Discussione: Ibrido serie vs Ibrido Toyota

Colgo un vecchio invito del caro Gattmes per aprire una discussione indipendente su questo tema.

Il dubbio è: attualmente la Toyota sta spingendo su un sistema misto serie/parallelo che sembra aver dato grandi soddisfazioni, soprattutto in termini di sensazioni di guida.

Ora io mi chiedo: ma in termini di costi di costruzione e di efficienza non sarebbe meglio un sistema solo serie?
Per "solo serie" intendo un motore elettrico che si sobbarca l'intero compito di locomozione, un piccolo parco batterie ed un motore termico che serve solo a ricaricare le batterie.

In altri post ho calcolato che l'assorbimento medio di un motore elettrico per un'auto medio-grande è di circa 20-30 kW per un percorso di tipo autostradale a velocità costante. Quindi il motore termico dovrebbe essere progettato unicamente con lo scopo di compensare questo assorbimento. In pratica basterebbero 40-50 kW ed il motore termico funzionerebbe secondo cicli di accensione-spegnimento, attivandosi solo a batterie quasi scariche e spegnendosi solo a batterie cariche. E naturalmente funzionerebbe a regime rigidamente costante, tipicamente 2000-2500 giri dove si ha coppia massima e quindi massimo rendimento. Con il vantaggio di emissioni ridottissime, estrema semplicità costruttiva, eliminazioni di tutti gli strumenti di regolazione (valvole di flusso, variatori, sonde), estrema semplicità di intervento in caso di guasto. In pratica il meglio che si può chiedere ad un motore termico.

E in questo modo avremmo praticamente i consumi di una Smart diesel che viaggia costante a 70 all'ora. Quindi 3-4 litri per 100 km.

O sbaglio?

ciao janvaljan

teoricamente quello che dici non è sbagliato , ma hai tralasciato qualche dettaglio tipo :

al normale peso dell'auto convenzionale devi aggiungere il peso e lo spazio occupato dal motore elettrico e dal pacco batterie , da 20-30 Kw/h !!!

quanto pensi che potrebbe pesare tutto cio' ???
quanto spazio ti rimarrebbe, sempre se ti rimane ??
Quale sarebbe il costo ultimo della vettura ??

tamerlano ok, ma il mio confronto non è tra una vettura normale e una ibrida, bensì tra l'ibrido Toyota e l'ibrido in serie!

E se anche volessimo fare il confronto con un'auto normale, avremmo che il peso del motore termico + accessori è molto minore rispetto a quello di un'auto normale, così da compensare (in parte) il maggior peso dovuto all'elettrico e alle batterie

x tamerlano
.. in parte ha già "chiarito" janvaljan .. ma permettetemi di sottolineare 2 cose:

A) in un'auto ibrida di norma non serve:
....1) frizione
....2) cambio di velocità (con relative "perdite"...)
....3) alternatore
....[4)] talvota è omesso anche il "motorino di avviamento"
....[[5)]] se a trazione integrale talvolta è omesso l'albero di trasmissione (+ eventuali giunti viscosi e/o ripartitori di coppia/ecc), vedi RX400h.. (talvolta ... per es su LS600h c'è l'albero..)

B) janvaljan parla di veicolo ibrido, non veicolo elettrico..

CITAZIONE

al normale peso dell'auto convenzionale devi aggiungere il peso e lo spazio occupato dal motore elettrico e dal pacco batterie , da 20-30 Kw/h !!!

..quanto sopra può essere vero per un veicolo elettrico (la cui sola fonte di energia è stivata nelle batterie), meno per uno ibrido.
Nel caso Prius ad esempio il pacco bat ha dimensioni/peso contenuti... in pratica è un condensatorone.. cioè un "tampone"/"polmone" per stivaggio momentaneo..

Date le considerazioni di A e B direi che i pesi non si discostano molto tra auto tradizionale e ibrida stile Toyota/Lexus(/Ford... e volendo anche Honda)... tenuto conto delle minori perdite su quest'ultime (NON parlo del RECUPERO! Ma di perdite negli organi meccanici omessi..) eventuali chiletti in più (qualche decina) sono ampiamente compensati.
Contando invece anche il recupero.. a spanne penso che un 20-30% di peso in più (che non c'è.. una Prius pesa 1300kg a vuoto, 1388 in ordine di marcia, 1725 complessivi) sarebbe ancora vantaggioso....

-------------------------------
Bene, chiarita la cosa vediamo di fare due ragionamenti e supposizioni sul perchè Toyota non ha scelto la strada serie.

Come procederei io in primo approccio a un progetto serie (premetto che sono tutt'altro che progettista del settore , quindi le sparo un po a vanvera...)... come riferimento, ove possibile, prendo i dati "Prius"..
1) dato un valore di targa (prestazioni, ecc...) del propulsore, valuterei appunto un motore elettrico degno. Sto dicendo (scrivendo) che se voglio 82Kw (113CV) devo sceglierne uno di tale potenza, in quanto l'unico propulsore.
Nella P c'è un mot el di 50Kw. Tale potenza tuttavia ( .. mi perdoni T... ) non puà essere gestita costantemente. Infatti la temperatura interna massima raggiungibile si aggira sui 170 gradi negli avvolgimenti... una decina circa in meno nel liquido di raffreddamento. Tanto più sale la temperatura, tanto più va ridotta la potenza... diciamo che potremo considerare un 30Kw.. che si riducono sui 15Kw se "vivamente" sollecitato (50kw sono "di picco" e saltuari).
Tale potenza è insufficiente come "singola" fonte.. sulla P il THS dirotta automaticamente verso il mot termico la generazione di potenza, quando il mot el non può più generarne/gestirne... ma su un sistema serie ciò non si può fare, ergo il mot el va OPPORTUNAMENTE dimensionato.
Questo indica un motore molto più grosso e pesante (almeno 4 volte... a spanne)

2) In un sistema serie farei una valutazione anche della.... "fonte"... Qua posso scegliere varie strade... Se voglio gli 82KW max per un certo tempo "lungo" mi orienterei principalmente su 2 strade:
A) premesso che serve definire quanto lungo... potrei optare per un sistema mot termico/generatore "sottodimensionato" . Diamo un numero ... assumiamo es 57kw di termico - come il termico P ndr -) a cui devo associare un generatore di paragonabile potenza.. e dimensione le bat per dare il "delta", ovvero quei 30-35kW di differenza (lasciamo perdere rendimenti/perdite in giro...). Se ad es come tempo fisso 1/2 ora.. la bat dovrà fornire oltre 15kwh.. dato che li dovrà fornire non necessariamente partendo da piena carica (+ perdite varie/cicli vita/ecc) prudentemente sceglierò qualcosa oltre i 20...
Ovviamente posso sbilanciare in un senso o nell'altro la cosa.. posso anche ridurre il tempo di Pmax (non penso che si viaggi a tavoletta per 1/2 ora... forse in pista...).. in tal caso a parità di "generazione" scende la capacità bat.. esempio sulla decina di kwh..

B)opto per un sistema mot termico /generatore degno del mot elettrico... In tal caso riduco all'osso la bat.
In questa situazione il motore termico, quello elettrico e il generatore sono "bestie" da 80KW (ok su un autobus....ma su un'auto non la vedo...)

Cosa scelgo? Intanto direi la A.. se non è un'auto da formula uno.. già che ci sono riduco anche la gestione termica della Pmax ... che diventa un "di picco"... sul motore principale (lo sottodimensiono, tanto se non posso generarla a lungo è inutile progettare un motore el che possa gestirla costantemente!) e scelgo una bat non gigantesca.
In tutto ciò devo tener conto che se di utilitaria si tratta... è più probabile optare per una buona coppia.. piuttosto che una buona potenza del sistema...

Quindi farei forse.. un 50kw el con picco sugli 80... un termico da 20-30Kw con relativo generatore... una batteria sui 10-15Kwh...
Tiriamo due somme:
motore el raoppia rispetto alla Prius
motore termico si riduce di 1/3 circa risp. alla P
generatore probabilmente triplica risp. alla P
batteria ...a spanne 4-5 volte quella delle P

mhhh forse opterei per un parallelo ....

attendo commenti/osservazioni/correzioni...

Edited by gattmes - 17/7/2007, 11:23

CITAZIONE

1) dato un valore di targa (prestazioni, ecc...) del propulsore, valuterei appunto un motore elettrico degno. Sto dicendo (scrivendo) che se voglio 82Kw (113CV) devo sceglierne uno di tale potenza, in quanto l'unico propulsore.
Nella P c'è un mot el di 50Kw. Tale potenza tuttavia ( .. mi perdoni T... ) non puà essere gestita costantemente. Infatti la temperatura interna massima raggiungibile si aggira sui 170 gradi negli avvolgimenti... una decina circa in meno nel liquido di raffreddamento. Tanto più sale la temperatura, tanto più va ridotta la potenza... diciamo che potremo considerare un 30Kw.. che si riducono sui 15Kw se "vivamente" sollecitato (50kw sono "di picco" e saltuari).
Tale potenza è insufficiente come "singola" fonte.. sulla P il THS dirotta automaticamente verso il mot termico la generazione di potenza, quando il mot el non può più generarne/gestirne... ma su un sistema serie ciò non si può fare, ergo il mot el va OPPORTUNAMENTE dimensionato.
Questo indica un motore molto più grosso e pesante (almeno 4 volte... a spanne)

Sinceramente non sapevo che ci fosse questo problema di temperatura...pensavo che il calore venisse dissipato con un normale impianto di raffreddamento.
Anche perchè di grossi motori elettrici se ne stanno vedendo in giro, vedi Tesla Motors (248 cv) o questo pick-up da 100 kw di picco e 55 continui. Quindi penso che sia un problema facilmente risolvibile

Per quanto riguarda la potenza del termico, non è facile decidere ma si può optare per varie soluzioni. Si potrebbero ad esempio ipotizzare delle condizioni di massimo consumo medio dell'elettrico (autostrada a tavoletta?) e regolarsi in base a quelle. Ma direi che 25-30 kw sono un buon valore di riferimento. Naturalmente in base alla potenza del termico va decisa la capacità di "tampone" delle batterie. Un buon progettista sarebbe capace di trovare la condizione di minimo costo (il cosiddetto pay-off)

Le considerazioni finali dovrebbero essere quindi grosso modo le tue. Quindi teoricamente un'auto di costo iniziale maggiore. Ma attenzione:
-il motore termico non presenti sistemi di regolazione, è solo un accendi-spegni
-manca il differenziale e il sistema di gestione di quest'ultimo
-lo schema costruttivo è estremamente più semplice e lo spazio necessario minore

Quindi ad occhio ho l'impressione che un auto del genere avrebbe un costo finale minore rispetto ad una Prius

E per quanto riguarda i consumi, non ci metto la mano sul fuoco ma secondo me un sistema in serie farebbe le scarpe anche ad'auto sofisticata come la Prius.

Inoltre credo sarebbe l'ideale per una vasta gamma di modelli: dalle city car agli scooter. Pensa ad esempio la nuova 500 equipaggiata con un elettrico ed un Multijet da 600cc con consumi praticamente irrisori...sarebbe una rivoluzione. Per le auto medio-grandi invece forse non può competere con i pregi del sistema Toyota, soprattutto in termini di prestazioni, ma tant'è..

credo che la risposta non sia tecnica ma economica.
E' di oggi (25/7)che toyota ha ottenuto l'approvazione per i test pubblici della nuova Prius, che avra un motore ( o più) elettrico (i) e uno a gasolio per "rimpinguare " le batterie. Ovviamente è Plug in! ( Wikipedia è gia aggiornata..)
La vedo bene!

CITAZIONE (janvaljan @ 19/7/2007, 12:48)

Le considerazioni finali dovrebbero essere quindi grosso modo le tue. Quindi teoricamente un'auto di costo iniziale maggiore. Ma attenzione:
-il motore termico non presenti sistemi di regolazione, è solo un accendi-spegni
-manca il differenziale e il sistema di gestione di quest'ultimo
-lo schema costruttivo è estremamente più semplice e lo spazio necessario minore

Quindi ad occhio ho l'impressione che un auto del genere avrebbe un costo finale minore rispetto ad una Prius

Gattmens ha fatto un post cosi preciso dove in pratica viene spiegato che Prius e' il massimo ottenibile oggi in termini tecnologici e di costo.

Non si puo fare meglio.......

Un ibrido serie puro richiederebbe una capacita di batteria tale e un pacco batterie che alzerebbe i costi ..diciamo intorno ai 200.000 euro ...

Con 25.000 euro fai al massimo un catorcio serie non un'auto.


Ora.. una macchina da 200.000 euro e' un sogno, la Prius la possono acquistare quasi tutti... la vendono al concessionario dietro l'angolo.

Ciao,
F.

CITAZIONE (fcattaneo @ 25/7/2007, 23:09)

Gattmens ha fatto un post cosi preciso dove in pratica viene spiegato che Prius e' il massimo ottenibile oggi in termini tecnologici e di costo.

Non si puo fare meglio.......

Un ibrido serie puro richiederebbe una capacita di batteria tale e un pacco batterie che alzerebbe i costi ..diciamo intorno ai 200.000 euro ...

Con 25.000 euro fai al massimo un catorcio serie non un'auto.


Ora.. una macchina da 200.000 euro e' un sogno, la Prius la possono acquistare quasi tutti... la vendono al concessionario dietro l'angolo.

Ciao,
F.

Ibrido serie plug-in: www.cleanova.com

gianni

CITAZIONE (Gianni66 @ 29/7/2007, 17:20)

Ibrido serie plug-in: www.cleanova.com

gianni

Estremamente interessante...peccato siano francesi

Faccio notare un pezzo che corrisponde a quanto avevo detto prima:

Les économies de carburant réalisées grâce à un véhicule électrique sont très importantes : le « kilomètre électrique » coûte environ 1€ au 100 km. De plus, les coûts d’entretien du système Cleanova® sont très faibles, du fait notamment de la simplicité mécanique du moteur, de l’absence d’entretien des batteries lithium-ion, de l’absence d’embrayage et de circuit d’huile etc.

Ces économies compenseront largement le coût de la batterie.

Scusate se approfitto per un pò di aiuto sui conti...
Ammesso di possedere una auto ibrida plug in, quanti Kwh consumerebbe, spannometricamente, per una percorrenza diciamo di 10.000 km?

sul sito dell'ultimo link indicano un costo d'esercizio di circa 1 €/100km quindi circa 100 euro ma francamente mi sembra un pò bassino...

Non mi è chiara la domanda:
chiedi...

CITAZIONE

quanti Kwh consumerebbe

...oppure chiedi....

CITAZIONE

un costo d'esercizio

((

CITAZIONE

di circa 1 €/100km quindi circa 100 euro

))
?????

Cmque... il primo dipende esclusivamente dal modo di utilizzo del veicolo (oltre che dal tipo..). Anche qua bisogna chiarire se ci si riferisce all'energia necessaria per spostare il mezzo o a quella per farlo funzionare.
Il secondo dipende in che modo si utilizza una fonte energetica rispetto ad un'altra (poi quindi dal modo di utilizzo del veicolo.. e anche dal tipo..). Dai dati si può poi risalire al costo chilometrico (o per 100km), ad esempio sapendo il costo unitario del carburante, dell'energia elettrica, ecc. e combinandoli.

Spannometricamente parlando nel caso Prius ad esempio (quella attualmente in vendita... NON plug-in) ci si attesta su 10Euro per 150-160km (intorno a 6,5 Euro x 100km)... parlo di uso "normale".. ed anche un po sportivo... con code... ecc... NON di uso su pista pianneggiante a V costante e al costo benzina 1,3 - 1,4 Euro per litro

...e parlo di dati RILEVATi su decine di migliaia di chilometri/anni di esercizio ..e non su una semplice prova.
(pertanto se qualche buona anima non aggiunge carburante di nascosto.. o qualche distributore regala litri per qualche anno consecutivo.... i dati sono circa quelli qua citati e non quelli di 4R -ndr-)

Edited by gattmes - 3/8/2007, 10:48

Ciao Gattmes e grazie per la risposta.
se faccio meglio la domanda forse mi aiuti di più.
Considerato che l'energia necessaria per muovere un'auto elettrica o non è più o meno simile ( spero che questo assunto sia corretto), mi domandavo quanto poteva essere il consumo in kwh di un'auto "plug in" che percorre 10.000 km anno.

Questo perchè sto per installare una serie di pannelli fotovoltaici e voglio che questo consumo sia prodotto dai pannelli.

ciao gattmes

una domanda forse OT...

quanto pensi possa essere (spannometricamente ) il recupero di energia in Kw attraverso la frenata in un percorso misto di 30-40 km ??

grazie

La nuova Prius si fa desiderare .....
nel 2011?

Ciao
Mario

Se posso dire la mia, un motore ibrido in serie avrebbe:

un vantaggio: il motore termico che carica la batteria lavora a piena ammissione e in un intervallo di giri ristretto, quindi può essere progettato per una maggiore efficienza rispetto a un motore convenzionale che deve lavorare in un intervallo di giri più esteso

uno svantaggio: tutta l'energia assorbita dalle ruote viene dalla batteria, quindi deve seguire tutto il percorso generatore/batteria/motore elettrico, che con un motore termico accoppiato direttamente alle ruote non ci sarebbe; questo significa una efficienza complessiva più bassa

Non so quale prevale dei due; certo il sistema in serie è molto più facile da gestire.


Mi viene in mente però che un altro punto debole in generale è l'uso delle batterie, che costano (specie quelle ad alta capacità) e hanno un certo numero di cicli dopo di che vanno sostituite.
Per un sistema ibrido in cui l'accumulatore di energia (batterie o altro) deve accumulare una quantità relativamente limitata di energia, quella che serve per i transitori di velocità, perchè non sostituire le batterie con un volano di peso adeguato ?
Volani costruiti in materiali compositi, leggeri e resistenti possono raggiungere velocità di rotazione elevate, con un accumulo di energia (Wh/kg) uguale a quelli delle migliori batterie.
L'accumulo diretto di energia in un volano avrebbe un rendimento quasi del 100%. Il volano, che sostituisce la batteria, sarebbe messo in serie a un generatore per produrre la corrente per i motori elettrici. La perdita di rendimento sarebbe solo quella del generatore invece della coppia generatore/batteria.
Svantaggio: la perdita dell'energia del volano durante le lunghe soste; ma si tratta solo dell'energia equivalente a quella di una ripresa da zero alla velocità massima.

CITAZIONE (Gianni66 @ 29/7/2007, 16:20)

Ibrido serie plug-in: www.cleanova.com

gianni

Link interessante.
Peccato che quei simpaticoni dei francesi non cambieranno mai: ci avessero messo almeno una traduzione in inglese...
Purtroppo per me la lingua d'oltralpe è incomprensibile: qualcuno ci può spiegare (anche sinteticamente) come funziona il sistema?

CITAZIONE (Archangel @ 10/12/2007, 19:21)

Per un sistema ibrido in cui l'accumulatore di energia (batterie o altro) deve accumulare una quantità relativamente limitata di energia, quella che serve per i transitori di velocità, perchè non sostituire le batterie con un volano di peso adeguato ?
Volani costruiti in materiali compositi, leggeri e resistenti possono raggiungere velocità di rotazione elevate, con un accumulo di energia (Wh/kg) uguale a quelli delle migliori batterie.
L'accumulo diretto di energia in un volano avrebbe un rendimento quasi del 100%. Il volano, che sostituisce la batteria, sarebbe messo in serie a un generatore per produrre la corrente per i motori elettrici. La perdita di rendimento sarebbe solo quella del generatore invece della coppia generatore/batteria.
Svantaggio: la perdita dell'energia del volano durante le lunghe soste; ma si tratta solo dell'energia equivalente a quella di una ripresa da zero alla velocità massima.

Un volano deve essere caratterizzato da attrito ridottissimo, ciò comporta una estrema precisione di realizzazione, tollleranze ridottissime, e possibilmente una camera sottovuoto. Tutte cose pensabili per un sistema statico, non per un auto soggetta a urti e sobbalzi. Senza contare gli effetti giroscopici...