Discussione: Progetto auto ibrida

Ciao a tutti,

noto con dispiacere che la sezione nella quale sto scrivendo è una delle meno popolate del forum, spero questo non pregiudichi la possibilità di ottenere buoni consigli!

Stavo riflettendo (siamo ancora in fase 0, insomma) sulla possibilità di imbarcarmi in un progetto moderatamente ambizioso (per quella che è la mia scarsa esperienza, almeno): prendere una vecchia macchina e trasformarla in un ibrido elettrico.

Premetto la mia totale inesperienza PRATICA. Mi sono laureato in ingegneria, ma non ho mai messo le mani in un motore vero, quindi potrei anche sparare cazzate a raffica.

L'idea di base è quella standard: un sistema dotato di una batteria capiente ed efficace, in cui un motore "tradizionale" è usato per ricaricarla ed un motore elettrico vi è invece collegato per la trazione

La mia prima domanda è la seguente: sì può fare? Qualcuno ci ha già provato? Io vorrei una personalizzazione totale, nel senso che vorrei mettere nella macchina un nuovo motore, insomma, rivedere il veicolo da 0.

La seconda è la seguente: il motore, se da un lato può essere un "banale" Diesel, dall'altro potrei invece pensare di adottare "nuove" tecnologie più efficienti. Una su tutte, quella delle celle a combustibile ad alta temperatura (SOFC e MCFC) associate ad una turbina a gas. Tali sistemi pare possano, in linea teorica, raggiungere rendimenti molto elevati, anche dell'ordine del 60-70%.

Insomma, ho tante idee in testa ma poca esperienza per metterle in pratica. Qualcuno ha consigli da darmi?


Grazie in anticipo, e scusate la lunghezza e le idiozie eventuali

ciao Bloody_Ranger
se questo tuo è un progetto "moderatamente ambizioso" non immagino come potrebbe essere uno molto ambizioso.
Ho pochi consigli da darti, il primo lo conoscerai certamente ed è la risposta alla tua prima domanda: questa cosa si può fare ma il veicolo non potrà circolare nelle strade pubbliche, a meno che tu non riesca a farlo immatricolare come prototipo in uno stato estero tipo la Germania.
Poi la tecnologia: cella a combustibile e turbina a gas mi sembrano molto innovative e senza esperienza sarà probabilmente una cosa complicata da realizzare. Continua a cercare in giro, qualche cosa potresti trovare.

ciao carest,

grazie per la risposta. So che il mio progetto è meglio approssimabile al folle che all'ambizioso, ma siccome per ora è soltanto nella mia testa, troppo danno non dovrebbe fare.

La cosa della possibilità di circolazione, in effetti, non mi era balenata in mente. O meglio, ci avevo pensato, ma avevo anche pensato che in teoria sarebbe stato possibile farlo immatricolare in qualche modo. Evidentemente ho sottovalutato il problema. Addio sogno di girarsi il mondo sulla mia carriola.

In ogni caso continuerò a fantasticarci sopra. Grazie comunque per l'aiuto!

Ciao,
lasciamo perdere gli aspetti omologativi (tra questa sezione e quella dei veicoli elettrici c'è abbondante materiale in merito), quindi passiamo a quelli meramente tecnici:

L'idea di base è quella standard: un sistema dotato di una batteria capiente

Stiamo parlando di veicoli ibrido o veicolo elettrico? Qui non siamo su 4R, quindi vediamo le cose da ignoranti (come mi considerano loro)

• se il veicolo è elettrico, allora la batteria deve "stivare" tutta l'energia che serve tra un rifornimento e il successivo. Dal momento che (attualmente ) il rifornimento non avviene durante l'uso del veicolo (rigenerativi a parte), va da se che occorre generalmente una capacita' non piccolissima...
  -
• se il veicolo è ibrido, allora la batteria deve sempre "stivare" l'energia che serve tra un... "rifornimento"... e il successivo, ma questo deriva principalmente dai recuperi rigenerativi, inoltre e' sempre possibile una ricarica con il secondo gruppo motore/serbatoio (ICE)... infine quest'ultimo potrebbe essere autonomo nella propulsione (ibrido parallelo). La batteria, e il motore/generatore elettrico, assumono qui ruoli diversi.
  -In primo luogo costituiscono un sistema che recupera energia altrimenti dispersa (freno motore/freni "canonici" [per la maggiorana, purtroppo di chi legge...]): la batteria assume ruolo di "polmone" .
  -In secondo luogo da possibilità di sfruttare il propulsore piu' adatto alla situazione... cogente... ovvero privilegiando l'elettrico in partenza, accelerazione, decelerazione... e, se voliamo vederla cosi', anche "sosta".
  In tal caso la batteria DEVE necessariamente essere contenuta.... cosi' come una 500 DEVE essere equipaggiata con un motore di litraggio contenuto (ossia no motore da F1)
  -
• se il veicolo e' ibrido, ma dotato di "spina di ricarica" [plug-in] e' chiaro che ci troviamo in una situazione intermedia e il progetto sarà valutato di conseguenza

Quindi,in prima battuta, il "Perito" disse:
che veicolo si vuole realizzare tra quelli sopra illustrati?

grazie gattmes per la risposta!

Delle due opzioni che hai descritto, indubbiamente quella che più corrisponde a ciò che avevo in testa è quella ibrida. In effetti l'idea era proprio quella di realizzare qualcosa in grado di ricaricarsi in marcia, tramite appunto un ibrido e non un sistema puramente elettrico.

La dimensione della batteria, per quel poco che ammetto di sapere, deve essere valutata attraverso un compromesso: è evidente che più la batteria è capiente, più sarà pesante ed ingombrante, e dunque andrà a essere scomoda ed inopportuna. Al tempo stesso, più la batteria è piccola più si perde l'effetto positivo dell'ibrido, e si costringe l'ICE ad accendi spegni sempre più frequenti o ad operare ad un regime diverso da quello di massimo rendimento, il che porta direttamente ad un minor rendimento del sistema nel suo insieme!

Ecco, la dimensione ottimale, questo sarebbe uno dei molteplici problemi da risolvere

è evidente che più la batteria è capiente, più sarà pesante ed ingombrante, e dunque andrà a essere scomoda ed inopportuna.

ma soprattutto inutile ai fini del funzionamento... e anche della durata. E' vero che una batteria più grande permette di diminuire ancor più il DOD, ma se hai un dato di vita di 500.000 km .... (nb il limite di vita-capacità può essere preso con limiti diversi, molto diversi, su un ibrido)

Al tempo stesso, più la batteria è piccola più si perde l'effetto positivo dell'ibrido,

Perchè? (Ovviamente se non si scende a 1 Ah)

si costringe l'ICE ad accendi spegni sempre più frequenti o ad operare ad un regime diverso da quello di massimo rendimento

Perchè dovrebbe lavorare a regimi diversi? Perchè dovrebbe rendere meno?

Mi spiego. Probabilmente dirò cose che già sai, ma più che altro serve per fare capire a te quel che so io, in modo che tu possa dirmi se ho delle convinzioni sbagliate:

Qual è lo scopo di un auto ibrida? Il tutto nasce dalla differenza di base tra i due motori:

• Il motore a combustione interna (ICE) ha un rendimento molto variabile a seconda delle condizioni operative, con un punto di picco in generale nelle condizioni di progetto, dalle quali però si può allontanare sensibilmente, con un rendimento che può anche più che dimezzarsi. Gli accendi-spegni, inoltre, sono pagati non solo con riduzioni del rendimento ma anche con aumenti localizzati delle emissioni inquinanti
• Il motore elettrico (EE) invece ha un rendimento (inteso come trasformazione da energia elettrica a meccanica) pressochè costante (non lo è, ma di sicuro lo è più di quanto non lo sia l'ICE). Il problema di tale motore è però che richiede una forma di energia in ingresso (elettrica) che è difficilmente immagazzinabile

L'idea dell'ibrido è dunque di dire: faccio lavorare l'ICE sempre alle condizioni di progetto, lo uso per caricare una batteria che a sua volta alimenta il ME. Il passaggio energetico meccanica-elettrica-meccanica è compensato dall'aumento vertiginoso, in media, del rendimento dell'ICE.

Ovviamente l'ICE ha una condizione di progetto, alla quale produce una determinata potenza P_0. Quindi se mentre sto andando su una strada cittadina a 50 km/h e ho una richiesta di potenza inferiore a P_0, il mio motore ICE produrrà P_0 finchè non ha caricato la batteria per poi spegnersi, finchè la batteria non è vuota di nuovo, momento nel quale si riaccende (sto semplificando mostruosamente, ne sono consapevole, ma è per dare l'idea).

Ecco. Da qui ne deriva che più è capiente la batteria, minore sarà il numero di cicli accensione-ricarica-spegnimento dell'ICE, con conseguente vantaggio sul consumo finale.

Questo è quello che ho in testa riguardo i motori ibridi e che mi porta a dire che avere una batteria di buona capienza sarebbe favorevole al loro funzionamento. Dove sbaglio?

grazie :-)

Dipende (da sottintendersi sempre secondo me...)
Premettendo che è sostanzialmente condivisibile quanto hai scritto, potrebbero esserci altre vie.

Una tra queste è da riscontrarsi nella soluzione scelta da Toyota per gli attuali HSD.
Faccio prima a illustrarla commentando il tuo messaggio tra le righe (in rosso scuro).

• Il motore a combustione interna (ICE) ha un rendimento molto variabile a seconda delle condizioni operative, con un punto di picco in generale nelle condizioni di progetto, dalle quali però si può allontanare sensibilmente, con un rendimento che può anche più che dimezzarsi. Gli accendi-spegni, inoltre, sono pagati non solo con riduzioni del rendimento ma anche con aumenti localizzati delle emissioni inquinanti.
  Definiamo meglio cosa si intende per accendi-spegni. Per un ICE ad accensione comandata possiamo dire che... ad ogni ciclo avviene un'accensione della miscela (scintilla nella candela)... ma ciò accade con una certa rotondità, quando tutto è, diciamo, a regime di temperatura (sonda lambda compresa). Se invece si lascia fermo l'ICE per un po' di tempo, allungando enormemente i tempi tra l'ultima "accensione in camera di scoppio" di un ciclo di lavoro... e la prima di un successivo ciclo, allora ci si discosta da quel "punto" ottimale. In pratica, spegnendo, si tende a raffreddare il tutto... e riaccendendo si deve ritornare "a regime'.
  C'è allora da domandarsi: conviene lasciare spento per un tempo lungo l'ICE?
  NO! Se lo spegnimento (inteso come fermo meccanico) ha una durata non troppo lunga, allora si evitano i citati "aumenti localizzati delle emissioni inquinanti".
  HSD passa per delle fasi [omissis] che comprendono un'andata a regime... e, una volta raggiunto, le accensione durano il minimo necessario (anche per questo io dico che e qui il termico che aiuta l'elettrico, più che l'opposto...)
  
• Il motore elettrico (EE) invece ha un rendimento (inteso come trasformazione da energia elettrica a meccanica) pressochè costante (non lo è, ma di sicuro lo è più di quanto non lo sia l'ICE). Il problema di tale motore è però che richiede una forma di energia in ingresso (elettrica) che è difficilmente immagazzinabile
  ... ma molto più facilmente gestibile, trasformabile... facendo ciò con inquinamento tendente a zero!

L'idea dell'ibrido è dunque di dire: faccio lavorare l'ICE sempre alle condizioni di progetto, lo uso per caricare una batteria che a sua volta alimenta il ME.
Per far ciò occorre però accoppiare allo ICE un generatore elettrico di taglia (quindi anche ingombro e peso) simile al motore elettrico. Dato che generatore/motore elettrico sono poi un modo di funzionamento di una stessa "macchina" elettrica, significa ..duplicare!
Il passaggio energetico meccanica-elettrica-meccanica è compensato dall'aumento vertiginoso, in media, del rendimento dell'ICE.
L'aumento di rendimento dello ICE non è dato dal passaggio meccanico-elettrico-meccanico in se (quindi dalla presenza fisica di generatore-ICE-motore el), ma piuttosto dal modo come si fa funzionare lo ICE stesso. Ricordo che per un buon rendimento occorrono DUE condizioni
A) un regime di rotazione dello ICE appropriato
B) un determinato "carico' applicato allo ICE
Ovviamente l'ICE ha una condizione di progetto, alla quale produce una determinata potenza P_0. Quindi se mentre sto andando su una strada cittadina a 50 km/h e ho una richiesta di potenza inferiore a P_0, il mio motore ICE produrrà P_0 finchè non ha caricato la batteria per poi spegnersi, finchè la batteria non è vuota di nuovo, momento nel quale si riaccende (sto semplificando mostruosamente, ne sono consapevole, ma è per dare l'idea).
Vediamo numericamente... diciamo che a 50 km/h serve la potenza P=70 e che l'ICE produce invece una P_0 che è 100:
Ci sarà allora un ICE che produce 100, un generatore in grado di "gestire"/convertire 100 in elettrici... una batteria in grado di "gestire"/accumulare i 100... e un motore el. in grado di produrre i 70 necessari per ottenere i 50 km/h.
Vediamo cosa potrebbe (condizionale) accadere con un HSD:
Allo ICE gli si "presenta" un carico e lo si fa funzionare a un regime...ambedue tali da determinarne massimo rendimento. Supponiamo che ciò coincida col la produzione sempre di quel 100. Di questi 100, 50 si dirottano verso le ruote... e 50 verso il generatore, quindi sulla "barra" elettrica verso la batteria/motore elettrico. Quest'ultimo fornisce al momento alle ruote i 20 che mancano (70-50) per fare i 50 km/h, sottraendoli da quelli diretti alla batteria che, in questo frangente, si trova ad accumulare/gestire 50-20=30 (NB tralascio ovviamente i rendimenti, comunque molto alti nelle parti elettriche). Ad un certo punto l'ICE si spegne: il motore elettrico passa a fornire 70.. lo stesso numero interessa la batteria. Cosa notiamo?
1) Che il generatore è più piccolo, infatti una parte di "forza" può passare direttamente da ICE a ruote (ibrido parallelo) senza dover passare tutta dalla catena ICE>generatore>(batteria)>motore el.
2) che la batteria gestisce mediamente "meno roba"
Ecco. Da qui ne deriva che più è capiente la batteria, minore sarà il numero di cicli accensione-ricarica-spegnimento dell'ICE, con conseguente vantaggio sul consumo finale.
Deriva che usando solo la configurazione serie sei costretto ad avere un bel po' di peso in più del "grosso" generatore.. e un bel po' di peso in più della grossa batteria.
Conseguentemente avrai bisogno di una maggiore forza/energia sia per far muovere il veicolo in rettilineo, sia per accelerarlo o fargli percorrere una salita (ricordando che la prima è 100% persa, per le altre due si recupera, ma con dei rendimenti di mezzo, quindi no il 100%)
Questo è quello che ho in testa riguardo i motori ibridi e che mi porta a dire che avere una batteria di buona capienza sarebbe favorevole al loro funzionamento. Dove sbaglio?