A.Automobilele cu propulsie hibridă [311680]

ARGUMENT

Majoritatea covârșitoare a [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat] a mediului înconjurător.

[anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat]-o parte, dorința și necesitatea de a reduce emisiile poluante (CO, HC, NOx, particule) și cu efect de seră (CO2) [anonimizat], reducerea dependenței de combustibilii convenționali (benzină și motorină).

Sistemele de propulsie alternativă sunt reprezentate de propulsoarele hibride (termic + electric), de cele complet electrice și de sistemele cu pilă de combustie. [anonimizat], neconvenționali sunt reprezentați de: gazul petrolier lichefiat (en: LPG), gazul natural comprimat (en: CNG), etanol (E85), biodiesel și hidrogen.

A.Automobilele cu propulsie hibridă

Propulsoarele hibride (motor termic + motor electric) [anonimizat]: consum redus de combustibil (ex. Toyota Prius) sau performanțe dinamice ridicate (Porsche 911 GT3 Hibrid).

Fig.1.

Un automobil cu sistem de propulsie hibrid păstrează și chiar extinde autonomia unui automobil clasic cu propulsor termic. [anonimizat], din punct de vedere al consumului. [anonimizat] (energie mecanică) este recuperată (energie electrică) și stocată în baterii (energie chimică), pentru o utilizare ulterioară.

Pentru accelerații puternice ale automobilului motorul electric poate asista motorul termic pe durate scurte de timp. [anonimizat] a automobilului, [anonimizat], pentru a evita consumul inutil de combustibil în timpul funcționării la regim de mers în gol (ralanti).

[anonimizat].

B.[anonimizat], [anonimizat] a revoluționa industria automobilelor. [anonimizat] (H2O).

Automobilele cu pile de combustie sunt propulsate tot de motoarele electrice. Diferența față de automobilele electrice constă în sursa energiei electrice. [anonimizat]-un procedeu chimic de combinare a hidrogenului (H2) cu oxigenul (O2).

[anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], gaz natural sau chiar benzină. [anonimizat] hidrogenului pur, constă în randamentul mai scăzut, datorită introducerii unei reacții chimice în plus pentru obținerea hidrogenului.

Principalele dezavantaje ale acestor tehnologii sunt metodele de obținere ale hidrogenului pur și modul de stocare al acestuia la bordul automobilului.

C.Automobilele electrice

Automobilele electrice (ex. Nissan Leaf) sunt propulsate de motoare electrice, alimentate cu energie electrică stocată în baterii. O particularitate a motoarelor electrice, utilizate pentru propulsia automobilelor, este dată de faptul că acestea pot funcționa și în regim de generator. Astfel, în timpul frânării sau a coborârii unor pante lungi, automobilele electrice produc energie electrică care este înmagazinată în baterii.

Fig.3.

Avantajul automobilelor electrice constă în lipsa emisiilor poluante, funcționarea silențioasă și costul de întreținere mai redus. Toate aceste avantaje sunt umbrite de o serie de dezavantaje: prețul ridicat (în principal datorită bateriei), autonomia redusă și durata mare de încărcare a bateriilor.

D.Automobilele cu gaz petrolier lichefiat

Gazul petrolier lichefiat (GPL) este un combustibil fosil care poate fi folosit pe motoarele termice ale automobilelor. Majoritatea automobilelor care funcționează cu GPL sunt bi-combustibil deoarece utilizează și un alt combustibil, de obicei benzina. Aceste automobile au sisteme de stocare, alimentare și injecție specifice pentru cei doi combustibili.

Principalele avantaje ale utilizării gazului petrolier lichefiat pentru motoarele termice sunt: emisii poluante mai reduse și prețul de cost mai mic. Dezavantajele utilizării GPL-ului sunt necesitatea unor sisteme adiționale de stocare și alimentare pe automobil, precum și consumul specific mai mare al motorului.

Fig.4.

E.Automobilele cu etanol (flex-fuel)

Motoarele clasice pe benzină pot fi adaptate să funcționeze și cu etanol în anumite proporții. Un automobil flex fuel poate funcționa cu benzină, etanol în proporție de 15% (E15) sau în proporție de 85% (E85). Aceste motoare folosesc același sistem de stocare, alimentare și injecție, indiferent de compoziția combustibilului.

Printre avantajele unui automobil flex fuel se regăsesc: obținerea combustibilului (etanol) din culturi agricole (porumb, trestie de zahăr), emisii poluante mai scăzute și aproximativ același cost de producție cu cel al unui automobil pe benzină. Dezavantajele sunt consumul mai mare de combustibil și dificultăți la pornirea la rece în cazul utilizării predominante a etanolului (E85).

F.Automobile cu gaz natural comprimat

Similar cu automobilele pe GPL, cele cu gaz natural comprimat (GNC) funcționează pe două tipuri de combustibil. Gazul natural este o hidrocarbură incoloră, inodoră și nu are efecte corozive sau cancerigene. Gazul natural conține aproximativ 97% metan (CH4).

Fiind mai ușor ca aerul, gazul natural nu curge pe sol, ci se disipă în atmosferă. Acesta este în avantaj comparativ cu benzina deoarece se reduce foarte mult pericolul de incendiu în cazul unui accident.

Avantajele automobilelor cu GNC sunt emisiile poluante și cu efect de seră mai reduse, precum și prețul de cost mai redus al gazului natural.

Un dezavantaj al GNC-ului este densitatea de energie mai scăzută, comparativ cu benzina. Pentru a-i crește densitatea de energie, gazul natural se comprimă până la valori de 200 bari. Chiar și la aceste presiuni ridicate, densitatea de energie este de doar 20%, comparativ cu același volum de benzină. Din aceste motive autonomia automobilelor cu GNC este mult mai redusă comparativ cu cele pe benzină.

Fig.5.

G.Automobilele cu biodiesel

Biodiesel-ul este o formă de motorină produsă din uleiuri vegetale, grăsimi animale sau uleiuri menajere reciclate. Amestecurile uzuale de biodiesel sunt: B2 (2% biodiesel, 98% motorină), B5 și B20. Combustibilii biodiesel B2 și B5 pot fi utilizati fără probleme în majoritatea motoarelor diesel.

Comparativ cu o motorină, biodiesel-ul are următoarele avantaje: se poate produce din surse regenerabile, se poate utiliza în orice tip de motor diesel, în urma arderii se produc mai puține emisii poluante și cu efect de seră, este biodegradabil, nu este toxic și se manipulează în condiții mai puțin periculoase.

Fig.6.

Cu toate acestea, comparativ cu o motorină, un combustibil 100% biodiesel (B100) are următoarele limitări: consumul de combustibil este mai ridicat iar performațele dinamice mai reduse (cu aproximativ 10% la B100 și 2% la B20), prețul de producție este mai ridicat, apar probleme de ardere la temperaturi scăzute și fiabilitatea motoarelor poate fi afectată.

F.Automobilele cu hidrogen

În cazul automobilelor, pentru propulsie, hidrogenul poate fi utilizat în două moduri: la pile de combustie sau ars direct în cilindri. Potențialul utilizării hidrogenului este imens, datorită faptului că poate elimina dependența de petrol.

Hidrogenul (H2) este cel mai ușor și abundent element din Univers. Problema este că, pe Terra, nu se găsește sub formă liberă, ci în combinație cu atomi de carbon (C) sau oxigen (O2).  Astfel, hidrogenul se poate obține prin electroliza apei, care presupune desfacerea legăturilor dintre oxigen și hidrogen cu ajutorul energiei electrice, sau prin reformarea combustibililor fosili (de obicei gazul natural).

Un motor care arde hidrogen, în loc de benzină, este mai robust, deoarece presiune rezultată în urma arderii este mai mare. Un motor cu hidrogen are puterea mai mare cu aproximativ 20% față de motor similar, cu combustibil convențional.

Odată stocat, de obicei sub formă gazoasă sau lichidă, hidrogenul poate fi utilizat ca și combustibil pentru motoarele cu ardere internă. Un dezavantaj, comparativ cu combustibili convenționali, este densitatea de energie mai scăzută. Utilizarea hidrogenului ridică probleme deosebite deoarece acesta este inflamabil și este de asemenea stocat la presiune foarte mari.

Fig.7.

Concluzii

Încet dar sigur, automobilele cu propulsie alternativă încep să fie o soluție viabilă a societății moderne. Primul salt tehnologic a fost reprezentat de propulsia hibridă. Deja, automobilele hibride sunt apariții normale, aproximativ toți marii constructori de automobile fiind antrenați pe acest domeniu.

Saltul tehnologic următor cred că va fi cel al automobilelor pur electrice, dar va mai dura aproximativ 10 ani până când vor avea o cotă de piață similară cu cea a automobilelor hibride din prezent.

Combustibili alternativi (GPL, GNC, E85 și B20), sunt utilizați de asemenea pe scară largă, la nivel mondial. Cu excepția GPL-ului, restul combustibililor au succes doar pe anumite piețe și sunt strâns legați de capacitatea de producție locală. De exemplu, o piață foarte dezvoltată pentru automobilele cu etanol (flex-fuel) o reprezintă Brazilia, unde, producerea acestui combustibil este facilă, datorită culturilor imense de trestie de zahăr.

Utilizarea hidrogenului pentru propulsie, rămâne pentru moment, doar la nivel experimental. Problemele legate de costul de producție al hidrogenului, modul de stocare al acestuia și infrastructura necesară pentru distribuție, nu vor permite, pentru o perioadă lungă de timp, utilizarea pe scară largă a hidrogenului pentru propulsia automobilelor.

CAP.1. AUTOMOBILUL ELECTRIC

1.1. Istoria autovehiculului electric

Primele încercări de propulsie electrică sunt menționate pe la începutul celui de-al patrulea deceniu al secolului XIX. Primul automobil electric a fost construit de către omul de afaceri scoțian Robert Anderson în 1832.

Americanul Thomas Davenport a construit o mică locomotivă electrică în anul 1835, un model similar al scoțianului Robert Davidson în 1837 (prezența scoțienilor în istoria vehiculelor electrice pare a fi un argument solid privind costul și eficiența acestora).

În anul 1834 Hermann von Jacobi instalează un motor pe un vapor cu zbaturi și în 1838 pe unul cu elice. Tramvaiul electric apare mai târziu, în 1879, și este datorat americanului de origine belgiană K.J. Depoele. Cunoaște o evoluție mult mai rapidă din cauza dezinteresului magnaților din petrol și industria constructoare de mașini față de acest segment. Este și motivul pentru care acest mijloc de transport perimat a dăinuit până azi.

Prima mașină ce a depășit viteza de 100 km/h a fost electrică și construită în Belgia în 1899 (105 km/h).

Există informații precum că Tesla ar fi instalat primul său motor electric pe un automobil în 1897 și ar fi parcurs 800 km cu o viteză medie de 151,246 km/h (și maximă de 193 km/h); Părerea autorului lucrării de disertatie, este că, tinând cont de preocupările reusite ale marelui savant, de a transmite curent electric prin unde wireless, este aproape sigur că Tesla nu a echipat autoturismul său electric cu baterii acumulatoare, ci a asigurat alimentarea motorului electric prin wireless. Aceasta fiind si marele handicap al celorlalti, privind gabaritul bateriilor. In acest fel, Tesla si-a asigurat un mare atuu, al greutatii mult mai mici al autovehiculului, de aici probabil si viteza mult mai mare obtinută decat ceilalti adversari in domeniu. Dar datele privitoare la reușitele marelui savant sunt ascunse cu mare grije, iar ceea ce răsuflă nu poate fi verificat.

În acel an, 1897, în New York apar taxi-urile electrice. Începând din 1900, mașinile electrică se bucură de un extraordinar succes, ele fiind mai numeroase decât cele cu abur sau cu benzină. Dar interese oculte impun declinul electricului ce se face resimțit prin 1920.

În 1966 congresul american recomandă construirea de vehicule electrice pentru reducerea poluării aerului. Era doar recunoaștere semioficială a stadiului dezastruos al mediului (cantitatea uriașă a noxelor din aer și a metalelor grele ce deteriorează apa și solul) și nicidecum vreo schimbare de orientare economică (ba mai mult, specialiștii pot bănui primele încercări ale scenariului „crizei” petrolului din 1973 – în 1950 industria petrolului american a deținut supremația mondială, dar în 1965 s-a înregistrat un ușor declin ce avea să se amplifice după 1970).

In 1976 congresul american a produs „Electric and Hybrid Vehicle Research, Development, and Demonstration Act” pentru a favoriza dezvoltarea de noi tehnologii pentru baterii, motoare și componente hibride. In acest timp însa, japonezii fac într-adevăr reale progrese. Și nu numai ei.

Peste 1.200 de fabrici sau ateliere au produs mii de modele de vehicule electrice.

Nici una dintre marile companii constructoare de autovehicule nu a ocolit capitolul propulsie electrică, dar nu-și pot permite decât o ieșire timidă pe piață pentru a nu perturba echilibrul afacerilor îngemănate petrol – auto. Ultima găselniță în materie este un model sport electric denumit Tesla Roadster în varianta de bază și cea Sport cu diferențe semnificative: accelerație 0 – 96 km/h 3,9 respectiv 3,6; 248 respectiv 288 CP; 109.000 respectiv 128.500 usd. S-au vândut 150 exemplare. Automobilul este fabricat de Tesla Motors care nu are nici o legătură cu savantul.

Urmează să apară un rival de la McLaren denumit P1-E la un preț de numai 60.000 euro.

Privind lucrurile in ansamblu, observam ca din ce in ce mai mult se discuta la televizor dar si pe diferite canale media, despre masinile viitorului, masinile hibrid si cele electrice. Marile companii precum Toyota sau General Motors renunta treptat la combustibil si incep sa-si transforme marcile de masini in hibrizi. Pe de alta parte se pare ca alte companii au profitat de acest moment pentru a se lansa pe piata cu modele de masini 100% electrice.

Tesla, Byd, Venturi sunt cateva companii care au intrat pe piata auto cu marci 100% electrice si daca va ganditi ca aceste masini nu se pot ridica la standardele celor pe benzina sau motorina, va inselati. Venturi si Tesla pot demonstra cu brio ca si un model electric poate avea perfomante ridicate, cei doi intrand pe piata auto cu roadstere foarte capabile.

Cel mai probabil viitorul auto este unul electric, lucru recunoscut si de marii producatori precum Renault care urmeaza sa lanseze gama de masini electrice Renault ZE sau de General Motors care tocmai a lansat modelul electric Chevrolet Volt.

1.2. Generalitati despre autovehicule electrice

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

Vehiculele electrice au, fata de vehiculele cu motoare termice, o serie de avantaje, si anume:

reducerea drastica a poluarii chimice si fonice;

posibilitatea de utilizare a unor sisteme de actionare sofisticate, oferite de cele mai moderne realizari in domeniul actionarilor electrice;

posibilitatea realizarii comode a sistemelor de franare antiblocante, prin utilizarea franarii electrice; daca franrea este recuperative, se face si o importanta economie de energie;

posibilitatea de actionare individuala a rotilor (eventual, prin inglobarea motoarelor de tractiune in roti, realizand asanumitele motoroti); aceasta conduce la simplificarea sistemelor de transmisie, cea mai importanta fiind eliminarea diferentialului mecanic.

Principalele dezavantaje pe care le pun automobilele electrice si care ingreuneaza proliferarea acestora sunt urmatoarele:

densitatea de energie si de putere a acumulatoarelor electrice actuale este semnificativ mai scazuta decat a combustibililor ( la un automobil pe benzina densitatea de energie este 10500 Wh/kg, iar la un automobil electric cu acumulator cu plumb-acid densitatea de energie fiind 161 Wh/kg); aceasta face ca, pe de o parte, autonomia automobilelor electrice sa fie inferioara celei din cazul automobilelor clasice: 150-250 km, fata de 400-800 km; pe de alta parte, viteza maxima a automobilelor electrice (100-130 km/h) este mai scazuta decat a automobilelor clasice (cca 200 km/h); de asemenea, acceleratiile realizate cu automobilele electrice sunt inferioare celor din cazul automoblielor clasice;

sunt necesare statii de incarcare a bateriilor de acumulatoare; acestea pot fi dotate fie cu acumulatoare preincarcate, care sa le schimbe pe cele descarcate de pe automoblile-ceea ce pune probleme de depozitare si de asigurare a unei diversitati de baterii, in functie de tipurile de automobile existente, fie cu instalatii de incarcare a bateriilor direct pe automobile; in ultimul caz, se pune problema timpului de incarcare, acesta fiind de ordinul orelor pentru o incarcare completa normala (doar pentru incarcari partiale, el poate fi redus la ordinal minutelor-zecilor de minute);

sunt necesare investitii initiale mari, daca productia automobilelor este de serie mica.

Bateriile de acumulatoare cu energii mari si, mai ales, pilele electrice de combustie ofera, insa, noi posibilitati, justificand o reevaluare promitatoare a fezabilitatii vehiculelor electrice rutiere.

In urmatoarea figura este prezentata schema bloc a unui automobil electric:

Fig 1.1.

Sistemul de actionare a unui automobil electric trebuie sa satisfaca o serie de cerinte, cele mai importante fiind prezentate mai jos:

Pentru o baterie data, autonomia automobilului creste daca, pe de o parte, pierderile in sistemul de actionare sunt mai scazute, iar, pe de alta parte, masa acestui sistem este mai scazuta ( contribuind, astfel, la scaderea masei totale a automobilului si, implicit, la scaderea energiei necesare accelerarii si invingerii rezistentei la inaintare a automobilului); reducerea pierderilor din sistemul de actionare implica utilizarea unor sisteme de comanda si motoare electrice de tractiune cu randamente ridicate: masa sistemului de actionare poate fi redusa, in esenta, pe doua cai:

– utilizand acele tipuri de motoare electrice si de convertoare care au puteri specifice (kW/kg) mari;

– introducand racirea fortata, cu aer sau chiar cu apa, a motorului si a convertorului ( cu posibilitatea de utilizare a fluidului cald – atunci cand este necesar – la incalzirea automobilului).

Sistemul de actionare trebuie sa fie cat mai ieftin posibil, tinand seama ca bateriile de tractiune sunt, inca, foarte scumpe.

Componentele sistemului de actionare trebuie sa nu necesite – pe cat posibil intretinere, pe durata de viata a automobilului (150000-200000 km).

Sistemul de actionare trebuie sa fie fiabil, foarte rezistent la socuri si la vibratii

1.3. Modele de automobile electrice

1.3.1.Chevrolet Geo Prism 1994

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

Fig.1.2.

Acest vehicul este detinut de catre Jon Mauney.

Modificarile care au dus la transformarea intr-un automobil electric:

Motorul cu combustie interna a fost inlocuit cu un motor de curent alternativ;

Ansamblul ambreiajului a fost scos impreuna cu toba de esapament, catalizatorul si rezervorul autovehiculului;

Transmisia manuala a ramas montata pe masina functionand numai in treapa a II-a de viteza;

Motorul de curent alternativ este comandat prin intermediul unui invertor (P=50 kW, Uin=300 V cc, Uies=240 V ca, trifazat);

Bateriile au fost asezate pe podeaua automobilului;

50 de baterii de 12 V plumb-acid conectate in serie cate 25 pentru a avea Uin=300 V cc;

Au fost adaugate motoare electrice pentru: pompa de apa, servodirectie, aer conditionat;

Schimbatorul de viteze de la transmisia manuala a fost inlocuit cu un comutator, deghizat intr-un schimbator automat pentru controlul mersului inainte si inapoi;

Fig.1.3.

Un mic incalzitor electric a fost adaugat pentru a produce caldura;

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

Fig.1.4.

Indicatorul de carburant a fost inlocuit de un voltmetru;

Fig.1.5.

Specificatiile tehnice ale autovehiculului construit:

– autonomie: 80 km;

– acceleratie: 0 – 100 km/h in 15 secunde;

– consum la reincarcare: 12kWh;

– greutatea bateriilor: 500 kg;

– durata de viata a bateriilor: 3 ani.

Pentru a compara costul pe o mila, dintre un autovehicul electric si unul pe carburant, iata un exemplu: energia electrica in Carolina de Nord este 8 centi/kWh pe timpul zilei si 4 centi/kWh pe timpul noptii. Inseamna ca pentru o reincarcare completa costul este de 1 $ ziua si 50 centi noaptea. Pretul carburantului este de 1,2$ pe galon si masina merge 30 de mile cu un galon, atunci costul pe o mila este de 4 centi. In dezavantajul autovehiculului electric sta costul ridicat al bateriilor (aproximativ 2000 $). Durata de viata a bateriilor este de 20000 de mile, ceea ce inseamna 10 centi pe mila.

Tesla Roadster

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

Fig.1.6.

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

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

Care sunt avantajele conducerii unei masini electrice?

Reducerea dependentei de combustibil, zero emisii noxe, si un cost de mai putin de 2 centi pe o mila condusa. Multe zone ofera locuri de parcare speciale ca un privilegiu pentru automobilele electrice.

Cum functioneaza?

Un vehicul electric nu are o mecanica atat de complexa ca unul ce foloseste motor cu ardere interna. De exemplu: motorul in 4 timpi al unui automobil conventional are peste 100 de parti mobile, in comparatie motorul de la Tesla Roadster are doar unul si anume rotorul. In concluzie, masina transporta o greutate mai mica si are mai putine piese care se pot defecta in timp. Comparatia nu se opreste numai la partile in miscare, ci continua cu cosumul de ulei, filtre, ambreiaj, bujii, filtru de aer, pompa de apa, catalizator, toba de esapament etc., toate aceste necesitand service. Toate aceste componente nefiind necesare unui autovehicul electric.

Sistemul de stocare a energiei (ESS)

Atunci cand se doreste construirea unei masini electrice foarte performante, cea mai mare provocare o reprezinta inca de la inceput, bateriile. Complexitatea lor este clara: sunt grele, scumpe si ofera o putere limitata. Are o calitate care eclipseaza toate aceste dezavantaje: e curat din punct de vedere ecologic.

Blocul de baterii de la Tesla Roadster, reprezinta cea mai mare inovatie pe care au descoperit-o cei de la Tesla Motors, fiind cele mai avansate tipuri de baterii din lume, combina tehnologia bazata pe Litiu-Ion cu un bloc de baterii unic care prezinta mai multe straturi de izolatie. Sunt usoare, durabile, reciclabile si sunt capabile sa dezvolte suficienta putere pentru a accelera autovehiculul de la 0 – 100 km/h in 3,9 secunde.

Motorul

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

Transmisia

Tesla Roadster are doar 2 viteze ce iti permit sa conduci dupa bunul plac, indiferent daca folosesti treapta de viteza adecvata sau nu, deasemenea nu exista pedala de ambreiaj. Odata cuplata in viteza din schimbator, invertorul comanda motorul.

Sistemul Electronic de Comanda al motorului

Majoritatea subsistemelor instalate pe Tesla Roadster sunt in totalitate comandate electronic sub supravegherea permanenta unui calculator de bord. Toata partea de comanda este integrata intr-un DSP. El controleaza cuplul motorului, reincarcare, franarea recuperativa si monitorizeaza tensiunea furnizata de baterii, turatia motorului si temperatura.

1.4. Alte sisteme

a. Un alt concept revoluționar este reprezentat de autovehiculul electric cu sistem de extindere a autonomiei și cu un motor cu ardere internă de capacitate mică și foarte eficient. Dacă, după o călătorie mai lungă, folosind exclusiv sistemul electric, nivelul de încărcare al acumulatorului scade, sistemul de extindere a autonomiei are rolul de a încărca acumulatorul. Motorul cu ardere internă funcționează permanent în regimul de lucru ideal, deci consumă o cantitate minimă de carburant. Următorul pas este reprezentat de autovehiculul electric cu un acumulator de capacitate mare, care este alimentat exclusiv de la rețeaua de energie electrică, putând fi propulsat fără emisii de noxe, în măsura în care energia de încărcare este produsă pe căi regenerative.

b. Propulsia cu hidrogen (pilă de combustie)

Fig.1.7.

Energia chimica este transformata în energie electrica. Componenta esentiala a fiecarui element individual dintr-o pila cu combustibil – mai multe astfel de elemente alcatuiesc o baterie – este o membrana permisiva pentru schimbul de protoni.

Aceasta este interpusa între cei doi electrozi, anodul si catodul, fiecarui element al pilei de combustibil. Hidrogenul intra în element prin zona anodului, iar catodul este alimentat cu aer. Mai multe asemenea elemente pot genera împreuna suficienta enrgie pentru a pune în miscare un vehicul. Hidrogenul si oxigenul reactioneaza în interiorul fiecarui element, rezultând apa în zona catodului. Energia se degaja în urma acestui proces. Pila cu combustibil asigura conversia energiei chimice din procesul de oxidare, cunoscut si sub denumirea de "combustie rece", direct în energie electrica. Gazul rezidual al acestei reactii consta în vapori de apa cât se poate de curati.

Atomii de hidrogen sunt descompusi în electroni si protoni în zona anodului. Protonii, încarcati cu sarcini electrice pozitive, trec prin membrana spre celalalt electrod, catodul. Electronii, încarcati cu sarcini electrice negative, sunt dirijati printr-un circuit extern înspre catod.

In esenta, acest curent electric alimenteaza motorul electric al masinii. In zona catodului, protonii reactioneaza cu oxigenul, în timp ce electronii determina formarea a ceea ce se numeste "apa reziduala", în cea mai mare parte evacuata prin teava de esapament.

Aproximativ 60% din energia generata în desfasurarea procesului ajunge sa fie transformata în electricitate.

Tipuri de pile de combustie

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

Fig.1.8.

Molten Carbonate Fuel Cells (MCFC) – carbonat topit. Aceasta pila de combustie foloseste ca si electrolit carbonati alcalini. Catalizatorii sunt otrăviți prin depuneri de metale alcaline, care blochează centrele de reacție sau prin acțiunea directă a unor agenți otrăvitori din gazul combustibil. Acestă pila de combustie are o rata mare de eficienta , in jur de 60%. Temperatura de operare se situeaza in jurul valorii de 600°C. Datorita acestei temperaturi foarte ridicate acest tip de pile nu poate fi folosit la consumul domestic.

Zinc Air Fuel Cells (ZAFC) in acest tip de pile de combustie se afla un electrod …, un anod din zinc separat de electrolit si un separator mecanic. Oxigenul reactioneaza cu zincul producand oxidul de zinc, ce produce electricitate.

Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC) – acid fosforic. Aceste pile care folosesc acidul fosforic ca electrolit sunt operate la temperaturi de 150-220°C, deasupra temperaturii de fierbere a apei. La aceste temperaturi, chiar în absența apei, acidul fosforic prezintă o bună conductivitate electrică. Ca electrozi se folosesc cărbunele poros, hârtie carbonică sau carbură de siliciu, iar catalizatorul este pe bază de platină. Hidrogenul, care constituie combustibilul trebuie să nu conțină CO deoarece acesta otrăveste catalizatorul de Pt. D. Pilele de tip PAFC sunt deja utilizate în centralele electrice de mare putere de 5 la 20MW. Temperatura mare de utilizare permite si generarea de energie termică în paralel cu cea electrică la valori între 50-1000KW. În ultimii ani se testează astfel de pile si în propulsarea autovehiculelor. Randamentul global este de cca 80%, din care cca 37-42% corespunde conversiei în energie electrică.

Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) – membrana acida polimerizata cu schimb de protoni. PEMFC utilizeaza un electrolit polimerizat in forma unei membrane foarte subtiri si permeabile. Polimerul folosit contine de obicei un derivat organic al acidului perfluorosulfonic prins intr-un lant de politetrafluoretilen (PTFE sau teflon). Acest lant contine din loc in loc structuri chimice terminate cu gruparea SO3H. Hidrogenul acestei grupari se disociaza de molecula cand aceasta este umezita si apare in solutie ca proton. Pe de alta parte, anionii SO3 sunt mai degraba prinsi in molecula polimerului decat liberi in solutie. Acesta este unul dintre avantajele principale ale acizilor polimerizati. Protonii liberi in solutie se pot astfel deplasa si mobilitatea lor sta la baza a ceea ce s-a numit “conductie protonica”. De aici vine si denumirea acestui tip de pila (PEM): de la expresia “proton exchange membrane” sau, de asemenea, de la “polymer electrolyte membrane”. Membranele de polimer acid pot fi realizate in folii extrem de subtiri, sub 50 µm, facand posibila micsorarea dimensiunilor pilei si prin urmare, obtinerea unor densitati de putere crescute. Scaderea grosimii foliei de electrolit scade considerabil rezistenta interna a pilei si, prin urmare, scad si pierderile resistive din interiorul ei. Unul dintre polimerii cei mai folositi este deja renumitul “Nafion”. Acesta este un copolimer de acid perfluorosulfonic si PTFE in forma acida, realizat cu aproximativ 40 de ani in urma de firma Dupont. Membranele Nafion PFSA au o utilizare larga in pilele de combustie cu membrana cu schimb de protoni (PEM). Membrana functioneaza ca un separator si un electrolit solid ce permite transportul selectiv de cationi prin jonctiunea pilei. Polimerul este rezistent din punct de vedere chimic si durabil. Desi utilizarile initiale ale Nafionului au vizat realizarea de membrane separatoare in industria electrochimica, in special in domeniul separarii clorurilor alcaline, aplicatiile ulterioare au fost variate, dar cea mai importanta este la realizarea pilelor de combustie. Catalizatorul, de obicei platina, este depus sub forma de nano clusteri (3-5 nm) pe un suport de grafit – particule de grafit de 0,7 – 1 µm si incastrate cu o parte intr-o folie de hartie grafitata. Doua folii sunt aplicate pe ambele parti ale membranei formand straturile de catalizator pentru anod si catod. Acest ansamblu PEM este cunoscut sub numele de membrana cu catalizator depus (CCM). Eficienta electrica este intre 40-50% si temperatura de operare – in jur de 60-120°C. Pilele astfel realizate genereaza intre 50 si 200KW.

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

Solid Oxide Fuel Cells (SOFC) – oxizi solizi. Pilele de tip SOFC sunt operate la temperaturi mari, uzual în jur de 1000° C. Atât electrozii cât si electrolitul sunt solizi, eliminând în totalitate posibilitatea pătrunderii electrolitului în structura poroasă a electrozilor. Temperatura mare de operare limitează mult materialele utilizate pentru elementele pilei. Cercetările au fost focalizate în realizarea unei pile de formă tubulară, constând dintr-un suport ceramic poros tubular, înconjurat de anod, electrolit si catod. Forma tubulară asigură o mai bună etansare pentru circuitul de gaze decât formele plane. Anodul este realizat din Ni metalic cu oxid de ytriu (Y2O3) stabilizat cu ZrO2, iar catodul este pe bază de perovskiți de tipul La1-xSrxMnO3 (manganit de lantan dopat cu Sr). Anodul si catodul au structuri poroase pentru a permite difuzia combustibilului (hidrogenul) si a produselor de reacție.

Tabelul.1.1.

Avantajele si dezavantajele pilelor de combustie

Avantajele utilizarii pilelor electrice cu combustie:

– randament ridicat (70% ÷ 85%) chiar si la functionare sub o sarcina partiala

– nu exista piese in miscare (exceptie: ventilul pentru reglarea debitului de gaze)

– functionare silentioasa

– exista posibilitatea utilizarii caldurii reziduale

– poluare aproape nula

– fiabilitate mult mai mare decat a motoarelor cu ardere interna, datorata numarului redus de componente mobile

– in cursul functionarii se produce o emisie slaba de oxizi de azot (nocivi)

– comparativ cu celelalte tipuri de pile, ele functioneaza la temperaturi joase (aprox. 80°C) ceea ce le confera avantajul unei inertii mici la intrarea in regimul de lucru.

– utilizand o tehnologie interna speciala de reformare, pilele de combustie de tip PEM pot utiliza, virtual, orice tip de combustibil bogat in hidrogen incluzand metanolul, etanolul, gazele naturale si benzina.

Dezavantajele utilizarii pilelor electrice cu combustie:

– pretul de cost este inca relativ ridicat

– instalatia este sensibila in cazul contactului celor doua gaze combustibile

– tensiunea electromotoare nu ramane constanta, ci scade in timpul functionarii

1.5. Particularitati ale automobilelor electrice

Un autovehicul electric este compus din:

motor electric;

controler;

baterie.

Motorul electric

Un autovehicul electric poate fi echipat cu un motor de curent alternativ sau un motor de curent continuu.

Daca motorul este de curent continuu, atunci el va avea o tensiune de alimentare cuprinsa intre 96 – 192 V.

Daca motorul este de curent alternativ, atunci el va avea o tensiune de alimentare cuprinsa intre 240 – 300 V. De obicei sunt trifazate asincrone sau sincrone fara perii.

Cazurile de mai sus sunt generale, deci pot exista si motoare care sa se alimenteze la alte tensiuni.

Motoarele de curent continuu sunt mai usor de instalat si mai ieftine. In general un motor are intre 20–30 de kW, iar chopperul intre 40–60 kW (de exemplu: un chopper alimentat de la 96 V va putea furniza maxim 400–600 A). Acest tip de motoare pot fi suprasolicitate pentru perioade scurte de timp, fara sa se deterioreze. Aceasta caracteristica da autovehiculului respectiv o acceleratie rapida.

Motoarele de curent alternativ sunt folosite aproape in intreaga industrie, deci se poate gasi mult mai usor unul potrivit si pentru un vehicul electric. In timpul franarii, motorul se transforma in generator si incarca bateriile prin intermediul invertorului, care poate functiona si ca redresor.

In urmatorul tabel vor fi prezentate diverse motoare de tractiune:

Tabelul 1.2.

Dintre toate tipurile de motoare electrice, cea mai promitatoare solutie pentru actionarea considerate se arata a fi motorul de c.c fara perii. Intr-adevar, acest motor nu are rival in privinta a doua caracteristici importante: randamentul si dimensiunile (masa). In plus, nu are contacte alunecatoare, implicand, deci, o intretinere foarte simpla.

De asemenea, el permite un reglaj foarte simplu al vitezei; invertorul sau PWM este actualmente binecunoscut si in continuu progress din punct de vedere al pretului, fiabilitatii si compactizarii.

Este adevarat ca, deocamdata, pretul acestui motor este ridicat, datorita costului magnetilor permanenti, dar el trebuie considerat in corelatie cu celelalte costuri: al energiei consumate de automobil – mai scazuta datorita randamentului mai ridicat si greutatii mai mici; al schemei de comanda – relativ simpla; al intretinerii foarte putin pretentioase. In plus, se intrevede o scadere in timp a costului magnetilor permanenti, ceea ce va determina si o scadere a pretului motorului.

Transmiterea cuplului motor la roti

Una dintre cele mai importante probleme ale tractiunii bazate pe aderenta o constituie modul de amplasare a motorului de tractiune pe vehicul si de actionare a rotilor motoare, acesta trebuind sa asigure atat transmiterea cuplului motor, cat si protejarea motorului de tractiune fata de socurile primite de la calea de rulare. In plus, la vehiculele cu roti pneumatice, transmiterea cuplului motor trebuie sa se faca astfel incat sa se asigure independenta rotilor motoare, pentru a reduce uzura pneurilor.

Deseori, parametrii sistemului de transmisie si parametrii electrici si mecanici ai motorului de tractiune se conditioneaza reciproc. La aceasta contribuie si faptul ca, spre deosebire de actionarile stationare, gabaritele care stau la dispozitie pe vehiculele electrice sunt restranse. Actionarea rotilor motoare ale unui automobil electric poate fi:

individuala, la care fiecare roata motoare este actionata de cate un motor;

colectiva, la care un motor actioneaza un grup de roti. Solutia clasica de actionare a automobilelor electrice (utilizata si la automobilele cu motoare termice) este aceea a actionarii collective.

Fig. 1.9. Principiul constructiv al unui diferential mecanic (M-motor de tractiune;PN-pinion;RD-roata dintată;CD-carcasa diferential;P-planetară;S-satelit;RM-roti motoare)

Pentru ca, o data cu transmiterea cuplului de la motor la roti, sa se asigure si independenta rotilor, in acest caz, este necesara utilizarea unui diferential mecanic, existand diverse solutii pentru realizarea acestuia. In figura urmatoare este prezentata una dintre cele mai simple solutii.

Diferentialul propriu-zis este format din “carcasa” CD, rotile dintate-planetare P si rotile dintate-sateliti S. Cuplul se transmite de la motorul M la carcasa diferentialului, prin intermediul unui reductor format din pinionul PN – fixat pe arborele lui M – si roata dintata RD – fixate pe CD (pentru simplitate, sa considerat ca reductorul are o singura treapta, cu roti dintate cilindrice). In continuare, cuplul transmis planetarelor (si, implicit, rotilor automobilului, rigidizate pe axele corespunzatoare ale planetarelor) prin intermediul satelitilor, acestia din urma putandu-se, eventual, roti in jurul axelor proprii. In acest fel, se asigura independenta relativa a celor doua roti motoare RM1 si RM2.

Acest sistem are o serie de dezavantaje:

randamentul actionarii este micsorat de frecarile introduse de diferential;

diferentialul contribuie la cresterea greutatii automobilului;

diferentialul are un cost relativ ridicat si necesita o intretinere suplimentara.

Pentru inlaturarea acestor dezavantaje, la automobilele electrice moderne se utilizeaza actionarea individuala, fiecare roata motoare avand motorul sau.

In acest caz, al actionarii individuale, cuplul poate fi transmis rotilor motoare in doua moduri:

direct;

prin angrenaje.

La transmiterea directa, rotorul motorului este solidar (eventual, prin intermediul unei transmisii cardanice – permite deplasarea relativa pe verticala intre anumite limite a rotilor fata de cadrul automoblilului -) cu roata motoare, turatia rotii fiind, deci, egala cu turatia motorului.

La transmiterea prin angrenaj, intre motor si roata motoare se dispune un angrenaj reductor, care face ca turatia rotii sa fie inferioara turatiei motorului (raportul de transmisie it>1).

Fig. 1.10. Transmiterea cuplului de la motorul de tractiune la roti: a)directă;b)prin angrenaj; (M-motor;RM-roata motoare;R-redactor)

Cu toate ca transmiterea directa a cuplului este mai simpla, ea nu este folosita decat in cazuri foarte rare – cand simplitatea constructiei este hotaratoare – , avand urmatoarele dezavantaje esentiala:

demontarea motorului pentru revizii necesita scoaterea rotii motoare;

vitezele uzuale, relativ reduse, de circulatie implica motoare cu turatii reduse; acestea au, la o putere data, gabarite si greutati mai mari decat motoarele cu turatii ridicate; la motoarele electrice uzuale, din considerente de gabarit si de utilizare economica a materialelor active (cupru, fier), viteza periferica a rotorului trebuie sa fie mai mare de cca 50 m/s; constructive, sa fie cel mult 70% din diametrul rotii; admitand viteza periferica a rotorului 50 m/s, rezulta ca viteza vehiculului trebuie sa fie egala cu cel putin (50/0,7) m/s=71 m/s=266 km/h, pentru ca motorul sa fie bine utilizat.

b. Controler (chopper / invertor)

Fig.1.11.

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

Fig.1.12.

Semnalul dat de potentiometre spune chopper-ului cât de multa putere sa furnizeze motorului electric. Sunt doua potentiometre din motive de siguranta, chopper-ul citeste ambele potentiometre si se asigura ca ambele dau acelasi semnal. Daca nu, chopper-ul nu functioneaza.

Majoritatea choppere-lor functioneaza la o frecventa de 15 kHz pentru a nu fi auzite de urechea umana. Pulsurile in motor cauzeaza o vibratie a motorului egala cu frecventa, iar o frecventa egala sau mai mare cu 15 kHz insemnand o functionare silentioasa a masinii. Daca autovehiculul este echipat cu un motor de curent alternativ, vom folosi un invertor, iar schema bloc va arata ca in poza urmatoare:

Fig.1.13.

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

c. Baterii

Dupa cum se stie alimentarea motoarelor de tractiune ale automobilelor electrice se face, uzual, de la baterii electrice, care in esenta sunt formate prin formarea, in diverse conexiuni a mai multor elemente – surse electrochimice. Sursele electrochimice convertesc energia chimica in energie electrica.

Veriga slaba intr-un autovehicul electric o reprezinta bateriile. Sunt cel putin 6 mari probleme ale bateriilor plumb-acid:

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

sunt voluminoase (autovehiculele devin robuste);

au capacitate limitata (poate furniza intre 12 – 15 kWh, ceaa ce poate insemna o autonomie de 80 km);

procesul de incarcare necesita timp indelungat (aporximativ 10 h);

au o durata de viata relativ scurta (3 – 4 ani, sau 200 de reincarcari);

sunt destul de scumpe (aproximativ 2000 $).

Bateriile plumb-acid pot fi inlocuite cu cele NiMH (nichel hidruri metalice). Autonomia autovehiculului se va dubla, iar bateriile au o durata de viata de aproximativ 10 ani, dar costul bateriilor este de 10 – 15 ori mai ridicat decat cel al bateriilor plumb-acid. Cu alte cuvinte, bateriile NiMH costa aproximativ 20000 – 30000 $, iar cele cu plumb-acid costa doar 2000 $. Daca privim probleme referitoare la baterii, vom avea o perspectiva diferita asupra folosirii benzinei si anume: la 7,5 litri de benzina ceea ce inseamna o greutate de 7 kg, costa 3 dolari si dureaza 30 de secunde pentru a o introduce in rezervor; este echivalentula 500 kg de baterii plumb-acid care costa 2000 $ si dureaza 4 h incarcarea. Problemele pe care le au bateriile explica de ce se pune accent asupra dezvoltarii pilelor de combustie. Acestea sunt mult mai mici, mai usoare, poluare chimica redusa, randament energetic ridicat (60%), densitate masica a energiei ridicata si se reincarca foarte rapid. Este evident ca autovehiculele viitorului vor folosi motorul electric pentru tractiune, iar energia electrica necesara va fi produsa de catre pilele de combustie.

Tipuri de baterii

acumulatori plumb-acid;

Caracteristi teoretice:

– tensiunea unei celule : 2,1 V;

– densitatea de energie : masica 161 Wh/kg; volumica 686 Wh/l.

In cazul acumulatoarelor cu plumb-acid uzuale, apa din electrolit se pierde in timp (prin evaporare, precum si prin descompunereai ei in H2 si O2 care se degaja la electrozi); de aceea, ea trebuie completata periodic. Pentru evitarea sulfatarii electrozilor, acumulatoarele trebuie reincarcate imediat dupa descarcarea lor. De asemenea, are loc o autodescarcare (descarcare fara a avea conectata o sarcina) a acumulatoarelor, ceea ce impune reincarcarea lor dupa perioade mari de neutilizare. Rezulta necesitatea unei intretineri pretentioase a acestor acumulatoare.

Tehnologiile moderne permit realizarea acumulatoarelor cu plumb-acid in asa numita varianta “fara intretinere”. In acest caz acumulatoarele sunt capsulate, au o constructie adecvata a electrozilor, iar electrolitul este “solidificat”, fie fixat intr-un gel, fie absorbit in materiale poroase de tip “vata”. La aceste acumulatoare, pierderile de apa sunt neglijabile, autodescarcarea este foarte redusa (circa 35 % din capacitatea nominala, dupa 12 luni), iar sensibilitatea lor la descarcari ocazionale outernice, la vibratii si la temperaturi joase este mult scazuta. Desi folosesc electrozi solidificati, densitatea de energie mai ales la descarcari rapide si temperaturi scazute este mai mare decat a acumulatoarelor uzuale. Desigur toate aceste se obtin cu pretul unui cost mai ridicat.

Avantaje:

– sunt relativ ieftine;

– au un numar relativ mare de cicluri de icnarcare – descarcare;

– folosesc pentru electrozi pumbul care este disponibil in cantitati mari;

– se poate realiza in varianta “fara intretinere”;

– exista productie in serie;

– la iesirea lor din functiune, plumbul din electrozi poate fi usor reciclat.

Dezavantaje:

– au densitate redusa a energiei, ceea ce implica greutati si volume mari;

– puterea lor scade odata cu descarcarea;

– capacitatea si energia lor scad, la temperaturi scazute;

– ofera posibilitati limitate de incarcare rapida (incarcarea lor completa se face pe timp de cateva ore);

– sunt sensibile la supracurenti (de incarcare sau descarcare).

acumulatori Ni-Cd;

Caracteristi teoretice:

– tensiunea unei celule : 1,3 V;

– densitatea de energie : masica 209 Wh/kg; volumica 693 Wh/l.

Dintre celelalte tipuri de acumulatoare, perspectiva de a fi utilizate in tractiune, datorita energiilor lor specifice ridicate, o au cele cu sodiu-sulf (NaS), precum si cele bazate pe litiu (Li). Pentru a obtine o conductivitate suficienta a electrolitului solid este necesara o temperatura ridicata (intre 300 – 400 oC; uzual 330 oC). Functionarea la o astfel de temperatura necesita o izolare termica compacta si eficienta. De regula se foloseste o izolatie termica vacuumata care acopera complet celulele acumulatorului, lasandu-se doar locuri pentru realizarea conexiunilor electrice. In incinta termica se instaleaza un incalzitor electric precum si un schimnbator de caldura lichid (pentru racirea celulelor in cazul unor descarcari puternice).

Avantaje:

– au un numar foarte mare de cicluri de incarcare descarcare;

– puterea lor se mentine relativ constanta dupa o descarcare partiala;

– au o comportare foarte buna la temperaturi scazute;

– ofera posibilitatea reincarcarii rapide

– nu necesita intretinere (acumulatoare capsulate);

– exista productie in serie.

Dezavantaje:

– sunt scumpe (datorita costului ridicat al cadmiului);

– pun probleme ecologice, cadmiul fiind toxic;

– incarcarea lor pune probleme la temperaturi ridicate;

acumulatori Na-S;

Caracteristi teoretice:

– tensiunea unei celule : 2,1 V;

– densitatea de energie: masica 792 Wh/kg; volumica 1196 Wh/l.

Principalele obstacole in utilizarea acestor baterii pe automobilele electrice sunt: numarul redus de cicluri incarcare – descarcare si puterea specifica scazuta la functionarea continua.

acumulatori litiu-ion

Un rol esențial în vederea dezvoltării sistemelor de propulsie electrice îl au acumulatorii litiu-ion, adevărate "rezervoare" de energie electrică. în cadrul joint venture-ului lor, SB LiMotive, Bosch și Samsung SDI și-au unit puterile pentru a dezvolta această tehnologie și pentru industria auto. Principalul obiectiv al acestei colaborări este acela de a mări de până la trei ori densitatea energiei în aceste baterii, precum și reducerea costurilor cu două treimi. Acumulatorii trebuie să fie concepuți astfel încât să ofere o mare rezistență la cicluri și o durată lungă de viață, garantând în același timp o funcționare sigură în toate condițiile de temperaturăși de funcționare.

Primul client al companiei SB LiMotive pentru celulele de acumulatori litiu-ion este BMW. Producătorul german de automobile va utiliza celule de acumulatori pentru autovehiculele electrice dezvoltate în prezent în cadrul proiectului "Megacity Vehicle".

d. Utilizarea ultracondensatoarelor

Conectand in paralel cu bateria de acumulatoare condensatoare cu capacitati ridicate (actualmente se realizeaza condensatoare cu dimensiuni rezonabile, avand capacitati de ordinul a 600 F, la 3 V), acestea din urma pot asigura energiile necesare in cazul pornirilor vehiculului sau al altor suprasarcini, menajand, astfel, bateria de acumulatoare si asigurand o autonomie mai ridicata a autovehiculului.

1.6. Concluzii

Avantaje si dezavantaje ale folosirii autovehiculelor electrice in locul autovehiculelor cu motoare clasice cu combustie interna.

Avantaje:

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

– se pot conduce usor, (unele nu au comenzi cu pedale pot fi utilizate si de catre anumite persoane cu handicap fizic);

– intretinere simpla, usor de manevrat in parcare si de incarcat bateriile;

– nu fac zgomot si nu emana fum, oxid de carbon, metale grele si alte noxe daunatoare mediului si vietii;

– nu consuma suplimentar la stationarea temporara -in trafic- la semafoare, etc;

– posibilitatea de utilizare a unor sisteme de actionare sofisticate, oferite de cele mai moderne realizari in domeniul actionarilor electrice;

– posibilitatea realizarii comode a sistemelor de franare antiblocante, prin utilizarea franarii electrice; daca franrea este recuperative, se face si o importanta economie de energie;

– posibilitatea de actionare individuala a rotilor (eventual, prin inglobarea motoarelor de tractiune in roti, realizand asanumitele motoroti); aceasta conduce la simplificarea sistemelor de transmisie, cea mai importanta fiind eliminarea diferentialului mecanic;

– au cuplu constant la variatii ale turatiei in limite mari.

Dezavantaje:

– principalul dezavantaj este acela al autonomiei reduse;

– au cost de achizitie ridicat;

– bateria de acumulatori are o densitate de energie scazuta, o durata de viata relativ mica limitata de numarul de cicluri incarcare – descarcare, timpi mari de incarcare;

– cheltuielile pentru intretinerea bateriilor sunt destul de ridicate;

– sunt necesare statii de incarcare a bateriilor de acumulatoare; acestea pot fi dotate fie cu acumulatoare preincarcate, care sa le schimbe pe cele descarcate de pe automoblile-ceea ce pune probleme de depozitare si de asigurare a unei diversitati de baterii, in functie de tipurile de automobile existente-, fie cu instalatii de incarcare a bateriilor direct pe automobile; in ultimul caz, se pune problema timpului de incarcare, acesta fiind de ordinal orelor pentru o incarcare completa normala (doar pentru incarcari partiale, el poate fi redus la ordinal minutelor-zecilor de minute);

– sunt necesare investitii initiale mari, daca productia automobilelor este de serie mica.

Cap.2. AUTOMOBILUL HIBRID

2.1. Introducere

Un scurt istoric al evoluției automobilului cu propulsie hibridă, care apare pentru prima dată la inceputul secoluluoi XX, ne arată că, în 1901, Ferdinand Porsche a proiectat vehiculul hibrid numit „Mixte”, care a doborat numeroase recorduri de viteza, si a castigat raliul Excelberg in 1901, pilotata de Ferdinand Porsche.

Avea un mic pachet de baterii pentru sustinere. A atins o viteza de 50 km’h si o putere de 5.22 kW.

In 1915, producătorul de vehicule electrice Woods Motor Vehicle a realizat vehicolul „Dual ower”, cu un MAI si un motor electric. La viteze mai mici de 25 km/h, vehiculul era antrenat numai de un motor electric actionat de un pachet de baterii, iar la viteze de peste 25 km/h intra in functiune motorul cu ardere interna care propulsa vehiculul cu o viteza de pana la 55 km/h

In 1931, Erich Gaichen a inventat un vehicul a carui caracteristici au fost folosite mai tarziu in proiectare de vehicule hibride. Bateriile vehiculului era incarcate de motorul electric cand masina cobora pante. Putere aditionala pentru incarcarea bateriilor era produsa de un cilindru cu aer comprimat care era reincarcat de pompe mici de aer activate de vibratiile sasiului si de frane.

Sistemul de franare regenerativa, conceptul cheie a majoritatea producatorilor de hibride, a fost dezvoltat de David Arthur in anii 1978 pe un Opel GT.

In 1989, Audi a produs primul vehicul hibrid prin vehiculul experimental Audi Duo. Acest vehicul avea un motor electric Siemens de 12,6 kW care actiona rotile din spate ale vehiculului. Un pachet de baterii Nichel-Cadmiu era amplasat in portbagaj pentru actionarea motorului electric. Rotile din fata erau actionate de un motor de 2300 cmc in 5 cilindrii care dezvolta o putere de 136 CP. Ideea era de a produce un vehicul care sa circule propulsat numai de motorul electric in interiorul oraselor, si de MAI in exteriorul acestora. Modul de operare putea fi ales de conducator. Doar 10 de astfel de vehicule au fost creeate, deoarece masina era mult ingreunata de sistemul electric. Vehiculele erau mult mai putin eficiente cand erau propulsate de motorul cu combustie decât modele standart Audi 100 echipate cu acelasi motor.

Autovehiculele hibride au fost facute cunoscute publicului in anii 1990 prin modelele Honda Insight si Toyota Prius, si sunt văzute de mulți producători ca tehnologiile viitorului pe piața auto.

Diferenta dintre o masina hibrid si una electrica este aceea ca hibridul este dotat cu doua motoare: unul pe carburant si unul electric. Aceste motoare pot functiona simultan in timpul mersului.

Spre doesebire de un hibrid, masina electrica este dotata cu un singur motor ce functioneaza cu acumulatori care pot fi incarcati cu energie electrica. Masina hibrid reduce emiterea de CO2 pe cand masina electrica nu emite noxe deloc.

De obicei masinile hibrid sunt dotate cu 2 motoare: unul normal ce functioneaza pe combustibil si unul electric care foloseste acumulatori. Cel din urma este folosit de obicei atunci cand masina ruleaza cu o viteza cuprinsa intre 1-80 km/h iar cand aceasta viteza este depasita trecerea se face automat pe motorul ce foloseste combustibil. Aceste conditii de rulare sunt cat se poate de justificate avand in vedere ca zonele cu cel mai inalt grad de poluare sunt orasele iar viteza de deplasare in oras este aproximativ intre 1-80 km/h. Acumulatorii pentru motorul hibrid folosesc 2 surse de incarcare. Prima sursa este priza normala iar a doua sursa este energia data de masina aflata in miscare (un principiu asemanator cu cel al dinamului).

Fiind o tehnologie noua, putem fi siguri ca va beneficia de imbunatatiri constante din partea constructorilor auto. O imbunatatire recenta fiind chiar sistemul inteligent de utilizare al pistoanelor in functie de viteza de deplasare.

Fig.2.1.

Modelul vehiculului electric hibrid

Fig.2.2.

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

TSofer = TMT+ TME

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

Principiul general al propulsării hibride

Sistemele hibride de propulsie utilizate la automobile sunt sisteme la care energia pentru autopropulsare este furnizată de cel puțin două surse bazate pe principii diferite de generare a energiei.

Fig.2.3. Organizarea generala a unui sistem hibrid de propulsie

După cum se poate constata în figura 2.3., cele 3 componente principale ale unui sistem hibrid de propulsie sunt urmatoarele:

– Un transformator de energie ireversibila;

– Un sistem de stocare a energiei reversibile;

– Un sistem de cuplare

Transformatorul de energie ireversibilă, constituie un sistem deschis ce utilizeaza un combustibil stocat în rezervor si oxigenul din aer. El produce energie si emite produsi de degradare generați prin reacții chimice.

Aceasta componenta poate fi:

un motor termic cu ardere internă sau externă, alternativă sau continuă;

un generator cu pilă cu combustibil;

un generator electrochimic reîncarcabil

Sistemul de stocare a energiei reversibile.

Acest sistem închis constituie un rezervor ce poate furniza sau primi energie din partea altor componente.

El poate fi:

• un acumulator electrochimic;

• un super-condensator;

• un volant de inertie;

• un sistem oleo-pneumatic;

În anumite situații acumulatorul electrochimic poate fi reîncarcat de la o sursă externă.

Sistemul de cuplare asigură legatura între celelalte două componente (surse energetice) și roțile motoare ale vehiculului.

Acest sistem reversibil poate avea componente mecanice (ambreiaje, cutii de viteze, mecanisme planetare, pompe) și/sau componente electrice (motoare, generatoare, etc).

Caracterizarea si clasificarea sistemelor hibride se poate face în functie de tipul transformatorului de energie, tipul sistemului de stocare si tipul sistemului de cuplare.

2.2. Componentele sistemelor hibride de propulsie

a. Transformatorul de energie

Această componentă are pentru sistemul hibrid de propulsie rolul de a furniza total sau parțial energia necesară autopropulsării vehiculului.

Ea trebuie sa dispună de o energie masică și volumică sporită.

Transformatoare de energie pentru propulsia automobilelor (tab.2.1)

În tabelul 2.1, de mai sus, sunt prezentate sintetic principalele soluții tehnologice posibile de transformatoare de energie.

Principalele tipuri de transformatoare de energie sunt:

Mașinile termice;

Pilele sau generatoarele electrochimice

Mașinile termice

Acestea transforma energia chimica a combustibilului în energie mecanica prin oxidarea atomilor de carbon cu ajutorul oxigenului continut în aer.

Masinile termice pot fi clasificate după modul de ardere sau după functionarea lor mecanică astfel:

– Motoare cu ardere internă ciclică (alternativă);

– Motoare cu ardere continuă

Motoare cu ardere interna ciclica (alternativa) cu ciclul de functionare în 2 timpi sau în 4 timpi, cu aprindere comandata (prin scânteie) sau prin comprimare (cu injectie directa sau indirecta) alimentate cu combustibil lichid sau gazos.

Randamentele maxime pot atinge 35-40%. Acest tip de transformator este utilizat la majoritatea hibridelor;

Fig.2.4.

Motoare cu ardere interna, continuă- Turbina cu gaze.

Mașinile rotative utilizate sunt bazate în general pe soluția centrifugală pentru compresor și radială pentru turbină.

Ele pot fi cu o treaptă sau cu două trepte, cu recuperator rotativ sau cu recuperator static, alimentate cu combustibil lichid sau gazos.

Randamentele obținute ating astazi 30% pentru puteri cuprinse între 40-100kW.

Randamentele așteptate în viitor vor fi de peste 40% iar emisiile vor fi reduse simțitor mulțumită arderii catalitice;

Fig.2.5.

Motorul cu ardere externa continuă- Motorul Stirling

Este o mașină termică cu piston (pistoane) in mișcare alternativă la care evoluția gazului (pur) are loc in circuit inchis;

Gazul este supus la o diferența de temperatură intre o sursă caldă și una rece;

Caldura este transmisă de la un incălzitor fie printr-un schimbător de caldura fie direct prin pereții părții superioare a cilindrului;

Comprimarea și dilatarea gazului determină mișcarea pistoanelor.

Acesta permite atingerea unor randamente ridicate de pâna la 40% și emisii poluante reduse ca urmare a arderii continue.

Fig.2.6. Motorul Stirling

Industrializarea sa poate pune probleme legate de temperatura de functionare (ce trebuie sa fie cât mai ridicată) și de dificultatea realizării unei bune etanșeități în interiorul mașinii.

O societate suedeza a produs în anii 90 motoare Stirling de putere redusă cuplate la un generator electric.

O putere electrică de 8 KW poate fi obținută cu un randament global de 33% și cu emisii poluante reduse.

Pilele sau generatoarele electrochimice.

Aceste componente transforma energia chimica continuta în produsii reactivi direct în energie electrica.

Pentru propulsia electrica si hibrida se disting urmatoarele tipuri de generatoarele electrochimice:

– pila cu combustibil;

– generatorul zinc-aer

Pila cu combustibil este un generator electrochimic la care produsele reactive (hidrogenul si oxigenul din aer) provin din sistemul de stocare exterior si din aerul ambiant.

Hidrogenul poate fi:

-stocat direct la bord (sub presiune, sub forma criogenica, sau prin intermediul hidrurilor metalice);

-obtinut prin reformarea metanolului, gazului natural, motorinei sau benzinei.

Randamentul pilei poate atinge 45-55%.

La ora actuala exista mai multe realizari bazate pe pila cu combustibil pentru autoturisme si autobuze urbane.

Fig.2.7.

Generatorul zinc-aer este un generator electrochimic care utilizeaza un anod de zinc si oxigenul din aer.

Acest generator electrochimic are foarte buneperformante specifice (200 Wh/kg si 100 W/kg) si poate fi reîncarcat mecanic în câteva minute prin schimbarea anozilor de zinc.

Tratarea prin dizolvare si electroliza permite reciclarea zincului pentru noi reîncarcari.

În tabelul 1, prezentat la inceputul capitolului, sunt prezentate sintetic principalele solutii tehnologice posibile de transformatoare de energie.

Putem constata ca anumite configuratii permit obtinerea directă a energiei electrice sau mecanice dorite (cazul 4 si 2) ele fiind cele mai performante din punct de vedere al randamentului, masei și volumului.

Alte solutii necesită o conversie de energie, fiind utilizate chiar dacă au randamente mai reduse (1,3,5).

Solutia în care au loc doua transformari de energie succesiv (cazul 6) este evitata.

b. Sistemul de stocare a energiei reversibile (acumulatorul)

În cazul unui sistem hibrid de propulsie, componenta care asigura stocarea energiei reversibile poarta denumirea de acumulator și are urmatoarele functiuni:

-Asigură energia necesară deplasării vehiculului atâta timp cât nu este utilizat transformatorul de energie ireversibilă. Acumulatorul va trebui în acest caz sa furnizeze energia necesară cu un nivel al puterii la care pot fi atinse performanțele dinamice dorite.

– Controlează diferența între puterea instantanee impusă de dinamica vehiculului si cea eliberată de transformatorul de energie, furnizând sau absorbind puterea suplimentară.

– Permite stocarea unei cantități de energie obținută prin recuperarea unei părți din energia cinetică a vehiculului în perioadele de frânare sau decelerare.

Principalele tipuri de acumulatoare utilizate pentru stocarea energiei sunt urmatoarele:

– Acumulatorul de energie electrică;

– Acumulatorul de energie mecanică;

– Acumulatorul de energie hidraulică;

Acest tip de acumulator transformă energia chimică conținută în materiale din componența sa (electrozi si electrolit) în energie electrică.

Dupa caracteristicile energetice și puterea masică se disting două familii de acumulatoare:

– Bateria de acumulatoare electrochimice

– Supercapacitorul

Bateria de acumulatoare electrochimice

În cazul acestor acumulatoare în reactiile chimice care se produc în timpul încarcarii sau descarcarii intervin materialele electrozilor.

În consecință, energia disponibilă este ridicată iar puterea furnizată este limitată de difuzarea sarcinilor prin suprafața electrozilor.

Fig.2.8.

Supercapacitorul este un acumulator electrostatic la care sarcinile electrice sunt stocate la suprafața electrozilor sub forma unui strat ionic.

Absența rezistentei de difuzie în suprafața materialelor permite obtinerea unor puteri de încărcare și descărcare foarte mari.

Acumulatorul de energie mecanică.

La acest tip de acumulator stocarea este realizată sub formă de energie cinetică într-un volant metalic sau din material compozit care se rotește cu o turație mare (de ordinul a 30.000-40.000 rot/min) într-o incintă izolată.

Acest acumulator oferă foarte bune performanțe în ceea ce privește puterea masică și durata de viață, având totuși în același timp o energie masică scăzută.

Fig.2.9.

Sistemele actuale mecano-electrice dispun de o mașină electrică reversibilă (motor/generator) în butucul rotorului și paliere cu sustentatie magnetica, constructie ce permite sporirea randamentului stocării și reducerea volumului ansamblului.

Fig.2.10.

Acumulatorul de energie hidraulică

Stocarea energiei la un astfel de acumulator este realizata prin comprimarea unui gaz într-un rezervor ce contine un fluid, încarcarea si descarcarea acumulatorului fiind efectuata cu ajutorul unui agregat hidrostatic reversibil motor-pompa.

Acest acumulator prezintă performanțe foarte bune în ceea ce privește puterea masică și durata de viață. Punctele slabe sunt legate de energia masică redusă și de marea complexitate a sistemului.

În tabelul 2, sunt prezentate principalele tipuri de sisteme de stocare a energiei.

Putem observa ca unele solutii nu necesita transformarea (cazul A si I) care sunt foarte bune ca randament, masă și volum.

Soluțiile cu dublă transformare (cazul C si G) sunt de evitat.

Soluțiile intermediare (cazul B, D, E, F, H) sunt necesare când se dorește stocarea energiei într-o formă diferită; ele sunt utilizate foarte frecvent.

Tabelul 2.2. Sisteme de stocare a energiei pentru propulsia automobilelor

c. Sistemul de cuplare a surselor de energie

Sistemul de cuplare are rolul de a asigura transferul și transformările de energie între roțile motoare și celelalte două componente.

Tabelul 2.3. Sisteme de cuplare pentru sisteme hibride de propulsie

Această cuplare se poate face:

– Printr-o legatură nereversibilă între transformatorul de energie și roțile motoare, ce face posibilă autopropulsarea autovehiculului;

– Printr-o legatură reversibilă între acumulatorul de energie și roțile motoare, care este utilizată pentru autopropulsarea vehiculului sau recuperarea energiei de frânare;

– Printr-o legatură nereversibilă între transformatorul de energie și acumulator care este utilizată pentru eventuala reîncarcare la oprirea vehiculului;

După cum este arătat în figura 2, de la inceputul capitolului, sistemul de cuplare are trei legături distincte cu exteriorul prin acestea fiind transferată și transformată energia în forme diferite.

Acestea sunt:

– o legatura cu transformatorul de energie prin care este transferata dupa caz energia mecanica, electrica sau hidraulica;

– o legatura cu sistemul de stocare a energiei prin care este transferata dupa caz energia mecanica, electrica sau hidraulica.

– o legatura cu rotile motoare prin care este transferata energia sub forma mecanica.

Putem vedea in tab.3, ca soluția ce utilizează energia mecanică se distinge de celelalte doua prin faptul ca nu necesită nici o transformare a formei de energie. Legatura transformatorului de energie cu roțile motoare va fi deci asigurată numai pe cale mecanică, sistemul de cuplare fiind pur și simplu intercalat în transmisie.

În aceasta situație sistemul de stocare va fi deci în paralel cu legatura transformator – roti motoare, caz în care arhitectura este denumită ca hibrid paralel.

In cazul celorlalte două soluții, energia produsă de transformator va fi integral convertită într-o formă de energie compatibilă cu cea schimbată de sistemul de stocare fiind necesară în final o transformare în energie mecanica.

Aceasta arhitectura poarta denumirea de hibrid serie.

Putem vedea că în această configurație sistemul de stocare (acumulatorul) este plasat în paralel cu legatura generator de energie – roti motoare.

Clasificarea sistemelor hibride de propulsie

Datorita faptului ca automobilul cu propulsie hibridă trebuie să ofere prestații similare celui clasic in special in privința autonomiei principalele configuratii vor trebui să includă motoare termice astfel încât ele vor fi de tip:

– termic-electric;

– termic-hidraulic;

– termic-pneumatic.

Dintre acestea, în domeniul propulsiei rutiere s-au dezvoltat și aplicat în fabricație de serie în special sisteme de tip termic-electric.

Avantajele pentru care a fost promovata configuratia termică-electrică sunt urmatoarele:

– Punerea la dispozitie a două lanțuri de tractiune ale caror performanțe sunt complementare, adică:

– Lantul termic, caracterizat de autonomie sporită multumită energiei masice a hidrocarburilor lichide (de ordinul de 10.000 Wh/kg față de 100-200 Wh/kg pentru un acumulator electrochimic) si usurinta de realimentare energetică (umplerea rezervorului se face în citeva minute);

– Lantul electric, caracterizat de un cuplu mare la pornirea din loc, suplețe în comandă, posibilitatea recuperării unei părți din energia cinetică a vehiculului în perioada de decelerare și de frânare, poluare ZERO a atmosferei la locul de exploatare, zgomot redus în functionare;

– Optimizarea funcționării sistemului ce permite combinarea avantajelor celor două lanțuri de tracțiune minimizând impactul dezavantajelor;

– Propunerea de vehicule ce dispun de funcțiuni suplimentare în raport cu vehiculele clasice, ceea ce permite acceptarea lor de catre piață, cunoscute fiind costurile suplimentare la achiziție și mentenanță;

– Transferarea consumului de la hidrocarburi către alte tipuri de energie primară prin intermediul unor vectori ca electricitatea sau hidrogenul în cazul hibridelor cu pila cu combustibil.

2.3. Clasificarea sistemelor hibride de propulsie

Un prim criteriu de clasificare a hibridelor cel mai frecvent utilizat, este în functie de modul de cuplare al celor doua lanturi de propulsie transformator – sistem de cuplare – roti dintate si sistem de stocare – sistem de cuplare – roti motoare.

Astfel distingem:

– hibridul serie pentru o legatura de cuplare prin care este transferata energia sub forma de energie electrica sau presiune;

– hibridul paralel pentru o legatura de cuplare prin care este transferata energia sub forma de energie mecanica;

– hibridul mixt serie – paralel sau dual mode pentru cuplari ce permit cele doua configuratii.

O astfel de clasificare nu este suficientă la ora actuală având în vedere ca hibridele de tip paralel, spre exemplu, au o multitudine de arhitecturi ce nu pot fi diferentiate decât ținând cont de modurile de funcționare ale sistemului.

Pe de altă parte, cum motorizările hibride sunt concurente motorizarilor clasice în ceea ce privește consumul, emisiile poluante sau costurile (de achizitie si de mentenanță) este propusă și o clasificare dupa functiunile complementare pe care le pot aduce.

Astfel aceste functiuni pot fi împărțite în două categorii, anume:

– functiuni ce participa numai la scaderea consumului de combustibil si a emisiilor poluante ale vehiculelor. Pentru conducator, un astfel de vehicul nu este diferit de vehiculul clasic cu motor termic în afara performantelor de consum si emisii poluante, caz în care vorbim de hibride discrete.

– functiuni care aduc beneficii suplimentare în ceea ce priveste:

domeniul de utilizare prin pătrunderea în zone restrictive;

limitarea sau anularea totală a poluării în zona de functionare în beneficiul populației locale;

limitarea consumului de energie convenționaă (fosila) și a poluarii globale în folosul colectivității.

Noutatea în cazul unui sistem total hibrid constă în faptul că motorul electric este suficient de puternic, încât automobilul să poată fi propulsat doar prin energia electrică oferită de acesta. Cu alte cuvinte, sistemele total hibide sunt suficient de puternice să propulseze un automobil pe distanțe certe fără a consuma combustibil. Emisiile de CO2 se pot reduce în acest caz cu până la 30%.

În prezent, pe piață există trei versiuni de sisteme total hibride, denumite după modul de dispunere a componentelor: în serie, în paralel, în serie/paralel.

Fig.2.11. Sistem hibrid serie

În cazul sistemelor hibride serie, un motor cu ardere internă acționează un generator, iar curentul electric generat de acesta alimentează un motor electric care propulsează automobilul.

În cazul transmisiei hibride serie, conform fig.2.11, motorul cu ardere internă acționează generatorul de curent a cărui energie electrică este utilizată de motorul electric pentru a realiza propulsia la roțile motoare ; sistemul este numit în serie deoarece m.a.i. și motorul electric sunt dispuse în serie . În acest caz nu există legătură mecanică între m.a.i și roțile motoare .

Elementele precizate în fig. 2.12. sunt : 1 – motorul cu ardere internă ; 2 – generatorul de curent electric ; 3 – bateria de acumulatori ; 4 – unitate electronică de comandă și control care cuprinde printre circuitele importante , un circuit convertor pentru ridicarea tensiunii și unul invertor care realizează redresarea curentului alternativ în curent continuu pentru reîncărcarea bateriei de acumulatori ; 5 – motor electric utilizat pentru propulsie ; 6 – reductor cu roți dințate necesar pentru mărirea cuplului de tracțiune ; 7 – roți motoare .

Fig.2.12.

În funcție de regimurile de exploatare propulsia se realizează :

– pentru pornirea de pe loc se utilizează motorul electric care se alimentează de la bateria de acumulatori ;

– pentru regimurile de deplasare cu viteză redusă și medie propulsia se realizează doar cu motorul electric , care se alimentează de la bateria de acumulatori și dacă este nevoie și de la generator , caz în care m.a.i este pornit ;

– pentru regimurile de accelerare propulsia se realizează utilizând motorul electric care se alimentează de la generatorul de curent (m.a.i funcționâd) și de la bateria de acumulatori (doar pentru regimurile de forță) ;

– la regimurile de decelerare și frânare motorul electric în general nu realizează reîncărcarea bateriei de acumulatori , aceasta fiind reîncărcată de surplusul de energie electrică de la generator prin intermediul circuitului invertor ; dacă motorul electric poate funcționa și ca generator atunci acesta va converti energia cinetică primită de la roți în energie electrică utilizată pentru încărcarea bateriei de acumulatori .

Circuitul de comandă și control care cuprinde și circuitul invertor, în funcție de regimurile de exploatare (precizate mai sus) realizează corelarea celor două motoare în sensul pornirii / opririi m.a.i în scopul suplimentării de energie electrică (peste cea furnizată de bateria de acumulatori) de la generator , pentru motorul electric atunci când este necesar .

Pentru ca o astfel de instalație energetică de propulsie să funcționeze cu un randament global ridicat este necesar ca m.a.i să funcționeze la regimurile staționare economice și apropiate de acestea , iar prin intermediul generatorului de curent să fie transformată energia mecanică în energie electrică necesară pentru motorul electric de propulsie și pentru reîncărcarea bateriei de acumulatori .

Sistem hibrid paralel

Configurarea sistemelor hibride paralel permite propulsarea automobilului de către cele două motoare (termic și electric) simultan. Motorul electric poate de asemenea funcționa și ca generator, încărcând astfel bateriile, energia stocată în acestea putând fi utilizată apoi direct pentru propulsie. Un exemplu de sistem hibrid paralel este Honda IMA, motor montat pe modelul Civic.

Fig.2.13. Sistem hibrid paralel

În cazul transmisiei hibrid paral, fig.2.13, atât motorul cu ardere internă cât și motorul electric pot acționa roțile motoare, energia furnizată de aceștia fiind utilizată pentru propulsie în funcție de condițiile de exploatare și regimurile economice , cu randament ridicat de funcționare pentru fiecare în parte. Sistemul se numește hibrid paralel deoarece forțele de propulsie ajung la roțile motoare pe cele două căi paralele.

Fig.2.14.

Elementele precizate sunt :

1 – motorul cu ardere internă; 2 – motorul electric de propulsie care poate lucra și în regim de generator în funcție de regimul de exploatare; 3 – bateria de acumulatori; 4 – unitate electronică de comandă și control care cuprinde printre circuitele importante , un circuit convertor pentru ridicarea tensiunii și unul invertor care realizează redresarea curentului alternativ în curent continuu pentru reîncărcarea bateriei de acumulatori; 5 – reductor cu roți dințate necesar pentru mărirea cuplului de tracțiune; 6 – roți motoare 7 – transmisie mecanică, hidraulică sau combinată;

În funcție de regimurile de exploatare propulsia se realizează:

– pentru pornire se utilizează m.a.i și motorul electric care se alimentează de la bateria de acumulatori;

– pentru regimurile de deplasare cu viteză redusă și medie propulsia se realizează doar cu motorul electric, care se alimentează de la bateria de acumulatori, m.a.i fiind oprit; dacă este necesar unitatea electronică de comandă control va realiza și pornirea m.a.i pentru suplimentarea puterii de propulsie;

– pentru regimurile de accelerare propulsia se realizează utilizând m.a.i și motorul electric;

– la regimurile de decelerare și frânare motorul electric intră în regim de generator reîncărcând bateria de acumulatori;

Circuitul de comandă și control care cuprinde și circuitul invertor, în funcție de regimurile de exploatare (precizate mai sus) realizează corelarea celor două motoare în sensul realizării cuplării sau decuplării m.a.i (caz în care acesta se oprește ) cât și funcționării motorului electric în regim de propulsie sau de generator.

Bateria de acumulatori se încarcă în momentul în care motorul electric funcționează ca generator electric, propulsia fiind realizată pentru aceste regimuri doar de m.a.i.

Acest sistem nu poate asigura în același timp încărcarea bateriei de acumulatori și propulsia folosind doar motorul electric deoarece există un singur motor electric care poate funcționa fie ca generator, fie ca motor de propulsie.

Al treilea mod de configurare a sistemelor hibride de propulsie permite combinarea avantajelor aduse de cele două arhitecturi mai sus prezentate, rezultând astfel sistemele hibride serie/paralel.

Fig.2.15. Sistem hibrid serie/paralel

Fig.2.16

În acest caz, motorul electric poate acționa independent transmisia, sau poate fi utilizat împreuna cu motorul cu ardere internă atunci când este nevoie de performanțe sporite. Mai mult decât atât, sistemul poate simultan atât să propulseze automobilul, cât și să încarce bateria prin intermediul generatorului. În aceste condiții este îndeplinit obiectivul de reducere drastică a compușilor nocivi din gazele de evacuare. Modelul de referință ce poate exemplifica utilizarea sistemului hibrid serie/parelel pe un automobil de serie este Toyota Prius

Fig.2.17.

Transmisia hibridă serie / paralel, combină cele două tipuri de transmisii hibride prezentate anterior cu scopul de a utiliza avantajele fiecăreia în parte, astfel încât transmsmisia rezultată să funcționeze cu eficiență maximă.

Aceasta conține motorul cu ardere internă (m.a.i.), motorul electric cât și generatorul de curent. Propulsia este realizată utilizând doar motorul electric sau ambele motoare , în funcție de regimul de exploatare , astfel încât fiecare în parte să funcționeze cu randament ridicat; în plus atunci când este necesar energia electrică produsă de generatorul electric și utilizată de motorul electric pentru propulsie este folosită și pentru reîncărcarea bateriei de acumulatori . Acest sistem numit THS (Toyota Hybrid System) a fost pentru prima dată dezvoltat și aplicat de Compania Toyota pe modelele Prius și Estima Hybrid începând cu anii 1997.

Fig.2.18

Elementele precizate în fig. 2.18, sunt :

1 – motorul cu ardere internă (m.a.i); 2 – generatorul de curent; 3 – divizorul de putere mecanică provenită de la m.a.i, realizat cu ajutorul unui mecanism planetar; 4 – bateria de acumulatori; 5 – unitate electronică de comandă și control care cuprinde printre circuitele importante, un circuit convertor pentru ridicarea tensiunii și unul invertor care realizează redresarea curentului alternativ în curent continuu pentru reîncărcarea bateriei de acumulatori; 6 – motorul electric; 7 – roți motoare; 8 – reductor cu roți dințate necesar pentru mărirea cuplului de tracțiune;

Pentru pornire este utilizat doar motorul electric. Propulsia pentru regimurile normale de funcționare este realizată cu motorul cu ardere internă și motorul electric, circuitul de control și comandă realizând o optimizare a funcționării celor două motoare astfel încât eficiența transmisiei să fie ridicată iar consumul de combustibil cât mai redus; dacă încărcarea autovehiculului este redusă, la viteze mici și medii atunci când necesarul de putere de propulsie este redus, UECC va opri m.a.i, propulsia fiind realizată doar de motorul electric. Atunci când este nevoie de o accelerare ridicată, cele două motoare prin intermediul circuitului de comandă realizează puterea corespunzătoare, propulsia fiind realizată de ambele motoare. La regimurile de decelerare și frânare transmisia permite recuperarea a unei părți însemnate din energia cinetică ce este transformată în energie electrică, prin funcționarea motorului electric în regim de generator.

Pentru cele trei tipuri de variante de transmisii hibride, în fig.2.19 este dat comparativ gradul de utilizare al motorului cu ardere internă față de motorul electric .

Pentru cele trei tipuri de variante de transmisii hibride , în fig. 2.19, este dat comparativ gradul de utilizare al motorului cu ardere internă față de motorul electric .

Conform fig.2.19, în cazul transmisiei hibride serie, MAI și motorul electric realizează aproximativ aceeași cantitate de energie, m.a.i. fiind utilizat pentru antrenarea generatorului, care alimentează motorul electric.

În cazul transmisiei hibride paralel, motorul electric este utilizat în special pentru a furniza energie suplimentară la roțile motoare în cazul regimurilor de accelerare , astfel încât m.a.i. este utilizat mai mult decât motorul electric .

În cazul transmisiei hibride serie /paralel, se realizează prin intermediul divizorului de putere un raport de divizare al puterii (raportul dintre puterea transmisă direct de la m.a.i. la roțile motoare și puterea de propulsie obținută pe cale electrică ) variabil continuu , în funcție de regimul de exploatare; în acest caz forța de propulsie provine mai mult de la motorul electric decât de la m.a.i., acest tip de propulsie fiind cel mai convenabil din punct de vedere al reducerii consumului de combustibil și emisiilor poluante ale m.a.i .

În tabelul 2.4 sunt prezentate comparativ performanțele celor trei tipuri de transmisii hibride, din care rezultă superioritatea transmsiei hibride serie/paralel .

Tab. 2.4.

O componentă principală a transmisiei hibride serie/paralel o constitue divizorul de putere, DP, fig. 2.20 a) , care realizează repartizarea puterii ce provine de la motor; o parte-I, se transmite la roțile motoare iar cealaltă parte-II, la generatorul electric care alimentează cu energie electrică motorul electric de propulsie . În acest mod energia care provine de la m.a.i. și care este utilizată pentru propulsie ajunge la roțile motoare pe două căi : una mecanică și cealaltă electrică .

Unitatea electronică de comandă și control, UECC, prin circuitele sale controlează în permanență transmisia variabilă, astfel încât viteza de deplasare poate fi modificată continuu prin variația continuă a turației m.a.i., generatorului electric și motorului electric .

În general divizorul de putere cuprinde un mecanism planetar, fig. 2.20 b .

Conform fig. 2.20. b), motorul cu ardere internă este cuplat la divizorul de putere ‘DP’ prin intermediul arborelui portsatelit 2 , care este în acest caz arborele conducător, 3 fiind pinioanele satelit ale mecanismului planetar; generatorul electric ‘GE’ este cuplat la axul roții centrale 1 (roata solară); motorul electric ‘ME’ este cuplat la arborele condus, care în acest caz este cuplat la coroana dințată 4 .

În funcție de regimul de funcționare al autovehiculului și transmisiei hibride, turațiile celor trei componente importante, m.a.i., generatorul electric și motorul electric au valori și sensuri diferite , conform fig. 2.21 .

La pornire autovehiculul folosește doar motorul electric care se alimentează de la bateria de acumulatori, m.a.i. fiind oprit; sensul și compararea turațiilor fiind precizate în fig. 2.21 a) .

În timpul accelerării ,după pornirea de pe loc , generatorul care are rol și de electromotor primește comandă de la UECC și pornește m.a.i.; odată pornit m.a.i., generatorul electric va începe să producă energie electrică ce este utilizată pentru suplimentarea energiei consumată de motorul electric pentru propulsie și în același timp pentru reîncărcarea bateriei de acumulatori; compararea turațiilor fiind precizată în fig. 2.21 b) .

În condițiile staționare de deplasare (viteza constantă), propulsia se realizează cu ajutorul motorului electric și a m.a.i., nefiind necesară generarea de energie electrică suplimentară, compararea turațiilor fiind precizată în fig.2.21c.

Fig.2.21

Pentru regimurile de accelerare, turația m.a.i. crește și în același timp și a generatorului electric care generează energie electrică; motorul electric utilizâd energia electrică care provine de la bateria de acumulatori cât și pe cea suplimentară ce provine de la generator, susține și mărește accelerarea autovehiculului; compararea turațiilor este precizată în fig. 2.21 d .

În momentul de față automobilele hibride reprezintă cel mai bun compromis între un automobil cu propulsie clasică (benzină sau diesel) și unul electric, din punct de vedere al performațelor dinamice și de consum. Putem spune că reprezintă o etapă intermediară a evoluției către automobilele cu propulsia complet electrică.

Prius este primul automobil „full” hibrid produs în masă. Automobilul se remarcă prin utilizarea a două motoare, unul termic și unul electric, propulsia în mod termic, electric sau combinat fiind setată în funcție de regimul de deplasare.

Fig.2.22.

Automobilul este un sedan ce poate transporta cinci adulți, cu caroserie cu patru uși, performanțele dinamice, de confort și maniabilitatea fiind similare cu cele ale unui automobil convențional cu propulsie termică. Siguranța pasivă și activă este asigurată de sistemul de frânare prevăzut cu ABS și EBD respectiv airbag-uri pentru conducător și pasagerul din față.

Avantajele propulsiei hibride

Numit THS, sistemul de propulsie de la Toyota poate rula în mod termic (utilizând motorul cu ardere internă pe ciclu Atkinson), electric sau combinat. Puterea furnizată de fiecare motor (electric sau termic) este atent monitorizată de sistemele electronice de control pentru a plasa punctul de funcționare al acestora în zonele cu randament ridicat.

Fig.2.23. Toyota Prius generația I – componente.

Datorită faptului că Prius poate rula, în anumite condiții de deplasare, exclusiv în mod electric emisiile poluante sunt zero. Acest beneficiu aduce un aport semnificativ mediului din marile aglomerări urbane cu trafic intens. Comparativ cu un automobil ce este echipat cu un motor termic pe benzină, cu aceeași densitate de putere, Prius emite cu aproximativ 40% mai puține grame de CO2 pentru fiecare kilometru parcurs. De asemenea, pe ciclul combinat, consumul de combustibil se situează în jurul valorii de 5.1 l/100 km. Prima generație de Prius, din punct de vedere al emisiilor poluante se situa la nivelul anilor 2005! Automobilul testat după standardele europene în vigoare emite: 0.63 g/km de monoxid de carbon (CO2), 0.05 g/km de hidrocarburi (HC) și 0.05 g/km de oxizi de azot (NOx).

2.4. Sistemul de propulsie THS (Toyota Hybrid System)

Având in vedere roul istoric avut de automobilul Prius in dezvoltarea și evoluția propulsiei hibride, voi prezenta in continuare Sistemul de propulsie THS.

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

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

Fig.2.24. Mecanism planetar cu roți dințate (PSD) – Toyota Prius CVT

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

Observație: Cele doua mașini electrice MG1 și MG2 pot funcționa atât în regim de motor cât și în regim de generator. Regimul de funcționare depinde de starea de deplasare a automobilului (viteză redusă, accelerație puternica, frânare, etc.).

Fig.2.25. Componentele sistemului THS Toyota Prius

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

Motorul termic

Propulsorul principal al automobilului este motorul cu ardere internă 1NZ-FXE, cu ciclu Atkinson, de 1.5 litri, cu patru cilindrii în linie. Acesta este prevăzut cu distribuție variabilă inteligentă VVT-i și dezvoltă o putere de 72 CP la 4500 rot/min și un cuplu de 115 Nm la 4200 rot/min.

Fig.2.26.Toyota Prius – caracteristica de cuplu și de putere a motorului termic 1NZ-FXE

Sistemul inteligent de distribuție permite variația continuă a fazelor supapelor de admisie în funcție de regimul de funcționare al motorului, ceea ce conferă motorului performanțe dinamice remarcabile și un consum scăzut de combustibil.

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

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

Controlul îmbogățirii amestecului aer-carburant se realizează prin intermediul unei clapete obturatoare controlată electronic. Pentru reducerea emisiilor poluante sistemul de alimentare cu combustibil este etanș iar gazele de evacuare sunt tratate de un convertor catalitic pe trei căi (TWC).

MG1 (Generatorul) Mașina electrică MG1 are trei funcții:

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

Starter/demaror – este utilizat la pornirea motorului termic.

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

MG2 (Motorul electric) Motorul electric de tracțiune îndeplinește mai multe funcții: propulsează automobilul în domeniul vitezelor și a sarcinilor reduse, asistă motorul termic la tracțiune cînd acesta funcționează în domeniul sarcinilor medii și mari, produce energie electrică când automobilul se afla în regim de frânare.

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

Generator electric – utilizat în regimul de frânare a automobilului.

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

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

Cutia automată cu variație continuă

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

Transmisia este controlată prin intermediul unui levier de selecție montat pe coloana de direcție ce cuprinde următoarele stări/programe:

Fig.2.27

Toyota Prius – pozițiile levierului selector de programe (P – Parcare/Park, R – Mers înapoi/Reverse, N – Neutru/Neutral, D – Condus/Drive și B – Încetinire/Braking)

În poziția B motorul termic este pornit și utilizat în regim de frânare pentru încetinirea automobilului la coborârea unor pante lungi (funcție similară cu a unui „retarder” de pe autocare).

Bateriile

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

Bateriile nu se repara iar intervenția se poate realiza numai de către personalul Toyota specializat în acest sens. Pentru a proteja ocupanții automobilului de o eventuală electrocutare bateria este izolată, în cazul unui accident sau defecțiune, de restul automobilului prin intermediul unui releu de siguranță.

Invertorul AC-DC

Rolul invertorului este de a transforma curentul continuu (CC) produs de baterie în curent alternativ (CA) necesar pentru alimentarea mașinilor electrice. De asemenea transformă din CA în CC, pentru reîncărcarea bateriilor, energia electrică produsă de una din cele doua mașini electrice.

Fig.2.28.Toyota Prius – invertor. Sursa: Toyota

In afara invertorului mai conține și un convertor de CC pentru transformarea tensiunii de 274 V în tensiune de 12 V necesară pentru alimentarea echipamentelor auxiliare ale automobilului (iluminare, sistem audio, aer condiționat, etc.)

Regimurile de funcționare

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

Contact

Fig.2.29. Toyota Prius-Contact

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

Demarajul automobilului (mod electric)

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

Fig.2.30. Toyota Prius – mod electric

Fig.2.31. Demaraj motor termic

Pornirea motorului termic (fig.2.31)

În modul de propulsie electric dacă viteza automobilului depășește o anumită limită (aprox. 50 km/h) motorul termic este pornit utilizând MG1. Invertorul va alimenta MG1 care funcționează în regim de motor. Sensul de rotație al lui MG1 și MG2 va fi același ceea ce va antrena motorul termic

Accelerație ușoară

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

Fig.2.32.Toyota Prius – accelerație ușoară

Deplasare cu viteza constanta medie

În acest mod de funcționare automobilul este propulsat hibrid, cu motorul termic și cel electric MG2. Generatorul MG1 produce energie electrică pentru alimentarea MG2.

Fig.2.33. Toyota Prius – deplasare cu viteză constantă medie

Accelerație puternică

În cazul în care se dorește o accelerație puternică a automobilului, turația motorului termic crește. Automobilul este propulsat în mod hibrid (electric și termic). MG1 va produce energie electrică pentru a alimenta MG2. În plus pentru a obține un cuplu maxim din MG2 bateria va furniza suplimentar energia electrică necesară.

Fig.2.34. Toyota Prius – accelerație puternică

Deplasare cu viteză constantă mare

Pentru o anumită turație a motorului termic, pentru a putea mări turația lui MG2, MG1 va fi blocat (turație zero). În acest regim de deplasare, automobilul este propulsat în mod hibrid, MG2 fiind alimentat cu energie electrică de la baterii.

Fig.2.35. Toyota Prius – deplasare cu viteză constantă mare

Viteză maximă

Pentru aceeași turație a motorului termic, MG2 va avea o turație mai mare dacă MG1 este în regim de motor și rotit în sens invers. Automobilul este propulsat hibrid (electric + termic), bateria alimentând cu energie electrică atât motorul electric MG2 cât și MG1.

Fig.2.36 Toyota Prius – deplasare cu viteza maximă

Frânare recuperativă

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

Fig.2.37. Toyota Prius – frânare cu recuperare de energie

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

Mersul înapoi

În acest mod automobilul este propulsat în mod exclusiv electric, MG2 fiind în regim de motor electric dar cu sens de rotație opus față de modul „Drive”. Motorul termic este oprit iar MG1 se va roti liber. Energia electrică pentru MG2 este furnizată de baterie. Foto:

Fig.2.38. Toyota Prius – mers înapoi

Sistemul THS se face remarcat datorită modului simplu și eficient prin care se utilizează doua mașini electrice și un motor termic pentru propulsarea unui automobil în vederea minimizării consumului de combustibil, păstrând în același timp performanțele dinamice ale automobilului la un nivel acceptabil.

Optimizarea acestui sistem a fost continua, următoarele generații de Toyota Prius fiind mai avansate din punct de vedere al performanțelor. Detalii privind diferențele și similitudinile ultimelor generații de Toyota Prius se vor dezvolta în articole separate.

Piețele internaționale

Se pare totuși că oportunitățile pentru Diesel-Hibride sunt limitate, deoarece pe piețele internaționale acestea trebuie să facă față acelorași probleme cu care se confruntă și un Diesel modern. În Japonia, motoarele Diesel sunt practic inexistente, iar în SUA ocupă aproximativ 1% din piața de vânzări. Tot 1% este și procentul de vânzări în SUA a automobilelor hibride completate de un motor pe benzină, unde Toyota Prius este în top, lista de așteptare pentru acesta fiind foarte lungă. Și să nu uităm că Toyota Prius se comercializează acolo de doar din 2000.

În perioada 2006-2012 Toyota și-a propus să echipeze încă noi 5 modele cu tehnologie hibridă totală de propulsie.

Pe termen scurt competitorii lui vor fi: GM Chevrolet, Ford, Mazda și Nissan. Deoarece Toyota monopolizează practic piața hibridelor, pentru a deveni competitivi pe termen mediu, 6 mari constructori și-au unit forțele pentru a forma două mari centre de cercetare în acest domeniu: Audi, Porsche și Volkswagen pe de o parte; BMW, Daimler Chrysler și General Motors de altă parte. Un prim pas constă în combinarea cercetărilor individuale ale fiecărui constructor, urmând ca în final să poată fi dezvoltat un proiect competitiv cu cel al celui mai mare constructor de automobile din lume, Toyota. Deocamdată germanii și-au dotat doar modelele de vârf cu sisteme hibride, vezi cazul modelelor Cayenne de la Porsche, Q7 de la Audi sau S-Class de la Mercedes.

Fig.2.39. Motor electric de la Bosch care poate fi integrat direct în transmisie

Fig.2.40

Pe de altă parte, producătorii de echipamente pentru industria auto, cum ar fi Denso, Siemens VDO și Continental lucrează la noi tehnologii, care de altfel au tot fost prezentate la saloanele auto internaționale din ultimii doi ani. ZF Friedrichshafen, de exemplu, oferă componente, module și sisteme complete pentru toate versiunile hibride, de la micro și parțial hibride, până la cele total hibride.

Deși se ocupă de cercetări în domeniul sistemelor hibride de aproape 30, Bosch și-a înfințat Centrul de Competență pentru Sisteme Hibride abia în 2004. Pe lângă o largă gamă de produse destinate acestui domeniu, Bosch dezvoltă motoare electrice care pot fi direct integrate în transmisie.

Fig.2.41

Sistemelele hibride – piatra de temelie a noilor tehnologii

Mulți specialiști susțin că sistemele hibride de propulsie reprezintă piatra de temelie care realizează puntea dintre motorul cu ardere internă și pila de combustie pe bază de hidrogen.

Deși conștientizează că viitorul va aparține hidrogenului, Toyota include și tehnologiile hibride în planurile sale de dezvoltare. Specialiștii de la Toyota susțin că automobilele lor cu pilă de combustie utilizează bateriile de pe modelul Prius. În acest sens cercetările includ: bateriile reîncărcabile, motoarele electrice și sisteme de frânare cu recuperarea energiei. Deci, întrebarea cu privire la sistemele de propulsie ale viitorului nu ar mai trebui să fie „Pile de combustie sau hibride?” ci „Pile de combustie cu hibride?”.

Fig.2.42

2.5. Solutii

2.5.1. Toyota Hybrid Synergy Drive

Scurt istoric Hybrid Synergy Drive Cu tehnologia actuală, niciun tip de motor sau combustibil nu poate oferi soluția optimă de propulsie, fără emisii poluante, dar și fără compromis în ce privește performanța. Fiecare are avantaje și dezavantaje. Însă în această dilemă Toyota a găsit răspunsul – combinarea avantajelor a două tipuri de motoare într-unul hibrid integral, care este mai curat, mai eficient și la fel de performant ca unul convențional.

În 1997, Toyota a lansat modelul Prius, primul autovehicul hibrid integral (benzină-electric) produs în serie, și de atunci a vândut peste 2,2 milioane de unități. În prezent, Prius a ajuns la a III-a generație, este și mai eficient, mai curat și mai puternic și deține supremația în categoria mașinilor de serie prietenoase cu mediul.

Cum funcționează un hibrid integral?

Cel mai mare avantaj al tehnologiei hibrid este gestionarea inteligentă a fluxurilor de energie provenite de la două surse de putere diferite, astfel încât fiecare aspect al condusului să fie optimizat. Majoritatea autovehiculelor hibrid folosesc ca sursă principală de putere un motor ultra-eficient pe benzină, ajutat de un motor electric fără emisii, alimentat de un acumulator. Acesta se reîncarcă în timpul condusului, frânării și decelerării. Spre deosebire de autovehiculele hibride obișnuite, mașinile hibrid integral Toyota pot folosi fie oricare dintre cele două motoare (doar electric pentru un condus eco sau doar benzină pentru mai multă putere), fie cele două surse de putere împreună (electric-benzină pentru un condus eficient). Menținându-se de peste 10 ani lider al tehnologiei hibrid, Toyota a creat o nouă generație de misionari ai brand-ului. Sunt persoane deschise la nou, cu un pas înaintea tendințelor, conștiente de responsabilitatea pe care noi toți o avem pentru mediul înconjurător. În același timp însă, sunt persoane active și care nu acceptă compromisuri; ei apreciază și performanțele dinamice ale unui automobil, puterea, accelerația și comportamentul agil pe șosea. Din această perspectivă, sistemul hibrid integral de la Toyota, Hybrid Synergy Drive®, reprezintă soluția ideală. Este un sistem de propulsie revoluționar, care reușește un aparent paradox: să ofere o eficiență maximă în exploatare (consum redus de combustibil, emisii reduse – atât CO2, dar, spre deosebire de Diesel, și NOx și particule PM), în condițiile unor performanțe dinamice de excepție. În plus, mașinile oferă un confort sporit prin gradul înalt de silențiozitate, dar și prin nivelul superior de echipare.

Acestea sunt premisele sub care a luat naștere noul Auris HSD. O personalitate Eco, ce oferă dinamică fără compromisuri.

2.5.2. Toyota Auris HSD

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

Fig.2.43.

Avansatul sistem integral hibrid al modelului Auris HSD utilizează o combinație inteligentă între două motoare electrice și un motor de 1,8 litri VVTi pe benzină.

Această tehnologie hibridă echipează pe plan mondial peste 2 milioane de vehicule Toyota. Adăugați la aceasta forma optimizată a caroseriei și veți obține un vehicul lider de clasă în domeniul performanțelor aerodinamice.

Rezultatul este o experiență a condusului caracterizată prin putere, eficiență și rafinament, caracteristici amplificate de transmisia automată continuu variabilă.1,8 capacitatea cilindrică a motorului

Caracteristici de consum de lider de clasă

Vă puteți deplasa până la 1200 km cu un plin de carburant.Consum mixt 4,0 l/100 km cu jante din aliaj de 17”.

Hibrid integral avansat

Tehnologia avansată a sistemului hibrid integral permite atingerea unor niveluri superioare de putere și performanță pentru fiecare din sursele de propulsie.Bucurați-vă de silențiozitatea și impactul minim asupra mediului specifice modului de conducere integral electric.

Eficiență și putere

Motorul compact, ultra-ușor, de 1,8 litri, VVT-i, este efficient și puternic. Cuplul maxim este de 142Nm la 4000 rpm.

Performanțe instantanee

Auris dispune de o putere totală de 136 DIN cp, accelerând de la 0 la 100 km/h în 11,4 secunde.

2.5.3. TOYOTA PRIUS HYBRID

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

Fig.2.44. TOYOTA HYBRID SYNERGY DRIVE (numele motorului dat de TOYOTA) combina un motor de 1,5 litri pe benzina cu un motor electric compact dar puternic, transformand Prius in cea mai curata masina de familie din lume care emite doar 104g/km de dioxid de carbon avand nivelul oficial de consum de 4,3 l/100 km. Modelul poate atinge 100 de km in doar 11 secunde, cu 3 secunde mai putin decat modelul sau anterior.

Sistemul avansat de control hibrid asigura o tinuta de drum exceptionala. Accelerarea este mare, iar zgomotele si vibratiile sunt minime transfomand acest model intr-un hibrid perfect pentru familie.

TOYOTA HYBRID SYNERGY DRIVE ofera performanta, eleganta si confortul masinii de familie, dar in acelasi timp ofera performantele ecologice ale unei masini compacte. Noul model este dotat cu un sasiu marit ce permite obtinerea unui spatiu maxim pentru depozitarea bagajelor in interior, nemodificand forma eleganta a masinii. Dotat cu frana de mana electrica controlata prin simpla atingere a unui buton, comenzi audio si de climatizare integrate in volan si comenzi Bluetooth care permit efectuarea legaturilor telefonice cu ajutorul volanului, interiorul fiind tapitat cu piele, noua versiune a celor de la TOYOTA ofera eleganta si confort dar totodata si cai putere. Prius Hybrid va fi mult mai mare decat cea din prezent avand un motor mai puternic si un sistem mai solid.

CAP.3. MOTORUL VIITORULUI: PILA DE COMBUSTIE

In timp ce politicienii se chinuiesc sa “salveze lumea” prin limitarea nivelurilor de emisii poluante (intre care se numara si gazele de esapament ale masinilor), oamenii de stiinta s-au mobilizat exemplar si au creat o sursa de propulsie alternativa, aproape complet nepoluanta: pila de combustie. Marii producatori de automobile investesc sume uriase in “motorul viitorului”, dar, in paralel, promoveaza si dezvoltarea sistemelor hibride – un motor cu ardere interna “clasic” (ultraperfectionat) si un motor electric, care par a cistiga tot mai mult teren. Desi promitatoare din punctul de vedere al reducerii poluarii, sistemele hibride nu pot, nici in varianta cea mai perfectionata, imaginabila, sa elimine complet problema emisiilor poluante, asa cum fac pilele de combustie. Din acest motiv, motorul hibrid este privit ca un fel de tehnologie “interimara”, un pas premergator introducerii “motorului perfect”, ecologic si cel putin la fel de puternic ca “stramosii” sai. Vehiculele actionate de pile de combustie folosesc hidrogen, unicul produs “rezidual” fiind apa, de o puritate care o face apta consumului uman. Principiul este simplu: hidrogenul este combinat cu oxigenul prin intermediul unui catalizator, care converteste energia chimica in energie electrica, aceasta din urma asigurind alimentarea unui motor, evident, electric.

O problema majora: reteaua de alimentare. Din pacate, costul urias al construirii unei noi infrastructuri necesare distribuirii in masa a hidrogenului (statii de “hidrogenarie” care sa inlocuiasca actualele benzinarii) reprezinta un mare obstacol in calea progresului. Pina cind hidrogenul va fi disponibil “la pompa”, el poate fi produs chiar in masina, din combustibili fosili precum benzina sau motorina. Acest proces este si el poluant, dar doar la jumatate din valoarea celui mai putin poluant motor classic. Alte probleme care treneaza introducerea pilelor de combustie sunt de ordin tehnic si operational, dar si psihologic. Spre exemplu, cea mai refractara piata la motoarele ecologice este cea americana, una din cele mai mari din lume. Americanul dispune de benzina ieftina la discretie, nevazind utilitatea unui vehicul care consuma mai putin combustibil, sau altceva decit benzina. Cu toate acestea, cei mai interesati, politic si economic, de “propulsia alternativa” sint americanii si japonezii. Aproape toate centrele de cercetare americane lucreaza la o versiune proprie, despre care spera ca va deveni standardul in domeniu, sau, cel putin, unul dintre sistemele cele mai raspindite.

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

Combustibilul preferat al pilelor de combustibil este hidrogenul, din cauza ușurinței cu care elementul poate forma ioni. Acest gaz este extrem de combustibil și are un conținut ridicat de energie. Cu toate acestea, densitatea scăzută a hidrogenului a provocat o competiție tehnologică la proiectarea sistemelor de stocare pe bază de hidrogen, folosite la bordul automobilelor. La aceiași temperatură și presiune a camerei, pentru a stoca o cantitate echivalentă de energie, ce se conține într-un rezervor tipic de benzină, ar fi nevoie de un rezervor de hidrogen cu un volum de aproximativ 800 de ori mai mare.

Cu toate acestea, au fost elaborate trei soluții principale de stocare a hidrogenului:

Compresie – gazul este stocat în butelii cu o presiune de până la 7000 de ori mai mari decât cea atmosferică;

Sisteme criogenice – acestea mențin o temperatură scăzută, necesară lichefierii hidrogenului (-253° C);

hidruri de metal – aliaje speciale din metal, ce absorb hidrogenul atunci când este sub presiune.

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

Automobilele cu pile de combustibil sunt mult mai eficiente din punct de vedere a energiei, comparativ cu cele convenționale – sistemele cu propulsie electrică sunt mult mai potrivite pentru operațiile de oprire-pornire și practic nu utilizează deloc energie, atunci când staționează. De asemenea, frânele regenerative îmbunătățesc eficiența consumului de combustibil cu până la 20%. Dacă la producerea hidrogenului se utilizează energie regenerabilă, atunci ciclul de viață al emisiilor de gaze cu efect de seră sunt practic zero. Cu excepția vaporilor de apă, acesta este un adevărat automobil cu zero emisii.

Estimările bazate pe unele modele sugerează un ciclu de viață foarte scăzut a emisiilor reglementate, asociate cu automobilele cu pile de combustibil. Emisiile reglementate din Marea Britanie a vehiculelor cu pile de combustibil pe bază de hidrogen se anticipează a fi semnificativ mai mici decât a celor pe benzină, emisiile NOx fiind reduse cu până la 70%. Ca și în cazul emisiilor de gaze cu efect de seră, în cazul în care este utilizată energia regenerabilă pentru producerea hidrogenului ca combustibil, atunci emisiile reglementate sunt din nou egale cu zero.

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

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

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

În Marea Britanie, spre exemplu, „London Hydrogen Partnership” coordonează activitățile de parteneriat pentru a explora unele barieri asociate cu adoptarea vehiculelor cu pile de combustibil. Parteneriatul cercetează condițiile necesare pentru o infrastructură de realimentare cu hidrogen în Londra, precum și costurile de investigație și timpul necesar punerii în aplicare în capitală a vehiculelor cu pile de combustibil.

Fig.3.1.. Honda FCX Clarity – pile de combustie, model al anului 2010)

CAP.4. GENERAREA MODELULUI FIZIC CU ACUMULATORI

Cel mai nou și cel mai avansat sistem hibrid de transmisie HYBRID SYNERGY DRIVE HSD de la Toyota cumulează avantajele unui motor electric și unui motor cu combustie internă (benzină sau motorină).

Dispozitiv pentru transmisia mișcarii

Generator

Command Unit

Din toate sistemele de mai sus, dispozitivul de transmisie a mișcării a fost ales pentru modelare.

Reductorul de transmisie cu serie paralelă de transmisie a unui vehicul electric hibrid are următoarele componente:

• sateliți de susținere a coroanei
• sateliți de susținere a arborelui
• roată pinion satelit
• roată de lanț

În imaginea de mai jos este prezentat ansamblul reductorului, iar în continuare sunt prezentate pașii luați în formarea fiecărui element.

4.1.Coroana port-Sateliți

Pasul 1

Am început prin generarea unui plan de lucru, în timp ce am creat simultan un plan de schiță ca pe un plan. Am realizat un profil similar celui din Figura4.1 pe care l-am transformat într-un profil parametric cu constrângeri geometrice și dimensionale, solidul realizându-se printr-o caracteristică de revoluție.

Figure 4.1 Figure 4.2

Pasul 2

Fig.4.3

Pasul 3

Fig. 4.4

Pasul 4

Fig. 4.5

Pasul 5

I

Fig. 4.6 Fig. 4.7

Fig. 4.8

Pasul 6

Ultimul pas a fost de a realiza un canal și o gaură pentru un șurub M10 cu care să fixăm lanțul roților. Cotele sunt prezentate în figura 4.9.

Fig. 1.9

4.2. Suport sfera sateliților

Pasul 1

Fig. 4.10

Pasul 2

Fig. 4.11

Pasul 3

Fig. 4.12 Fig. 4.13

Cu ajutorul funcției de extrudare a șuruburilor am creat 3 cilindri de susținere pentru sateliții de lungime de 95 mm, așa cum se arată în Figura 4.13.

Pasul 4

Fig. 4.14 Fig. 4.15

4.3. Roți satelit

Fig. 4.16

4.4. Butucul satelitului

Fig. 4.17

4.5. Roata de lant

Rezultat Final

BIBLIOGRAPHY

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

2. Hirose, K., s.o., – Overview of Current and Future Hybrid Technology, ATA vol. 55, no. 11/12, pp. 365-373, 2002.

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

4. Cristescu, C, – Sistemele hibride de propulsie a autovehiculelor urbane Buletinul AGIR nr. 4/2009

5. Broge, J.L., Permo – Drive technology generates energy, SAE Off-Highway Engineering, aprilie 2003.

6. Buchholz, K., – Smarter military vehicles, SAE Off-Highway Engineering, februarie 2006.

7. Burciu M – Sistemul de propulsie hibrid, funcționare, variante constructive, metode de calcul

8. Marinescu D,M – Sisteme hibride de propulsie Note de curs.

9. Tsai , L.W. , Schultz, G., Higuchi , N. – 2000 , – “ A Novel Parallel Hybrid Transmission ” ,ASME Journal of Mechanical Design.

10 Schultz, G. , Tsai, L.W. , Higuchi N., Tong, I. C. – 2001 , – “ Development of a Novel Parallel Hybrid Transmission” , Transmission and Driveline System Symposium , paper No. SAE 2001-01-0875 , SAE 2001 Congress , Detroit , MI.

11 Burciu M., – “Acționări cu motoare cu ardere internă” , vol I,II , Ed. Bren , București 2003 .

12. Prospecte de firme constructoare de autovehicule TOYOTA, Porsche, Peugeot, Citroen.