Veicolo ibrido con batteria avanzata da 48 Volt al piombo carbonio pronta a soddisfare i futuri obiettivi di emissioni ultra-basse

· Il programma ADEPT mira a dimostrare che la tecnologia è in grado di offrire risparmio di carburante a livelli dei full-hybrid a un costo significativamente inferiore

· La batteria avanzata piombo-carbonio UltraBattery®, offre un’elevata potenza, alta resistenza, è facilmente riciclabile, soluzione di storage di energia a basso costo priva di litio.

· Risultati di quasi tre anni di intenso sviluppo. I risultati delle prove di laboratorio della tecnologia ADEPT saranno rivelati a LCV2016

Fonte: ALABC – Advanced Lead Acid Battery Consortium

 

Durham, NC. USA. 7 Luglio, 2016. Gli ultimi risultati mostrano che un veicolo dimostrativo ibrido (HEV), utilizzando una batteria avanzata al piombo carbonio, è sulla buona strada per soddisfare i rigorosi requisiti di qualità dell’aria ed ultra-basse emissioni per la prossima generazione di veicoli stradali.

I risultati del programma ADEPT, di cui l’Advanced Lead Acid Battery Consortium (ALABC) è un partner, seguono quasi tre anni di intensa sperimentazione, sviluppo e validazione di tecnologie mild-hybrid avanzate con l’elettrificazione intelligente a 48V applicati a un progetto di veicolo dimostrativo Ford Focus.

La batteria avanzata al piombo-carbonio (UltraBattery®) utilizzatoa come parte di questo pacchetto, offre un’elevata potenza, alta resistenza, è facilmente riciclabile ed è una soluzione di storage di energia a basso costo senza litio – Ultrabattery® è stata inventata da CSIRO in Australia, con i moduli batteria forniti dal membro ALABC East Penn Manufacturing degli Stati Uniti d’America.

I risultati finali saranno presentati in occasione del primo evento di veicoli a basso tenore di carbonio LCV2016 del Regno Unito il 14-15 settembre, in cui i dirigenti del settore, funzionari di governo e dei media avranno l’opportunità di guidare il veicolo.

ALABC, con importanti contributi da Provector (progettazione batteria e costruzione) e l’Università di Sheffield (valutazione batteria e studi di accettazione della carica dinamica), fa parte del ADEPT (Advanced Diesel-Electric Powertrain) consorzio di ricerca guidato da Ricardo insieme a Controlled Power Technologies (CPT), Faurecia Emissions Control Technologies UK Ltd, Ford Motor Company e l’Università di Nottingham.

Il consorzio ha lo scopo di dimostrare che il powertrain con l’architettura avanzata mild-hybrid da 48V dotato di una batteria avanzata al piombo carbonio è in grado di offrire una simile efficienza del carburante rispetto un diesel ibrido e ridotte emissioni di CO2, attraverso un pacchetto molto conveniente, senza compromettere le normative europee di emissioni di scarico sempre più stringenti, che attualmente richiedono le automobili di soddisfare gli standard di qualità dell’aria Euro 6b in termini di NOx, PM e CO.

Inoltre, l’integrazione dei sistemi ibridi e di controllo delle emissioni ha il potenziale di fornire fino a una riduzione del 10-12 per cento del consumo di carburante, equivalente a -80g/km di emissioni di CO2 (ciclo di marcia europeo). Fondamentalmente, la tecnologia può essere applicata a costi inferiori con un approccio più tradizionale di ottimizzare ciascun sistema separatamente. L’analisi iniziale indica che i costi (sulla base di stime Ricardo) inferiore a € 80 per grammo di riduzione di CO2 per ogni chilometro percorso è fattibile attraverso la tecnologia ADEPT. Ricardo ritiene che il pacchetto di cui sopra è molto competitivo con le altre soluzioni di economia di combustibile come il pieno di ibridazione.

Alistair Davidson, di ALABC, ha dichiarato:

“Questo dimostra chiaramente che le batterie al piombo-carbonio sono il modo più efficiente a costo contenuto di soddisfare i severi futuri obiettivi di emissione di CO2.”

Il concetto di elettrificazione intelligente consente nel downsizing molto aggressivo e velocità adeguata al di là di quello che potrebbe normalmente essere possibile se non attraverso approcci di ibridazione più costosi. Questo risultato è ottenuto attraverso l’uso di assist di energia alla coppia raccolta elettricamente, immagazzinata temporaneamente in un pacco batteria avanza al piombo-carbonio UltraBattery® da 48V con un’alta capacità di tasso parziale dello stato di carica simile a un supercondensatore, in combinazione con ausiliari 48V elettrificate.

Con il sofisticato controllo elettronico dei sistemi di trazione, l’assistenza alla coppia può essere utilizzata per garantire che le prestazioni vengano mantenute – o migliorate – per tutto il ciclo di lavoro ma anche per ridurre il consumo di carburante. Basando il sistema sull’architettura elettrica da 48V, il progetto ADEPT mira a raggiungere un costo altamente ottimale e prestazioni trade-off, incluse le emissioni ultra-basse, fornendo anche un notevole risparmio di carburante.

Completamento dello sviluppo – test in corso

Dopo l’annuncio del progetto ADEPT nel settembre 2013, i test di integrazione e di sviluppo iniziali sono stati effettuati dal team ADEPT su un primo prototipo di ‘integrazione funzionale’, che è stato rivelato allo show LCV2014. Ciò ha consentito al progetto di realizzare il derisking di componenti e sistemi ed ha anche fornito una piattaforma per la valutazione dei concetti di controllo.

Il veicolo dimostrativo ADEPT finale, che ora è stato completato, fornisce la massima realizzazione di sistemi da effettuare dal gruppo. Allo show LCV2016, i risultati finali delle prove su strada dei veicoli e di laboratorio in corso saranno rivelate per la prima volta. I partner del progetto intendono inoltre rendere il veicolo a disposizione per la guida dell’unità da dimostrazione presso LCV2016.

“Siamo davvero lieti di aver raggiunto questo importante traguardo del completamento del prototipo dimostrativo ADEPT,” ha commentato Thomas Gutwald, di Ricardo Innovazioni MD. “Mentre l’attenzione di molto sviluppo è attualmente focalizzata sui full-hybrid e dei veicoli elettrici – tra cui quella di Ricardo e dei suoi clienti – Credo fermamente che il concetto di ‘elettrificazione intelligente’ avrà un altissimo livello di appello nel mercato di massa, fornendo probabilmente un risparmio complessivo maggiore delle emissioni di carburante e carbonio nel breve-medio termine a causa della sua attenzione altamente redditizia sulla combinazione di quasi mercato con delle tecnologie disponibili. Non vediamo l’ora di condividere i risultati delle prove su strada e di laboratorio che sono attualmente in corso con il veicolo ADEPT, allo show LCV2016 nel mese di settembre.”

Il progetto di ricerca ADEPT è finanziato congiuntamente dall’Ufficio del governo britannico per veicoli a basse emissioni (OLEV) implementati attraverso l’agenzia innovazione del Regno Unito, Innovate UK, coordinata con i contributi dei partner partecipanti.

Architettura del powertrain ADEPT

Il veicolo di base per il programma di ricerca e sviluppo ADEPT si basa su una già ridimensionata Ford Focus ECOnetic 1.5TDCi a gasolio da un consumo di carburante competitivo, omologata con emissioni di anidride carbonica di 88g/km.

Le caratteristiche principali dei sistemi del veicolo includono il raffreddamento ad acqua SpeedStart commutato in generatore di avviamento a riluttanza del CPT (BSG), in grado di erogare oltre 12 kW di frenata rigenerativa, così come potenza e coppia quasi istantanea e ì continuativa che assiste a livelli di oltre 7 kW – sufficienti per consentire al motore una significativa deccelerazione in aggiunta a una funzionalità di start-stop altamente efficiente.

Un ulteriore recupero di energia è ottenuta dal sistema integrato di turbina di gas di scarico del CPT di recupero di energia 48V dal gas di scarico noto come TIGERS. Stimato a 2.4kW, TIGERS è in grado di fornire ulteriori energia recuperata dai gas di scarico a valle del turbocompressore. Il gas di scarico viene deviato all’unità TIGERS tramite due valvole di controllo delle emissioni su misura sviluppate da Faurecia Control Technologies per il progetto ADEPT. Ancora una volta, l’energia recuperata viene immagazzinata nel pacco batteria avanzata al piombo-carbonio, fornendo una elevata potenza, alta resistenza, facilmente riciclabile, come soluzione di storage di energia senza litio a costi competitivi.

Il propulsore ADEPT comprende una serie di componenti ausiliari elettrici alimentati dal sistema 48V piuttosto che direttamente dal motore, tra cui ad esempio, il compressore dell’aria condizionata del veicolo. Oltre ad alimentare questi ausiliari e facilitare una funzionalità significativamente migliorata dello start-stop, l’architettura 48V di ADEPT fornisce anche significativi livelli di assistenza alla coppia dal BSG per compensare l’alimentazione al motore per una migliore economia di carburante e per aumentare la capacità complessiva di coppia propulsore per una maggiore prestazione del veicolo.

Le strategie di controllo dispiegate sono state sviluppate sulla base di sistemi del veicolo in un ampio lavoro di simulazione. Ciò ha consentito il cuore della catena cinematica ed il sistema di post, nonché la BSG 48V, gli ausiliari, batteria e sistema di recupero di energia di scarico, di essere utilizzati in condizioni di continuità, fornendo inoltre una preziosa capacità al Computer Aided Engineering (CAE) per esplorare ulteriori potenziali vie di sviluppo ed ottimizzazione aperte attraverso l’elettrificazione intelligente a 48 Volt.

In English

Ready a Lead Carbon battery hybrid vehicle

Hybrid vehicle with 48V advanced lead carbon battery on path to meet future ultra-low emissions targets

· ADEPT programme aims to demonstrate technology capable of providing near full-hybrid equivalent fuel economy at significantly lower cost

· UltraBattery® advanced lead-carbon battery pack, provides a high power, high endurance, easily recyclable, lithium-free low-cost energy storage solution.

· Results of almost three years of intensive development and road and laboratory testing of ADEPT technology will be revealed at LCV2016

Source: ALABC – The Advanced Lead Acid Battery Consortium

 

Durham, NC. USA. July 7th, 2016. Latest results show that a demonstration hybrid vehicle (HEV), utilising an advanced lead carbon battery, is on track to meet stringent air quality and ultra-low emission requirements for the next generation of road vehicles.

The results of the ADEPT programme, of which the Advanced Lead Acid Battery Consortium (ALABC) is a partner, follow almost three years of intensive testing, development and validation of advanced mild hybrid technologies with 48V ‘intelligent electrification’ applied to a Ford Focus project demonstration vehicle.

The advanced lead-carbon battery (UltraBattery®) used as part of this package, provides a high power, high endurance, easily recyclable, lithium-free low-cost energy storage solution – the Ultrabattery® was invented by CSIRO in Australia, with battery modules supplied by ALABC member East Penn Manufacturing, USA.

The final results will be presented at the UK’s premier low carbon vehicle event LCV2016 on 14-15 September, where industry executives, government officials and the media will have an opportunity to drive the vehicle.

ALABC, with important contributions from Provector (battery pack design and construction) and the University of  Sheffield (battery evaluation and dynamic charge acceptance studies), is part of the ADEPT (Advanced Diesel-Electric Powertrain) research consortium led by Ricardo together with Controlled Power Technologies (CPT), Faurecia Emissions Control Technologies UK Ltd, Ford Motor Company and the University of Nottingham.

The consortium aims to demonstrate the advanced 48V mild hybrid powertrain architecture fitted with an advanced lead carbon battery is capable of delivering near full hybrid-scale diesel fuel efficiency and reduced CO2 emissions, through a highly cost-effective package, without compromising increasingly stringent European exhaust emission regulations, which currently require cars to meet Euro 6b air quality standards in terms of NOx, PM and CO.

In addition, the integration of hybrid and emissions control systems has the potential to deliver up to a 10-12 percent reduction in fuel consumption, equivalent to sub-80g/km of CO2 emissions (NEDC). Crucially, the technology can be delivered at lower costs than a more traditional approach of optimizing each system separately. Initial analysis shows that costs (based on Ricardo’s estimation) of less than €80 per gram of CO2 reduction for every kilometre travelled is feasible through ADEPT technology. Ricardo believes the above package is very competitive with other fuel economy solutions such as full hybridization.

Alistair Davidson, of ALABC, said:

“This clearly demonstrates that lead-carbon batteries are the most cost efficient way of meeting stringent future CO2 emission targets.”

The concept of intelligent electrification enables highly aggressive engine downsizing and down-speeding beyond what might normally be possible other than through more expensive hybridization approaches. This is achieved through the use of torque assist from electrically harvested energy, temporarily stored in a 48V advanced lead-carbon UltraBattery® pack with a high rate partial state-of-charge capability similar to a supercapacitor, in combination with 48V electrified ancillaries.

With sophisticated electronic control of the powertrain systems, torque assist can be used to ensure that performance is maintained – or improved upon – throughout the duty cycle while also reducing fuel consumption. By basing the system on 48V electrical architecture, the ADEPT project aims to achieve a highly optimal cost and performance trade-off, including ultra-low emissions, while also delivering significant fuel savings.

Completion of development – testing ongoing

Following the announcement of the ADEPT project in September 2013, initial integration and development tests were carried out by the ADEPT team on an early ‘functional integration’ prototype, which was revealed at the LCV2014 show. This enabled the project to carry out de-risking of components and systems, and also provided a platform for evaluating control concepts.

The final ADEPT demonstrator vehicle, which has now been completed, provides the fullest implementation of systems to be carried out by the team.  At the LCV2016 show, the final results of ongoing vehicle road and laboratory tests will be revealed for the first time. The project partners also intend to make the vehicle available for ride and drive demonstrations at LCV2016.

“We are really pleased to have achieved this important milestone of completion of the ADEPT demonstrator prototype,” commented Ricardo Innovations MD Thomas Gutwald. “While much development attention is currently focused on full hybrids and battery electric vehicles – including by Ricardo and its customers – I firmly believe that the concept of ‘intelligent electrification’ will have an extremely high level of mass market appeal, providing arguably a greater overall fuel and carbon emissions saving in the near to medium term due to its highly cost-effective focus on the combination of near-market, available technologies. We look forward to sharing the results of the road and laboratory testing that is currently ongoing with the ADEPT vehicle, at the LCV2016 show in September.”

The ADEPT research project is jointly funded by the UK Government’s Office for Low Emission Vehicles (OLEV) implemented through the UK innovation agency, Innovate UK, with matching contributions from the participating partners.

ADEPT powertrain architecture

The baseline vehicle for the ADEPT research and development programme is based on an already downsized and competitively fuel-efficient diesel Ford Focus ECOnetic 1.5TDCi, homologated with carbon dioxide emissions of 88g/km.

Key features of the vehicle systems include CPT’s water-cooled SpeedStart switched reluctance belt starter generator (BSG), capable of delivering in excess of 12kW of regenerative braking, as well as near instantaneous and near continuous torque assist levels of over 7kW – sufficient to enable significant engine down-speeding in addition to a highly capable start-stop functionality.

Further energy recovery is achieved from CPT’s exhaust mounted 48V turbine integrated exhaust gas energy recovery system known as TIGERS.  Rated at 2.4kW, TIGERS is capable of providing further power recuperated from the exhaust downstream of the turbocharger.  The exhaust gas is diverted to the TIGERS unit via two bespoke emissions control valves developed by Faurecia Emissions Controls technologies for the ADEPT project.  Again, the recovered energy is stored in the advanced lead-carbon battery pack, providing a high power, high endurance, easily recyclable, lithium-free energy storage solution at a competitive cost.

The ADEPT powertrain includes a range of electrical ancillaries powered from the 48V system rather than directly from the engine, including for example, the vehicle air conditioning compressor. In addition to powering these ancillaries and facilitating a significantly improved start-stop functionality, ADEPT’s 48V architecture also provides significant levels of torque assist from the BSG to offset fuelling to the engine for improved fuel economy, and to increase overall powertrain torque capability for enhanced vehicle performance.

The control strategies deployed have been developed based on extensive vehicle systems simulation work. This has enabled the core powertrain and aftertreatment system, as well as the 48V BSG, ancillaries, battery pack and exhaust energy recovery system, to be operated in a seamless manner, while also providing a valuable computer-aided engineering (CAE) capability to explore further potential avenues of development and optimization opened up through intelligent 48V electrification.

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