Discussione: Cambio elettrico

In qualunque veicolo mosso da un motore a combustione interna c'è il problema di accoppiare il motore, che gira a una certa velocità, con le ruote che girano a una velocità diversa e al limite sono anche ferme. Questo richiede l'uso di un cambio di velocità (e anche di una frizione), che è complicato e pesante e si mangia un buon 10% della potenza del motore.
Ma se le ruote venissero mosse da un motore elettrico non ci sarebbe più bisogno di un cambio. E allora mi chiedo se non sarebbe possibile accoppiare il motore a scoppio a una alternatore (o una dinamo) per produrre elettricità, girando a un regime costante, e inviare l'elettricità a un motore elettrico accoppiato alle ruote. Questo dovrebbe permettere di abolire il cambio e la frizione. Si avrebbe una maggiore facilità di guida e probabilmente minori costi di costruzione.
Non sono esperto di elettrotecnica per cui chiedo se potrebbe funzionare un'idea del genere.

Già si fa nelle locomotive e se non erro la Chevrolet Volt funziona su questo principio: si chiama ibrido in serie. Ivantaggio principale è la semplicità, lo svantaggio è l'eccessivo dimensionamento dei pezzi che ti porti dietro: in sostanza se vuoi avere 30 CV alla ruota in linea di principio devi avere un motore a scoppio da 30 CV più le perdite di rendimento nella catena dal motore alla ruota, quindi ti servirà un motore elettrico da 30CV, insomma ti porti dietro 60CV più le perdite per portare a terra 30CV. Nell'ibrido parallelo e ancora di più in quello "misto" tipo Toyota, hai la possibilità di far sì che il motore a scoppio contribuisca anche direttametne alla trazione e non solo alla generazione di elettricità quindi avresti uno schema in cui per avere 30CV max alla ruota potrai andare in giro con un generatore a combustione interna da 15CV e un motore elettrico da 15CV (al netto dei rendimenti). Molto in soldoni e in maniera molto imprecisa: aspetto che Gattmes mi bastoni a dovere! Ciao

quello che dite è giusto ma mi sembra incompleto.

sia nell'ibrido in serie che in parallelo, è necessario avere degli accumulatori.

se in parallelo non ho accumulatori abbastanza grandi da spingere il motore elettrico per un tempo sufficiente senza usare il motore a scoppio, non avrò mai la potenza piena.

per natale dovrei riuscire a creare un "sistema ibrido", per uno scooter 50.

la potenza del motore deve essere superiore alla media di quella richiesta, mi spiego: se normalmente uno 3Cv per partire a razzo, ma poi nel viaggio a velocità costante uso 1,5 cv, a me basta avere un motore che a combustione interna che crei l'energia che mi serve in modo costante, riempio le batterie che poi svuoto in partenza. ecco che posso avere un motore elettrico da 4 CV, uno a scoppio da 2,5CV e utilizzare i 4 CV pieni per partire prelevando dalle batterie. mentre viaggio utlizzo meno di quello che produco, ed ecco che allora ricarico le batterie.


questo metodo, non ancora utilizzato a pieno, ha il difetto che quando le batterie sono scariche la potenza diminuisce notevolmente, ma ha il grande pregio che il motore a scoppio può viaggiare a ritmo costante, al regime del suo massimo rendimento, diminuendo i consumi.

Assolutamente d'accordo amos

Originariamente inviata da amos_trooper

...sia nell'ibrido in serie che in parallelo, è necessario avere degli accumulatori....

..invece nel misto serie/parallelo (tipo Toyota Prius, per capirci)... le batterie potrebbero anche essere omesse

Tchüss!

Originariamente inviata da luigiduca

Già si fa nelle locomotive e se non erro la Chevrolet Volt funziona su questo principio: si chiama ibrido in serie. Ivantaggio principale è la semplicità, lo svantaggio è l'eccessivo dimensionamento dei pezzi che ti porti dietro: in sostanza se vuoi avere 30 CV alla ruota in linea di principio devi avere un motore a scoppio da 30 CV più le perdite di rendimento nella catena dal motore alla ruota, quindi ti servirà un motore elettrico da 30CV, insomma ti porti dietro 60CV più le perdite per portare a terra 30CV. Nell'ibrido parallelo e ancora di più in quello "misto" tipo Toyota, hai la possibilità di far sì che il motore a scoppio contribuisca anche direttametne alla trazione e non solo alla generazione di elettricità quindi avresti uno schema in cui per avere 30CV max alla ruota potrai andare in giro con un generatore a combustione interna da 15CV e un motore elettrico da 15CV (al netto dei rendimenti). Molto in soldoni e in maniera molto imprecisa: aspetto che Gattmes mi bastoni a dovere! Ciao

Hai ragione quando dici che la catena motore termico/alternatore/motore elettrico ha un rendimento minore di un accoppiamento diretto motore/ruote, ma in realtà nel secondo caso c'è di mezzo il cambio che ha le sue brave perdite. Una volta anzi c'era la presa diretta per avere meno dissipazioni in quarta marcia, ma oggi si passa sempre per un treno di ingranaggi in qualunque marcia.
Non ho capito invece il ragionamento per cui se occorrono 30 CV alla ruota occorre un motore di 60 CV. Occorre un motore da 30 CV più le perdite, perchè a meno di andare al massimo avanzerebbe sempre un po' di potenza per ricaricare la batteria. E le perdite non possono essere così alte, se no non esisterebbero le locomotive diesel-elettriche, le famose littorine dei tempi di Mussolini.
Bisogna vedere quali sono le perdite nel passaggio da motore termico a motore elettrico, cioè le perdite dell'alternatore e del motore elettrico.

Originariamente inviata da Stregatto

Hai ragione quando dici che la catena motore termico/alternatore/motore elettrico ha un rendimento minore di un accoppiamento diretto motore/ruote, ma in realtà nel secondo caso c'è di mezzo il cambio che ha le sue brave perdite. Una volta anzi c'era la presa diretta per avere meno dissipazioni in quarta marcia, ma oggi si passa sempre per un treno di ingranaggi in qualunque marcia.
Non ho capito invece il ragionamento per cui se occorrono 30 CV alla ruota occorre un motore di 60 CV. Occorre un motore da 30 CV più le perdite, perchè a meno di andare al massimo avanzerebbe sempre un po' di potenza per ricaricare la batteria. E le perdite non possono essere così alte, se no non esisterebbero le locomotive diesel-elettriche, le famose littorine dei tempi di Mussolini.
Bisogna vedere quali sono le perdite nel passaggio da motore termico a motore elettrico, cioè le perdite dell'alternatore e del motore elettrico.

se ho capito bene i 60 CV sono la somma fra i 2 motori
in realtà il ragionamento che fai fila, ma bisogna pensare che questa sarebbe un'auto elettrica con in + un motore a comb. interna.
come se sulla 600 elettra ci mettessi anche il motore a benzina
questo comporterebbe delle notevoli differenze nella produzione con costi molto elevati, e le case automibilistiche ci pensano bene prima di fare un passo simile

ciao

io invece pensavo a dotare un motore elettrico di variatore continuo di velocità. Perchè il motore elettrico deve essere a presa diretta?? io posso bloccare il mio motore a 4000 giri e fare lavorare il variatore, dopo di che porto il motore a 6000. non c'è un vantaggio in termini di risparmio di energia? se posso viaggiare a 80 km/k, al regime che uso a 50km/h, non evito di sprecare energia?

No, perchè il variatore..... perde!.. Vanifica così gli ottimi rendimenti del motore elettrico.
Uno dei vantaggi di quest'ultimo è che può essere fatto girare a velocità circa a piacere... persino essere fermato e riavviato in tempi 0 e senza ulteriori grandi perdite.
Quindi variatore/cambio e frizione comportano nessun vantaggio aggiunto (in prima analisi, tranne casi/applicazioni particolari) e notevoli svantaggi, primo tra tutti perdite/diminuzioni rendimenti globali... poi peso... poi costi.... poi riduzione dello MTBF... ecc.

Spiega poi matematicamente (con 2 passaggi energetici... o due esempi in parole povere... non solo di velocità lineare o rotativa!) meglio questo:

posso bloccare il mio motore a 4000 giri e fare lavorare il variatore, dopo di che porto il motore a 6000. non c'è un vantaggio in termini di risparmio di energia? se posso viaggiare a 80 km/k, al regime che uso a 50km/h, non evito di sprecare energia?

..ovvero quale è il ragionamento che fa risparmiare energia?

Originariamente inviata da gattmes

No, perchè il variatore..... perde!.. Vanifica così gli ottimi rendimenti del motore elettrico.
Uno dei vantaggi di quest'ultimo è che può essere fatto girare a velocità circa a piacere... persino essere fermato e riavviato in tempi 0 e senza ulteriori grandi perdite.
Quindi variatore/cambio e frizione comportano nessun vantaggio aggiunto (in prima analisi, tranne casi/applicazioni particolari) e notevoli svantaggi, primo tra tutti perdite/diminuzioni rendimenti globali... poi peso... poi costi.... poi riduzione dello MTBF... ecc.

Spiega poi matematicamente (con 2 passaggi energetici... o due esempi in parole povere... non solo di velocità lineare o rotativa!) meglio questo:

..ovvero quale è il ragionamento che fa risparmiare energia?

il ragionamento è preso dal motore a scoppio.

in macchina a 90Km/h in terza sono a 3500 giri, in quinta sono a 2500, in quinta comsumo sicuramente meno che in terza. in terza ho molti più cavallia disposizione, e una coppia maggiore, ma che non mi servono (e quindi spreco)


per l'ibrido serie-parallelo senza batterie, è sicuramente possibile, ma anche inutile. posso ottenere maggior coppia grazie all'elettrico, ma non posso sommare le potenze se l'elettrico non è spinto dall'energia accumulata, e il motore termico è sicuramente più vincolato (come regimi di rotazione) alla velocità di marcia.

No no ... qua c'è qualcosa che non quadra. Vediamo per punti. Se...

Originariamente inviata da amos_trooper

il ragionamento è preso dal motore a scoppio...

..allora li si ferma/è relegato: non è applicabile al motore elettrico.
Curve di coppia, potenza e rendimenti sono completamente differenti ( e non di poco)

.. l'ibrido serie-parallelo senza batterie, è sicuramente possibile, ma anche inutile..

non sono in accordo... e la risposta ... te la sei già data:

posso ottenere maggior coppia grazie all'elettrico

quindi, in pratica, emuli il "cambio" (eventualmente + frizione), pur non avendolo!


Inoltre:

il motore termico è sicuramente più vincolato (come regimi di rotazione) alla velocità di marcia....

anche qui non concordo. Per esempio sulla Prius (ecc.) il m. termico è sicuramente Svincolato dal regime di rotazione (e... dalla posizione dell'acceleratore!) ... a tal punto che non solo l'auto può viaggiare a 130km/h con il termico al minimo o addirittora spento... ma anche il contrario, ovvero con il termico acceso (e magari non proprio al minimo) l'auto può essere del tutto ferma... e non solo:
può persino andare in retromarcia!

Originariamente inviata da gattmes

No no ... qua c'è qualcosa che non quadra. Vediamo per punti. Se...

..allora li si ferma/è relegato: non è applicabile al motore elettrico.
Curve di coppia, potenza e rendimenti sono completamente differenti ( e non di poco)


non sono in accordo... e la risposta ... te la sei già data:

quindi, in pratica, emuli il "cambio" (eventualmente + frizione), pur non avendolo!


Inoltre:

anche qui non concordo. Per esempio sulla Prius (ecc.) il m. termico è sicuramente Svincolato dal regime di rotazione (e... dalla posizione dell'acceleratore!) ... a tal punto che non solo l'auto può viaggiare a 130km/h con il termico al minimo o addirittora spento... ma anche il contrario, ovvero con il termico acceso (e magari non proprio al minimo) l'auto può essere del tutto ferma... e non solo:
può persino andare in retromarcia!

la prius ha le batterie, altrimenti non sarebbe possibile svincolare il motore elettrico da quello termico.

Originariamente inviata da primus71

se ho capito bene i 60 CV sono la somma fra i 2 motori
in realtà il ragionamento che fai fila, ma bisogna pensare che questa sarebbe un'auto elettrica con in + un motore a comb. interna.
come se sulla 600 elettra ci mettessi anche il motore a benzina
questo comporterebbe delle notevoli differenze nella produzione con costi molto elevati, e le case automibilistiche ci pensano bene prima di fare un passo simile

ciao

Esatto Primus, è quello che intendevo: in realtà, come ha giustamente notato qualcun altro, avendo delle batterie a fare da tampone, ti basta un motore termico più piccolo del picco di potenza necessario alla ruota dato che uno non va sempre al massimo quindi anche un generatore di corrente meno potente può farcela a ricaricare le batteie nei momenti di minore utilizzo. Resta il fatto che, come posso dire, la quantità complessiva di KW che ti porti dietro è molto superiore a quella realmente "spendibile" alla ruota, anche se è certamente più efficiente di un sistema a combustione interna tradizionale.
Il punto è che se io voglio 30kW alla ruota, li posso ottenere mettendo in serie un generatore opportunamente dimensionato, un pacco batterie e un motore elettrico, per cui bene che vada il generatore dovrà essere generosamente dimensionato, oppure in parallelo, con il motre termico e quello elettrico che contribuiscono entrambi alla creazione diretta del moto, oppure in maniera mista, variando in continuo l'apporto di ciascun motore alla creazione del moto e dirottando la potenza eccedente sul mantenimento delle batterie. Diciamo che se ragioniamo senza batterie tampone e senza perdite (dato che "qualtativamente" il discorso non cambia, ma poi diventa importante nella soluzione mista) solo sui due schemi di base serie e parallelo, se voglio 30kW alla ruota, un generatore da 30kW consuma comunque di più di uno da 15kW pertanto è ragionevole supporre che poter combinare a piacimento un generatore a combustione interna da 15kW con un motore elettrico da 15kW per poter avere, quando richiesto, una potenza di 30kW alla ruota, consuma meno risorse dello schema in serie.

Originariamente inviata da amos_trooper

la prius ha le batterie

...direi che questo lo sanno tutti qui sul forum.... ma potrebbe non averle!
Le bat diventano importanti sia per il recupero energetico (frenata, discesa, ecc.), sia (parzialmente) per il modo di funzionamento "parallelo" (accumulo)... oltre che per la funzione EV puro!

altrimenti non sarebbe possibile svincolare il motore elettrico da quello termico.

perchè? (Tecnicamente e non impressivamente)
..o non ho capito bene l'affermazione (spiega meglio)


PS

Originariamente inviata da primus71

come se sulla 600 elettra ci mettessi anche il motore a benzina
questo comporterebbe delle notevoli differenze nella produzione con costi molto elevati,

di questo non ne sono convinto, sia come costi produttivi.. sia (a "regime" negli anni) come costo di progetto: sia un cambio (+frizione, ecc.), sia un motore termico sono enormemente più complicati di un PS ed una macchina elettrica!

Un po come l'elettronica che sta dietro un TV/monitor CRT (o anche Plasma), molto più complessa-correntosa-voltaggiosa... rispetto quelli LCD... e in effetti i prezzi di questi ultimi sono in continua discesa (nonostante le prestazioni facciano l'opposto...)

Originariamente inviata da gattmes

...direi che questo lo sanno tutti qui sul forum.... ma potrebbe non averle!
Le bat diventano importanti sia per il recupero energetico (frenata, discesa, ecc.), sia (parzialmente) per il modo di funzionamento "parallelo" (accumulo)... oltre che per la funzione EV puro!


perchè? (Tecnicamente e non impressivamente)
..o non ho capito bene l'affermazione (spiega meglio)


PS

di questo non ne sono convinto, sia come costi produttivi.. sia (a "regime" negli anni) come costo di progetto: sia un cambio (+frizione, ecc.), sia un motore termico sono enormemente più complicati di un PS ed una macchina elettrica!

Un po come l'elettrinica che sta dietro un TV/monitor CRT (o anche Plasma) oppure LCD... in effetti i prezzi di questi ultimi sono in continua discesa (nonostante le prestazioni facciano l'opposto...)

Mi stavo chiedendo se in prospettiva, ammettendo una enorme diffusione delle auto a trazione elettrica, se non si porrà il problema del costo del rame, per cui pur con una macchina molto meno complessa dal punto di vista meccanico, ci ritroveremo comunque a combattere con costi molto elevati.

Buona domanda... tuttavia l'impiego attuale su alternatori e motorini d'avviamento non mi sembra che abbia messo in crisi il settore

NB su sistemi ibridi sulla falsariga Toyota/Lexus/ questi oggetti verrebbero eliminati... quindi il bilancio è quasi pari.. e recuperati magari da sistemi + furbi tipo CAN bus e altro anche per semplici "utilizzatori" elettrici (es luci varie).

Sicuramente ci soffre il mercato dei ricambi (componenti freni, ecc).. quello autoriparazioni.....e ovviamente "oil".

per quanto riguarda il cambio sul motore elettrico non ribadisco, era un'ipotesi, che sicuramente testerò quando ne avrò la possibilità.

per il discorso del sistema serie senza batterie tu lo intendi come un modo più efficente per avere un motore in presa diretta (tipo il motorino ciao). in effetti è vero, sicuramente ci sarebbero dei vantaggi a livelli di consumi, se per passare da 50 a 100 km/h, il motore termico aumenta solo di 500 giri il suo regime, anzichè aumentarlo si 2000 giri per poi cambiare marcia e stazionarsi a 500 giri più del regime di partenza, questo sicuramente è un vantaggio, ed è possibile.

con le batterie però posso passare da 50 a 100 km/h senza aumentare il numero di giri del motore termico, e solo dopo un'analisi di quello che stà succedendo a livello energetico decidere se aumentare il regime del motore o addirittura di tenerlo fisso, perchè subito dopo mi sono fermato al semaforo. il motore in questo modo è davvero totalmente svincolato.

Si + o -.. solo 2 precisazioni.

1) Conviene avere la bat per la possibilità del recupero che offre (energia non più "dispersa" esempio nei freni.. che tra l'altro durano molto di +)
2) proprio per quanto ho scritto in un recente /precedente messaggio:

Originariamente inviata da gattmes

..Le bat diventano importanti sia per il recupero energetico (frenata, discesa, ecc.), sia (parzialmente) per il modo di funzionamento "parallelo" (accumulo)... oltre che per la funzione EV puro!..

Quindi il discorso dei "giri" è indipendente dalla presenza della bat o meno (ovviamente alcuni parametri elettrici variano).. mi riferisco ad un sistema tipo Prius con Power Splitter, ovviamente.
Elettronicamente si può decidere/impostare quanta energia prelevare elettricamente da MG1 (ovvero quanto carico meccanico aggiunto far vedere al termico) per poi riversarla su MG2 (ovvero ritrasformarla in coppia aggiunta verso le ruote)...ed inoltre controllare il termico per quanto concerne principalmente l'apporto di combustibile (quindi potenza generata).
In questo modo è possibile giocare quasi a piacere con i parametri di coppia & velocità... mantenendo praticamente invariato il numero di giri del termico.

In altre parole sto scrivendo che l'energia sotto forma elettrica è... energia eòlettrica e basta! Non ci sono sottospeci.
Quindi una volta convertita energia meccanica in elettrica, si può dirottare direttamente tra generatore al motore (el.)... senza per forza passare PRIMA dalla batteria.
Ovviamente ci sono due unità (PWM) di controllo separate per MG1 e MG2 e un unico bus elettrico comune come si vede qua:



Come si vede nel testo ci sono richieste di potenza che comunque la bat non può soddisfare.... quindi il sistema è gestito per un passaggio diretto termico->generatore-motore el.

Questa immagine insieme a quella relativa ai flussi energetici nei vari casi di funzionamento l'ho aggiunta nella discussione relativa:
http://www.energeticambiente.it/veic...#post118888841

Originariamente inviata da Stregatto

E allora mi chiedo se non sarebbe possibile accoppiare il motore a scoppio a una alternatore (o una dinamo) per produrre elettricità, girando a un regime costante, e inviare l'elettricità a un motore elettrico accoppiato alle ruote. Questo dovrebbe permettere di abolire il cambio e la frizione. Si avrebbe una maggiore facilità di guida e probabilmente minori costi di costruzione.


Non sono esperto di elettrotecnica per cui chiedo se potrebbe funzionare un'idea del genere.

L'idea del genere funziona egregiamente ed e' gia proficuamente utilizzata nella Toyota Prius.

Ciao,
F.