Sviluppo di una strategia di gestione energetica del motore a combustione interna di un veicolo ibrido serie

SOMMARIO Questo lavoro parte da alcune semplici considerazioni: un motore a combustione interna, quando lavora a carichi variabili, ha rendimenti molto bassi; nella fase di warm-up le emissioni sono maggiori (motivo per cui non è indicato accendere e spegnere il motore frequentemente); un veicolo ibrido serie consente al motore a combustione interna di lavorare a punto fisso, la vita dei sistemi di stoccaggio elettrochimici diminuisce se alimentati da correnti impulsive. Inoltre, è noto che i veicoli ibrido-serie possono operare in diverse modalità, quali: 1) Modalità solo elettrica: il motore è spento ed il veicolo è alimentato unicamente dalle batterie. 2) Modalità solo termica: la trazione del veicolo viene assicurata dal solo motore a combustione interna accoppiato con il generatore elettrico, mentre le batterie non vengono ne ricaricate ne erogano corrente. 3) Modalità ibrida: la trazione viene assicurata sia dal motore a combustione interna accoppiata al generatore sia dalle batterie. 4) Modalità termica con ricarica delle batterie: la trazione viene assicurata dal motore a combustione interna accoppiato al generatore, che ricarica anche le batterie. 5) Modalità frenata rigenerativa: il motore a combustione interna è spento e il motore di trazione viene usato come generatore per ricaricare le batterie. 6) Modalità ricarica delle batterie: Il motore di trazione non è alimentato e il motore a combustione interna accoppiato al generatore ricarica le batterie.7) Modalità ibrida di ricarica delle batterie: sia il motore a combustione interna accoppiato al generatore che il motore di trazione (usato come generatore) ricaricano le batterie. Nel lavoro proposto, grazie ad un’attenta analisi di una serie di dati e mappature relative al motore Smart 0.8Cdi, viene definito inizialmente il punto di funzionamento ottimale del motore a combustione interna. L’analisi successiva viene compiuta su cicli reali, partendo quindi da cicli di marcia, acquisiti su percorsi cittadini, fino ad arrivare alla simulazione delle correnti erogate dalle batterie e dai supercondensatori. Infine attraverso opportune simulazioni energetico-emissive, viene definita una possibile Power Control Strategy (strategia di controllo dei flussi di potenza) di un ibrido serie, implementata per ottimizzare il sistema e cioè per minimizzare consumo di combustibile e emissioni e massimizzare la vita del sistema di stoccaggio. SVILUPPO DI UNA STRATEGIA DI GESTIONE ENERGETICA DEL MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA DI UN VEICOLO IBRIDO SERIE Lorenzo Rambaldi1, Adriano Santiangeli2, Fabio Orecchini2, Vincenzo Naso1 1CIRPS - Centro di Ricerca Interuniversitario per lo Sviluppo Sostenibile - Sapienza Università di Roma Piazza San Pietro in Vincoli 10 – 00184 Roma 2Dipartimento di Meccanica ed Energetica - Università degli studi Guglielmo Marconi Via Plinio 44, – 00192 Roma SUMMARY This paper starts from some basic considerations: an internal combustion engine, when working with varying loads, has very low yields. During the warm-up emissions are higher; a series hybrid vehicle allows the internal combustion engine to work at a fixed point (permits exceeding the specified limit at the first point increasing the overall efficiency of the vehicle); state of health of electrochemical storage systems decreases if powered by inconstant current. Furthermore, it is known that series-hybrid vehicles can operate in different modes, such as: 1) Pure electric mode: the engine is off and the vehicle is powered only by batteries. 2) Pure ICE mode: the traction of the vehicle is provided only by an internal combustion engine coupled with the electric generator, while the batteries are neither recharged nor giving current. 3) Hybrid: the traction is ensured by both the internal combustion engine coupled to the generator and batteries. 4) Thermal mode with battery recharging: the traction is provided by the internal combustion engine coupled to the generator, which recharges the batteries. 5) Regenerative braking mode: the internal combustion engine is off and the traction engine is used as a generator to recharge the batteries. 6) Battery charging mode: the traction engine is not powered and the internal combustion engine coupled to the generator recharges the batteries. 7) Hybrid mode to recharge the batteries: both the internal combustion engine coupled to the generator that the traction engine (used as a generator) recharges the batteries. In the proposed work, thanks to a detailed analysis of a data set and mapping of the Smart 0.8Cdi engine is initially defined the optimal operating point of internal combustion engine including consideration of issues concerning the stability and stress induced. The subsequent analysis is performed on real cycles, starting from driving cycles developed on city routes, up to the simulation of the currents supplied by the batteries and ultracapacitors. Lastly, through appropriate energy-emissive simulations a possible Power Control Strategy (strategy monitoring flows of energy) of a series hybrid was obtained, implemented to optimize the system, to minimize fuel consumption and emissions and maximize the life of the storage system