă automobilele hibride actuale au ca surse energetice atât MCI cât și EM, care se dorește a fi folosite cât mai eficient, în funcție de condițiile concrete de deplasare, viitoarele VE vor elimina complet MCI, cu toate consecințele care decurg de aici.

Domeniul transporturilor consumă astăzi o treime din toată energia folosită la nivel mondial, fiind principala cauză a poluării mediului înconjurător prin emisiile de carbon.

Ca o soluție, mai multe state ale lumii s-au implicat în promovarea VE, au alocat sume considerabile firmelor producătoare de autovehicule electrice, dar și universităților implicate în cercetare, urmărindu-se obținerea de noi metode de stocare a energiei electrice, cum ar fi supercapacitorul.

Prin înlocuirea vehiculelor cu MCI prin VE cu EM, (în configurații complet electrice sau hibridizate numai cu elemente electrice) s-ar obține următoarele efecte :

CO2 din aer, cu efecte în încălzirea globală, s-ar reduce la jumătate,

Produșii NO (cu efecte în încălzirea globală) ar fi reduși puțin, în funcție de utilitatea emisiilor standard stabilite de legile în vigoare,

SO2, cu efecte legate de ploaia acidă, ar crește ușor

Deșeurile determinate de uleiul ars ar scădea,

VE reduc poluarea fonică, deoarece sunt mai silențioase decât vehiculele MCI

Poluarea termică cu instalații mari de forță ar crește cu creșterea utilizării VE.

Utilizarea exclusivă a VE ar reduce considerabil cauzele majore ale smog-ului, ar elimina substanțial sărăcirea ozonului și ar reduce gazele cu efect de seră. Reducerea emisiilor de SO2 ale instalației de putere, s-ar putea reduce chiar și folosind mai departe MCI însă cu impunerea unor standarde mai severe. Dar și așa reducerea poluării este argumentul principal pentru impunerea utilizării VE, iar interesul care este deja în continuă creștere pentru VE, trebuie susținut cu o abordare alternativă de a aduce la cunoștința oamenilor problema încălzirii globale dar și avantajele VE, care pot acoperi cerințele actuale de transport (cca. 80 [km] pe zi), chiar dacă se utilizează numai tehnologia actuală.

Impedimentele majore pentru impunerea deplină a VE sunt autonomia limitată a acestora și lipsa infrastructurii.

Soluția pentru creșterea la nivel optim a autonomiei se construiește prin cercetări extinse și aplicate asupra bateriilor, pilelor de combustie și altor dispozitive de stocare a energiei.

Extinderea ariei de folosire a VE este strâns legată de extinderea stațiilor de încărcare a acumulatorilor.

Problemele ridicate de infrastructură pot fi rezolvate prin acțiuni intense pentru :

Dezvoltarea unor facilități pentru încărcarea bateriei. Se cere facilitate de încărcare, cu stații publice și rezidențiale

Standardizarea prizelor, cablurilor și bornelor de ieșire pentru vehiculele electrice și a problemelor de siguranță

Vânzări și distribuție

Deservire și suport tehnic

Cercetările privind creșterea autonomiei au ca obiectiv simultan și reducerea prețului pentru VE. Înlocuirea bateriilor, chiar și pentru VEH este scumpă, și se adaugă problema vieții limitate a acestor baterii. Simpla creștere a utilizării VE poate scădea prețul pe măsură ce numărul lor crește, dar, înainte de producerea acestui efect sunt necesare subvenții și stimulente din partea guvernelor țărilor dezvoltate.

O creștere a numărului de VE va determina dezvoltarea de servicii noi în următoarele domenii:

Electronica de putere și Acționări electrice: proiectarea și dezvoltarea sistemelor electrice ale VE,

Generarea puterii: creșterea puterii cerute datorită utilizării VE,

Infrastructura VE : proiectarea și dezvoltarea stațiilor de încărcare a bateriilor și a celor de generare a hidrogenului, sistemelor de stocare și distribuție.

Pilele de combustie constituie o alternativă viabilă la acumulatoarele electrice ca sursă electrochimică de viitor pentru vehiculele electrice autonome de tip automobil sau autobuz electric, electrocar etc. În lucrare, am prezentat principalele tipuri de pile electrice de combustie care prezintă interes : pila de combustie hidrogen/aer, cu membrană schimbătoare de protoni, și pila de combustie cu metanol, cu combustie directă.

De asemenea, am prezentat posibilitatea realizării unor VEH cu pilă de combustie și baterie de acumulatoare. La acestea, sursa principală o constituie pila de combustie. Avantajul principal al funcționării acestora în tampon cu o baterie de acumulatoare rezultă din posibilitatea de a dimensiona pila de combustie numai pentru puterea medie a vehiculului și de a obține performanțe dinamice ridicate ale vehiculului prin acoperirea vârfurilor de putere (pe durata accelerărilor) cu ajutorul bateriei de acumulatoare.

În plus, există posibilitatea frânării recuperative a vehiculului, folosind energia rezultată prin frânare pentru încărcarea bateriei, care poate fi încărcată și de pila de combustie, în perioadele în care puterea cerută acesteia din urmă, de către vehicul, este inferioară puterii medii.

În ultimi ani s-a demonstrat că o mare parte din vehicule sunt dotate cu una din configurațiile pentru propulsia VE(H) prezentate în lucrare.

Vehiculele hibride combinate (Nissan Tino, Toyota Prius, Fiat Multipla Ibrida, Ford Escape) și cele cu sursele în paralel (Audi Duo, Citroen Xsara Dynactive, Honda Insight, Honda Civic Hybrid) sunt caracterizate printr-un procent de hibridizare (raportul dintre puterea motorului electric și puterea motorului convențional) cu valori între 15% și 55% sau chiar mai mult. Cele cu procentaj mic sunt denumite vehicule cu hibridizare moderată (GM Precept, Doge Intrepid, Toyota Crown, Saturn Vue, Honda Accord Hybrid). Acestea au un procent de hibridizare redus (2-15%), și un sistem electric care funcționează pe principiul stop-and-go.

De obicei sunt folosite motoare cu aprindere prin scânteie, motor/generator sincron cu magneți permanenți pentru curent alternativ (și fără perii pentru curent continuu), baterii Ni-MH. Există și câteva modele echipate cu motor Diesel, cu motor asincron pentru curent alternativ și baterii Li-Ion. De asemenea sunt folosite într-o gamă largă și transmisiile cu raport de transmitere variabil (CVT).

La vehiculele hibride cu sursă dublă, circuitul de putere este reglat de unitatea planetară sau și de un mecanism tip ambreiaj. La vehiculele hibride cu surse în paralel cuplarea se realizează cu punți separate sau prin arborele de transmisie ce le leagă. Producătorii principali de automobile au produs doar câteva modele de vehicule hibride cu surse în paralel, de obicei acestea fiind o îmbunătățire adusă la vehiculele cu propulsie electrică.

Observând toate modelele de VE lansate pe piață putem constata că nu există o singură configurație apreciată, ci doar o mulțime de formule hibridizate, dintre care putem alege o variantă care să ofere cele mai multe avantaje și cele mai puține dezavantaje.

Spre exemplu, putem lua modelul Lightning GT care este cel mai rapid și mai puternic automobil electric din lume (2008).

Acest VE folosește 2 motoare sincron de curent continuu cu o putere totală de 330 kW (400 CP). Are un moment, de cca. 4000 Nm. Viteză maximă cam 210 km/h. Rapiditate : reușește să-și ridice viteza în 4 secunde de la 0 la 100 km/h. Are o greutate sub 1.400 kg. Acumulator utilizează formula Litiu-Titanat realizată de Firma Altair Nanotechnologies in Reno, Nevada. Reîncărcarea se face în 10 Minute la 90%. Capacitatea acumulatorului este 35 kWh. Autonomia cu o încărcare, este de aproximativ 402 Km (250 Mile). Consumul de 9,67 kWh/100 km este echivalent cu 1L Diesel. În sfârșit, caroseria folosește ca materiale de construcție : Kevlar și Carbon.

Alături de acest produs există și alte oferte extrem de atractive, care impun anumite calități esențiale unui VE.

Astfel, dacă trecem în revistă fiecare aspect putem constata următoarele :

Pentru sistemele de propulsie hibrid serie (VEHS) recuperarea energiei de frânare este posibilă, iar MCI poate funcționa la un punct unde are randamentul și emisiile optime. Transmisia nu necesită prezența unui ambreiaj pentru că nu este legat mecanic la puntea motoare. Soluția VEHS oferă în principiu, posibilități de reducere a consumului de combustibil. Randamentul total rezervor la roată este egal cu cel al vehiculelor moderne echipate cu MCI și eficiente din punctul de vedere al consumului. Însă greutatea care se adaugă automobilului pentru întărirea caroseriei, greutatea mașinilor electrice, baterie etc. poate împinge consumul de combustibil deasupra valorilor obținute cu cele mai bune soluții clasice.

Hibrizii cu configurație paralelă (VEHP) sunt mai degrabă vehicule cu MCI și un flux adițional de putere provenind de la un EM, încât MCI dar și EM pot furniza puterea de tracțiune atât independent cât și în combinație, ceea ce oferă un plus de libertate în furnizarea puterii necesare a vehiculului, care poate fi folosit în optimizarea distribuției puterii dintre cele două fluxuri paralele, spre a obține o parte din puterea maximă. Un dezavantaj este folosirea ambreiajului.

EM poate fi utilizat ca generator (GE) pentru a reîncărca bateria, iar greutatea suplimentară joacă un rol important, mărind randamentul întregului sistem față de un vehicul doar cu MCI.

Ultima formulă a vehiculului electric hibrid combinat (VEHSP), este un hibrid al formulei serie cu formula paralel, existând atât legături electrice cât și mecanice, alături de două EM (funcționând unul ca motor, celălalt ca generator). Două realizări diferite ale hibrizilor combinați au fost lansate deja pe piață. Prima (Toyota Prius, Ford Escape) are transmisie planetară. A doua (Nissan Tino) combină generatorul antrenat de lanț al hibrizilor de tip mild cu configurație paralelă și un EM montat pe arborele cotit, ca în hibridul complet cu configurație paralelă.

Propulsia unui autovehicul trebuie să dezvolte suficientă putere la nivelul roților încât să respecte o serie de performanțe impuse de standardele în vigoare, stabilite, de regulă, prin raportare la experiența acumulată pe motoare cu combustie internă.

Criteriile urmărite de obicei în dimensionarea unui autovehicul din perspectiva propulsiei sunt : masa vehiculului, încărcarea și performanțele impuse.

La acest moment, nu putem propune o ierarhie, după importanța acestor elemente în configurația vehiculelor electrice, deoarece fiecare element este supus unor perfecționări, și toate sunt cercetate pentru desăvârșirea lor. Orice perfecționare a oricăruia dintre aceste elemente poate contribui decisiv pentru a impune vehiculul electric în fața celui clasic acționat cu MCI. Impunerea VE poate veni fie ca urmare a realizării unor performanțe pentru un element sau a unei combinații dintre elementele ce constituie propulsia. Astfel, crearea unui motor extrem de puternic, sau a unei baterii cu densitate de putere mare prin greutate foarte mică, autonomie, putere și energie suficient de competitive, de asemenea, a unui soft sau controler extrem de eficient, sau o combinație a lor optimă în momentul atingerii unor performanțe de prag, (dincolo de care ele) vor putea să conducă la o configurație a VE pe deplin superioară automobilului clasic, acționat de MCI.

Ca regulă putem totuși sublinia faptul că fiecare problemă rezolvată în domeniul propulsiei VE este parțială, în sensul că descoperă anumite slăbiciuni. Există însă convingerea că se va realiza o configurație care să îmbine la maxim calitățile esențiale, cu slăbiciuni numai neesențiale.

În ce privește motorul electric (EM) tendința este spre dezvoltarea EM fără comutație, care demonstrează o serie de avantaje, și anume au randament ridicat, densitate de putere mare și costuri de întreținere scăzut, fiind și mult mai sigure în exploatare față de cele cu comutație.

O categorie larg acceptată între motoarele fără comutație îl reprezintă cele de inducție, pentru siguranța lor în exploatare, robustețea și întreținerea lor simplă, și totuși calitățile acestui tip de motor, sunt umbrite de problemele înregistrate la controlul motoarelor de inducție, cum ar fi tensiunea și frecvența variabilă, care nu este potrivită pe deplin cu necesitățile unui vehicul electric.

Putem considera totuși că, în prezent, sistemele de comandă și control ale motoarelor de inducție au ajuns la maturitate. Astfel, comparând convertoarele adresate motoarelor de curent continuu, cu cele pentru motoarele de inducție vom distinge avantaje precum greutatea scăzută, dimensiuni reduse, preț redus, randament și fiabilitate ridicate, iar aceste avantaje sunt foarte importante și trebuie luate în considerare pentru că ne referim la VE și VEH.

Măsurarea unei sarcini a unui impact de scurtă durată implică o oarecare elaborare.

Într-o dispunere comună de măsurători dispozitivele de măsurare a frecvenței naturale au tendința de a indica valori mai mari respectând influențele fenomenului evaluat.

În afară de chestiunile legate de incertitudinile măsurătorilor de baza, intervalul dinamic al dispozitivelor de măsurare vor fi în general mult mai mari decât frecvențele analizate, nemaifiind o problemă în legatură cu acestea. Totuși, când se măsoară sarcinile impactelor elice-gheață frecvența naturală a dispunerii de măsurare devine un factor critic. Pentru a ilustra mai bine acest fenomen, este ultilă luarea în considerare a proiectului unei dispuneri normale de măsurare a forțelor unei elice și compararea acestor tipuri de dispuneri cu un sistem masa-amortizor-resort.

O măsurare tipica a forțelor și sarcinilor aplicate elicei cu pod va arîta ca în figura 5.1 Elicea este montată în mod direct pe convertizorul de viteză, cu o parte din convertizor în vârful axului acesteia. Convertizorul este montat pe componentele rotative ale motorului electric. Nu exista alte angrenaje sau alte metode de transmitere a puterii fizice.

Dispunerea schematica de măsurarea a sarcinii aplicate unei elice cu POD

Analogia unui sistem masa-amortizor-resort poate fi folosită pentru a descrie comportamentul fizic al dispunerii. În figura 5.2 este prezentat un astfel de sistem.

Schemtica unui sistem masa-amortizor-resort.

Analogia dispunerii măsurătorii elicei constă în urmatoarele: resortul, notat cu k, fiind similar cu un convertizor, fiind o parte relativ slabă din dispunere. Componentele rotative ale motorului electric pot fi considerate ca fiind o bază fixă în acest caz, prezentate ca fiind zidul din partea stânga a figurii. Elica în sine are o masa considerabilă, similară cu masa m din sistem. Forța aplicată este notata cu F, fiind impactul măsurat al gheții. Reacțiunea x este măsurată de aparatele de măsura montate pe convertizor. Măsurătorile stabile confera o relaționare perfect liniară dintre reacțiunea măsurată x și forța aplicată F. Dificultatea măsurătorilor dinamice constă în deviațiile funcțiilor de răspuns din aceasta relaționare perfect liniară cu frecvențele mai ridicate.

Pentru a demonstra influența sistemelor de configurație variate asupra semnalului măsurat se demonstrează două sisteme masa-amortizor-resort. Ecuația diferentială pentru acest tip de problema este:

În care masa este m, B este constănta de amortizare, k este constanta resortului, x este deplasamentul din starea de echilibru iar sunt primele doua derivate de timp, iar F este forța aplicată.

Frecvența naturală a acestor sisteme este descrisă de ecuația de mai jos.

Se preconizează că în mod normal forțele tipice ale fenomenelor de impact sunt undeva în intervalul de 0,01 secunde, așadar, un impact sub forma unei funcții de pas este simulata pentru a reprezenta un posibil impact al ghetii. Semnalul care ar fi înregistrat la poziția convertizorului este calculat și reprezentat în aceeași figură cu semnalul de intrare. Deasemenea, un rezultat filtrat este desenat pentru a se asigura ca frecvențele naturale ale sistemului sunt eliminate din rezultat.

Figurile 5.3 și 5.4 reprezintă rezultatele simularii. În figura 5.3 se prezintă o confugratie nepotrivita ce genereaza rezultate mai puțin precise a măsurătorilor impactelor de scurtă durată, în timp ce figura 5.4 prezintă o configuratie mai potrivita. Sistemul din figura 5.3 are o frecvența naturală scăzută (25 Hz) și o amortizare ridicata. Sistemul din figura 5.4 are o frecvența naturală mult mai mare (500 Hz) și o amortizare mai scăzută.

Raspuns de sistem simulate, dispunere neprecisa.

Răspuns de sistem simulat, dispunere precisă.

Se poate observa cum simlarea dispunerii imprecise nu înregistrează apogeul de valoare, nici timpul în care aceasta apare. Deasemenea, durata impactului este supraapreciată. Acest fapt este generat de frecvența naturală a dispunerii de măsurare, care este mai mica decât durata unui fenomen de impact tipic.

Dipsunerea mai precisa prezintă aproape cinci instante ale semnalului măsurat în timpul perioadei de aplicare a forțelor și la o valoare de maximă. Acest dezavantaj, este totuși îmbunătățit prin aplicarea unui filtru anterior în timpul ce urmează după procesare. Acest filtru asigura faptul ca valoarea maximă este înregistrată în mod mai precis. Anticiparea mesajului nefiltrat prezice un maxim de 75%, iar cel filtrat este limitat la un interval de 5-10%. În figura 5.5, este reprezentat răspunsul amplitudinii frecvenței simulării.

Pentru frecvențele joase, raportul dintre răspuns și forta de excitatie a sistemului este apropiat de unitate și va urma calibrarea normala a convertizorului. Când se trece la frecvența naturală, răspunsul este multiplicat de mai multe ori. După răspunsul maxim, acesta scade rapid. Sistemul se comporta din acest moment ca un filtru de pas redus și numai inregistreaza frecvențele mai inalte. Filtrarea răspunsului măsurat cu mult sub frecvența naturală asigura faptul ca orice semnal prezentat în dispunerea precisa a forței actuale la acea anumita frecvența fara multiplicari.

Raspunsul simulat al sistemului, diagrama de frecvența

Pentru a asigura faptul ca inregistrarea tuturor fenomenelor, sau pe cât posibile a mai multe în timpul unui impact elice-gheață, depinde de frecvența naturală a sistemului, deci filtrul de frecvența aplicat este pe cât se poate de mare.

https://www.rolls-royce.com/products-and-services/marine/product-finder/propulsors/podded-azimuthing-propulsors/mermaid-podded-propulsors.aspx#/

O nouă clasă de motoare ce pot fi considerate performante, deoarece par să depășească problema controlului ineficient, cuprinde anumite motoare sincrone modificate, în sesul că excitația lor este realizată prin magnet permanent (MP), ceea ce elimină pierderile din circuitul de excitație și recomandă motorul sincron cu magneți permanenți (MSPM) drept un motor calificat și acceptat pe scară largă în domeniul VE și VEH.

Continuând același criteriu de optimizare a excitației, s-a creat încă o clasă de motoare, prin eliminarea atât a înfășurării de excitație dar și a magneților permanenți, în această clasă fiind cuprinse motoarele sincrone cu reluctanța variabilă, la nivelul rotorului datorită polilor aparenți ai motorului.

Soluția cu magneți permanenți poate fi folosită și la motoarele de curent continuu, la care, dacă se realizează schimbarea virtuală a statorului cu rotorul, se obține motorul de curent continuu cu MP și fără perii.

În sfârșit, o categorie de motoare electrice cu potențial crescut în domeniul VE și VEH sunt motoarele cu reluctanță comutată, sau SRM (switched reluctance machine). Avantajele acestor motoare sunt : simplitate constructivă, preț scăzut de implementare și o foarte bună caracteristică de variație a cuplului cu viteza. Dar și aceste motoare păstrează ca un dezavantaj, controlul și proiectarea acestor motoare care sunt relativ complexe și necesită etape de testare empirică.

Alături de EM fiabile, puternice, simple, robuste, producția pe scară largă a VE și VEH este condiționată de realizarea unei posibilități de stocare a energiei electrice, astfel încât să i se asigure automobilului o independență cât mai mare și o viteză de deplasare de asemenea mare, atinsă într-un timp cât mai scurt.

Astăzi, VE și VEH folosesc două tipuri de Surse pentru alimentare : Baterii de acumulatori și Pile de combustie, care, împreună sau separat, au o seamă de caracteristici pozitive.

Între VE cu baterii, și cele cu pile de combustie, utilizarea bateriilor este net superioară pilelor cu combustie care au multe elemente de intoleranță în ceea ce privește incapacitatea de acceptare a fânării regenerative, intoleranța la ripluri (pulsații) mari de curent, răspuns lent la sarcină, și altele, demonstrând că utilizarea pilelor de combustie ca sursă singulară de energie în VE nu este o soluție viabilă, decât în combinație cu un set de supercapacitori.

Autonomia autoturismelor electrice condiționează folosirea și implementarea lor, fiind recomandate, în prezent, a fi futilizate în mediul urban și în apropierea acestuia, unde se găsesc posibilități de alimentare și realimentare cu energia electrică necesară deplasării lor. Principiul de funcționare constă în aplicarea unei tensiuni variabile motorului, astfel încât să fie controlat curentul prin motor, cuplul motorului, viteza motorului și a vehiculului. La pornire se poate alege unul dinte cele două moduri de funcționare: pedelare fără motor sau doar motor. [17]

În selectarea unui motor trebuie avut în vedere trei caracteristici cheie: eficiență ridicată, întreținere minimă și densitate de putere mare. [20]

Motorul electric poate fi plasat în interiorul uneia dintre roțile bicicletei (a) și (b) sau în exteriorul bicicletei (c) și (d). De asemenea mai poate fi cu transmisie cu lanț în linie cu schimbatorul sau transmisie cu lanț la inel cu lanț separat (e) și (f). [14]

Figura 2.3. Diferite moduri de amplasare a motorului [14]

Avantajul plasării motorului în interiorul uneia dintre roți este acela că nu avem nevoie de o transmisie sau de un butuc special pentru dublul angrenaj al roții din spate. O astfel de soluție este dezavantajoasă pentru că transmisia nu poate fi modificată în nici un fel; cu alte cuvinte spus, aceste vehicule se adresează mai mult celor interesați de o bicicletă electrică cât mai ergonomică însă fără posibiltăți reale de extindere. [17,14]

În cazul plasării motorului în exteriorul bicicletei în partea din spate, avantajul îl constituie faptul că transmisia este “la vedere”, oferind posibilitatea de a extinde funcționalitatea vehicului. Astfel se poate interveni asuprea motorului electric și asupra părților componente ale transmisiei cu scopul de a aduce îmbunătățiti la nivel de performanță. Dezavantajul aceste soluții este acela că trebuie folosit un butuc special, un butuc care să permită motorului electric să antreneze roata din spate însă, în același timp, să nu învârtă pedalele; la rândul lor pedalele trebuiesc să poată antrena roata din spate însă nu trebuie să antereneze motorul. [17]

La rândul său, motorul trebuie alimentat cu o baterie electrică, care poate fi de 12V, 24V, 36V sau chiar 48V. Aceste componente trebuiesc minimizate și așezate astfel încât să nu ocupe mult spațiu și să nu îngreuneze prea mult bicicleta. Locurile comune de montare a bateriilor în funcție de tipul și forma lor sunt:

deasupra roții din față (e)

în parea din spate a bicicletei deasupra roții din spate (a) și (d)

În partea de mijloc, sub ghidon (b)

În cadrul bicicletei (f)

Figura 2.4. Diferite variante de monatare a bateriilor[14]

Indiferent de tehnologia bateriilor folosită, sursa de alimentare este cea mai grea componentă a unei biciclete electrice. Posibilele variante de montare a bateriilor au fost evidențiate în Figura 2.4.2, cu toate acestea trebuie precizat că amplasarea bateriilor poate influența semnificativ centrul de greutate al bicicletei și stabilitatea acesteia. [14]

Pentru a putea comanda motorul de curent continuu este nevoie de partea de electronică de putere. Se pot folosi oricare dintre variatoarele de tensiune continuă cunoscute, fiecare având avantajele și dezavantajele lui, urmând a fi detaliate într-un capitol special dedicat părții de electronică de putere. Un lucru important de reținut la VTC este faptul ca el este răspunzător pentru o parte din solicitările de natură mecanică, electrică și termică în comparație cu acelși motor alimentat direct de la o sursă de tensiune. Aceste solicitări apar ca urmare a unei proprietăți fundamentale ce caracterizează alimentarea cu VTC: rapiditatea mare de răspuns a sistemului, adică o viteză mare de variație a tensiunii de alimentare și, deci a curentului prin motor.

Partea de reglare a vitezei este realizată cu ajutorul unui regulator de curent; practic atunci când biciclistul va impune o viteză, el va impune defapt un curent maxim prin motor. Regulatorul de curent are rolul de a limita curentul prin motor la valoarea impusă, limitând astfel cuplul generat de motor și implicit reglând viteza bicicletei.

A proiecta un regulator înseamnă a alege atât structura lui, adică numarul blocurilor de reglare și ordinul lor, cât și parametrii, adică coeficienții reprezentărilor în spațiul stărilor sau prin funcții de transfer, asfel încât să se obțină un comportament al sistemului rezultant cât mai apropiat de cel dorit.

2.5. Date inițiale de proiectare

Un set minim de limite trebuie luat în considerare pentru a proiecta un sistem capabil de folosit cu ușurință și simplitate pe cât posibil a sistemului mecanic al bicicletei originale, pentru a reducere greutatea și dimensiunile componentelor auxiliare adaugate, cât și costurile totale să fie cât mai mici. În ceea ce privește performațele, cât și resticțiile impuse, avem:

puterea motorului să fie curpinsă între 250W și 300W

tensiunea bateriei să fie de 12V sau 24V în funcție și de puterea motorului ales

viteza nominală a bicicletei să fie de 25 km/h

accelerația bicicletei să fie de 0,4m/s2

autonomia să fie de minim 25 km în condițiile de viteză maximă și accelerație precizate mai sus

motorizarea să fie prin asistare la pedalare și recuperare de energie

masa maximă adimisă este de 120 kg.

Această autonomie limitată este dată de capacitatea bateriilor lithium-ion utilizate la majoritatea autoturismelor electrice actuale. Deși folosesc cele mai noi tehnologii aceste baterii nu sunt capabile încă să dea autoturismelor pe care sunt montate o autonomie de mai multe sute de kilometri. Soluția de a mări numărul de baterii la bordul autoturismului este limitată de greutatea și volumul lor, care influențează în mod direct prețul lor de achiziție și de folosință.

O modalitate de mărire a autonomiei de deplasare a autoturismelor electrice este de a extinde posibilitatea lor de alimentare de la borne publice, tot mai numeroase în marile aglomerări urbane. Autonomia de deplasare depinde de mai mulți factori cum sunt: modelul autoturismului, stilul de conducere folosit, condițiile meteorologice, echipamentele din dotarea sa, consumatoare de energie electric.

Autonomia bateriilor pentru automobile electrice poate fi mărită prin reîncărcarea lor în timpul frânărilor recuperative, adică prin recuperarea energiei cinetice accumulate de autoturism în regim de deplasare accelerată. Pentru aceasta autoturismele electrice sunt echipate cu sisteme de recuperare a energiei rezultate în regim de frânare.

Problemele pe care le au bateriile explică de ce astăzi 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 foarte probabil că autovehiculele viitorului vor folosi EM pentru tracțiune, iar energia electrică necesară va fi produsă de către pilele de combustie.

În prezent, par să aibă caracteristici promițătoare pentru VE, numai pila de combustie hidrogen/aer, cu membrană schimbătoare de protoni și pila de combustie cu metanol, cu combustie directă.

Dar, mai mult decât optimizarea unui sistem sau altuia de stocare a a energiei hibridizarea sistemelor de stocare a energiei este o soluție mult mai productivă și se referă la interconectarea diferitelor tipuri de unități de stocare a energiei pentru a conlucra în vederea obținerii unei eficiențe maxime globale. De exemplu, hibridizarea unei baterii chimice cu supercapacitorii poate rezolva atât problema puterii specifice mici a bateriei dar și cea a energiei specifice mici a ultracondensatorilor. Rezultatul este că un asemenea sistem hibrid atinge puteri și energii specifice suficient de mari pentru a mulțumi toate necesitățile unui vehicul. Cu alte cuvinte, un sistem energetic hibrid va fi compus dintr-o unitate care are putere specifică mare și una care are energie specifică mare.

Astfel, s-a convenit că pilele de combustie pot fi utilizate în sisteme hibride de tipul pilă de combustie+baterie de acumulatoare, ceea ce asigură caracteristici foarte bune sursei de energie a VE.

Acest aranjament sporește eficiența întregului sistem și de asemenea permite vehiculului să folosească frânarea recuperativă.

Totuși, posibilitățile de creștere a performanțelor VE trebuie să fie mai extinse.

Astfel, condiția ca un VE să aibă o autonomie măcar de 300 km este că ar necesita un acumulator cu o densitate de energie de 220 Wh/kg și o densitate de putere de 150-170 W/kg. O soluție de moment o constituie apariția acumulatorilor Li-Ion, însă densitatea de energie pe unitatea de masă rămâne încă redusă.

Dificultatea de a obține simultan valori mari pentru energia specifică, puterea specifică și ciclul de viață, a dus la necesitatea hibridizării bateriei cu un alt sistem de stocare.

O alternativă a fost hibridizarea bateriilor cu pile de combustie, însă acestea nu au capacitatea de a înmagazina energie ci doar de a produce, și prin urmare atenția s-a îndreptat direct spre utilizarea supercapacitorilor pentru creșterea capacității de stocare a energiei electrice.

O direcție de cercetare pentru stocarea energiei electrice pe VE este aceea a utilizării așa-numitului supercapacitor hibrid, adică un supercapacitor încărcat de la o pilă de combustie. Acesta este considerat candidatul cel mai promițător pentru generația viitoare de dispozitive de stocare a energiei electrice, comparativ cu dispozitivele clasice (acumulatori, baterii, celule de combustie).

Preocuparea oamenilor de știință în a descoperi noi modalități de stocare a energiei electrice a condus la descoperirea supercapacitorului cu grafen, care s-ar putea încărca în 1-5 minute și ar conduce la o autonomie a autovehiculului electric de peste 1000 km. Un asemenea supercapacitor cu grafen ar putea fi încărcat de milioane de ori și, în plus, fiind bazat pe carbon, el este complet ecologic.

Luând în calcul toate progresele înregistrate în domeniul acumulatorilor și creșterea prețului petrolului înțelegem că se justifică estimarea că, în anul 2020, 90% din autovehiculele noi până la 3,5 t vor fi electrice, iar până în 2030 toate autovehiculele noi, inclusiv autocamioanele, vor fi propulsate complet electric.

Țări precum Franța, Germania, Israel, SUA își pregătesc deja infrastructura pentru VE și VEH. În funcție de îmbunătățirea performanțelor legate de autonomia de deplasare și de posibilitatea alimentării lor cu energie electrică se estimează că VE vor deveni majoritare după anii 2050.

Ghid complet pentru opțiunile motorului Ford F-150 din 2019 | McHenry, IL

Ford F-150 2019 este unul dintre cele mai formidabile camioane cu dimensiuni complete de azi, echipate cu o gamă largă de caracteristici avansate, garnituri de înaltă calitate și elemente de design inteligente. Deoarece F-150 oferă o gamă largă de opțiuni, poate fi dificil să descoperiți detaliile acestui camion Ford. Pentru a ajuta la atenuarea acestei probleme, experții noștri au creat un ghid pentru una dintre cele mai integrante piese ale F-150 – linia motorului său!

Citiți mai departe pentru a afla mai multe despre fiecare motor al F-150, apoi consultați inventarul nostru Buss Ford și oferta specială F-150 pentru a găsi potrivirea potrivită la prețul corect. Dacă găsiți o garnitură care se potrivește nevoilor dvs., programați un test drive la magazinul nostru McHenry, IL, și vom avea F-150-ul dvs. pre-pregătit și gata la sosire! Vă rugăm să contactați un reprezentant Buss Ford online sau la (855) 330-7803 dacă aveți întrebări.

2.7L

EcoBoost® turbocompresat

Specificații EcoBoost® turboalimentate 2.7L

Motorul Turbo EcoBoost® de 2,7 L împachetează o tonă de putere într-un pachet relativ mic folosind combustibilul port port și sistemul de injecție directă (PFDI), împreună cu alte funcții de performanță. Cu 325 CP și 400 lb.-ft. de cuplu, motorul Turbo EcoBoost® de 2,7L asigură o putere puternică, rămânând totodată economic. Acest motor oferă, de asemenea, 9.000 lbs. de capacitate și 2.470 kg. capacitate de sarcină utilă, asigurându-vă că aveți puterea și capacitatea de a vă face față sarcinilor din ziua de muncă. Turbo EcoBoost® de 2,7 L este echipat cu o transmisie cu 10 viteze.

1.6 ecoboost de182 cp. ®

1.6 ecoboost de182 cp. ® Specificații

Producând 375 CP și cea mai bună clasă * 470 lb.-ft. de cuplu, 1.6 ecoboost de182 cp. Motorul ®, împerecheat cu o transmisie automată cu 10 trepte, reduce anumite cifre serioase de performanță. Când a fost asociat cu o remorcare de 13.200 lb. și o capacitate de încărcare utilă de 3030 lb, acest motor oferă o putere cu adevărat impresionantă.

* Când este configurat corect

Putere mare 1.6 ecoboost de182 cp. ®

Putere mare 1.6 ecoboost de182 cp. ® Specificații

Deși are aceleași dimensiuni cu 1.6 ecoboost original de 182 cp. ®, High-Output 1.6 ecoboost de182 cp. ® a fost reglat și reglat pentru a produce mult mai multă putere. La 450 CP și 510 lb.-ft. de cuplu, Puterea ridicată urmărește să-ți electrificeze conducerea. Acest motor permite, de asemenea, 8.000 de kilograme. de tractare și 1.200 lbs. capacitatea de încărcare utilă Trebuie menționat că acest motor este echipat doar pe bordurile Raptor și Limited F-150.

3.3L Ti-VCT V6

3.3L Ti-VCT V6 Specificații

Un Ti-VCT 3.3L conectat la o transmisie cu șase trepte este opțiunea standard a motorului pentru F-150 2019, dar acest motor este orice altceva decât standard. Furnizare de 290 CP și 265 lb.-ft. de cuplu, acest 3.3L V6 este atât puternic cât și consumabil. Veți găsi, de asemenea, 7.700 de kilograme. de tractare și 1.990 lbs. capacitatea de încărcare utilă

5.0L Ti-VCT V8

Specificatii 5.0L Ti-VCT V8

Nici o linie de model F-150 nu este completă fără opțiunea clasicului motor 5.0L V8. Echipat cu o transmisie cu 10 trepte cu deplasare lină, Ti-VCT V8 5.0L oferă 395 CP și 440 lb.-ft. de cuplu, precum și 11.600 lbs. de tractare și 3.270 lbs. capacitatea de încărcare utilă

Diesel Power Stroke® 3.0L

Specificații motorizare 3L Power Stroke® pentru diesel

Unul dintre cele mai puternice motoare diesel de consum de pe piață astăzi, motorul turbo Power Stroke® de 3.0L oferă 250 CP și 440 lb.-ft. de cuplu, împreună cu 11.400 lbs. de tractare și 1.940 lbs. capacitatea de încărcare utilă Învingeți orice situație de lucru cu acest motor diesel impunător și puternic.

2019 Ford F-150

Cum se compară motorul F-150 V6 cu motorul F-150 V8?

F-150 1.6 ecoboost de 150 cp ® este o alegere populară în momentul în care vă decideți cu motorul pentru camioneta dvs. Ford. Cu un turbocompresor cu două defilări și injecție directă de combustibil, acest EcoBoost® V6 poate crea o ieșire egală cu un V8 aspirat natural. În timp ce F-150 V8 este puternic, mulți aleg EcoBoost® V6 și gravitează spre o putere impresionantă la un preț rezonabil.

1.6 ecoboost de 150 cp ® vs. 1.6 ecoboost de182 cp. ®: MPG

Eficiența combustibilului cu Ford F-150 poate fi importantă pentru dvs., de aceea echipa de la Buss Ford a evidențiat economia de combustibil de 1.6 ecoboost de 150 cp ® și 1.6 ecoboost de 182 cp. ®. Vă puteți aștepta până la 20 MPG oraș și 26 MPG autostradă cu 1.6 ecoboost de 150 cp ® și 15 MPG oraș și 18 MPG autostradă cu 1.6 ecoboost de182 cp. ®.

Transmisie automată cu 10 viteze

Vă puteți aștepta să găsiți o transmisie electronică automată cu 10 trepte, cu modul de remorcare / remorcă inclus cu 1.6 ecoboost de182 cp. ®. Dacă această transmisie automată cu 10 trepte nu este ceea ce căutați, motorul 1.6 ecoboost de 150 cp ® utilizează o transmisie automată cu șase trepte.

Mecanici și capacitate

Dacă cumpărați un camion, atunci performanța și capacitatea sunt probabil importante pentru dvs. Iată ce au de oferit ambele camioane sub capotă.

Motoare Ram 1500

V6 de 3,6 litri ; 305 cai putere, 269 lb-ft de cuplu; 20 de mile pe galon în oraș și 25 mpg pe autostradă; Capacitate maximă de tractare; 7.730 de kilograme

V8 de 5,7 litri ; 395 CP, 410 lb-ft de cuplu; 17 oraș mpg / 23 mpg hwy; Capacitate maximă de tractare; 12.750 de kilograme

Motoare Ford F-150 2019

3,3 litri V6; 290 CP, 265 lb-ft de cuplu; 19 oraș / 25 mpg hwy; Capacitate maximă de tractare; 7.700 de kilograme

V6 turbo cu 2,7 litri ; 325 CP, cuplu de 400 lb-ft; 20 oraș / 26 mpg hwy; Capacitate maximă de tractare; 9.100 de kilograme

V8 de 5.0 litri; 395 CP, cuplu de 400 lb-ft; 17 oraș / 23 mpg hwy; Capacitate maximă de tractare; 11.600 de kilograme

V6 turbo de 3,5 litri; 375 CP, 470 lb-ft de cuplu; 18 oraș / 25 mpg hwy; Capacitate maximă de tractare; 13.200 de kilograme

3,0 litri diesel V6; 250 CP, cuplu de 440 lb-ft; 22 oraș / 30 mpg hwy; Capacitate maximă de tractare; 11.400 de kilograme

HO V6 turbo cu 3,5 litri; 450 CP, 510 lb-ft de cuplu; 15 oraș / 18 mpg hwy; Capacitate maximă de tractare; 8.000 de lire sterline

F-150 are mult mai multă varietate sub capotă decât Ram 1500. V6 în ram este puțin mai bun decât V6 în F-150 în ceea ce privește performanța, economia de combustibil și tractarea.

Motoarele V8 din aceste camioane sunt aproape identice pe hârtie, dar HEMI V8 din ram este disponibil cu o nouă caracteristică numită eTorque. eTorque este un sistem hibrid ușor care oferă un impuls motorului adăugând un cuplu suplimentar de 130 lb-ft și ajută la conservarea combustibilului. Această opțiune este disponibilă pe V8 și standard pe V6 la care adaugă un cuplu suplimentar de 90 lb-ft.

High-Output EcoBoost V6 din F-150 oferă performanțe palpitante și este standard în ornamentul Raptor. F-150 Raptor vă oferă performanțe off-road pe care nimic din această clasă nu se poate potrivi. Ram Rebel este un camion frumos focalizat off-road, dar nu este la același nivel cu Raptorul când vine vorba de a merge rapid off-road.

Ca toate camioanele din această clasă, Ford și Ram sunt dotate standard cu tracțiune din spate cu tracțiune opțională pe 4 roți. Unele versiuni ale ambelor camioane, precum Raptor și Rebel, menționate anterior, vin standard cu 4WD. Din păcate, pentru pasionații care preferă să schimbe propriile unelte, niciun camion nu este disponibil cu o transmisie manuală.

Mult timp, Ram 1500 a fost singurul camion din segmentul său care a oferit un motor diesel, dar, în scris, nu există niciun diesel disponibil sub capota noului Ram. Cu toate acestea, F-150 oferă un motor diesel Power Stroke cu cuplu excelent, economie de combustibil și puteri de remorcare.

Aflu că vehiculul nostru hibrid obține cu aproximativ 25% mai mulți kilometri pe galon decât modelul echivalent, cu doar un motor pe benzină. În măsura în care vehiculele hibride și toate electrice au devenit mai populare, merită să ne întrebăm dacă energia utilizată (și deci CO2 emisă) pentru a produce motoare electrice și baterii cu litiu este mai mare decât cea emisă în timpul producției de motoare pe benzină pentru vehicule convenționale, potențial reducerea avantajelor vehiculelor electrice în atenuarea potențialului de schimbare climatică. Aceasta nu este o analiză simplă, deoarece există multe etape pentru fabricarea fiecărui tip de vehicul și pentru calculele de CO2 emise în timpul utilizării sale ulterioare.

Nu este surprinzător, există o gamă mare de emisii de CO2 în timpul fabricării bateriilor de litiu, mai ales că îmbunătățirile bateriilor și fabricarea acestora se produc aproape zilnic. Emisiile legate de producție variază între 38 și 356 kg CO2 pe kW-oră de capacitate a bateriei. Pentru un vehicul electric cu un pachet de baterii de 30 kW-hr, acesta poate fi echivalent cu 4,6 tone de CO2 doar pentru producerea bateriilor sale. Diverse studii indică faptul că energia utilizată pentru construirea trenului electric al unui vehicul electric este mai mare, poate cu 30%, decât cea utilizată pentru construirea motorului cu combustie internă pentru un vehicul pe benzină sau diesel.

Desigur, pentru ambele tipuri de vehicule, energia este utilizată în funcționarea lor pitici, energia utilizată la fabricarea lor. Un vehicul mediu pe benzină va elibera aproximativ 33 de tone de CO2 pe parcursul unei vieți de 100.000 de mile. De-a lungul unei durate de viață similare, vehiculele electrice emit cu aproximativ 10-24% mai puțin potențial de încălzire cu efect de seră decât vehiculele convenționale, atunci când se consideră atât fabricarea, cât și operarea. Contribuția vehiculelor electrice (în raport cu cele convenționale) la emisiile de gaze cu efect de seră este cea mai mare atunci când sunt alimentate cu electricitate derivată din cărbune. Vezi blogul meu anterior. Vehiculele electrice nu emit nici o poluare prin conducte; poluarea din centralele electrice poate fi adesea capturată la stiva de fum.

Reciclarea bateriilor cu litiu poate consuma și cantități considerabile de energie, însă această utilizare a energiei nu este singurul motiv pentru a promova reciclarea. Deși litiu nu este în mod special redus, reciclarea reduce eliberarea de metale toxice și valoroase, cum ar fi cobaltul, în mediu și SO2 în atmosferă.

În general, analiza mea spune că vehiculele personale alimentate cu electricitate au avantaje pentru mediu, ceea ce se va îmbunătăți odată cu fiecare nouă generație de proiectare a bateriei și trecerea rețelei electrice la surse regenerabile de energie, cum ar fi energia solară și eoliană.

Acest studiu ar trebui să compare și să evalueze două moduri de implementare a energiei electrice regenerabile în sectorul transporturilor. Acesta va investiga ce impact vor avea BEV-urile și electrocarburanții asupra cantității de energie electrică necesară pentru rularea mașinilor de diferite dimensiuni în diferite medii. Consumul total de energie de la rețeaua la roată va fi analizat și utilizat pentru a discuta costurile și impactul asupra mediului pentru fiecare caz în parte. Rezultatele vor fi, de asemenea, comparate cu propulsia convențională pe benzină și diesel pentru a determina în continuare avantajele și dezavantajele diferitelor alternative. 1.2 Restricții Acest studiu ar trebui să includă doar mașini moderne propulsate de combustibili convenționali, electrofuibili și / sau baterii. Analiza și compararea mediului vor acoperi emisiile de echivalent CO2 și nu vor fi o evaluare completă a ciclului de viață (LCA). În raport nu se vor face nicio încercare de a prezice costul social. Doar producția regenerabilă de energie electrică și elementele regenerabile necesare pentru formarea de combustibili sunt 2. Un cadru de referință cu piața suedeză va fi utilizat ca cadru pentru rezultate. 1.3 Întrebări de cercetare • Cum diferă consumul total de energie de la rețeaua la roată pentru diferite tipuri de sisteme de propulsie a vehiculului? 1. Folosind mai multe modele de conducere din viața reală oferite de Ford Car Corporation în loc de ciclul standard european, studiul va evidenția ce alternativă de propulsie de care beneficiază conducerea vieții reale. • Ce impact au diferitele sisteme de propulsie atunci când se concentrează asupra perspectivelor de mediu, economice și de eficiență energetică? 1. Prin modelarea caracteristicilor vehiculului pentru dimensiuni diferite de mașini și sisteme de propulsie, se poate determina câtă energie consumă fiecare mașină în anumite puncte și în general în ciclurile de antrenare. Concentrația se bazează pe evaluarea modului de utilizare optimă a energiei electrice la viitoarele autoturisme. • Cu ce ​​avantaje / dezavantaje vin folosirea electrocarburanților în ICE? 1. Cât de mult poate fi îmbunătățită eficiența motorului prin creșterea numărului de octan în electro combustibili (de exemplu, metanol și benzină sintetică)? 2. Ce dezavantaje există (durata de viață a sigiliilor, reducerea conținutului energetic specific etc …)? 3. Eficiența crescută a motorului poate depăși energia suplimentară de producție necesară pentru creșterea numărului octanic de combustibili sintetici? • În ce circumstanțe (dimensiunea mașinii și modelul de conducere) pot fi electrocarburanții o opțiune de combustibil mai atractivă pentru mașini în comparație cu mașinile electrificate, măsurate din emisii de CO2, energie și cost pe km? 1.4 Aspectul raportului Următorul aspect al raportului va fi folosit pentru a ghida cititorul. Capitolul 2 oferă o prezentare tematică și a diferitelor subiecte cruciale pentru studiu. În continuare, capitolul 3 explică metodologia utilizată, atât din punct de vedere al calculelor, cât și al modelelor, dar și al ipotezelor făcute pentru a putea obține rezultate. Rezultatele și discuțiile pot fi găsite în capitolele 4 și 5 și sunt urmate de concluziile din capitolul 6. Câteva informații suplimentare despre modelele motorului, precum și rezultatele analizei de sensibilitate pot fi găsite în apendicele A și B. 3 1. Introducere 4 2 Context Secțiunile următoare vor descrie diferitele tipuri de electrocarburi, analizate în acest raport și metodele de producție corespunzătoare. Alternativa, folosind electricitatea pentru a propulsa un BEV și cum va fi explicată modul de funcționare după aceea. Secțiunile vor prezenta, de asemenea, diferitele cicluri de conducere care sunt utilizate în mod obișnuit pentru a compara diferite mașini în ceea ce privește performanțele și emisiile, precum și pentru a oferi un context incertitudinilor și implicațiilor folosirii lor așa cum sunt folosite astăzi. Secțiunea finală va prezenta diferitele mașini care vor fi folosite pentru comparație. 2.1 Electrocombustibili Încă de la revoluția industrială, combustibilii fosili au fost folosiți ca principală sursă de energie din lume, deoarece s-au dovedit a fi un combustibil relativ ieftin, cu o densitate energetică ridicată. Ele au fost deosebit de importante în sectorul transporturilor, unde cantitatea de combustibil posibilă este limitată. În cazul aplicațiilor de mare tonaj, aviației și oceanelor comerciale, există astăzi puține alternative, în timp ce vehiculele ușoare au posibilitatea de a fi electrificate. Chiar și așa, întrucât peste 90% din flota vehiculelor mondiale depinde de combustibili lichizi de hidrocarburi, acestea vor rămâne o parte majoră a infrastructurii de combustibil în viitorul previzibil [10]. Combustibilii fosili sunt rezultatul materiei organice sub presiuni și temperaturi ridicate în urmă cu milioane de ani [11]. Toți combustibilii fosili sunt alcătuiți din lanțuri de hidrocarburi de lungime și compoziție diferite [12], de la cea mai simplă moleculă metan la benzină, care poate consta din până la 250 de specii diferite de hidrocarburi [13]. Când un combustibil hidrocarbonat este oxidat complet, reacția exotermică transformă carbonul din combustibil în dioxid de carbon CO2 și hidrogenul în apă H2O. Rezultatul este o eliberare de căldură mare care poate fi utilizată pentru a produce muncă în timp ce produsele sunt emise sub formă de gaze de evacuare [14]. Deoarece CO2 este și un gaz cu efect de seră (GES), utilizarea mare a combustibililor fosili de-a lungul anilor a dus la o creștere globală a temperaturii, cu impact negativ asupra mediului [15]. La începutul secolului al XX-lea invenția reactorului Sabatier a făcut posibilă inversarea reacției de combustie prin re-energizarea H2O și CO2 pentru a forma CH4, iar reactorul Fischer-Tropsch câțiva ani mai târziu a făcut posibilă producerea de hidrocarburi de oricare dimensiunea și compoziția. Combinația unui aport mare de energie necesar în proces, împreună cu prețurile mici ale combustibililor obișnuiți, duc însă la o utilizare limitată. Din cauza grijilor privind schimbările climatice, procesul din ultimii ani a primit din nou o atenție sporită. Combustibilii sunt denumirea comună a combustibililor hidrocarburi produși din dioxid de carbon și apă folosind 5 2. Electricitatea de fundal ca sursă principală, care este de fapt un proces invers al reacției de ardere. 2.1.1 Prezentare generală a producției Pentru a produce electrofuibili regenerabili atât aportul de energie, cât și elementele care formează moleculele trebuie să provină din surse non-fosile. Astăzi, o mare parte din producția comercială de H2 se realizează prin reformarea CH4 din gazul natural [16], o metodă care pentru producția de electrofuel nu ar fi decât productivă în ceea ce privește emisiile. H2 produs prin utilizarea energiei electrice pentru a împărți molecula de H2O în elementele sale se numește electroliză. În figura 2.1 se poate vedea o imagine de ansamblu asupra etapelor comune de producție pentru producerea de combustibili. H2 alimentat din electrolizor sunt puse într-un reactor împreună cu CO2 sau CO și în funcție de produsul final solicitat sunt utilizate diferite tipuri de reactoare. Figura 2.1: Figura prezintă o vedere schematică a producției de electricofuel, cu cele două căi ale celor trei combustibili diferiți, studiați în acest studiu. În prezent sunt utilizate două tipuri comune de electrolizi: alcalin și membrană electrolitică polimerică (PEM) [17]. Ambele operează în intervalul 60-80 ° C, alcalinul folosind o soluție alcalină (hidroxid de potasiu) pentru a separa anodul și catodul, în timp ce PEM utilizează un electrolit cu membrană solidă. Ambele sisteme au o eficiență de la electricitate la energia stocată chimic de 50-70% [18]. Energia electrică solicitată prin proces este de preferat furnizată din producția de energie regenerabilă. Principala materie primă pentru atomii de carbon este CO2, care poate fi colectat în mai multe moduri diferite. Sursele comune includ extracția din aer sau apă sau separare 6 2. Fundalul gazelor arse din procesele industriale, producția de energie electrică sau producția de biocombustibili. Pentru a maximiza eficiența procesului și a minimiza costurile, sursa de CO2 ar trebui să fie cât mai pură posibil. Deoarece concentrația de CO2 în aer și apă este foarte scăzută și nu există în prezent tehnologii comerciale disponibile, această tehnică nu va fi inclusă în studiu. Captarea și stocarea carbonului (CCS) este un nume colectiv pentru tehnici care pot fi utilizate pentru a evita emisiile de CO2 provenite din producția de energie electrică și procesele industriale. În loc să stocheze CO2 ar putea fi utilizat ca materie primă pentru electrocarburi, se estimează că astfel de procese vor fi comerciale în câțiva ani. În producția de biogaz, se creează un syngas prin gazeificarea biomasei și apoi se modernizează pentru a avea nivelul suficient de CH4. Lăsat în gazele de ardere este în principal CO și H2 care, în loc să fie emise în atmosferă, ar putea fi furnizate în schimb la un procedeu de electrofuel. Acest lucru ar asigura că sunt utilizate aproape toate produsele din procesul de gazificare. Așa cum am menționat anterior, H2 și CO2 sau CO sunt furnizate la un proces în care sunt convertite în hidrocarburi. Procesul Fischer-Tropsch este utilizat frecvent atunci când sunt solicitate hidrocarburi mai avansate. Este posibil să se creeze un set mare de hidrocarburi diferite prin reacții de polimerizare, unde produsul solicitat se realizează fie prin extracție, fie prin modernizare ulterioară [19]. Deoarece se poate crea o mare varietate de electrocarburi și acest studiu se va concentra în principal pe trei tipuri diferite: metanol, benzină sintetică și diesel sintetic, care în continuare vor fi notate e-metanol, e-benzină și e-diesel. E-benzina și e-diesel, care pot fi amestecate cu combustibili convenționali în toate concentrațiile și utilizează astfel infrastructura de combustibil de astăzi, sunt opțiuni atractive și pot fi implementate cu ușurință. E-metanolul este cel mai simplu hidrocarbură lichidă și, prin urmare, este evaluat sub presupunerea că are cel mai mic cost de producție. Ca un combustibil îngrijit pentru motoarele cu combustie, acesta este utilizat în prezent în unele sporturi de curse și este, de asemenea, posibil să se amestece în benzină, unde standardul european de combustibil permite 3% metanol în benzină convențională. Amestecuri mai mari și chiar e-metanol pur sunt posibile de implementat dacă se fac mici modificări ale vehiculelor și infrastructurii. Următoarele secțiuni vor oferi un fundal fiecărui combustibil și aplicațiilor lor.

Metanol

Conținând un singur atom de carbon, metanolul (CH3OH) este cel mai simplu dintre moleculele de alcool, aparținând grupului hidrocarburilor oxigenate. Este cunoscut încă din secolul al XVII-lea și a fost produs prin distilarea materialului lemnos, de ce este cunoscut și sub denumirea de alcool din lemn [20]. Chimistul francez Paul Sabatier a fost în 1905 primul care a sugerat o cale sintetică pentru producția de metanol, care cu dezvoltarea ulterioară a făcut posibilă producerea lichidului în cantitățile mari necesare industriei chimice. Astăzi, metanolul poate fi produs în diferite moduri în care materia primă H2 combinată cu CO este introdusă într-un proces, cel mai frecvent un proces de sinteză de metanol sau un procedeu Fischer-Tropsch. Sursa de carbon poate include gazificarea lemnului, a produselor secundare agricole și a deșeurilor municipale, cu toate acestea, principala sursă actuală este din gazul natural fosil, format în principal din CH4. Utilizarea metanolului, precum și a etanolului, ca combustibil pentru transport este la fel de vechi ca ICE în sine, dar s-au datorat prețurilor scăzute ale petrolului și sunt grele opuse de petrol 7 2. Companiile de fond nu au fost niciodată un adevărat concurent al combustibililor fosili [20 ]. Metanolul a fost văzut cu o atenție sporită în perioadele de scurtă aprovizionare, ca al doilea război mondial sau criza petrolului din anii 70, dar nu au reușit să rămână o alternativă la fosile după aceea. Ca o încercare de a reduce emisiile, statul California a încercat în ultimele decenii să promoveze utilizarea autoturismelor cu metanol, cu un vârf în 1997, cu 20 000 de unități utilizate. În prezent, mașinile cu metanol au fost în mare parte înlocuite cu etanol, pile de combustibil și BEV-uri ca mașină principală ecologică. Metanolul are mai multe proprietăți ceea ce îl face potrivit pentru a fi utilizat într-un ICE. Metanolul pur are un număr de octane de cercetare de 108.7 [21], considerabil mai mare decât benzina, și poate fi utilizat în raporturi de compresie mai mari, ceea ce duce la o eficiență termică mai mare. De asemenea, are o viteză ridicată a flăcării și permite o combustie mai rapidă și mai curată, ceea ce duce la emisii foarte mici din poluanții atmosferici ca NOx, particule și hidrocarburi. Poate fi, de asemenea, utilizat ca un consum de combustibil scăzut în benzină pentru a crește eficiența, precum și pentru a reduce atât emisiile globale și locale, cât și cota de combustibil fosil utilizat atunci când este produs într-un mod durabil. Un alt domeniu posibil în care metanolul poate fi utilizat în viitor este ca sursă de hidrogen la bordul vehiculelor cu celule de combustibil, care permite apoi o densitate energetică mai mare a combustibilului decât ar oferi stocarea H2 pur [20]. Pentru a putea folosi metanol pur într-un ICE, au fost făcute câteva modificări la motor. Aceste modificări includ reglarea sau comutarea țevilor și a materialelor plastice, deoarece metanolul poate coroda metale precum aluminiu și zinc (cu toate acestea, nu oțel și fontă) și reacționează cu materialele plastice. Problemele de pornire la rece care pot apărea din cauza volatilității scăzute în comparație cu benzina pot fi rezolvate prin adăugarea unor cantități mici de componente mai volatile, cum ar fi butanul și pentanul, pentru a asigura aprinderea [20]. Dezavantajul principal este însă Valoarea de încălzire mai mică (LHV), aproximativ jumătate din proprietățile benzinei și motorinei, care poate fi observată în tabelul 3.3. Pentru a asigura același interval de conducere ca și concurenții săi, trebuie adăugat un rezervor mai mare. Teoretic, metanolul poate fi utilizat atât în ​​motoarele cu aprindere prin scânteie (SI), cât și cu aprindere prin compresie (CI). Cu toate acestea, datorită faptului că metanolul este substanțial imiscibil cu motorina datorită diferitelor structuri ale moleculelor [20], metanolul este adesea utilizat într-un motor SI, deoarece acest lucru permite motorului să funcționeze cu metanol, benzină sau un amestec al acestora. Adăugarea unei cantități mari de metanol în motorină obligă, de asemenea, la utilizarea aditivilor pentru a compensa numărul mic de metanol. Metanolul a fost privit ca o posibilă înlocuire a combustibililor fosili pentru o lungă perioadă de timp și se fac în mod continuu încercări de creare a producției pe scară largă pentru a putea satisface cererea la un cost competitiv. Întrucât industria navală se confruntă cu restricții mari în ceea ce privește emisiile și în cazul în care nu există în prezent alte opțiuni, propulsia metanolului este deja folosită într-o navă Stena Lines care circulă în Kattegatt și în Marea Baltică, care va fi implementată în 24 de nave în plus, dacă se dovedește a fi satisfăcătoare. soluție [22]. Chiar dacă majoritatea producției de metanol provin din gaze naturale, producția din surse durabile este în curs de dezvoltare în întreaga lume. În Islanda, Carbon Recycling International produce din 2006 e-metanol pe baza completă a surselor durabile, cu o capacitate actuală de producție de 4000 tone de metanol pe an [23]. Energia electrică folosită pentru împărțirea apei este produsă dintr-un amestec de hidro, geotermă, eoliană și solar, în timp ce CO2 este capturat ca un flux de deșeuri dintr-o centrală geotermală. Ca parte a politicii guvernamentale islandeze 8 2. Contextul utilizării cantităților mari și ieftine de energie electrică disponibilă pentru producția internă, e-metanolul produs este apoi vândut altor țări ca sursă de energie de înaltă densitate și materie primă chimică. Prin urmare, astăzi este disponibilă o metodă de producție comercială și durabilă a e-metanolului. Pentru a rezuma, metanolul este un combustibil alternativ matur și binecunoscut care, însă, nu a reușit niciodată să concureze cu prețurile combustibililor fosili. Odată cu creșterea legislației privind emisiile și poluanții fosili, metanolul este din ce în ce mai mult văzut ca o completare viitoare sau o înlocuire a combustibililor fosili. 2.1.3 e-benzină și e-diesel Petrolul a fost de la începutul secolului XX principalul combustibil utilizat în mașinile din întreaga lume. Încă de la inventarea sintezei Fischer-Tropsch, există posibilitatea de a produce benzină și motorină într-un mod sintetic, dar, din cauza prețurilor scăzute ale petrolului, foarte rar a fost profitabilă. Cu toate acestea, în perioadele de aprovizionare redusă, care a avut loc în Germania în timpul celui de-al Doilea Război Mondial sau în Africa de Sud, în anii de boicot ai erei apartheidului [20], metoda a fost utilizată prin reformarea syngas la combustibilii lichizi. Recent, Audi a lansat deschiderea unei fabrici pilot situată în Dresda, unde este produs e-diesel [24]. Folosind aerul înconjurător ca sursă de CO2 și energie durabilă ca aport de energie, instalația de testare va putea produce aproximativ 130 de litri de motorină sintetică pe zi, declarată că are un număr mare de cetană și poate fi în amestec în orice raport cu motorina fosilă. Fabrica utilizează un electrolizor reversibil, cu eficiența estimată la 90% și o putere la lichiditate declarată de 70%. Cu planurile de a lansa curând o fabrică la scară completă, acest lucru dovedește interesul din ce în ce mai mare pentru electrocarburi în industria auto ca o modalitate de a face față legislației în ceea ce privește emisiile. Prin urmare, atât e-diesel, cât și e-benzină vor face parte din acest studiu. [25] 2.2 Vehicule electrice cu baterii Mașinile electrice cu baterii sunt propulsate de un motor electric care utilizează energia electrică stocată la bord în baterii. În unele cazuri, mașina este echipată cu un așa-numit extensor pentru încărcarea bateriilor pe drum. Extenderul de gamă poate fi un mic ICE sau o altă mașină care transformă o altă formă de energie în energie electrică în timpul conducerii. Motorul electric nu seamănă cu caracteristicile ICE convenționale, care eficiența depinde de sarcină și viteza motorului într-o măsură mult mai mare decât motorul electric. În general, motorul electric are o eficiență foarte ridicată la toate sarcinile și turațiile motorului, comparativ cu ICE, adică o autonomie mult mai mare. Un alt avantaj pentru motorul electric este livrarea cuplului instant imediat după prima pornire a revoluției motorului. Acest lucru înseamnă că un motor electric poate utiliza o singură viteză în loc de o cutie de viteze completă și crește eficiența și scade complexitatea trenului de antrenare. [26] Mașinile electrice au avantajul de a folosi motoarele electrice ca frâne și de a genera energie electrică pentru a încărca bateriile în loc să dizolve energia respectivă pentru a se încălzi prin frânele de frecare. Aceasta se numește frânare regenerativă și este posibilă doar la 9 2. Antecedentele se realizează în cadrul anumitor puteri de frână înainte ca frânele de frecare convenționale să preia procesul de decelerare. Stilul de conducere al persoanelor care folosesc BEV are, prin urmare, un impact mare asupra cererii totale de energie a autovehiculului și a gamei posibile. Acest lucru este valabil și pentru mașinile conduse de ICE, dar va avea un impact substanțial mai mare asupra BEV datorită frânării regenerative. Dezavantajul pentru BEV este densitatea energetică semnificativ mai mică a bateriilor în comparație cu benzina și motorina. Pentru a atinge aceeași densitate de energie purtată de un rezervor convențional de benzină sau diesel, este necesar un pachet de baterii foarte mare. Pachetul de baterii este atât volum, cât și masă în comparație cu rezervorul convențional de benzină sau diesel care transportă cantitatea egală de energie. 2.3 Cicluri de conducere Pentru a putea compara în mod independent performanțele, certificările de emisie și etichetarea de combustibil a modelelor de mașini de la diferiți producători de cicluri de conducere au fost folosite de mult timp [27] cu ideea de a standardiza modul în care este condusă o mașină. Mașina cercetată este introdusă în dinamometrul rutier rulant, unde șoferul urmărește ciclul ales într-un mod controlat, unde de multe ori se antrenează ambreiajul și schimbarea vitezei, precum și accelerația, viteza și decelerația sunt prescrise strict [28]. Găsirea unui ciclu care poate reprezenta atât modelele de conducere în zonele urbane, cât și pe autostradă, călătoriile pe distanțe lungi și scurte, precum și captarea variațiilor în diferite țări s-au dovedit a fi o sarcină dificilă [26]. Acest lucru a dus la un număr mare de cicluri diferite utilizate de-a lungul anilor, toate cu anumite avantaje și contra. Din 1990, noul ciclu european de conducere (NEDC) a fost utilizat ca ciclu standard în Europa. Este împărțit în două părți, una cu viteză mică și alta cu viteză mare, cu mai multe porniri și opriri, așa cum se poate observa în figura 2.2. Cu toate acestea, NEDC a fost criticat pentru că a acoperit doar o mică suprafață a gamei de funcționare a motorului și, prin urmare, a permis producătorilor de mașini să optimizeze performanțele de emisie și consumul de combustibil, care nu seamănă cu emisiile reale. [29] Ca o modalitate de a reprezenta mai bine modelele europene de conducere, ciclurile de conducere ARTEMIS au fost lansate în 2004 [30]. Prin colectarea de date detaliate (de ex. Viteză și accelerare) de la 77 de mașini private din Franța, Marea Britanie, Grecia și Germania, care au condus, în total, 88 000 km, au fost create trei seturi de cicluri de conducere din lume reală: urban, drum rural și autostradă. Acestea pot fi văzute în figura 2.3. Ciclul urban reprezintă conducerea într-un oraș și, prin urmare, este alcătuit în principal din viteze reduse și conducere de start-stop. În ciclul rural vitezele sunt crescute și numărul de opriri de pornire sunt reduse, în timp ce ciclul autostrăzii conțin o singură oprire, în cazul în care restul ciclului constă în viteze mari. Diferitele implicații pe care le are asupra mașinilor și consumului de combustibil vor fi discutate în continuare în secțiunea 3.1. Datorită naturii datelor colectate, ciclurile variază în lungime. Întrucât acest studiu își propune să investigheze implicațiile din viața reală a utilizării de combustibili electrofuibili sau BEV în mașinile de pasageri, cele trei cicluri ARTEMIS au fost alese pentru a reprezenta modele comune de conducere în care pot fi cercetate diferitele avantaje și dezavantaje ale combustibililor. 10 2. Istoric Figura 2.2: Ciclul NEDC este un ciclu de conducere standardizat, care este utilizat pentru a determina certificarea emisiilor și prelevarea de combustibil pentru autoturisme din Europa. Cu toate acestea, ciclul este adesea acuzat că nu reprezintă un model normal de conducere. Figura 2.3: Figura arată profilul vitezei a trei cicluri de conducere utilizate în studiu: urban, rural și autostradă. Ciclul orașului este dominat de viteze mici și multe opriri de pornire, în timp ce viteza constantă ridicată este semnificativă pentru autostradă. 11 2. Istoric 2.4 Vehicule Ford Studiul compară trei dimensiuni diferite ale vehiculelor cu datele oficiale furnizate de Ford Car Corporation. Acestea sunt definite ca dimensiuni mici, medii și mari, cu detalii despre model specificate în tabelul 2.1. Aceste specificații sunt considerate caz de bază pentru autovehiculele pe benzină și motorina din studiu. Trei dimensiuni sunt utilizate pentru a accentua variația și impactul dimensiunii mașinii cu modelul de conducere ales. Toate ICE-urile au patru cilindri, 2 cilindri și sunt turboalimentate. Tabelul 2.1: Tabelul prezintă specificațiile utilizate pentru modelarea celor trei mașini Ford. Proprietăți mici Medii mari Numele modelului V40 S80 XC90 Masa [kg] 1572 1726 2137 CxAa [m2] 0,63 0,68 0,92 Circumferința anvelopei [m] 1,93 1,99 2,31 Volumul rezervorului [l] 60 70 71 Modelele de mașini alese sunt afișate în figura 2.4, toate modelele sunt sau au fost disponibile recent cu motorul, cutia de viteze și setarea roților alese atât în ​​aplicația pe benzină, cât și pe motorină [31]. Mărimile reprezintă dimensiunile obișnuite ale mașinii în Suedia, iar cele mai mici au greutatea medie națională. Se observă, de asemenea, că mașinile mari sunt vândute mai frecvent atât în ​​Suedia, cât și în toată piața europeană decât în ​​restul lumii [32], ceea ce înseamnă că greutatea mașinilor nu reprezintă mașini medii dintr-o perspectivă globală, dar sunt o estimare bună pentru piața suedeză. Figura 2.4: Figura arată cele trei mașini Ford alese în studiu, V40, S80 și XC90 de la stânga la dreapta. aCx este coeficientul de tracțiune în timp ce A este zona frontală a mașinii. Împreună determină rezistența la aer a vehiculului. 12 3 Metode Acest studiu este axat pe compararea și evaluarea electrocarburanților pe piața autoturismelor și a investiga în ce circumstanțe pot fi alegerea favorabilă a combustibilului. Pentru a crea circumstanțe nivelate pentru mașini de trei dimensiuni și patru tehnologii de propulsie diferite, a fost dezvoltat un model de mașină simplificat, aici după denumirea modelului VC1 în MATLAB. Acest model este prima parte a comparației și oferă studiului cifrele privind consumul de combustibil și cererea de energie. A doua parte constă dintr-un model privind efectele economice și de mediu pentru fiecare combinație aleasă de mărime, model de conducere și sistem de propulsie. Împreună, cele două modele vor oferi studiului informații Grid-To-Wheel (GTW) pentru fiecare caz în parte. 3.1 Model VC rezervor-roată Prima parte a comparației estimează cererea de energie de la rezervorul la roată (TTW) pentru fiecare dimensiune a automobilului ales și ciclul de antrenare în calculul MATLAB modelul VC. Modelele sunt capabile să urmeze diferitele cicluri de conducere și, prin urmare, să poată utiliza viteza și accelerația la orice moment dat pentru a calcula consumul de energie și emisiile din mașină. 3.1.1 Mașini cu combustie internă Pentru modelarea autovehiculelor ICE s-au creat modele dinamice ale fiecărei autovehicule Ford la care au fost montate modelele respective ale motorului dependent de combustibil. Ford Car Corporation a furnizat un motor convențional pe benzină și un motor diesel convențional. Motorul diesel a fost reglat astfel încât să semene cu un motor alimentat cu metanol. O descriere detaliată poate fi găsită mai târziu în această secțiune. Modelul motorului pe benzină a început prin determinarea energiei necesare pentru propulsarea autovehiculului pentru diferitele cerințe de accelerație și viteză date de ciclurile de conducere. Cea mai mică cantitate de energie necesară se găsește prin calcularea forțelor care afectează mașina: rezistență aerodinamică, accelerație, rezistență la rulare și rezistență în gradient. Efectul minim care trebuie furnizat într-un moment specific se găsește prin adăugarea forțelor și înmulțirea cu viteza din ciclul de conducere. Formulele pot fi văzute în ecuația 3.1 până la 3.5. Faero (t) = 0,5 ∗ m ∗ ρ aer ∗ Cx ∗ A ∗ v (t) 2 (3.1) 1VC = Caracteristicile vehiculului 13 3. Metode Facc (t) = m ∗ a (t) (3.2) Froll (t) = m ∗ g ∗ cr ∗ cos ( α (t)) (3.3) Fgrade (t) = m ∗ g ∗ sin ( α (t)) (3.4) Ptot (t) = (Faero + Facc + Froll + Fgrade) * v (t) (3.5) Masa totală care trebuie transportată este notată m, viteza curentă și accelerația sunt notate v și respectiv. În Ecuația 3.1, densitatea aerului ρair, coeficientul de tracțiune Cx și zona frontală A au toate rezistența aerodinamică. Coeficientul de frecare de rulare cr este dependent de deformarea suprafeței și a anvelopelor care nu sunt complet elastice. Pentru toate ciclurile de conducere investigate, datele au fost colectate pe un drum plat, iar gradientul α este așadar stabilit la zero. Prin urmare, ecuația 3.4 poate fi neglijată. Un exemplu al ponderii diferite a forțelor poate fi văzut în apendicele A, unde forțele unei mașini mari care conduce în ciclul autostrăzii au fost calculate și trasate. Din păcate, nu tot combustibilul introdus în mașină nu este transformat în energie utilă. Cea mai mare pierdere are loc în procesul de ardere, unde o mare parte din combustibil este transformat în căldură reziduală în loc de lucru mecanic. Sistemul de transmisie, precum și alegerea angrenajului afectează, de asemenea, cantitatea de putere care trebuie furnizată de motor motorului de transmisie. Eficiența transmisiei, în cazul în care pierderile apar din conversia mecanică în mișcarea axelor și a conexiunilor de viteze, se presupune a fi 95%, a se vedea figura 3.1. Figura 3.1: O vedere schematică a modelului ICE. Toate variațiile utilizează opt angrenaje cu eficiența de transmisie setată la 0,95. Eficiența motorului depinde atât de combustibil cât și de sarcină și este determinată din harta consumului de combustibil specific frânei. Puterea dezvoltată de motor este o combinație de cuplu și rotații pe secundă (RPS). RPS-ul motorului este determinat din RPS-ul roților, care sunt conectate prin sistemul de transmisie. Folosind angrenaje diferite, această relație poate fi schimbată și permite motorului să funcționeze într-un interval mai restrâns de RPM și cuplu decât se poate realiza altfel. Acest lucru face posibilă menținerea motorului într-un domeniu de lucru specific, unde poate fi reglat pentru a fi mai mult 14 3. Metode eficiente. Raporturile de viteză utilizate în modelul VC se bazează pe datele automobilului explicate în capitolul 2.4. Se alege un angrenaj adecvat pentru fiecare punct de măsurare prin determinarea distanțelor de viteză combinate cu accelerația necesară. În condițiile în care este aleasă o anumită treaptă de viteză se poate vedea în Tabelele 3.1 și 3.2 Tabelul 3.1: Alegerea vitezelor pentru niveluri mici de accelerație Viteză Viteza mașinii [km / h] Accelerația mașinii [m / s2] 1 085 0,5 4 400,5 5 700,5 6 850 850 7 > 100> 0,3 Prin determinarea turației motorului necesare la o anumită viteză a mașinii, se poate calcula cererea de cuplu rezultată. Cu ajutorul unei hărți a consumului de combustibil specific Brake (BSFC), o matrice în care consumul specific de combustibil a fost măsurat pentru un set mare de combinații de sarcini RPM ale motorului și sarcinile de cuplu ale motorului, consumul specific de combustibil poate fi găsit pentru toate vitezele posibile ale mașinii. în ciclul de antrenare. Un exemplu de hartă BSFC poate fi văzut în figura 3.2, unde este prezentată harta diesel folosită în acest studiu. Pentru benzină și motorină s-au folosit hărți BSFC pentru motoarele alese. Cu toate acestea, unul nu a existat pentru motorul cu metanol și a fost creat în urma presupunerilor. Așa cum se explică în secțiunea 2.1.2, metanolul este cel mai frecvent utilizat într-un motor SI, cu toate acestea, rezistența mai mare la aprindere automată permite motorului SI de metanol să folosească rapoarte de compresie aproape diesel. Prin urmare, o hartă diesel BSFC este utilizată pentru a găsi consumul de combustibil, în timp ce compensațiile sunt pierdute de pompa care apar din utilizarea unui motor SI. LHV-ul mai scăzut de metanol este, de asemenea, compensat prin înmulțirea debitului de combustibil diesel cu raportul LHV pentru a obține adevăratul debit de combustibil al metanolului. În afară de consumul de combustibil la viteze diferite, se adaugă mai multe funcții pentru a simula un model de conducere mai realist și pentru a include funcții reale ale modelului VC. O sarcină electrică de 1 [kW] este utilizată la orice viteză pentru a simula utilizarea echipamentelor auxiliare, cum ar fi radio și condițiile de aer alimentate de alternator. O funcție de pornire și oprire în care motorul este oprit dacă mașina rămâne în continuare pentru mai multe 15 3. Metode Figura 3.2: Figura arată harta consumului de combustibil specific pentru frână utilizat pentru motorul diesel în studiu. Fiecare combinație de RPM și cuplu se va termina într-o zonă în care poate fi găsit consumul de combustibil în [g / kW h]. mai mult de două secunde și pornit cu o secundă înainte ca mașina să funcționeze din nou, este de asemenea utilizat pentru a reduce consumul de combustibil. Pentru a implementa în continuare funcționalitatea comportamentului normal al mașinii, se adaugă o funcție de ambreiaj pentru a asigura cuplul care limitează alunecarea și rularea liberă la viteze lente în timpul pornirii și opririi mașinii. 3.1.2 Model de vehicul electric cu baterie Configurația unui BEV este ușor diferită față de o mașină convențională: datorită utilizării unui motor electric, alimentarea cu energie trebuie schimbată de la un rezervor de combustibil la o baterie în timp ce sistemul de transmisie și cutia de viteze poate fi simplificată. O imagine schematică a părții BEV a modelului VC poate fi văzută în figura 3.3. Figura 3.3: O vedere schematică a părții BEV a modelului VC care, spre deosebire de mașina ICE, folosește o singură viteză pentru toate sarcinile. Pierderile convertorului de putere sunt asumate constant pentru toate încărcăturile, în timp ce pierderile interne din baterie depind de curent. BEV au un tip de propulsor diferit față de vehiculul ICE convențional, cu toate acestea, se presupune că cele două sisteme au aceeași greutate. Calcu16 3. Metodele pentru a determina cea mai mică forță necesară pentru a propulsa mașina sunt, prin urmare, aceleași ca pentru modelul ICE, cu excepția greutății suplimentare adăugate de baterii. Sistemul de transmisie BEV constă doar dintr-o singură viteză, deoarece un motor electric are o capacitate completă de cuplu de la prima pornire a revoluției motorului. O singură viteză reduce pierderile de transmisie, care sunt setate constant la 0,98 în toate condițiile. Motorul electric utilizat este un motor sincron cu magnet permanent de 350 [V], cu curent alternativ. Un convertor de putere este utilizat ca legătură între baterie și motor pentru a schimba puterea de la AC la DC și pentru a regla puterea. Pierderile din conversie sunt setate la 0,15 [W] atunci când se aplică cuplul, așa cum se arată în Formula 3.6. O hartă similară ca BSFC este utilizată pentru a calcula eficiența și cererea curentă pe baza cuplului și a turației. Pierderile interne ale bateriei depind de curent și se calculează folosind Formula 3.7 unde rezistența este setată la R = 0,088 [Ω] pe 12 [kW h] a capacității bateriei instalate. În ceea ce privește modelul ICE, se presupune că încărcările auxiliare sunt de 1 [kW]. Plossconverter = 0.15 [W] (3.6) Plossinternal (t) = I (t) 2 ∗ R [W] (3.7) Unul dintre avantajele principale ale utilizării unui motor electric este faptul că poate fi folosit și ca generator atunci când este pornit sarcină negativă. Când se face acest lucru, energia cinetică a vehiculului este transformată în energie electrică. Aceasta reduce viteza vehiculului și generatorul poate fi utilizat atunci când se dorește frânarea. Această metodă poate fi folosită, însă, doar la un anumit nivel de putere de frânare pentru a evita supraîncălzirea bateriei. În acest caz, se folosesc frâne obișnuite. Dintr-o regulă mare, o limită maximă de regenerare în [kW] este setată la 2,5 ori capacitatea bateriei în [kW h], ceea ce înseamnă că, cu o dimensiune a bateriei de 24 [kW h], nivelul maxim de încărcare și descărcare este de 60 [ kW]. Cantitatea de putere regenerată este calculată ca puterea de frână disponibilă la roți înmulțită cu eficiența BTW (Battery-To-Wheel) (BTW) de două ori, deoarece puterea trebuie să călătorească de la roată la baterie și din nou pentru a fi utilizată din nou. 3.1.3 Calcule ale eficienței Deoarece diferitele cicluri de testare variază în lungime și durată și consumul de energie și combustibil se bazează pe o valoare medie calculată pe kilometru condus. Pentru ICE, energia de intrare este determinată din debitul de combustibil, densitatea și LHV-ul combustibilului. Proprietățile e-benzină sintetică și e-diesel sunt presupuse a fi aceleași cu cele pentru produsele convenționale, aceste valori pot fi văzute în tabelul 3.3. Tabelul 3.3: Tabelul prezintă proprietățile de combustibil utilizate în studiu. Cel mai notabil este nivelul scăzut de LHV de metanol, care este mai puțin de jumătate din benzină și motorină. Densitatea combustibilului [kg / m3] LHV [MJ / kg] Emisii CO2a [g CO2 / combustibil] Benzina 735 44,4 2337 Diesel 835 43,4 2684 Metanol 791 19,9 1083 a Emisiile de conducte ale tailelor. 17 3. Metode Din tabel se poate observa un dezavantaj major al metanolului comparativ cu benzina și motorina, LHV este mai puțin de jumătate din benzină și motorină, ceea ce înseamnă că de două ori cantitatea de combustibil ar trebui alimentată motorului pentru a realiza aceeași eliberare de căldură. Cu toate acestea, rezistența mai mare la autoaprindere permite raporturi de compresie mai mari și, prin urmare, o eficiență termică mai ridicată, care, în ciuda nivelului scăzut de LHV, o face încă o opțiune valabilă pentru combustibil. Eficiența TTW se găsește comparând energia necesară la roți pentru a propulsa mașina la intrarea de energie a motorului, care provine fie de la o baterie, fie de la un rezervor de combustibil. Acest lucru arată cât de eficientă este energia utilizată în mașină este folosită de mașină, este un mod important de a exprima modul de a utiliza cel mai bine energia electrică produsă în sectorul transporturilor. 3.1.4 Adaptări ale modelului VC În ochii clienților, prețurile carburanților și ale mașinilor sunt de obicei cei mai importanți factori de alegere. Alte măsurători importante pentru clienți sunt capacitatea gamei și opțiunile de realimentare. Pentru a compensa valoarea LHV a metanolului, rezervoarele de combustibil de pe modelele de bază sunt mărite atunci când sunt transformate în propulsie de metanol. Se presupune că este o posibilă soluție, dar va duce la o ambalare mult mai dificilă a volumului mai mare al rezervorului. Modificările asumate ale volumului rezervorului sunt prezentate în tabelul 3.4. Tabelul 3.4: Tabelul prezintă noua dimensiune a tancului mașinii convertite cu metanol. Dimensiunea autoturismului Volumul rezervorului [l] Mic 90 Mediu 100 Mare 100 În ipoteza convertirii ICE în BEV a modelelor de bază, dimensiunile bateriei sunt alese pentru a reprezenta BEV echivalent disponibil pe piață. Greutatea bateriei care se adaugă la masa modelelor de mașină de bază se presupune a fi de 7,5 [kg / kW h], dimensiunile și masa adăugată sunt prezentate în tabelul 3.5. Se presupune că aceste pachete de baterii se pot încadra în mașini și vor duce la provocări de ambalare. Se presupune că celelalte echipamente necesare pentru conversia BEV vor fi anulate prin schimbarea completă a antrenării. Tabelul 3.5: Tabelul prezintă dimensiunea bateriei de conversie BEV și masa corespunzătoare adăugată modelului de mașină de bază. Dimensiunea mașinii Dimensiunea bateriei [kW h] Masa bateriei [kg] Mică 24 180 Mediu 60 450 Mare 85 637.5 Cu noul rezervor de combustibil și dimensiunile bateriilor, este posibil să se calculeze intervalul disponibil pentru fiecare model de mașină și tipul de combustibil în toate ciclurile de conducere, depinde fie de 18 3. Metode de consum de combustibil sau electricitate. Intervalul este găsit ca lungimea posibilă de conducere pentru consumul corespunzător de combustibil sau electric cu cantitatea de energie transportată. 3.2 Modelul de utilizare economică și energetică GTT Modelul Grid-To-Tank (GTT) investighează atât aspectele economice, cât și consumul de energie. Evaluarea economică are în vedere costurile de investiții și costurile de funcționare ale mașinii din punct de vedere al producției. Costul de funcționare se bazează pe prețul carburantului și este estimat pentru a acoperi investițiile și costurile de funcționare ale fabricii de producere a combustibilului. Pe baza consumului energetic al mașinii, dat din modelul VC, se calculează aportul de energie necesar sistemului. În cele din urmă, costul și impactul asupra mediului pe unitate pot fi găsite. Studiul utilizează un caz de bază pentru a găsi toate eficiențele și prețurile înainte de a analiza modul în care rezultatele ar fi afectate de la realizarea unor ipoteze diferite cu privire la parametrii cei mai incerti într-o analiză de sensibilitate. 3.2.1 Costul autoturismului Costul de investiție al achiziționării unei mașini depinde de o mare varietate de opțiuni, de la nivel de marcă și confort până la performanță și stil. La modelarea diferitelor dimensiuni și sistem de propulsie, s-a ales o mașină standardizată unde s-au montat diferite pachete de propulsie. Mașina pe benzină este cea mai ieftină alternativă din punct de vedere al producției și este setată ca nivel zero. La aceasta se adaugă costurile suplimentare asociate alternativelor. Acest lucru este realizat pentru a obține o comparație bună a locurilor în care celelalte opțiuni diferă de tehnologiile convenționale de astăzi în ceea ce privește prețul, în mod independent, în funcție de alegerile clientului. În colaborare cu Ford Car Corporation, prețurile au fost estimate pentru baterii, inclusiv accesoriile lor, precum și pentru costul suplimentar pentru motorina mai scumpă după tratamentul necesar pentru gestionarea legislației privind emisiile. Petrolul și tracțiunea electrică este considerată a avea același cost, cu toate acestea, prețurile bateriei sunt estimate la 140 e per instalat [kW h], unde se adaugă un cost suplimentar de 50% din prețul bateriei pentru pachetul de baterii. Prețurile sunt rezumate în tabelul 3.6. Datorită micilor ajustări care trebuie efectuate pentru a face o tracțiune pe benzină compatibilă cu metanolul, acest cost este stabilit la zero. Tabelul 3.6: Tabelul prezintă costul incremental specific combustibilului în comparație cu mașina alimentată cu benzină, gestionarea și ambalarea bateriei constituie un cost constant dependent de dimensiunea bateriei. Sistemul de propulsie Costul incremental Unitatea Diesel 2000 [e / mașină] Costul bateriei BEV 140 [e / kW h] Gestionarea bateriei, ambalarea Costul total al bateriei * 1,5 [e / kW h] Pentru a obține o comparație corectă între diferite tehnici, un cost anual 19 3. Modelul de metode, prezentat în Ecuația 3.8, A = I ∗ r 1 – (1 + r) nn (3.8) este utilizat pentru a răspândi prima mare penalitate de cost pe durata de viață economică a mașinilor. Durata de viață economică a unui autoturism este estimată la zece ani, iar durata medie de conducere este estimată la 12000 [km / an], conform datelor de la SCB [33]. Rata dobânzii r este stabilită la 5%, iar costul investiției afișat în tabelul 3.6 este notat I în ecuație. Costul anualității notat A divizat în lungimea estimată de conducere pe durata de viață a mașinilor reprezintă costul suplimentar pentru fiecare sistem de propulsie fără benzină pe kilometru. Aceasta este reprezentată drept costul auto fix în studiu. Costurile rezultate pentru diferitele dimensiuni și sisteme de propulsie ale mașinii pot fi văzute în Anexa A. 3.2.2 Eficiența grilă-roată Pentru a compara folosirea dopului acasă pentru a încărca un BEV cu combustibili electric la o stație de rezervor, eficiența a producerii de combustibili și eficiența lor de fabricație corespunzătoare devine vitală. Pentru a găsi eficiența generală de la rețea la roată, traseul este împărțit în patru etape principale: producție, distribuție, alimentare și TTW. E-metanolul, e-dieselul și e-benzina au ambii același prim pas în producție, electrolizorul. În cazul de bază, se presupune că electrolizorul are o eficiență de 70%, așa cum este explicat în secțiunea 2.1.1. Următorul pas este procesarea H2 și CO2 într-un combustibil lichid. Acest lucru se realizează fie prin Fischer-Tropsch, fie prin sinteza metanolului, cu o eficiență presupusă a fi 60%, respectiv 79% [34]. Aceste etape au ca rezultat o eficiență totală a producției de 42% și 55% pentru e-diesel și e-metanol. Întrucât BEV are avantajul de a utiliza electricitatea din rețea ca combustibil, se presupune că în acest studiu eficiența de producție este de 100%. Următorul pas principal este distribuirea combustibilului. Deoarece benzina convențională și motorina au deja o infrastructură existentă pentru transport și depozitare, e-diesel, e-benzină și e-metanol au avantajul că prin mijloace mici sunt instalate sistemul actual. Se presupune că pierderile asociate transportului și depozitării electrocarburanților aleși sunt de 0,5%. Energia electrică utilizată pentru încărcarea BEV trebuie distribuită prin sistemul de energie electrică de la origine până la punctul de încărcare, care se presupune a fi acasă și, prin urmare, se presupune că are pierderi de distribuție de 10%. A treia etapă principală este alimentarea autovehiculului, iar în cazul combustibilului lichid nu există aproape pierderi de la pompă la rezervor și presupunerea este zero pierderi pentru acest pas. În cazul BEV, încărcarea unei baterii este asociată cu unele pierderi de transfer de la mufa la baterie, rezultând căldură emisă de pe dispozitiv. Se presupune că pierderile sunt de 10% pentru perceperea BEV. Ultimul pas principal este TTW, explicat în secțiunea 3.1, care este utilizat ca intrare pentru modelul GTT pentru a calcula eficiența GTW pentru fiecare caz în parte. 20 3. Metode 3.2.3 Modelul costului carburantului Acest studiu se concentrează pe costul de producție fără a fi adăugat niciun profit la prețul final pentru a realiza comparația într-un mod obiectiv. Datorită unor mari incertitudini și secrete de afaceri, costul producerii diferitelor combustibile electronice se bazează pe estimarea costurilor de investiții ale electrolizilor, precum și a altor reactoare sau procese necesare pentru producție. Costul investiției pentru electrolizi este estimat la 600 [e / kW], în cazul în care stiva trebuie să fie înlocuită în fiecare al șaptelea an, la o treime din costul inițial al investiției [35]. Sinteza Fischer-Tropsch și procesul CO2 până la CO combinate cu stocarea și alte accesorii sunt estimate la 200 [e / kW], pe baza instalațiilor deja existente care transformă gazul în lichide [36]. Electrolizatorul și Fischer-Tropsch cu accesorii reprezintă costul total al investiției din fabrică. Pentru a găsi prețul carburantului, un cost de renta pentru fabrică este calculat cu ecuația 3.8 unde timpul de viață estimat n este stabilit la 25 de ani. Costul carburantului poate fi apoi calculat cu ecuația 3.9 în unitate [e / GJ], cu prețurile la energie electrică estimate la 25 [e / MW h] pentru utilizatorii din industrie și 75 [e / MW h] pentru utilizatorii casnici. Această ecuație ține cont de toate costurile aferente producției și toate variabilele pe care le conține sunt explicate în tabelul 3.7. Combustibil = combustibil ∗ f1 CF + OM + D + E ∗f2 η (3.9) Tabelul 3.7: Tabelul prezintă explicații ale variabilelor utilizate în Ecuația 3.9. Variabilă Explicație Combustibil Costul anual al investiției f1 Factorul de conversie de la [kW] la [GJ] CF Factorul de capacitate al fabricii OM Costul de operare și întreținere 4% din costul total al investiției D Costul de distribuție, presupus zero în cazul de bază E Costul de intrare a energiei, electricitate sau ulei pentru producție convențională f2 Factorul de conversie de la [MW h] la [GJ] η Eficiența de conversie a energiei Ca urmare a producției din modelul VC TTW în [l / km] prețul în [e / GJ] trebuie să fie convertit în [e / l], Tabelul 3.3 conține informațiile despre combustibil utilizate în conversie. Suma costurilor fixe explicate în secțiunea 3.2.1 și costurile variabile ale combustibilului reprezintă costul total al autovehiculului pe kilometru. 3.2.4 Consumul de electricitate de la rețeaua la roată Ideea de combustibili este să utilizeze electricitate, de preferat regenerabilă, pentru a produce combustibili. Pentru a afla cât de multă energie electrică este necesară pentru a furniza mașini cu electrocarburi, studiul calculează consumul de electricitate GTW corespunzător pentru fiecare caz în parte. Cu ajutorul consumului de energie TTW, împreună cu eficiența producției de combustibili, studiul poate obține consumul de energie electrică GTW. Rezultatele sunt, după cum s-a precizat, în funcție de consumul de energie electrică sau de electricitate al fiecărui caz și, ulterior, este comparat cu consumul total de energie electrică al BEV. 21 3. Metode 22 4 Rezultate Acest capitol prezintă rezultatele completate de acest studiu, iar conținutul este împărțit în trei părți principale. O analiză de sensibilitate în final este realizată pentru a înțelege și a vedea dependența variabilelor semnificative. 4.1 Rezervoare până la roți Această secțiune prezintă rezultate referitoare la TTW pentru toate cazurile. Rezultatele sunt concepute pentru a înțelege mai mult diferitele dimensiuni ale mașinii și dependența ciclurilor de conducere de consumul de energie. De asemenea, oferă fundamentul analizei GTW prezentate în secțiunea 4.2, care oferă consumul total de energie și costurile aferente fiecărei combinații de mașini și cicluri de conducere. 4.1.1 Utilizarea energiei Pentru a determina consumul total de energie necesară furnizării unei mașini cu suficientă energie pentru propulsie, consumul de energie în interiorul autovehiculului, adică BTW și TTW [W h / km], trebuie mai întâi determinate. În Figura 4.1 consumul de energie pentru autovehicule BEV și ICEV Figura 4.1: Figura arată consumul de energie BTW / TTW de BEV și e-metanol pentru toate dimensiunile și ciclurile, consumul de energie este constant mai mare pentru e-metanol decât mașinile BEV, indiferent de de mărime și ciclu. 23 4. Rezultate Figura 4.2: Figura arată consumul de energie BTW / TTW de BEV, e-diesel și e-benzină pentru toate dimensiunile și ciclurile, consumul de energie este constant mai mare pentru aceste două electrofuibili decât mașinile BEV, indiferent de dimensiune și ciclu. rulează pe e-metanol poate fi văzut pentru cele trei cicluri de conducere diferite. Consumul de energie are dimensiunea [W h / km] și este o valoare medie a cantității totale de energie prelevată din rezervor sau baterie pe ciclul de conducere, împărțită la lungimea ciclului. Acest lucru oferă o estimare bună a intensității energetice a unui anumit model de conducere. În figură pot fi observate două tendințe generale: mașina e-metanol folosește mai multă energie decât BEV și cu cât greutatea vehiculului este mai mare cu atât este nevoie de mai multă energie. Așa cum s-a explicat în secțiunea 2.3, ciclul urban este dominat de pornire și oprire și viteze mici Acest lucru poate fi observat în special în ciclul urban, unde BEV poate beneficia de posibilitatea regenerării unei cantități mari de frână înapoi la baterie. Prin urmare, se poate observa doar o mică diferență între ciclul urban și cel rural, spre deosebire de ICE-metanol, care beneficiază mult mai mult de viteze mai mari și mai constante, în care condițiile sunt mai potrivite pentru caracteristica ICE. Deoarece rezistența aerului este dependentă de viteza pătrată, mașinile mari au un dezavantaj suplimentar în ciclul autostrăzii, dominat de viteze mari în care atât greutatea suplimentară, cât și zona frontală mai mare contribuie la o utilizare ridicată a energiei. Toate tipurile de mașini au cea mai scăzută consum de energie în ciclul rural, unde sunt necesare câteva accelerații, iar cererea medie de energie este redusă. Atunci când se uită la e-benzină și e-diesel, acestea urmează aceeași tendință ca e-metanolul, așa cum se poate observa în figura 4.2. Așa cum se explică în secțiunea 3.1.1, motorul cu metanol este un motor diesel modificat, cu pierderi suplimentare de pompă atunci când acceleratia nu este complet deschisă. La sarcini mari, care este în mod obișnuit în ciclul autostrăzii, doar motorul cu metanol are loc pierderi nesemnificative ale pompei și, prin urmare, are aproape aceeași utilizare energetică ca și e-dieselul. În ciclul urban și rural, pe de altă parte, apare aglomerația și, prin urmare, pot fi observate diferențe între cei doi combustibili. Motorul pe benzină funcționează, în general, la raporturi de compresie mai mici ceea ce duce la o eficiență mai redusă a combustibilului. Prin urmare, motorul pe benzină are cea mai mare utilizare energetică a alternativelor cercetate, de aproape cinci ori mai mare decât BEV în ciclul orașului. 4.1.2 Eficiența Pentru a explica în continuare diferențele mari de utilizare a energiei între ICEV și BEV, eficiențele TTW sunt prezentate în figura 4.3. Eficiențele mașinilor de e-metanol sunt crescute în toate ciclurile cu creșterea greutății. Deoarece greutatea suplimentară înseamnă o cerere de cuplu mai mare, acest lucru face ca motorul ales să funcționeze la o sarcină mai optimă. 4. Dacă rezultatele pe harta BSFC din secțiunea 3.2 acest lucru poate fi înțeles prin punctul de lucru al motorului care se deplasează într-o zonă nouă, cu un consum de combustibil mai mic. Cu toate acestea, chiar dacă se obține o eficiență mai mare cu o greutate crescută, o mașină mai grea consumă în continuare mai multă energie, așa cum am explicat anterior. Figura 4.3: Figura arată eficiența BTW și TTW pentru toate dimensiunile BEV și e-metanol în toate ciclurile. Figura 4.4: Figura arată eficiența TTW pentru toate dimensiunile de e-diesel și e-benzină în toate ciclurile. BEV’s arată o eficiență BTW foarte ridicată, cuprinsă între 89% și minim 71%. Eficiențele ridicate ale BTW sunt posibile datorită eficienței foarte mari a motorului prin întreaga zonă de lucru a motorului electric. Cele trei dimensiuni BEV au o eficiență similară în ciclul urban, în timp ce diferența crește cu ciclurile rurale și pe autostrăzi din cauza pierderilor interne dependente de curent și, prin urmare, de sarcini mai mari duce la pierderi mai mari. Acest lucru explică, de asemenea, de ce eficiența BEV-ului mic este mai mare decât celelalte, spre deosebire de tendințele vehiculelor ICE. Convertirea energiei electrice în energie mecanică nu este o reacție exotermă ca în ICE. Transformarea energiei dizolvă căldura, dar prin frecare și este mult mai mică decât în ​​procesul de ardere. BEV-urile au, de asemenea, o eficiență mai mare la transmisie, cu posibilitatea de a utiliza doar o singură viteză în loc de câteva pentru a se potrivi cu punctul de lucru optim mai mic. 25 4. Rezultate Eficiența BEV-ului mic este vizibil mai mică în ciclul orașului decât cea medie, dar răspunde previzibil în celelalte două cicluri, în conformitate cu mașinile mai mari. Acest comportament destul de ciudat este conectat la frânarea regenerativă, care depinde de puterea și masa disponibilă a roții. O masă mai mare are drept consecință o energie cinetică accelerată mai mare și, astfel, are mai multă energie care este disponibilă în timpul frânării. O baterie mai mare crește, de asemenea, masa, dar cu dezavantajul mai multor pierderi pe plan intern din cauza pierderilor dependente de dimensiuni. Atunci când analizăm celelalte două mașini cu motor ICE, e-benzină și e-diesel, prezentate în figura 4.4, acestea urmează aceeași tendință ca e-metanolul, dar cu unele excepții. E-dieselul are o eficiență ușor mai mare pe toate ciclurile decât e-metanolul și sunt aproape de aceeași în ciclul autostrăzii. După cum se explică în capitolul 3.1.1, motorul e-metanol se află în acest studiu bazat pe motorul diesel convențional. Mașina cu benzină electronică are o eficiență mai mică decât e-metanolul pe toate ciclurile și urmează tendința explicată mai sus, cu o singură excepție. Ciclul autostrăzii pe mașina mare se abate de la această tendință prevăzută datorită alegerii anvelopelor cu raportul standard al cutiei de viteze, această combinație mută punctul de lucru utilizat ușor în afara domeniului optim. 4.1.3 Consumul de carburant Pentru a înțelege și a înțelege consumul de energie prezentat în secțiunea 4.1.1, consumul corespunzător de combustibil este prezentat în tabelul 4.1. Prezintă diferențe mari de volum între e-diesel și e-metanol, care este de așteptat având în vedere combustibilii LHV diferiți. E-benzina are un LHV mai mare și o densitate mai mică decât e-diesel și consumă în continuare un volum mai mare de combustibil pe kilometru, ceea ce arată din nou cât de mult este mai eficient consumul de combustibil cu motorul e-diesel în comparație cu motorul e-benzină. De asemenea, arată importanța schimbării volumului rezervor al mașinilor acționate cu e-metanol pentru a compensa consumul mai mare de combustibil. Tabelul 4.1: Tabelul arată consumul mediu de combustibil pentru toate autovehiculele conduse de ICE în toate ciclurile de conducere. Mărimile notate S, M și L sunt scurte pentru mici, mijlocii și mari. Dimensiune și combustibil Urban [l / 100km] Rural [l / 100km] Autostradă [l / 100km] S e-metanol 16,9 10,5 12,5 M e-metanol 17,7 11,1 13,3 L e-metanol 20,4 13,4 16,9 S e-diesel 6,6 4,3 5,3 M e-diesel 6,7 4,6 5,7 L e-diesel 8,1 5,6 7,3 S e-benzină 9,9 5,9 6,7 M e-benzină 10,4 6,3 7,2 L e-benzină 11,9 7,6 9,5 26 4. Rezultate 4.1.4 Gama Pentru a evidenția diferența dintre cantitatea de energia transportată și consumul fiecărui caz în cele trei cicluri de conducere a fost posibil intervalul de conducere. Domeniul de conducere pentru e-metanol și BEV, precum și e-benzină și e-diesel este prezentat în figura 4.5. Se observă că e-metanolul poate conduce mult mai mult în comparație cu BEV, chiar și cu consumul de energie considerabil mai scăzut al BEV. Având în vedere creșterea dimensiunii rezervorului cu 50%, vehiculele cu metanol sunt capabile să conducă 500-900 km între ocazii de alimentare, un interval rezonabil pentru majoritatea utilizatorilor. Figura 4.5: Figura prezintă o gamă de conducere disponibilă pentru toate dimensiunile de BEV, emetanol, e-diesel și e-benzină în fiecare ciclu. Odată cu creșterea dimensiunii rezervorului e-metanol, toate vehiculele ICE au o rază de acțiune considerabil mai lungă decât cea a BEV-urilor. Când priviți e-diesel, e-benzina din figura 4.5 și comparați-le cu domeniul de conducere al BEV, decalajul dintre ele este și mai mare. Aceste constatări subliniază faptul că bateriile au o densitate redusă de energie și că eficiența BTW foarte ridicată nu este suficientă pentru a compara cu BEV-ul cu gama de conducere ICEV. Motivul pentru un interval de conducere destul de similar între dimensiunile medii și mari ale BEV-urilor, precum și faptul că intervalul de conducere este cel mai scurt pentru BEV-ul mic, este că în această analiză se presupune că pachetul de baterii crește odată cu dimensiunea BEV și este astfel mult mai mare în cea mai mare mașină, ceea ce mărește raza de conducere 4.2 Grilă-roată Când s-au determinat toți parametrii autovehiculului cererea de combustibil și costurile legate de fiecare tip de mașină pot fi cercetate. Costurile legate de producția de combustibili electronici în cazul de bază pot fi observate în tabelul 4.2. Deoarece se presupune că fabricile producătoare de combustibili electronici diferiți au aceleași costuri de investiții, costuri de operare și întreținere (O&M) și factori de capacitate. Datorită eficiențelor diferite ale reactorilor, cererea de energie electrică variază pentru producerea de emetanol în comparație cu e-diesel și e-benzină. Prin urmare, cererea de energie electrică și, astfel, costul total al energiei electrice este mai mare pentru cei doi din urmă. Acest lucru se termină cu un cost de producție efuel cu aproximativ două ori mai mare decât prețul pentru benzina convențională. 27 4. Rezultatele Tabelul 4.2: Tabelul prezintă costurile de producție conectate la diferiții electrocarburi în care se adaugă benzină obișnuită pentru comparație, toate prețurile fără impozit sau profit adăugat. După cum se poate observa, prețul per GJ pentru electrocarburi este aproximativ dublu față de prețul benzinei convenționale. Centrul de cost e-metanol e-diesel / e-benzină Conv. benzină Investiție totală [e / GJ] 6.34 6.34 – O&M [e / GJ] 3.55 3.55 – Electricitate [e / GJ] 12.56 16.53 – Costul total al combustibilului [e / GJ] 22.45 26.42 10.04 Costul total al combustibilului [e / l] 0.35 0.96 /0,86 0,33 4.2.1 Costul mașinii Pentru a determina costul total pe kilometru pentru mașină în timpul vieții sale, costurile de investiții sunt adăugate la costurile de funcționare, așa cum este explicat în secțiunea 3.2.1. Rezultatul pentru e-metanol și BEV poate fi văzut în figura 4.6. Figura 4.6: Figura arată diferențele de cost GTW cu costul incremental inclus pe kilometru pentru BEV și e-metanol în cazul de bază. Mașinile cu e-metanol au doar costuri de funcționare, deoarece mașina în sine nu trebuie ajustată. Prin urmare, costul este doar o funcție a consumului de combustibil și toate cele trei dimensiuni ale mașinii sunt într-un interval restrâns. BEV, pe de altă parte, are costuri mari de investiții din partea bateriei, dar costuri de funcționare mici, deoarece toate au o eficiență ridicată, combinată cu un preț scăzut de „combustibil”. Acest lucru înseamnă, de asemenea, că BEV-urile sunt aproape independente de ciclul de conducere, cu excepția mașinii mari de pe autostradă. Cu bateriile mari care sunt necesare pentru mașina medie și mare, ponderea costului investiției depășește costurile reduse de funcționare și prețul utilizării unui BEV ajung să fie de aproximativ trei ori mai mare decât costul unei mașini e-metanol de aceeași dimensiune. . Mașina mică, cu o baterie mult mai mică, este în măsură să concureze cu 28 4. Rezultă mașinile cu e-metanol. Încă o dată, aceste prețuri se bazează exclusiv pe costul de producție și nu pe ceea ce consumatorii plătesc până la urmă. Deși mașinile rulate cu e-diesel au un consum de combustibil mult mai mic în comparație cu e-metanolul, costul este mai mare și mai aproape de BEV-ul mic. Mașinile e-diesel au un cost pe kilometru mai mare, comparativ cu e-metanolul, din cauza costului incremental adăugat ca preț fix pe kilometru și prețul carburantului mai mare, care poate fi observat în figura 4.7. Mașinile e-diesel sunt considerabil mai ieftine decât BEV-ul mediu și mare, de asemenea, se vede că toate dimensiunile de e-diesel sunt mai ieftine decât BEV-ul mic în mediul rural, din cauza consumului redus de "combustibil" din ciclul de conducere. Figura 4.7: Figura arată diferențele de cost GTW cu costul incremental inclus pe kilometru pentru BEV și e-diesel în cazul de bază. După cum se poate observa în figura 4.8, toate mașinile depășesc costul BEV mic pe kilometru în ciclul de conducere urbană, în timp ce cele trei mașini cu benzină electronică au costuri mai mici pe km în ciclurile rurale și pe autostrăzi, deși sunt similare cu BEV-ul mic. 29 4. Rezultate Figura 4.8: Figura arată diferențele dintre costul GTW cu costul incremental inclus pe kilometru pentru BEV și e-benzină în cazul de bază. 4.2.2 Consum de energie electrică Combinând eficiența producției (GTT) cu eficiența TTW pentru mașini, studiul a calculat cantitatea de energie electrică necesară pentru propulsarea fiecărei mașini pe kilometru. Aceste constatări determină mari diferențe între automobilele BEV și ICE, rezultatul consumului electric necesar pentru BEV și e-metanol este prezentat în figura 4.9. Figura 4.9: Figura arată cererea de energie electrică GTW pe kilometru pentru a propulsa autovehicule BEV și e-metanol în fiecare ciclu de conducere. 30 4. Rezultate Pentru a produce și a conduce cu e-metanolul necesită de până la patru ori energia electrică de la GTW în comparație cu BEV-ul de conducere. Cea mai mare pierdere apare în interiorul motorului datorită eficienței scăzute a ICE. Producția de e-metanol este mult mai puțin eficientă comparativ cu utilizarea energiei electrice pentru a încărca bateriile acasă. În cazul e-diesel motorul în sine are o eficiență TTW mai bună, dar întrucât producția de e-diesel este mai puțin eficientă decât e-metanolul, aportul total de energie necesar este mai mare. Consumul de energie electrică GTW pentru e-diesel și e-benzină este prezentat în figura 4.10. Figura 4.10: Figura arată cererea de energie electrică GTW pe kilometru pentru a propulsa mașinile e-diesel și e-benzină în fiecare ciclu de conducere. Energia electrică necesară pentru conducerea mașinii mici cu benzină electronică este de peste șapte ori mai mare decât cantitatea de a conduce BEV-ul mic în ciclul urban. Se poate observa, de asemenea, că edieselul este un pic mai intens de electricitate decât e-metanolul, în general datorită eficienței mai scăzute a producției menționate anterior. În ciclul urban e-diesel consumă mai puțină energie electrică decât e-benzina, eficiența TTW mult mai mică a e-benzinei creează această mare diferență între ele.

Perspectivele resurselor și costurilor

Această secțiune examinează perspectiva resurselor și a costurilor pentru implementarea pe scară largă a electrocarburanților din Suedia. Prin extinderea cererii de electrofuel la toate mașinile din Suedia, este posibil să se interpreteze probabilitatea producției viitoare de combustibil.

Rezultate Câtă energie electrică este necesară pentru a oferi Suediei electrofuibili? Pentru a oferi rezultatelor o anumită perspectivă și pentru a înțelege pe deplin consumul de electricitate GTW de electrocarburi, se face o comparație cu producția anuală de energie electrică din Suedia. Presupunând producția anuală de energie electrică la 150 [TW h / an], estimând durata medie de conducere la 12000 [km / an] și faptul că Suedia are aproximativ 4,5 milioane de mașini înmatriculate [33]. Dacă toate aceste autovehicule ar fi conduse de electrocarburi, cererea de energie electrică rezultată ar fi prezentată în tabelul 4.3. Următoarele numere se bazează pe mașina mică din ciclul rural pentru a afișa energia electrică minimă necesară pentru a furniza toate automobilele din Suedia cu electrocarburi. Tabelul 4.3: Tabelul arată cantitatea de energie electrică necesară pentru fiecare combustibil din Suedia în medie pe an, calculată cu consumul de electricitate al unei mașini mici în ciclul rural. Producția anuală a Suediei de 150 [TW h / an] reprezintă 100% în coloana din dreapta. Necesarul de energie electrică [TW h / an] Ponderea producției BEV 10,3 7% e-metanol 45,2 30% e-diesel 55,7 37% e-benzină 69,1 46% Când se uită la cazul extrem al unei mașini mari cu benzină e condusă în oraș Mediu cererea crește la 93% din producția anuală de energie electrică suedeză. Indiferent de ciclu, dimensiune și tipul de combustibil, o implementare pe scară largă a electrocarburanților ca combustibil de bază nu ar fi posibilă în sistemul curent de energie electrică din Suedia. Cu excepția unei schimbări majore a producției de energie electrică, asigurarea unei cantități mari de CO2 suficient ar fi necesară, care este prezentată în secțiunea 4.3.3. Câte BEV-uri ar putea reprezenta o fabrică de e-metanol?

Pentru a oferi acestui studiu mai multă perspectivă asupra părții financiare a electrocarburanților și BEV-urilor, se realizează o comparație între construirea unei fabrici de e-metanol și câte BEV-uri pe care o reprezintă fabrica. Toate dimensiunile și ciclurile de conducere ale e-metanolului sunt testate și, așa cum se investighează energia electrică de mai sus, se presupune că mașinile sunt conduse cu 12000 [km / an]. O fabrică de e-metanol cu ​​dimensiunea de 110 [MW], care cu ipotezele cazului de bază făcute în acest studiu corespunde unei producții de combustibil de 482 [GW h / an]. Această mărime a fabricii ar avea un cost de investiție de 278 milioane e. Pachetul de baterii din BEV mic, cu presupunerea carcasei de bază, are un cost de 5040 e pe mașină, ceea ce înseamnă că un cost de investiție din fabrică ar reprezenta 55254 baterii BEV mici. Toate cele 482 [GW h / an] de e-metanol produse în fabrică ar fi, de exemplu, suficiente pentru a alimenta 87211 mașini mici, de 1,6 ori mai multe mașini cu e-metanol decât BEV-uri mici pentru același cost de investiție. Când se uită la mașinile mari 32 4. Rezultă mașinile care sunt de 4,5 ori mai multe mașini cu e-metanol decât BEV-uri, ceea ce reprezintă o cantitate considerabil mai mare de vehicule înlocuite cu acest cost de investiție. Dacă în schimb, costul investiției ar plăti pentru acumulatorii mijlocii BEV, acesta acoperă 22102 de mașini, iar în cazul mașinii mari ar acoperi 15601 BEV-uri mari. Numărul de mașini cu metanol în dimensiunile și ciclul lor corespunzător pe care le-ar putea acoperi combustibilul produs pe an în fabrică este prezentat în tabelul 4.4. Tabelul 4.4: Acest tabel arată numărul de mașini de e-metanol pe care fabrica de 110 [MW] le-ar putea alimenta pe an pentru fiecare dimensiune și ciclu de conducere, cu o durată medie de conducere de 12000 [km / an]. Coloana din dreapta arată numărul de autovehicule BEV de fiecare dimensiune care ar putea fi cumpărate în schimb pentru costul investiției din fabrică.

Dimensiunea mașinii Autostradă rurală rurală BEV pe fabrică

Mică 54273 87211 73313 55254

Medie 51788 82658 68963 22102

Mare 45125 68715 54203 15601 4.3.3

Care este cererea de apă și dioxid de carbon pentru emetanol? Cererea de apă și CO2 pentru producerea e-metanolului este estimată și comparată pentru a oferi valorilor de producție calculate o anumită percepție a realității. Această anchetă este împărțită în două părți, prima estimând cererea fabricii de 110 [MW] descrisă în secțiunea 4.3.2 și a doua la întreaga cerere de electricitate din Suedia. Analizând echilibrul chimic general pentru producerea e-metanolului în ecuația 4.1, este posibil să estimați cererea de apă și CO2 pe litru de e-metanol, cu cunoștință de masa molară și alte proprietăți ale compușilor incluși. 4 H2O + 2 CO2 −) −− * * 2 CH3OH + 3 O2 (4.1) Din acest bilanț și cu cunoștințele descrise mai sus, ancheta aproximează cererea de apă la 2 [l], iar cererea de CO2 la 3,6 [kg] per litru de e -metanol produs. În tabelul 4.5 sunt prezentate rezultatele investigației pentru fabrica de 110 [MW], iar în tabelul 4.6 este prezentată scala la cererea minimă și maximă de electricitate din Suedia. Debitul mediu de apă din Göta älv este de 570 [m3 / s] [37], iar în 2013 Suedia a emis 55,8 [M ton] [38] CO2. Rezultatele cercetării indică faptul că aprovizionarea cu apă nu ar trebui să constituie o problemă pentru fabrică sau pentru amploarea din Suedia. Din tabelul 4.6 se poate observa, de asemenea, că dacă toate mașinile din Suedia ar face parte din categoria mare, cererea de CO2 ar fi mai mare decât emisiile totale de CO2 din Suedia. Desigur, aceasta este o cantitate enormă de CO2 și stabilește în perspectivă producția de combustibil. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că Suedia are, de asemenea, cantități mari de emisii de CO2 ne-fosile, ceea ce indică faptul că, în această presupunere maximă, producția de combustibil electric ar fi totuși posibilă din punct de vedere teoretic. De asemenea, trebuie menționat că acest exercițiu este un calcul teoretic pentru a fi elaborat în jurul perspectivelor, dar în realitate nu este probabil ca 100% electrocarburi să fie solicitate pentru flota auto. 33 4. Rezultatele Tabelul 4.5: Tabelul arată cererea de apă și CO2 pentru fabrica de 110 [MW] e-metanol, este comparată cu debitul anual de apă din Göta älv și din totalul emisiilor de CO2 din Suedia din 2013. Unitatea de fabricație e-metanol produs 0,1 [Mm3 / an] Cererea de apă 0,2 [Mm3 / an] Partea din Göta älv 12 [ppm] Cererea de CO2 0,4 [M tona / an] O parte din emisiile de CO2 din Suedia 0,7 [%] Tabelul 4.6: Tabelul arată apa și Cerința de CO2 pentru e-metanol dacă toate mașinile din Suedia, care funcționează cu electrocarburi, este comparată cu debitul anual de apă din Göta älv și din totalul emisiilor de CO2 din Suedia din 2013. Min reprezintă mașinile mici conduse în ciclul rural și max reprezintă mașinile mari conduse în ciclul urban. Suedia Cantitate unitatea de e-metanol min 10 [Mm3 / an] Cerere de apă min 21 [Mm3 / an] Parte din Göta älv min 0.1 [%] Cerere CO2 min 37 [M tonă / an] Partea emisiilor de CO2 din Suedia 67 [% ] Cerere de e-metanol max 20 [Mm3 / an] Cerere de apă max 40 [Mm3 / an] Parte din Göta älv max 0,2 [%] Cerere CO2 max 72 [M ton / an] O parte din emisiile de CO2 ale Suediei 129 [%]

Analiza de sensibilitate

Pentru a înțelege mai profund dependența de presupunerile făcute în acest studiu, această secțiune va prezenta rezultatele analizei de sensibilitate. Figurile făcute pentru a ilustra modul în care rezultatele sunt afectate de modificarea valorilor parametrilor sunt prezentate în apendicele A și B și sunt explicate doar în secțiunile următoare. Fiecare secțiune prezintă o singură modificare a parametrilor din cazul de bază pentru a reduce complexitatea analizei. 4.4.1 Prețul energiei electrice Principalul cost pentru producerea de combustibili electrici, cu excepția investiției din fabrică, este costul de funcționare al energiei electrice, ceea ce înseamnă că, în mod natural, prețul de producție al combustibilului depinde foarte mult de aceste cheltuieli. Pentru a vedea dependența reală a prețului energiei electrice au fost alese două cazuri diferite, primul coborând prețul privat la 25 [e / MW h]. Acesta este prețul estimat al utilizării industriei și oferă o indicație a dependenței de cererea de energie electrică a BEV. Modificarea prețului a dus la un cost ușor mai mic pe kilometru pentru BEV, dar nu la nivelul e-metanolului din mediul rural și pe autostrăzi. Mașinile cu benzină electronică sunt mai mici în ciclul rural pentru toate cazurile, cu excepția a 34 4. Rezultate pentru mașini, care sunt marginal mai mari decât BEV-ul mic. Mașinile e-diesel au costuri mai mari decât BEV-ul mic atât în ​​oraș, cât și pe autostradă, în timp ce mijloacele mici și mijlocii rămân marginal mai mici în mediul rural. BEV de dimensiuni medii și mari sunt în continuare într-o gamă mai mare de costuri decât mașinile conduse de electrocarburi. Rezultatele sunt prezentate în figurile A.3 – A.5. A doua modificare a prețului energiei electrice este în cealaltă direcție, un preț mai mare pentru industrie este stabilit la 75 [e / MW h], care este prețul estimat pentru uz privat. Așa cum s-a descris anterior, acest lucru are un impact mare asupra electrocarburanților, datorită cantității mai mari de energie electrică necesară pentru producerea de combustibili, comparativ cu BEV-urile de încărcare și antrenare. Creșterea prețului determină creșterea e-metanolului pentru toate ciclurile și dimensiunile să crească sau să rămână la fel cu costul mic BEV pe kilometru. E-metanolul rămâne în continuare sub BEV-ul mediu și mare pentru toate ciclurile, ceea ce indică costul incremental ridicat pentru BEV-uri. Tendința e-diesel arată că toate cazurile, dar cele mari din orașe și autostrăzi au un cost mai mic decât BEV mediu, dar mai mare decât BEV-ul mic. Consumul mare de carburant al e-benzinei în oraș are ca rezultat un cost mai mare decât BEV mediu pentru toate dimensiunile. În celelalte cicluri costul este mai mic decât BEV mediu și mai mare decât BEV mic, cu excepția mașinii mari din ciclul autostrăzii. Rezultatele sunt prezentate în figurile A.6 – A.8. 4.4.2 Prețul bateriei Costul incremental al BEV-urilor se bazează pe costul bateriei, care este o estimare aproximativă care în prezent este destul de incertă. Prin urmare, studiul investigează două niveluri ale costului bateriei, unul care este dublul costului estimat inițial și unul care este jumătate din costul estimat. Costul mai mic al bateriei face ca BEV-ul mic să fie oarecum competitiv cu e-metanolul, dar BEV-ul mediu și mare are încă un cost mai mare pentru toate ciclurile. În cazul e-diesel, BEV-ul mic are un cost mai mic în general, iar BEV-ul mediu și mare sunt încă la un nivel mai ridicat. Pentru cazul e-benzină costurile ciclului urban sunt mai mari decât BEV-ul mic și mai mici sau apropiate de BEV-ul mediu. Atât în ​​mediul rural, cât și pe autostrăzi, benzina electronică mică și medie rămâne în gama competitivă în jurul BEV-ului mic. Mașina mare cu benzină electronică are un cost mai mare, dar rămâne mai mică decât BEV-ul mediu. Rezultatele sunt prezentate în figurile A.9 – A.11. Cu un cost al bateriei mai mare, toate cazurile cu electrocarburi au un cost mai mic decât BEV-ul mic. BEV mediu și mare au costuri cu un factor de trei sau mai mare decât electrofușii în toate cazurile. Aceasta indică încă o dată dependența costului bateriei ca fiind cea mai importantă pentru BEV-uri.

Rezultatele sunt prezentate în figurile A.12 – A.14. 4.4.3 Eficiența electrolizantului Audi e-diesel fabrică susține că are electrolizări reversibile cu eficiența de 90% menționată în secțiunea 2.1.3. Prin urmare, studiul va investiga efectul schimbării eficienței electrolizantului de la 70% la 90%. Acest lucru va afecta consumul total de energie electrică și eficiența producției pentru toți combustibilii electrici, ceea ce modifică și prețul carburantului. În ceea ce privește costul pe kilometru 35 4. Rezultă toate cazurile de electrofuaj scad sub sau rămân foarte aproape de costul mic BEV cu această modificare. Prețul carburantului pe litru scade cu 10-14%, e-metanolul se modifică cel mai puțin din cauza eficienței mai mari a producției în sinteza metanolului. Rezultatele sunt prezentate în figurile B.1 – B.3. Consumul de energie electrică pentru toate electrocarburanții scade cu aproximativ 14-16%, iar metanolul e din nou în capătul inferior al intervalului din cauza celor menționate mai sus. Consumul mai scăzut de energie electrică este încă greu de implementat în sistemul de energie electrică, dacă este redus la toate mașinile suedeze alimentate de electrocarburi. Rezultatele sunt prezentate în figurile B.4 – B.5. 4.4.4 Factorul de capacitate Odată cu creșterea producției intermitente de energie electrică, posibilitățile de supraproducție apar din când în când. Dacă în loc să exporti energia electrică sau, în cel mai rău caz, să o deconectezi de la rețea, producerea de combustibili ar putea fi o modalitate bună de a stoca electricitatea. Dacă s-a presupus că electrocarbustorii sunt produși doar atunci când se produce peste producție și dacă presupunem că acesta este doar 10% din an, studiul investighează schimbarea factorului de capacitate de la cazul de bază conservator de 50% la 10% estimat. Cu producția estimată peste producție, se presupune că prețul energiei electrice nu se modifică de la nivelul prețurilor obișnuite. Pot apărea unele cazuri speciale atunci când nivelul prețurilor scade, dar nu este preocupat de această analiză. De asemenea, este investigată o schimbare de la 50% la cazul de bază la nivelul de producție dorit mai normal de 90%. Atunci când presupunem un factor de capacitate de 10%, prețul pe litru se modifică cu aproape un factor trei pentru toți electrocarburanții, toate mașinile cu e-metanol, cu excepția mașinii mari din oraș au un preț mai mare decât BEV-ul mic și mai mic decât BEV-ul mediu. Mașinile mari costă pe kilometru în oraș este mai mare decât BEV mediu, dar încă mai mic decât BEV-ul mare. Pe măsură ce mașina e-metanol costul pe kilometru crește, la fel face și costul pentru ediesel și e-benzină. În ciclul rural, toate dimensiunile atât pentru e-diesel, cât și pentru e-benzină au un cost mai mic decât BEV mediu, cele două niveluri mai mici ale costurilor pentru autovehicule e-diesel sunt similare cu BEV mediu pentru celelalte cicluri. Mașinile pe benzină e-benzină consumul ridicat de combustibil în mediul urban face ca costul să fie mai mare decât BEV-ul mediu, iar mașina mare cu e-benzină este singurul caz care depășește costul BEV mare. Celelalte două cicluri și dimensiuni urmează tendința e-diesel, ceea ce face ca e-dieselul să fie un combustibil mai promițător decât e-benzina. Rezultatele sunt prezentate în figurile B.6 – B.8. Dacă factorul de capacitate este setat la 90%, costurile pentru toate autovehiculele cu motor electric scad sub sau rămân la fel cu BEV-ul mic în toate cazurile. Acest factor de capacitate ar putea fi atins în viitor atunci când producția de electrocarburi ar putea fi un proces matur. Rezultatele sunt prezentate în figurile B.9 – B.11. 36 5 Discuții Când acest studiu a început principala întrebare care trebuia rezolvată era cum să găsești cea mai bună modalitate de integrare a energiei electrice regenerabile în sectorul transporturilor.

Aceasta s-a dovedit a fi o chestiune foarte complexă în care răspunsurile depind foarte mult de ce punct de vedere important. După cum se poate observa în rezultate, consumul de energie GTW diferă foarte mult între electrocarburați și BEV-uri, așa că dacă ținta este reducerea consumului de energie, BEV-urile ar părea a fi soluția clară. Cu toate acestea, fără stimulente mari, utilizatorii vor cumpăra cel mai probabil cea mai ieftină opțiune, în cazul în care numai BEV-ul mic poate concura cu alternativele electrofuel. Unul dintre cele mai mari dezavantaje ale BEV este raza scurtă care poate fi condusă între taxe. Acest lucru a arătat, de asemenea, în rezultatele în care gama BEV-urilor este constant mai mică decât alternativele cu electrofuel. Cu toate acestea, poatetrebuie discutat dacă o distanță cuprinsă între 100-200 km ar fi suficientă pentru șoferul normal al orașului, fără a fi nevoie să simtă așa-numita anxietate. Atunci, BEV-ul mic ar fi accesibil în comparație cu electrocarburanții și cu prețul mai scăzut al bateriei investigat în analiza de sensibilitate ar fi chiar mai ieftin. Așadar, în traficul urban sau urban, BEV-ul mic ar putea fi deci o alegere bună atât pentru utilizator, cât mai ales pentru sistemul energetic. Deoarece prețul bateriei este un alt dezavantaj al BEV, costul pentru [kW h] al bateriei este esențial pentru a face BEV o opțiune pentru viitor. În acest studiu, prețul a fost stabilit scăzut în comparație cu prețurile de astăzi, care, cu toate acestea, este de așteptat să scadă de-a lungul anilor. După cum se arată în analiza de sensibilitate, prețurile mai mici ale bateriilor ar face opțiunea BEV un pic mai atractivă din punct de vedere al costurilor, dar fără baterii cu densitate energetică crescută, este greu să concurezi cu mașinile mai mari. O constatare interesantă este că creșterea gamei nu este liniară cu dimensiunea bateriei BEV datorită consumului suplimentar de energie care urmează cu mașinile mai grele. Aceasta concluzionează că ar putea exista o limită în care bateria mai mare nu are niciun impact asupra domeniului de conducere, ceea ce ar putea fi definit ca cea mai mare dimensiune adecvată a bateriei. Desigur, se pot îmbunătăți în continuare piața bateriilor în special în ceea ce privește creșterea densității energetice și reducerea costurilor de producție. În studiile anterioare, o mașină standard este adesea aleasă unde se aplică doar o modificare a greutății pentru a vedea modul în care dimensiunea mașinii afectează rezultatele. Acest studiu s-a concentrat în schimb pe compararea și evaluarea alternativelor auto existente, pe care s-au făcut modificări pentru a se potrivi diferitelor alternative de combustibil. Aceasta a sporit complexitatea mașinilor și a fost realizată pe cheltuiala de a vedea implicațiile exacte ale fiecărei modificări variabile. Cu toate acestea, în viața reală parametrii precum diametrul roții și zona frontală sunt reglați pentru a se potrivi cu dimensiuni diferite ale mașinii și, prin urmare, vor avea efect asupra rezultatelor. O altă alternativă la dezvoltarea de modele de mașini proprii ar fi putut fi utilizarea modelelor deja dezvoltate la Ford Car Corporation, care ar avea probabil 37 5. Discuțiile au dat rezultate mai exacte decât ceea ce a produs acest model. Cu toate acestea, s-ar reduce și mai mult posibilitatea de a face ajustări personale și înțelegerea schimbărilor variabile. Din rezultatele TTW, eficiența ICE este crescută cu o greutate crescută datorită utilizării unui RPM și a unui cuplu mai optim în motoarele alese. Acest lucru ar putea arăta un pic diferit atunci când folosiți motoare optimizate pentru fiecare dimensiune specifică a mașinii și este, de asemenea, ceva care ar putea îmbunătăți precizia rezultatelor. Folosind același tip de motor la mașini de dimensiuni diferite, totuși, o modalitate comună de a reduce costurile de producție și dezvoltare pentru producătorii de mașini și motoarele optime nu sunt întotdeauna utilizate în realitate. După cum se poate observa, diferențele care ar rezulta din alegerea unui motor mai optimizat pentru fiecare dimensiune nu se așteaptă să aducă modificări majore la rezultate. Găsirea datelor valide privind producția s-a dovedit a fi o sarcină dificilă, deoarece este adesea considerat secretele de afaceri și informațiile furnizate de furnizorii de fabrici și echipamente sunt, prin urmare, greu de verificat. Prin urmare, producția de combustibil a studiului se bazează în mare parte pe presupunerile de la lucrările anterioare și ar putea fi probabil îmbunătățită dacă ar fi disponibile date mai corecte. Ca urmare a presupunerilor făcute și a dimensiunilor autoturismelor disponibile, trebuie menționate două aspecte care ar putea afecta oarecum rezultatul.

Greutatea mașinii mici alese poate fi considerată a fi în afara domeniului a ceea ce este considerată în mod normal o mașină mică și, prin urmare, are un consum mare de energie în comparație cu alte mașini din acel segment. O calculare rapidă, cu o reducere a greutății de 30%, determină doar un consum de combustibil cu 15% mai mic pentru ICE, iar cu motorul ales, eficiența TTW scade chiar unele. Acest lucru ar putea presupune că optimizarea motorului este o modalitate bună de a reduce consumul de energie pentru ICEV. Am observat că modelul de conducere este mai fiabil decât dimensiunea autoturismelor în ceea ce privește consumul de energie sau consumul de combustibil. În ceea ce privește e-metanolul, dimensiunea rezervorului este de o importanță crucială pentru a putea compensa LHV-ul combustibilului. Cu rezervorul de aceeași dimensiune ca mașinile pe benzină și motorină au astăzi e-metanolul ar mai avea o gamă care depășește BEV-ul, dar, evident, stimulentele de a alege o mașină mică de e-metanol față de celelalte opțiuni de combustibil, precum și peste un mic BEV, ar fi mult mai scăzut. În acest studiu, rezultatele utilizării electrocarburanților în mașinile de pasageri au fost evaluate pe baza presupunerii că singurul stimulent este consumul scăzut de preț sau de energie redusă. Posibilitatea de a produce electrofuibili din energie regenerabilă, cu toate acestea, conține mai multe avantaje care au fost în afara sferei de aplicare a acestui studiu, dar pot afecta în mare măsură scala de utilizare a electrofuranilor în viitor. Când priviți opțiunea de stocare, transformarea energiei electrice într-un combustibil pentru a o utiliza ulterior într-un ICE în loc să o introduceți direct într-o baterie va duce desigur la pierderi sporite.

Cu toate acestea, transmisia de energie electrică este limitată de distanța în care pierderile și cheltuielile devin din ce în ce mai mari cu o distanță mai mare. Acest lucru cauzează probleme, deoarece o mare parte din potențialul de producere a energiei regenerabile se află în zone îndepărtate, cu probleme de transmitere. Acest lucru este valabil pentru panouri solare în marile deșerturi, posibilă producție de hidro în părți montane îndepărtate și căldură termică pe insule îndepărtate. Transportul lichidelor în conducte sau bărci are pierderi mai mici legate de acesta, prin urmare, utilizarea producției de electricitate la distanță pentru a produce electrocarbustibili care pot fi transportați în zone de habitat fără pierderi mari ar putea fi o alternativă. Această idee este deja în vigoare în Islanda.

. Discutarea electricității ieftine, bazată pe căldură termică, este transformată într-un lichid transportabil și oferă o posibilitate interesantă pentru viitor. Combustibilii electrici oferă, de asemenea, o mare varietate de utilizare, e-metanolul are posibilitatea de a fi utilizat atât ca combustibil, cât și pe cont propriu. Prin urmare, există un potențial mare de înlocuire a unor părți de utilizare a fosilelor atât astăzi cât și în viitor și poate ușura trecerea de la un sector de transport bazat pe fosile la alternative durabile. Pe lângă producerea de metanol, posibilitatea de a produce combustibil prin reactorul Fischer-Tropsch oferă și opțiunea de proiectare și îmbunătățire a combustibilului. Pot fi produse fără toxine, cancerigene și sulf, ceea ce înseamnă un combustibil mai bun pentru motoare, oameni și mediu. Acestea pot fi, de asemenea, proiectate pentru a produce combustibili cu jet pentru aviație, precum și pentru a avea un număr de octan îmbunătățit în comparație cu combustibilii obișnuiți, care ar putea crește eficiența și mai mult din motoare și reduce cantitatea de pierderi de energie. Utilizarea electrocarburanților ca scădere oferă, de asemenea, posibilități de integrare a energiei regenerabile în infrastructura actuală de combustibili fosili. Din investigarea investițiilor într-o fabrică de e-metanol, s-a constatat că o fabrică este echivalentă cu 55.254 pachete de 24 de baterii [kW h], o creștere improbabilă a vehiculelor față de cele 2100 BEV [33] utilizate în prezent în Suedia. Dacă investiția a plătit în schimb pentru fabrica de e-metanol, ar putea alimenta 1,7 milioane de mașini mici în mediul rural cu 5% de e-metanol, ceea ce reduce cu 5% cota de CO2 din toate aceste mașini. Acest lucru implică faptul că, dacă obiectivul este de a reduce emisiile la cel mai mic cost posibil, folosirea electrocarburanților ca scădere este probabil o soluție mai bună, deoarece stimulentele pentru clienți și investiții în infrastructură trebuie să crească ponderea BEV-urilor. Fabrica ar putea aproviziona până la 68.715 autoturisme mari cu e-metanol pur și, prin aceasta, să înlocuiască de 4,5 ori mai multe mașini cu combustibil fosil decât să investească în pachete de baterii pentru BEV-uri mari. În plus, alegerea electrocarburanților ar elimina incertitudinea dacă clienții în final vor cumpăra BEV-uri sau nu și astfel crește probabilitatea ca banii investiți să aibă un efect. În comparație cu biocombustibilii de primă generație, cum ar fi etanolul sau biodieselul, producția de combustibil nu concurează cu producția de alimente sau cu alte terenuri arabile care este deja rară. În schimb, consumatorii de energie electrică au nevoie de apă, CO2 și electricitate regenerabilă, în investigația fabricii de e-metanol, rezultatele privind utilizarea apei subliniază faptul că apa nu este o problemă în Suedia. Chiar și atunci când este redus pentru a furniza e-metanol pentru a alimenta toate automobilele din Suedia, cererea de apă este doar 0,2% din debitul de apă al Göta älv. Atunci când analizăm cererea de CO2 pentru a alimenta 1,7 milioane de autovehicule cu reducere de la o fabrică de 110 [MW], este nevoie de o parte destul de mică din emisiile de CO2 din Suedia, dar amploarea pentru a alimenta toate autovehiculele doar cu e-metanol cererea crește până la Nivelurile de emisie ale Suediei, ceea ce face ca ipoteza să fie greu de implementat fără a importa CO2 sau CO în Suedia. Cea mai dificilă problemă este, totuși, livrarea cantității de electricitate regenerabilă necesară pentru a furniza întreaga Suedia cu e-metanol, creșterea producției de energie electrică cu 30% sau mai mult, este suficient de greu pentru sistemul electric de astăzi care funcționează deja aproape de limita producției. .

Chiar și cu complexitatea și eficiența energetică scăzută a producerii de combustibili, costul pe kilometru este în continuare mai mic decât pentru BEV-uri, în special cele două mașini mai mari, care sunt mult mai scumpe decât cele mai mici. În studiul nostru am ales un factor de capacitate conservator puțin pentru producție, cu un factor de capacitate mai optimist de 90%, care ar fi fost o alegere mai bună, costul pentru electrocarburi scade 39 5. Discuția este chiar mai mică sub nivelul costurilor BEV și este prezentat în analiza sensibilității. Acest accent este posibilitatea de a implementa electrocarbustibili pe piața autoturismelor și, cu siguranță, ca o opțiune de scădere a combustibilului. O posibilitate care nu a fost investigată în acest studiu este o combinație de BEV și electrofuels într-o mașină hibridă. O mașină hibridă are un ICE în combinație cu o baterie și un motor electric care permite acționarea electrică pe distanțe mai scurte, în mod normal, până la 50 de kilometri și posibilitatea unei frânări regenerative pentru a încărca bateria. Dacă este necesară o distanță mai mare sau mai multă putere, ICE este utilizat singur sau în combinație cu motorul electric. Dezavantajul comparativ cu un ICEV normal este costul și greutatea suplimentară pentru baterie. Folosirea electrocarburanților în mașinile hibride ar putea fi, de asemenea, o modalitate bună de a elimina treptat combustibilii fosili de pe piața autoturismelor. Studii suplimentare privind punerea în aplicare a combustibililor electrici ar putea fi făcute cu mașini hibride incluse pentru a găsi alte concluzii posibile. În acest studiu nu a fost luată în considerare temperatura exterioară. Dacă faceți acest lucru, este probabil un dezavantaj pentru BEV, deoarece încălzirea cabinei trebuie să utilizeze capacitatea bateriei, mai degrabă decât să folosească căldura uzată, așa cum se face în ICEV. În plus, bateriile depind de temperatură, deci determinarea impactului temperaturii exterioare ar putea fi o țintă interesantă pentru studii suplimentare. Așa cum am menționat în introducere, industria auto se află sub o presiune mai mică a unei tranziții de combustibil decât sectorul transportului maritim și aviației. În aceste sectoare, în prezent, există puține opțiuni pentru combustibilii fosili din cauza prețurilor, a densității energetice și a legislației privind emisiile, care, cu mare probabilitate, vor fi obligate la alte alternative. Pe măsură ce cererea de alternative crește, costurile de dezvoltare și de producție pot fi scăzute și vor face ca electrocarburanții să fie o soluție și mai valabilă. Dar asta se întâmplă doar dacă sistemul de energie electrică se transformă în combustibili fosili, ceea ce este, de asemenea, principala problemă și cerință pentru ca BEV să fie cu adevărat ecologic. La evaluarea întrebărilor de cercetare se pot trage unele concluzii, în timp ce altele rămân fără răspuns. Pentru fiecare ciclu de conducere și dimensiunea mașinii, BEV-urile au un consum de energie specific mai mic, cu toate acestea, la un cost mai mare. BEV-ul mic este în măsură să concureze cu costul electrocarburanților cu ipotezele făcute în cazul de bază și ar putea fi o opțiune la fel de bună atunci când un interval de conducere lung nu este important.

Răspunsul care este cel mai bun mod de a folosi electricitate regenerabilă, răspunsul evident este în BEV atunci când analizăm cererea totală de energie pe kilometru condus. Această soluție depinde totuși de clienții care cumpără mașini mai scumpe și, prin urmare, este legată de incertitudini mai mari dacă scăderea propusă a emisiilor globale din sectorul transporturilor este conectată la un cost mai mare atât pentru clienți, cât și pentru guverne. Folosind diferiți electrocarburanți, toate vin cu aspecte specifice și dezavantaje, dar principalul beneficiu al utilizării combustibililor sintetici în comparație cu alternativele lor respective comerciale este că electrocarburanții nu conțin toxine și poluanți. Din cauza incertitudinilor privind producția de combustibil, nu a fost găsită nicio legătură între numărul de octan și consumul de energie și costul de producție. Alegerea sistemului de propulsie depinde foarte mult de cine pune întrebarea și care este ținta, este clar că alegerea între consumul redus de energie sau costul redus este mai importantă decât să se bazeze pe alegerea modului în care este condusă mașina. 40 6 Concluzie Următoarele concluzii pot fi trase din analizele făcute în acest studiu. • Pentru a minimiza consumul de energie, BEV’s este alegerea preferată indiferent de ciclu și dimensiune în comparație cu electrocarbustorii. • Electrocombustibilele depășesc BEV-ul atunci când vine vorba de rază de acțiune și, chiar dacă este mult mai ineficient din punct de vedere energetic, e-metanolul poate fi o opțiune mai eficientă din punct de vedere al costurilor în toate ciclurile de conducere investigate. • Alegerea ciclului de conducere este mai decisivă decât dimensiunea autovehiculului pentru consumul de energie și costuri. Costul incremental al BEV este dominat de dimensiunea bateriei și, prin urmare, aproape independent în timpul ciclului de conducere. Chiar dacă un „combustibil” mai puțin costisitor BEV-urile va fi mai scump decât electrocarbustorii. • O implementare la scară largă a electrocarburanților ar face o cerere nerealistă sistemului electric. În Suedia aprovizionarea cu apă nu ar fi o problemă, cu toate acestea, stocul de CO2 ar putea fi o problemă. O alternativă realistă pentru a reduce consumul de combustibili fosili în viitorul apropiat ar putea fi implementarea de combustibili combustibili sub formă de combustibil. • Folosirea electrocarburanților ca scădere oferă cea mai ușoară soluție pentru guverne de a integra electricitatea regenerabilă în sectorul transporturilor, deoarece nu depinde de clienții care cumpără BEV-uri sau producătorii de mașini care adaptează vehicule la combustibili noi.

În acest studiu nu a fost luată în considerare temperatura exterioară. Dacă faceți acest lucru, este probabil un dezavantaj pentru BEV, deoarece încălzirea cabinei trebuie să utilizeze capacitatea bateriei, mai degrabă decât să folosească căldura uzată, așa cum se face în ICEV. În plus, bateriile depind de temperatură, deci determinarea impactului temperaturii exterioare ar putea fi o țintă interesantă pentru studii suplimentare. Așa cum am menționat în introducere, industria auto se află sub o presiune mai mică a unei tranziții de combustibil decât sectorul transportului maritim și aviației. În aceste sectoare, în prezent, există puține opțiuni pentru combustibilii fosili din cauza prețurilor, a densității energetice și a legislației privind emisiile, care, cu mare probabilitate, vor fi obligate la alte alternative. Pe măsură ce cererea de alternative crește, costurile de dezvoltare și de producție pot fi scăzute și vor face ca electrocarburanții să fie o soluție și mai valabilă. Dar asta se întâmplă doar dacă sistemul de energie electrică se transformă în combustibili fosili, ceea ce este, de asemenea, principala problemă și cerință pentru ca BEV să fie cu adevărat ecologic. La evaluarea întrebărilor de cercetare se pot trage unele concluzii, în timp ce altele rămân fără răspuns. Pentru fiecare ciclu de conducere și dimensiunea mașinii, BEV-urile au un consum de energie specific mai mic, cu toate acestea, la un cost mai mare. BEV-ul mic este în măsură să concureze cu costul electrocarburanților cu ipotezele făcute în cazul de bază și ar putea fi o opțiune la fel de bună atunci când un interval de conducere lung nu este important. Răspunsul care este cel mai bun mod de a folosi electricitate regenerabilă, răspunsul evident este în BEV atunci când analizăm cererea totală de energie pe kilometru condus. Această soluție depinde totuși de clienții care cumpără mașini mai scumpe și, prin urmare, este legată de incertitudini mai mari dacă scăderea propusă a emisiilor globale din sectorul transporturilor este conectată la un cost mai mare atât pentru clienți, cât și pentru guverne. Folosind diferiți electrocarburanți, toate vin cu aspecte specifice și dezavantaje, dar principalul beneficiu al utilizării combustibililor sintetici în comparație cu alternativele lor respective comerciale este că electrocarburanții nu conțin toxine și poluanți. Din cauza incertitudinilor privind producția de combustibil, nu a fost găsită nicio legătură între numărul de octan și consumul de energie și costul de producție. Alegerea sistemului de propulsie depinde foarte mult de cine pune întrebarea și care este ținta, este clar că alegerea între consumul redus de energie sau costul redus este mai importantă decât să se bazeze pe alegerea modului în care este condusă mașina. 40 6 Concluzie Următoarele concluzii pot fi trase din analizele făcute în acest studiu. • Pentru a minimiza consumul de energie, BEV’s este alegerea preferată indiferent de ciclu și dimensiune în comparație cu electrocarbustorii. • Electrocombustibilele depășesc BEV-ul atunci când vine vorba de rază de acțiune și, chiar dacă este mult mai ineficient din punct de vedere energetic, e-metanolul poate fi o opțiune mai eficientă din punct de vedere al costurilor în toate ciclurile de conducere investigate. • Alegerea ciclului de conducere este mai decisivă decât dimensiunea autovehiculelor pentru consumul de energie și costuri. Costul incremental al BEV este dominat de dimensiunea bateriei și, prin urmare, aproape independent în timpul ciclului de conducere. Chiar dacă un „combustibil” mai puțin costisitor BEV-urile va fi mai scump decât electrocarbustorii. • O implementare la scară largă a electrocarburanților ar face o cerere nerealistă sistemului electric. În Suedia aprovizionarea cu apă nu ar fi o problemă, cu toate acestea, stocul de CO2 ar putea fi o problemă. O alternativă realistă pentru a reduce consumul de combustibili fosili în viitorul apropiat ar putea fi implementarea de combustibili combustibili sub formă de combustibil. • Folosirea electrocarburanților ca scădere oferă cea mai ușoară soluție pentru guverne de a integra electricitatea regenerabilă în sectorul transporturilor, deoarece nu depinde de clienții care cumpără BEV-uri sau producătorii de mașini care adaptează vehicule la combustibili noi.

BIBLIOGRAFIE

Fleck, R and Campbell, DJ. An experimental investigation into the potential of small

two-stroke diesel engines. IMechE proceedings, 1991. Paper C433/061.

Nomura, K and Nakamura, N. Development of a New Two-Stroke Engine with Poppet-

Valves: Toyota S-2 Engine. Proceedings of the International Seminar: “A New

Generation of Two-Stroke Engines for the Future ? “ held at IFP, Rueil-Malmaison,

France, November 29-30, 1993. Ed. P. Duret, pp. 53-62

Knoll, R. AVL Two-Stroke Diesel Engine. SAE Paper 980757, 1998

Masuda, T, Itoh, H, and Ichihara, Y. “Research on the Practical Application of 1 liter,

Semi-Dl, 2-Stroke Diesel Engine to Compact Cars”. SAE Paper 1999-01-1249, 1999.

Daihatsu Motor Co., Ltd, Press Information, The 61st International Motor Show (IAA), Frankfurt 2005. Available at www.daihatsu.com. 2005.

Hofbauer, P, "Opposed Piston Opposed Cylinder (opoc) Engine for Military Ground Vehicles," SAE Technical Paper 2005-01-1548, 2005.

Mattarelli, E., “Virtual Design of a novel 2-Stroke HSDI Diesel Engine”. Published on “International Journal of Engine Research”, Professional Engineering Publishing, June 2009 issue, Vol. 10 No 3 ISSN 1468-0874, pp. 175-193

DeltaHawk Diesel Engines Website, www.deltahawkengines.com

John M. Miller. Propulsion Systems for Hybrid Vehicles. The Institution of Engineering and Technology 2004.

Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Ali Emadi. Modern Electric, Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles, Fundamentals, Theory and Design. Second Edition. CRC Press 2010.

Gianfranco Pistoia. Electric and Hybrid Vehicles, Power Sources, Models, Sustainability, Infrastructure and the Market. Elesvier 2010.

Sam Van Nieuwenhuyse, Kaho Sint-Lieven. Verification of Performance of Induction Motor Field Oriented Control Strategy. Miskolc, 2007.

Emil Levi. Multiphase Electric Machines for Variable-Speed Applications. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 55, NO. 5, MAY 2008.

B. Kundrotas, S. Lisauskas, R. Rinkeviciene. Model of Multiphase Induction Motor. ELECTRONICS AND ELECTRICAL ENGINEERING 2011.

Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Sebastien E. Gay, Ali Emadi. Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles. Fundamentals, Theory, and Design.

Jonas Ottosson. Energy Management and Control of Electrical Drives. Lund University 2007.

G.K. Singh. Multi-phase induction machine drive research—a survey. Electric Power Systems Research 61 (2002).

M. Zeraouila, M.E.H Benbouzid, D.Diallo. Electric Motor Drive Selection Issues for HEV Propulsion Systems: A Comparative Study. 2005 IEEE

C. W. Chapman, Modern High-Speed Oil Engines Volume II, The Caxton Publishing Co. Ltd., retipărită în iulie 1949

Nicolae Negurescu, Constantin Pană și Marcel Popa – Motoare cu ardere internă, Vol. 1, Editura Matrix Rom, ediția a II-a, 1996

L. Cummins Jr., Diesel's Engine — From Conception to 1918, Carnot Press, 1993

Sherman, Don (17 decembrie 2009), „A Two-Stroke Revival, Without the Blue Haze”, New York Times.

https://www.physik.unimuenchen.de/leifiphysik/web_ph09/umwelt_technik/08diesel/diesel.htm

Constantin Ghiță – Mașini electrice, Ed. Matrix Rom, București, 2005,

Stölting, H. D. (2008). Handbook of Fractional-Horsepower Drives (ed. Online). Springer.

Pelly, B.R. (1971). Thyristor Phase-Controlled Converters and Cycloconverters : Operation, Control, and Performance. Wiley-Interscience.

Fitzgerald, A.E. (2003). Electric Machinery (ed. 6th). McGraw-Hill. P. 688

Chiasson, John (2005). Modeling and High-Performance Control of Electric Machines (ed. Online). Wiley.

Bose, Bimal K. (2006). Power Electronics and Motor Drives : Advances and Trends. Academic Press.

Bedford, B.D. (1964). Principles of Inverter Circuits. New York: Wiley.

Ion Mihai, Dorin Merișca, Eugen Mânzărescu – Manual pentru autorizarea electricienilor instalatori, Centrul de Informare și Documentare pentru Energetică, București, 1998

Zimmermann, « Electronically Commutated D.C. Feed Drives for Machines Tools », Robert Bosch GmbH – Geschäftsbereich Industrieaurüstung, Erbach, Germany, in Proeeding of PCI Motorcon, september 1982, p. 69-86.

Gritzinger, Bob (May 4, 2016). "Ford Touts Second-Gen EcoBoost V-6, 10-Speed Trans for '17 F-150". WardsAuto.com.

Stoklosa, Alexander. "2017 Ford F-150 Raptor: The Beast Returns with an Aluminum Body and a Twin-Turbo V-6!". Car & Driver.

Stoklosa, Alexander (January 13, 2015). "The 17 Things You Need to Know About the 2017 Ford GT Supercar". Car & Driver.

"New 2011 F-150 3.5eXplorer EcoBoost" (PDF). Archived from the original (PDF) on August 20, 2010. Retrieved 2010-09-23.

FORD LAUNCHES UNPRECEDENTED NINE NEW ENGINES, SIX NEW TRANSMISSIONS IN NORTH AMERICA IN 2010". Ford.com (Press release). Ford Motor Company. January 8, 2010. Retrieved March 18, 2011.

Abuelsamid, Sam (July 26, 2010). "2011 Ford Explorer puts four-cylinder EcoBoost engine above V6 in pecking order". Autoblog..

Ripple, Roy Dennis (July 2017). "Dissecting Ford's EcoBoost Engine". motor.com. Retrieved January 25, 2020.

Shunk, Chris (September 12, 2011). "1.0 Ecoboost for Europe". autoblog.com. Retrieved March 19, 2019.

Martin, Jack (June 6, 2011). "Ford produces the smallest motor in its history – three-cylinder 1.0-Litre EcoBoost". gizmag.com.

"Ford to replace 2.0-liter EcoBoost engine after just 4 model years". Autonews.com. June 24, 2014. Retrieved March 19, 2019.

"2010 Ford S60 Concept Offers Look at EcoBoosted 1.6-liter Engine". KBB Green. Kelley Blue Book. Archived from the original on January 11, 2013. Retrieved July 19, 2009.

Balaskovitz, Andy (May 21, 2014). "Fuel-efficiency loan program looking beyond the Big Three". Midwest Energy News. Retrieved November 27, 2016.

Pettendy, Marton (July 27, 2009). "Ford Falcon EcoBoosted". GoAuto. John Mellor. Retrieved December 6, 2009.

"2015 Ford Mustang – USA Technical Specifications" (PDF). Ford.com. Ford Motor Company. Retrieved March 19, 2017.

BIBLIOGRAFIE

I. Lucrări românești

Abăitancei, H., “Sisteme alternative de propulsive”. Editura Universității Transilvania din Brașov, Brașov, 2002.

Abăitancei, H., Gh. A. Radu, ș.a., “Sisteme de recuperare hidraulică a energiei la bordul autovehiculelor”, Editura Universității Transilvania din Brașov, Brașov, 2010.

Abăitancei, H., Melis, A., Happe, T., "Analytical approaches to photobiological hydrogen production in unicellular green algae", Photosynthesis Research, 102, (2-3), 523-540, 2009.

Băltățanu, Adrian, Leonard Marin Florea, Comparison of electric motors used for electric vehicles propulsion, in ”Afases 2013”, Brasov, 23-25 May 2013.

Bucurenciu, Sorin, Vehicule electrice neconvenționale, Editura ICPE, București, 1999.

Idem, Aplicații ale pilelor electrice de combustie la vehiculele electrice, în ”Electrotehnica, Electronica, Automatica”, 53 (2005), Nr. 2.

Burnete, N., e.a. "Motoare Diesel si Biocombustibili pentru Transportul Urban", Editura "Nemira", Cluj-Napoca, 2008.

Clondescu, Gh., O.D. Tomuța, Acumulatoare electrice – întreținere și reparare. Ediția a 4-a, Editura Tehnică, București, 1977.

Cordos, Prof. dr. ing. Nicolae, Conf. dr. ing. Ioan Rus, Conf. dr. ing. Nicolae Burnete, Automobile : construcție generală, uzură, evaluare, Ed. Todesco, Cluj-Napoca, 2000.

Cososchi, B., Drumuri, Trasee, Editura Societății Academice „Matriu-Teiu Botez”, Iași, 2005.

Dasoian, M. A., Surse de curent chimice. Editura Tehnică, București, 1964.

Dănilă, B. C., “Cercetări privind recuperarea energie de frânare la un autovehicul hibrid-hidraulic (MAI- transmisie hidrostatică)”, teză de doctorat, 2009.

Duma, S., Resursele crustale mondiale, Edit. Presa Universitară Clujeană, Cluj-Napoca, 2007.

Flavin C., Lenssen N., Valul energetic, Editura Tehnică,București, 1995.

Hortopan, G., Utilizarea energiei electrice – Tracțiune electrică, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1963.

Liteanu, C., Gh. Rădulescu. Bazele membranalogiei. Editura Științifică și Enciclopedică, București, 1984.

Macarie, T., – Transmisii continue pentru autovehicule, Editura Universității din Pitești, 1999.

Mateescu, Gh. A., Electrochimia plumbului în soluții concentrate de acid sulfuric. Teză de doctorat, București, 1986.

Oniciu, L., Chimie fizică, electrochimie. Editura Didactică și Pedagogică, București, 1974.

Idem, Pila de combustie. Editura Științifică, București, 1971.

Oprean, I.M., Automobilul modern. Cerințe, restricții, soluții, Editura Academiei Române, București, 2003.

Piroi, Ion, Elisabeta Spunei, Tracțiune electrică, Ed. Eftimie Murgu, Reșița, 2013.

Piroi, Ion, Mașini electrice, Editura Eftimie Murgu, Reșița, 2009.

Racicovschi, Virgil, Grigore Danciu, Mihaela Chefneux, Automobile Electrice și Hibride, Ed. Electra, 2007.

Ruja, I., Acționări electrice, Universitatea „Eftimie Murgu" Reșița, Reșița, 1994.

Stănescu, R.C, Chiru A, Buzea D, Soare, I.T., Algae biogas at the romanian Black sea shore for commercial vehicles engines, Proceedings of the 13 th EAEC 2011 Congress, Valencia 2011.

Tănăsescu, Fl. T., ș.a., Conversia energiei, Tehnici neconvenționale, Editura Tehnică,București, 1986.

Văzdăuțeanu, V., Tracțiune electrică, Litografia Institutului Politehnic „Traian Vuia”, Timișoara, 1984.

Zaharia, Carmen, Energia și mediul, Editura Universității Al. I. Cuza, 2004.

II. Lucrări străine

Cahn, C.C. The State of the Art of Electric and Hybrid Vehicles, Proceedings of the IEEE, vol.90 No.2, February 2002, pp.247-275.

Chan, C.C., & Chau K. T., Modern Electric Vehicle Technology, Oxford University Press, 2001.

Chau KT, Wong YS, Chan CC (1999) "An overview of energy sources for electric vehicles". Energy Conversion and Management 40:1021-1039.

Ehsani M, Gao Y, Emadi A, Modern electric, hybrid electric, and fuel cell vehicles: fundamentals, theory and design, 2010.

Fuhs, A. E., "Hybrid vehicles and future of Personal Transportation", CRC Press, United States of America, 2009.

Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Ali Emadi. Modern Electric, Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles, Fundamentals, Theory and Design. Second Edition. CRC Press 2010.

III. Surse electronice

http://6profu.ro/testing/automobilul-electric/

http://documents.tips/documents/automobile-cu-sisteme-de-propulsie-alternative.html

http://documents.tips/documents/masini-hibrideelectrice.html

http://documents.tips/documents/referat-automobil.html

http://documents.tips/documents/referat-snp-auto-electric.html

http://documents.tips/documents/sisteme-noi-de-stocare-a-energiei-electrice.html

http://documentslide.com/documents/automobil-ul-electric.html

http://inventors.about.com

http://mikes.railhistory.railfan.net

http://newatlas.com/air-hybrid-vehicles-could-cut-fuel-consumption-in-half/17810/ (09.29.2016).

http://sloan.stanford.edu

http://www.autoelectricsupplies.fr

http://www.automobile-propre.com

http://www.dimec.unisa.it

http://www.e-automobile.ro

http://www.econogics.com/ev/evhi stry.htm

http://www.en.wikipedia.org

http://www.fueleconomy.gov/feg/hybridtech.shtml (10.08.2016).

http://www.greenbatteries.com

http://www.hybrid-cars.org/featured/hybrid-car-disadvantage (11.06.2016).

http://www.moteurnature.com

http://www.referate.ro

http://www.teslamotors.com

http://www.toyota.com (14.02.2016).

http://www.wrightspeed.com

http://www.youtube.com

http://www.zenncars.com/ (09.01.2012).

https://ro.wikipedia.org/wiki/Lightning_GT#cite_note-1 (13.05.2016).

xxx U.S. Department of Energy – Energy Efficiency and Renewable Energy http://www1.eere.energy.gov.

ANEXE

Diesel-4-Takt-Motor

.

Ford EcoBoost engine

Secvența de testare a ciclului de antrenare zilnic executată dimineața

Câteva selectează metrici de calitate ale unității SAE J2951 dintr-un studiu care a comparat diferiți drivere de la șoferii dyno profesioniști la șoferul robotului

.

Trei cilindri 1 L

1,5 L cu trei cilindri

1,5 L cu patru cilindri

1.6L cu patru cilindri

2 L cu patru cilindri

2.3L cu patru cilindri

2.7L cu șase cilindri

3.5L cu șase cilindri

.