Sisteme hibride de propulsie ale autovehiculelor

In prezent, numarul de autovehicule rutiere este din ce in ce mai mare, in mod special in mediul urban, iar cantitatea emisiilor de gaze, care pune in pericol viata oamenilor si calitatile mediului, este in continua crestere. Deocamdata, nu se poate vorbi de reducerea numarului de autovehicule rutiere. Pe de alta parte, se stie ca resursele de combustibili fosili sunt limitate si neregenerabile si ca, in acest secol, ele se vor epuiza.

Pe plan mondial, preocuparea constructorilor de autovehicule pentru reducerea consumului de combustibil si reducerea emisiilor poluante s-a materializat, in ultimul deceniu, prin dezvoltarea de vehicule putin poluante si cu consum redus de combustibil. Din categoria acestora, pe langa cele care utilizeaza gazul natural lichefiat, metanolul sau energia electrica, fac parte si vehiculele hibride, Constructorii de autovehicule considera ca, in acest sens, una dintre solutiile radicale este schimbarea profunda a modului de propulsie al autovehiculelor, prin promovarea sistemelor hibride de propulsie, considerate ca solutii de viitor pentru reducerea substantiala a consumului de combustibil si a emisiilor poluante.

Un vehicul hibrid este un vehicul care foloseste doua sau mai multe surse distincte de putere pentru a fi antrenat. Termenu de vehicul hibrid este folosit cel mai comun pentru autovehiculele hibird - electrice care sunt antrenate de un motor cu ardere interna si de unul sau mai multe motoare electrice.

Primul vehicul electric hibrid a fost conceput inainte de 1900. Conceptia vehiculului hibrid cu motor termic-motor electric urmareste depasirea inconvenientelor vehiculelor pur electrice, a caror motoare sunt alimentate de la baterii electrice: durata limitata a utilizare (autonomia redusa) si timpul mare de incarcare a bateriilor. Ca motoare termice pe vehicule electrice hibride se pot utiliza toate variantele de motoare incluzand motoarele cu aprindere prin scanteie, cu injectie de benzina, in 2 sau 4 timpi, motoarele Diesel, motoarele Stirling sau turbine cu gaze. Motoarele termice sunt proiectate pentru a functiona la eficienta maxima, pentru a se reduce consumul de combustibil fosil si emisiile de noxe la nivelul cel mai mic posibil. Aceasta se obtine prin combinarea celor 2 sisteme de propulsie si prin utilizarea unor strategii de control complexe pentru optimizarea interactiunii lor. La un vehicul electric sau un vehicul electric hibrid energia de franare poate fi utilizata pentru reincarcarea bateriilor electrice. In cazul vehiculului electric hibrid, in funtie de modul in care sunt cuplate si controlate cele 2 surse de putere, este posibil ca motorul cu ardere interna sa functioneze la o viteza si sarcina aproape constante, in conditiile unei eficiente mari si a emisiilor mici. Vehiculul electric hibrid functioneaza ideal intr-un domeniu in care puterea ceruta de conditiile de deplasare este mai mica decat puterea bateriei, cu pornirea automata si functionarea motorului termic cand puterea ceruta nu poate fi satisfacuta de actionarea electrica sau bateria a fost descarcata suficient si se impune reincarcarea ei. Este de dorit ca greutatea bateriilor sa fie cat mai mica reducandu-se astfel energia consumata pentru transportul acestora. Pentru a reduce emisiile se impune ca perioada de functionare a vehiculelor numai pe baterii sa fie cat mai lunga. Se satisfac astfel cerintele ca in marile orase vehiculele sa fie actionate numai electric (cu emisii zero). Pentru realizarea obiectivelor operationale ale oricarei structuri hibride particulare trebuie alese judicios dimensiunile bateriei, dimensiunile motorului termic si algoritmii de control utilizati.

Evolutia tehnologiilor si a sistemelor de transport a facut ca in prezent numarul de vehicule (automobile) la nivel mondial sa fie de peste o jumatate de miliard, iar estimarile arata mai mult de o dublare a numarului lor in circa 2-3 decenii, figura 1.1. In aceste conditii se ridica o serie de probleme majore legate de asigurarea combustibililor necesari precum si de cresterea emisiilor poluante in atmosfera, cu efecte negative pentru aceste probleme, ele trecand in faza strict experimentala si ajungand in prezent, cel putin o parte, intr-o faza de disponibilitate pe piata.

Figura 1.1 Evolutia in timp a numarului de vehivule la nivel mondial.

In principiu, se au in vedere trei tipuri majore de astfel de vehicule, si anume:

o vehicule electrice echipate cu baterii electrice si/sau supercondensatoare, numite BEV (Battery Electric Vehicles),

Foto: Automobil electric - Tesla Model S. Sursa: Tesla Motors

o Vehicule electrice hibride, care combina propulsia conventionala bazata pe motoare termice alimentate cu combustibili petrolieri cu propulsia cu motoare electrice alimentate de la baterii sau supercondensatoare, numite HEV (Hybrid Electric Vehicles),

Foto: Automobil hibrid - Toyota Auris. Sursa: Toyota

o Vehicule electrice echipate cu pile de combustie, numite FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles).

Foto: Automobil cu pile de combustie - Honda FCX. Sursa: Honda

In tabelul 1.1 se prezinta catva caracteristici comparative pentru aceste tipuri de vehicule care se afla in diferite stadii de dezvoltare si de implementare practica. Foarte pe scurt se poate spune ca vehicule electrice BEV sunt eficiente pentru transport pe distante relativ scurte si la viteze relativ reduse, vehiculele electrice hibride HEV reprezinta o solutie pe termen mediu, pretul de cost fiind inca un impediment in dezvoltarea lor, pe masura dezvoltarii tehnologiilor necesare producerii si exploatarii lor.