Controlled Power Technologies con ibridi al SAE

Controlled Power Technologies con ibridi al SAE

5 mar, 2014

CPT descrive i più recenti progressi nella tecnologia mild-hybrid 48V al

Fonte: CPT

 

Laindon, Essex. Gran Bretagna. 4 marzo 2014. (CPT) consegnerà due documenti tecnici presso il 80° Congresso mondiale SAE che si terrà presso il Cobo Center di Detroit dall’8 al 10 Aprile 2014.

La prima presentazione descrive il sistema SpeedStart ®, di assistenza alla coppia con sistema di recupero dell’energia cinetica, la seconda il sistema di recupero dell’energia integrato nella turbina a gas conosciuto come ®. Entrambi i sistemi sono basati sulla tecnologia della riluttanza commutata (SR) del moto-generatore sviluppata per una nuova generazione di veicoli medio ibridi a 48V e sono quasi pronti per l’applicazione automobilistica.

I documenti tecnici saranno presentati mercoledì 9 aprile 2014 in una sessione del SAE che inizia quella mattina alle ore 8:00, specializzata nel motore elettrico e l’elettronica di potenza necessari per l’elettrificazione dei veicoli, organizzato dalla Comitato di Propulsori elettrici-ibridi SAE. La premiata ditta espone anche la sua tecnologia presso lo stand 422 in questo evento annuale SAE.

“L’elettrificazione del veicolo e in particolare l’ibridazione lieve di un propulsore convenzionale a 48V è un settore dell’industria automobilistica in rapida crescita”, afferma l’amministratore delegato CPT .

“Come concetto di costi ridotti, si propone di fare un uso più intelligente dell’energia elettrica per raggiungere l’auspicata riduzione dei consumi di carburante e la diminuzione delle emissioni di CO2. L’approccio a bassa tensione rispetto al full hybrid ed alle tensioni nominali degli EV, che sono tipicamente nel range tra 300 e 600V, evita la necessità di elevate caratteristiche di sicurezza, costi e grandi batterie”.

Lavorando a stretto contatto con molte aziende automobilistiche internazionali, CPT come sviluppatore di tecnologia è sempre stato in prima linea nell’innovazioni dei veicoli ibridi ed è stato uno dei primi ad avvistare l’opportunità di usare impianti a bassa tensione elettrica nel powertrain.

” Sessanta Volt è definito dal regolamento R100 della Commissione Economica delle Nazioni Unite per l’Europa (UNECE) come il confine tra bassa e alta tensione in un circuito in corrente continua, e quindi è un punto critico in cui un cambiamento di passo nel costo del sistema può essere identificato”, dice Pascoe . “Ulteriori standard come LV-148, come definito dalla Verband der Automobilindustrie (VDA) stanno fornendo ulteriore strutture per l’approccio ad una tensione nominale di 48V, che consente il recupero di energia ad alta potenza, senza superare i 60 V”.

 

SpeedStart

Il documento SpeedStart del CPT descrive la specificazione di una cinghia integrata all’alternatore-starter (B-ISG) da 48 Volt, sviluppata per soddisfare la crescente domanda del mercato per lievi applicazioni ibride a bassa tensione nei veicoli passeggeri.

Le principali aree discusse sono i veicoli e le varianti applicative, considerati sia in termini di architettura elettrica e meccanica e di come queste si trasferiscono nella progettazione del motore. Il documento si concentra in particolare sulle sfide di equilibrio tra la necessità di personalizzare il motore per diverse applicazioni contro la necessità di mantenere varianti comuni per minimizzare i costi, ridurre i rischi e accelerare i cicli di sviluppo.

“Il numero di architetture in esame per i sistemi a 48V è ancora in crescita, soprattutto tra le varie classi di veicoli”, spiega Peter Scanes, Senior Manager per lo SpeedStart e co-autore del rapporto SpeedStart con l’ingegnere nelle applicazioni al piombo John Kelly e l’ingegnere senior per l’implementazione di sistemi powertrain . “Ciò si traduce in una serie di requisiti a livello di sistema di diversi produttori, dettate da obiettivi di veicoli e altre questioni come lo stato di carica della batteria e la capacità di stoccaggio di energia”.

“Mantenendo un nucleo comune del rotore ed i lamierini dello statore e un sistema di raffreddamento comune, è possibile accelerare lo sviluppo di ogni applicazione. Questo nucleo comune prevede anche una maggiore affidabilità nella robustezza dei prototipi, riducendo al minimo il costo sostenuto delle ulteriori varianti dello sviluppo di sistemi 48V. Le macchine SR sono particolarmente adatte a questo concetto di sviluppo a basso costo, riducendo il costo dei componenti di produzione. Inoltre, rispetto ad altre macchine elettriche hanno un alto rendimento in una vasta gamma di velocità, buona controllabilità ed affidabilità”.

“Per SpeedStart, abbiamo stabilito le regole fondamentali di progettazione riguardanti per esempio il confezionamento ottimale e la geometria complessiva di una cinghia integrata allo starter 12,5 kW”, dice Scanes. “La comunanza di varianti permette una variazione di prestazioni relativamente semplice per diverse applicazioni, tra cui trade-off tra la coppia di picco, la potenza di picco, la potenza allo stato stazionario ed altri requisiti dei sistemi elettrici e meccanici. La modellazione sofisticata del controllo e dell’elettronica di potenza oltre all’elettromagnetismo del motore sono essenziali per questa funzionalità e significa che la nostra strategia di controllo può consentire ad ogni macchina di operare più vicini ai limiti reali del motore visto in vari cicli di funzionamento automotive”.

 

Tigers

Il documento tecnico del CPT che descrive il suo sistema integrato di recupero energetico del generatore turbo gas noto come Tigers è altrettanto concentrato sulla simulazione, la progettazione della macchina, lo sviluppo del sistema di controllo e la validazione della tecnologia. L’unità può essere applicata ai motori ad aspirazione naturale o forzata – sebbene molto probabilmente sarà applicata a motori sovralimentati ridimensionati come un’unità aggiuntiva al turbocompressore esistente.

“Sebbene i turbocompressori nei motori a combustione ormai sono comuni, la sostituzione di un compressore con un generatore elettrico per creare un sistema separato di recupero di energia termica, offre una serie di problemi di progettazione, in modo particolare dato che il gas di scarico di un veicolo stradale convenzionale è un ambiente altamente transitorio sia per quanto riguarda il flusso di massa che per la temperatura”, dice dirigente preposto alla CPT per la tecnologia TIGERS/COBRA, che è co-autore del rapporto con l’ingegnere di applicazioni ed il senior manager per l’ingegneria avanzata Dr. .

“In applicazioni a scoppio il gas di scarico può raggiungere temperature superiori a 900° C. Considerando che la macchina a riluttanza commutata nel cuore della tecnologia TIGERS dovrebbe raccogliere l’energia dai gas di scarico, è essenziale che agisca non solo in questo ambiente estremo, ma anche che produca lavoro senza rovinare le prestazioni del veicolo o l’efficienza del carburante. Per garantire che il sistema di cuscinetti, il nucleo generatore e l’elettronica integrata siano mantenuti entro i loro campi di lavoro, il sistema di raffreddamento attinge il refrigerante del motore per operare tra 80 e 105° C”.

Commentando il 75 per cento dell’energia dalla combustione del carburante che viene persa dal veicolo e trasformata in calore di scarto Rick Quinn dice:

“i concetti di recupero di energia termica dai rifiuti guadagnano interesse per le applicazioni automobilistiche, includendo la generazione termoelettrica (TEG) ed i sistemi Organic Rankine Cycle, mentre i mercati dei veicoli pesanti offrono già meccanica e sistemi turbo come una soluzione efficiente in cui lo spazio è meno limitato”.

“Il concetto di generazione turbo diretta, utilizzando una turbina accoppiata ad un generatore elettrico per estrarre l’energia potenziale e cinetica dei gas di scarico che scorre veloce, differisce significativamente da questi dispositivi di recupero dell’energia termica, che si basano esclusivamente sulla trasmissione di calore per estrarre energia. Con una turbina programmata correttamente, esiste la possibilità di raccogliere notevole energia elettrica su gran parte della range di funzionamento del motore, il turbogeneratore può sfruttare sia la temperatura e la portata massima del gas di scarico fornito dal motore”.

Come con il dispositivo SpeedStart, il liquido raffreddato commutato dal generatore a riluttanza al centro della tecnologia Tigers fornisce molti vantaggi rispetto i tradizionali generatori a magneti permanenti. A causa dell’assenza di avvolgimenti del rotore, le macchine SR possiedono inerzie rotanti basse minimizzando così le perdite del rotore. Inoltre, per l’esclusione dei magneti permanenti non vi è alcun rischio di perdita di coppia dovuta alla demagnetizzazione incontrollata nelle diverse modalità di generazione. Il generatore di tipo SR facilita anche risparmi sui costi di tutti i design, tra un minimo investimento negli utensili a causa della costruzione del motore lineare e una riduzione del punteggio dell’elettronica di potenza dovute alla basse frequenze di commutazione. L’elevato regime di 65.000 rpm del generatore elettrico Tigers facilita anche un accoppiamento diretto alla turbina piuttosto che l’uso di un riduttore nell’insieme. Questo riduce il numero di componenti nel dispositivo, rendendo il disegno intrinsecamente più leggero, più economico da produrre e più semplice da montare sia nella sua forma prototipo che nella produzione di serie.

SpeedStart e Tigers saranno la base avanzata del progetto Powertrain Diesel Elettrico noto come .

Il sistema Tigers ha già beneficiato di due progetti di ricerca finanziati dalla agenzia di innovazione del Regno Unito, Technology Strategy Board (TSB). I partner del consorzio del progetto HyBoost includono CPT , l’European Advanced Lead Acid Battery Consortium, Ford, Imperial College di Londra, Ricardo e Valeo ed il progetto Vehicle Integrated Powertrain Energy Recovery conosciuto come membri del consorzio VIPER includono BP, CPT, Ford, IAV, Imperial College Londra, Jaguar Land Rover e l’Università di Nottingham.

La tecnologia SpeedStart ed il sistema Tigers del CPT saranno ora incorporati nel progetto recentemente annunciato di Advanced Diesel Electric Powertrain noto come ADEPT.

Il progetto ADEPT combina le due tecnologie, che si sono rivelate valide singolarmente ma non ancora come un sistema integrato, applicando per la prima volta in un’auto diesel il concetto di bassa tensione di ‘elettrificazione intelligente’ – nuovamente supportati dal TSB.

Per il progetto ADEPT, il consorzio include CPT, l’Euopean Advanced Lead Acid Battery Consortium (EALABC), Faurecia Emissions Control Technologies, Ford e l’Università di Nottingham. La gestione del progetto sarà responsabilità di Ricardo.

Mantenendo la tensione sotto la critica soglia di sicurezza di 60 Volt, le tecnologie nominali da 48 Volt da applicare ad una Ford Focus mirano a fornire una svolta nell’efficienza del consumo di combustibile per i motori diesel e la riduzione delle emissioni di CO2 dimostrando l’economia di combustibile di una full hybrid equivalente e prestazioni ed emissioni di 70g/km di CO2, ma ad un costo notevolmente inferiore. La combinazione di diverse tecnologie ed il leggero downsizing del motore rispetto il motore diesel da 1,6 litri di riferimento dovrebbe fornire significativi benefici sinergici e convenienti, senza compromettere le prestazioni.

Le tecnologie SpeedStart e Tigers sono finalizzate non solo all’uso nelle piattaforme delle vetture del segmento C rappresentata dalla Ford Focus, ma anche sono rilevanti dal segmento B fino alle autovetture più grandi ed in quella SUV in rapida crescita. Nel Regno Unito e in Europa, i veicoli dal segmento B al D sono responsabili di quasi l’80 per cento delle vendite di auto passeggeri, e ci sono ulteriori significative opportunità di applicare la tecnologia negli Stati Uniti, Giappone e Cina.

La tecnologia può essere applicata anche a piattaforme di veicoli commerciali leggeri, medi e pesanti.

Potenzialmente questa combinazione di tecnologia a bassa tensione potrebbe essere applicata a qualcosa che si avvicina a 50 milioni di veicoli all’anno. L’ applicazione di successo delle tecnologie consentirebbe ad un costruttore di autoveicoli globale di ridurre la sua impronta di un veicolo tipo di emissioni di CO2 da 50g/km – una riduzione del 30 per cento sulla base attuale.

L’applicazione universale nel parco veicoli ridurrebbe le emissioni annue di CO2 di 20 milioni di tonnellate solo nel Regno Unito e di oltre 500 milioni di tonnellate a livello mondiale.

Commentando la propria attenzione sulla tecnologia ibrida media a 48V, sui sistemi di gestione dell’energia e di recupero, l’Amministratore Delegato CPT Nick Pascoe ha detto:

“C’è un azionamento continuo all’interno dell’industria automobilistica per le tecnologie a basse emissioni di carbonio dei veicoli. Il nuovo standard 48V DC offre l’opportunità di un approccio economico basato sulla tecnologia del motore generatore a riluttanza variabile con elettronica di potenza integrata e software di controllo.

La tecnologia SR non solo elimina la necessità di magneti permanenti realizzati in terre rare, sempre più difficili da reperire, ma è anche adatto ad incrementare il recupero di energia elettrica dai ridimensionati motori benzina e diesel.

Le nostre diverse applicazioni a bassa tensione sulla tecnologia del motore-generatore a riluttanza variabile sono ora vicine al livello di preparazione richiesto dalle case automobilistiche per soddisfare i livelli europei a breve termine per ridurre ulteriormente le emissioni di CO2 ad valori indicativi di 68-78g/km entro il 2025″.

 


Share and Enjoy

  • Google Plus
  • Facebook
  • Twitter
  • Delicious
  • LinkedIn
  • StumbleUpon

TAGS: ADEPT andrew haughton Andy Dickinson Controlled Power Technologies motori ibridi Nick Pascoe Paul Bloore rick quinn SAE congress speetstart tigers

Lascia una risposta

 
Pinterest