TEHNICA E-AUTO FĂRĂ DURERI DE CAP

NU VOM DESPICA ÎN PATRU FIRUL DE BOBINAJ. URMEAZĂ UN TUR DE FAMILIARIZARE SIMPLU ȘI (SPERĂM) RELEVANT.

Din punct de vedere al numărului redus de componente expuse la uzură mecanică și al nivelului performanțelor, sistemele de propulsie electrice sunt superioare atât celor care mizează strict pe motoare cu ardere internă, cât și celor hibride. Inconvenientele legate în prezent de masa mare și resursele limitate ale bateriilor le dezavantajează notabil, însă viitorul va fi al lor.

Până atunci, rămân interesante și sistemele de propulsie hibride. Acestea fiind spuse, ar prinde bine să ne familiarizăm în termeni de bază cu implicațiile „electro' ale grupurilor motopropulsoare de concepție recentă. Astfel devine lesne de înțeles care ar fi tehnologia cea mai potrivită cu necesitățile personale, vizând o conviețuire cât mai plăcută și folositoare cu automobilul (mai mult sau mai puțin) electrificat.

CUM ȘI-A FĂCUT LOC ELECTRICITATEA ÎN SISTEMELE DE PROPULSIE

Pe la 1900 încă nu fusese tranșată clar supremația motoarelor cu ardere internă în industria auto, alternativele acestora fiind atunci propulsiile cu aburi (anacronice, totuși) și motoarele electrice (exemplu european: Lohner-Porsche). Dezvoltarea explozivă (uneori la sensul propriu al termenului, din nefericire) a sectorului industrial petrolier a favorizat proliferarea motoarelor cu ardere internă de-a lungul întregului secol 20.

Bun, motoarele cu ardere internă au cucerit atunci lumea, dar – atenție! – nu fără contribuția indispensabilă a unor organe electrice. Acestea au fost demarorul (popular numit chiar electromotor, folosit la pornirea motorului cu benzină sau diesel) și generatorul (la început, a fost dinam, apoi a apărut alternatorul) necesar pentru a furniza energie în întreaga instalație electrică a automobilului (lumini, încălzire, muzică, resurse pentru demaror stocate în baterie, gestiuni electronice ale injecției, asistării direcției, etc.).

Înainte de a continua, să nu trecem cu vederea un detaliu de maximă importanță: mașinile electrice de curent alternativ (motoare cu inducție și generatoare) sunt mai ușoare și mai performante decât cele de curent continuu (electromotoare și dinamuri). Din acest motiv, industria auto postbelică a înlocuit treptat dinamurile cu alternatoare (integrarea lor în instalațiile electrice auto de curent continuu se putea rezolva prin integrarea unei punți redresoare cu diode, asigurând transformarea curentului alternativ în curent continuu).

MOTOARELE ELECTRICE CARE MIȘCĂ AUTOMOBILE

Ceea ce spuneam în paragraful de mai sus a avut un rol determinant în timpurile noastre pentru alegerea motoarelor de curent alternativ ca piese fundamentale ale sistemelor de propulsie electrice avansate. Primele automobile electrice moderne produse industrial sub mărci consacrate – vezi General Motors EV1 (1996) și Toyota RAV4 EV (1997) – au fost dotate cu motoare de curent alternativ cu inducție (asta însemnând că rotorul nu avea nevoie de propriile conexiuni electrice – vezi perii sau cărbuni, componente supuse nemijlocit la uzură mecanică intensă).

Ilustrația gen „raze X' pe care o vedeți  mai sus înfățișează un alt produs electric de pionierat al industriei auto contemporane: Tesla Roadster (2008). Și în cazul său e vorba de un motor electric cu inducție de curent alternativ. Tesla Roadster a fost realizată prin modificarea roadsterelor sportive britanice cu propulsie convențională Lotus Elise.

Ce lucruri importante ne arată clar ilustrația respectivă despre „conversia' lui Lotus Elise la propulsie electrică: motorul electric este semnificativ mai mic în dimensiuni decât era cel cu benzină, cutia de viteze nu mai există (transmisia are demultiplicare unică), în schimb, pachetul de baterii ESS (Energy Storage System, 56 kWh) ocupă mult spațiu și îngreunează mașina, fiind și așa dimensionat pentru o autonomie la limita decenței (320 km). Volumul destinat modulelor electronice de gestiune a funcționării sistemului de propulsie nu pune mari probleme, în speță fiind vorba de spațiul plat rămas între motorul electric (max. 288 CP) și capota din spate.

De reținut: industria de automobile electrice folosește actualmente preponderent motoare de curent alternativ (Audi, BMW, Dacia, Ford, Kia, Hyundai, Mercedes-Benz, Mitsubishi, Porsche, Renault, Skoda, Subaru, Tesla, Toyota, Volvo, VW, etc.) cu sau fără magneți permanenți.

STOCAREA RESURSELOR DE ENERGIE ELECTRICĂ LA BORD

În funcție de configurația sistemului de propulsie electrificat (mild-hybrid, full-hybrid, plug-in hybrid sau 100% electric), tipul, capacitatea și amplasarea pachetelor de baterii alocate energiei pentru deplasarea mașinii diferă. Bateriile de tip nichel-metal sunt acum pe cale de dispariție (au fost utilizate, în general, la sisteme hibride), deoarece bateriile de tip litiu-ion sunt mai performante și industria de profil le produce pe scară din ce în ce mai largă. Dacă departamentele de comunicare din industrie nu s-au lăsat furate de optimism, atunci în viitorul apropiat vor apărea și așa-numitele baterii „solid-state', superioare tehnic celor de tip litiu-ion.

Pachetele de baterii de dimensiuni relativ mici ale sistemelor de propulsie hibride sunt, în general, amplasate în zona din spate a automobilelor. Soluția se impune, din moment ce compartimentul motor din față adăpostește un motor termic și, în plus, montarea bateriilor în zona posterioară a vehiculului favorizează proporția repartiției masei pe punțile față/spate. După caz, aceste pachete de baterii ajung să afecteze spațiul portbagajului sau volumul rezervorului de combustibil. Notăm și o excepție: coupe-ul hibrid BMW i8 a avut pachetul de baterii amplasat jos, pe linia mediană a caroseriei, trecând longitudinal printre cele două scaune.

Pachetele mari de baterii ale automobilelor 100% electrice sunt integrate orizontal în podea, în zona dintre punțile din față și din spate. Grosimea lor este de ordinul a 12-15 cm. Amplasarea aceasta este ideală pentru o cotă joasă a centrului de greutate și o stabilitate bună a mașinii în mers. Soluția respectivă a fost aplicată de majoritatea producătorilor auto care au abordat tema electromobilității. Excepție: Volvo preferă să pună baterii mari \n fostele tuneluri de cardan ale caroseriilor unor modele care au avut tracțiune AWD convențională. Imaginea de sus ne arată cazul unui Volvo XC60 PHEV. {i la XC40 Recharge o parte din baterii se află \n „tunel'.

ELECTRIFICAREA PROPULSIEI: CÂT, CUM ȘI PENTRU CE?

Vom trata mai degrabă schematic această parte a articolului, din moment ce lucrurile s-au stratificat deja destul de clar în privința gradului de electrificare al sistemelor de propulsie. Nu insistăm aici pe o clasificare tehnic-formală (vizând, de pildă configurații gen hibrid în serie sau hibrid în paralel și alte variații configurative), ci pe una care pune în evidență ponderea electrificării în cadrul grupurilor motopropulsoare (câte organe electrice sunt acolo, cât de mari sunt ele și ce pot să facă). Eludăm cu bună-știință tema hibridelor cu motor termic pe post de „range extender' (gen Chevrolet Volt sau Opel Ampera), al căror concept nu s-a dovedit viabil pe piață.

Încă sunt neclare perspectivele alimentării propulsiilor electrice din surse de tip fuel-cell (pilă cu combustie bazată pe hidrogen, sistem numit FCEV – Fuel-Cell Electric Vehicle). Complexitatea unei astfel de configurații tehnice tinde să anuleze avantajul său de autonomie asupra sistemelor cu baterii. Deocamdată, cea mai proeminentă realizare în materie rămâne Toyota Mirai. După cum se poate vedea în ilustrația noastră, în caroseria sa au trebuit să fie integrate (pe lângă motorul electric de 182 CP) două rezervoare de hidrogen (volum total de 122 l, presiune specifică 70 MPa), pila de combustie și o baterie (litiu-ion de 1,2 kWh) cu funcție de buffer energetic al sistemului.

Altfel, cea mai elementară formă de electrificare a unui grup motopropulsor este cea de tip MHEV (Mild-Hybrid Electric Vehicle). În cazul său, nu sunt folosite motoare electrice mari. În destule cazuri putem vorbi despre integrarea unui ISG (Integrated Starter-Generator) care contribuie la efortul motorului cu ardere internă preponderent în timpul accelerațiilor sau în intervalele de rulare în regim „coasting'. Nici bateria dedicată propulsiei nu e mare (capacitatea sa poate fi cuprinsă între 0,1 și 1,0 kWh). Partea bună: mașina nu este îngreunată semnificativ de integrarea componentelor MHEV și nici prețul nu se ridică drastic față de cazul unei propulsii convenționale. Partea nefericită: abilitatea mașinii de a rula în regim 100% EV este foarte limitată sau inexistentă.

Lucrurile stau mai altfel în cazul unui sistem full-hybrid (FHEV). Bateriile dedicate propulsiei în aceste configurații sunt semnificativ mai mari față de ale sistemelor MHEV. Un automobil cu grup motopropulsor full-hybrid poate avea unul sau două motoare electrice dedicate propulsiei – vorbim despre motoare net mai performante decât cele din configurațiile MHEV. Automobilul este capabil să ruleze în mod 100% electric în anumite limite de viteză și distanță – asta în funcție de starea de încărcare a bateriei. În cele mai multe cazuri, conducătorul poate selecta de la bord moduri de rulare care îi permit să eficientizeze utilizarea resurselor mașinii în funcție de specificul călătoriei. Bateria dedicată propulsiei se încarcă numai din mers în faze de frânare regenerativă, pe drumurile la vale și atunci când softul sistemului alocă sarcina respectivă motorului cu ardere internă. Complexitatea tehnică și prețul relativ mare i-ar putea descuraja pe unii dintre cei interesați.

Ajungem la cea mai avansată și mai complexă formă a hibridizării, având ca obiect sistemele de propulsie de tip PHEV (Plug-In Hybrid Electric Vehicle). Principalul lor avantaj: bateria dedicată propulsiei este destul de mare (de obicei, între 12 și 18 kWh) și poate fi încărcată prin branșarea la o sursă externă în timp ce automobilul stă. Ca și în cazul sistemelor FHEV, automobilele cu propulsie PHEV pot oferi versatilitatea mai multor moduri de rulare. Important: cel puțin teoretic, automobilele PHEV sunt capabile să acopere distanțe de ordinul a 40-70 km în regim strict electric. Asta ar însemna că utilizarea lor pentru necesități de deplasare curente ar putea să se desfășoare fără nicio vizită la benzinărie (încărcând bateria acasă, pe timpul nopții). Bineînțeles, deplasările interurbane vor fi rezolvate prin folosirea motorului termic. În realitate, este dificil să nu ajungi să pornești motorul termic la mai toate deplasările – este suficient să soliciți o accelerație ceva mai viguroasă și asta se va întâmpla imediat. Aceste automobile sunt și relativ grele, motiv pentru care motoarele lor termice sunt destul de solicitate și tind să consume mai mult în călătoriile lungi. Complexitatea tehnică și prețul ridicat sunt alte aspecte descurajante specifice tehnicii PHEV.

Propulsiile hibride reprezintă, de fapt, faza de tranziție a domeniului auto către era EV (Electric Vehicle). Automobilele 100% electrice (EV sau BEV – de la Battery Electric Vehicle) produse în prezent sunt dezavantajate în fața celor hibride de autonomia redusă, timpul relativ lung necesar încărcării unor baterii litiu-ion de dimensiuni mari și rețeaua de alimentare încă aflată la începutul dezvoltării. Orientativ, la aceste mașini vorbim de baterii cu capacități utilizabile cuprinse între 26,8 kWh (clasa mini, Dacia Spring, 19.600 de euro) și 107,8 kWh (clasa de lux, Mercedes-Benz EQS, 102.480 de euro). Plaja corespunzătoare a autonomiilor (standard WLTP) merge de la 230 până la 770 km.