Autobus ibridi


AltrobusAutobus dotati di sistema di trazione ibrido-serie.
Il veicolo é mosso da un motore elettrico asincrono trifase, collegato alle ruote senza cambio di velocità.
Il motore asincrono preleva energia da batterie di accumulatori elettrochimici, con l'interposizione di un inverter che converte la corrente continua in alternata.
Le batterie, di capacità limitata rispetto alle esigenze della missione tipica del veicolo, consentono di ridurre la massa del veicolo rispetto al sistema di trazione elettrico a batterie.
Comunque il sistema consente, grazie alla reversibilità del motore elettrico ed alla presenza dei dispositivi di accumulo, il recupero di energia in frenata.
Gli accumulatori possono essere ricaricati dalla rete elettrica (ricarica da terra) a veicolo fermo in rimessa, o da un gruppo diesel-generatore durante il servizio.
Il motore diesel è dimensionato per la potenza media (anziché massima, a differenza dei veicoli convenzionali) richiesta durante il servizio.
Sono possibili due modi di funzionamento: Il veicolo si comporta come uno ZEV (zero emission vehicle) durante la marcia elettrica, da attuarsi preferibilmente nelle aree ad elevato livello di inquinamento. Questo modo operativo é di norma limitato al 30-40% del servizio, e comunque a non oltre 20 km consecutivi.
Nella marcia ibrida le emissioni sono enormemente ridotte rispetto ai veicoli convenzionali perché: Il consumo di combustibile beneficia dei vantaggi derivanti dagli ultimi due punti. Si attua inoltre il recupero di energia in frenatura.
Il funzionamento a velocità costante del motore diesel permette un miglior isolamento acustico, e nella marcia elettrica l'autobus trae beneficio dalla silenziosità intrinseca del motore asincrono.
I livelli di emissione acustica sono inferiori a quelli di un veicolo convenzionale di circa 15 dB.
Il veicolo presenta autonomia non limitata dalla capacità delle batterie (la cui ricarica da terra richiede almeno 6h), ma solo dal volume del serbatoio del combustibile.
L'autobus ha quindi operatività illimitata, fintantoché viene impiegato nelle condizioni di traffico (urbano e suburbano) per cui é stato progettato.
In particolare é estremamente più flessibile ed economico del filobus, non dovendo sottostare ai vincoli (e costi) della linea aerea: a seconda delle esigenze, anche temporanee, dettate dai livelli di inquinamento e dal traffico, può sostituire gli autobus convenzionali, di volta in volta, su diverse linee, e consentire dirottamenti e deviazioni.
Rispetto ai veicoli elettrici a batterie, l'ibrido presenta autonomia indipendente dalle batterie e maggiore carico pagante.
Rispetto a tutti i veicoli elettrici (filobus e batterie), che impiegano energia prelevata dalla rete elettrica, l'inquinamento globale prodotto dal veicolo ibrido risulta inferiore, salvo nei casi (molto rari) di reti alimentate prevalentemente da centrali idauliche.

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Ricerca


L'autobus ibrido nacque da un progetto di ricerca iniziato all'Università di Genova alla fine degli anni '80, poi sostenuto dal Consorzio Genova Ricerche.
Nel 1990 fu costruito un veicolo laboratorio (nella foto) a partire da un vecchio filobus salvato dalla demolizione.
Alla fine del 1991 fu creato uno spin-off, in joint-venture con IVECO, Ansaldo Ricerche, ed altri partners che successivamente si ritirarono.
Mentre la prototipazione e, successivamente, la produzione di autobus di diversa taglia (fino a 12 metri) è competenza esclusiva di ALTRA SpA, l'Università, attraverso il CIRT (da quando esiste) collabora nella ricerca applicata, per realizzare autobus ibridi sempre più efficienti ed affidabili.
In particolare si lavora sulle tecniche di gestione del motogeneratore, per ottenere il minimo inquinamento, la massima efficienza e la maggiore durata delle batterie.
Il CIRT partecipa inoltre allo sviluppo di un prototipo di autobus a Fuel Cell, alimentato a idrogeno, destinato alla città di Torino.

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Il veicolo ibrido: un po' di teoria


I sistemi di trazione ibridi vedono coesistere un convertitore di energia primaria (es. un motore a combustione interna) ed un altro dispositivo che compie lavoro meccanico (es. un motore elettrico). E' essenziale per la funzionalità del sistema la presenza di un dispositivo di accumulo di energia nobile (non primaria), come ad esempio le batterie elettrochimiche.
Si distinguono sistemi in serie e in parallelo.

In un sistema ibrido-serie l'energia fluisce sempre attraverso il convertitore non primario per giungere alle ruote. Nella versione elettrica si individua un nodo di batteria, dal quale l'energia proveniente dal motogeneratore (tutta o in parte) o dalle ruote (durante le frenature recuperative) può fluire verso le batterie.
Nei sistemi paralleli (suscettibili di molti schemi diversi, quelli in figura si intendono esempi) sia il convertitore primario che quello non possono agire contemporaneamente o indipendentemente sulle ruote.

Anche in questo caso è possibile il recupero di energia in frenatura.

A causa soprattutto della bassa densità di energia e dell'elevata massa per unità di energia accumulata nelle batterie elettrochimiche, i veicoli a trazione elettrica a sole batterie presentano autonomia limitata.
In figura sono confrontati sistemi tradizionali di trazione, batterie elettrochimiche, ed altri sistemi di accumulo meccanici e idraulici.

Anche la bassa potenza specifica rappresenta un limite alle prestazioni, tuttavia non grave, almeno nella marcia urbana.
Il problema dell'autonomia non è insormontabile per le vetture e i veicoli commerciali leggeri a trazione elettrica: gli ostacoli alla loro diffusione sono piuttosto di tipo economico.
Ma per gli autobus ed i veicoli industriali pesanti il discorso è diverso, a causa della maggiore massa complessiva e della durata della missione tipica. Oggi il rifornimento in corso di missione non è proponibile, perché l'operazione richiede diverse ore.
Il seguente diagramma confronta condizioni di progetto diverse, per tre autobus urbani di cui è fissato il peso totale a pieno carico. Aumentando la massa delle batterie aumenta l'autonomia, ma diminuisce la capacità di carico.

I punti marcati rappresentano possibili specifiche di missione, come richieste dall'utenza.
Come si vede, con le attuali tecnologie di batteria a larga diffusione, sono fattibili solo veicoli di piccole dimensioni.

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Autovetture ibride ... e altro



Biga, vettura ibrida urbana disegnata da Giugiaro, di cui è stato sviluppato il sistema di trazione in uno spin-off accademico (1992).


L'autotelaio della Biga, alla guida l'ing. S. Bolfo.


Bicicletta ibrida alla Electric Vehicle Drive & Conference - s’Hertogenbosch (NL), 26/10/1993


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