Sistema mild hybrid a 48 volt

18 / 05 / 2020

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A differenza delle configurazioni ibride che utilizzano il motore termico e/o il motore elettrico per funzionare, il sistema mild hybrid a 48 volt viene impiegato in un veicolo con sistema start e stop insieme a un motore/generatore a 48 volt che integra il motore termico, migliorando l’accelerazione e il risparmio di carburante.

Non solo, se si elettrificano componenti come il compressore del sistema di aria condizionata, la pompa dell’idroguida e la pompa dell’olio, si riduce il carico del motore e si risparmia combustibile.

mild hybrid vehicle diagram

1 Motogeneratore
2 Inverter AC/DC
3 Batteria da 48 volt
4 Convertitore DC/DC
5 Unità di distribuzione dell’alimentazione a 48 volt
6 Batteria da 12 volt
7 Unità di distribuzione dell’alimentazione a 12 volt
8 Compressore azionato elettricamente

Trasformare in elettrici veicoli con tensione superiore a 12 volt non è una novità: già negli anni Novanta l’industria automobilistica aveva contemplato l’utilizzo di sistemi a 42 volt, ma timori legati ai costi e questioni pratiche come il guasto prematuro di interruttori e relè hanno portato ad abbandonare l’idea. Tuttavia, spinta da esigenze di rispetto dell’ambiente, l’elettronica moderna fa uso di transistor, diodi e microinterruttori, che sono più robusti e rappresentano un’alternativa percorribile.

Allora perché non si superano i 48 volt? Secondo le normative attuali, qualsiasi sistema oltre i 60 volt diventa “ad alta tensione”. Ciò comporta rincari, perché vengono aggiunti costosi sistemi di schermatura, connettori e cavi di alta tensione, come quelli arancioni che si vedono normalmente su numerosi veicoli elettrici e ibridi. Questo però non significa che tutta la struttura elettrica del veicolo funzionerà a 48 volt. I 12 volt tradizionali vengono ancora utilizzati per azionare molti dei circuiti standard, come le luci, la chiusura delle porte, i finestrini elettrici e l’impianto di infotainment.

Il normale sistema mild hybrid a 48 volt consiste solo di un numero limitato di componenti extra: un motogeneratore, un inverter AC/DC, un convertitore DC/DC, una batteria da 48 volt e un compressore azionato elettricamente.

Motogeneratore elettrico: Il motogeneratore raffreddato ad acqua e azionato da una cinghia sostituisce l’alternatore tradizionale e serve a riavviare il motore dopo uno start e stop, mentre il motore d’avviamento tradizionale a 12 volt avvia il motore girando la chiave d’accensione.

A volte, il motogeneratore supporta il motore al momento di migliorare l’accelerazione e alleggerisce strategicamente il carico di lavoro per ottimizzare il risparmio di carburante. Non solo, il motogeneratore, quando viene usato come generatore, ricarica entrambe le batterie, come un alternatore tradizionale, anche quando il veicolo è in modalità veleggiamento o in frenata.

Inverter AC/DC: L’inverter AC/DC, che è possibile trovare integrato o non integrato nel motogeneratore a 48 volt, svolge due funzioni.

Innanzitutto, converte la corrente continua (DC) dalla batteria a 48 volt in corrente alternata (AC), che poi aziona il motogeneratore in modalità avviamento.

In secondo luogo, converte in corrente continua la corrente alternata generata dal motogeneratore quando viene usato come generatore, ricaricando così le batterie da 12 e 48 volt.

Convertitore DC/DC: Poiché questo veicolo comprende sistemi sia da 12 volt sia da 48 volt, è stato installato un convertitore DC/DC per ridurre la tensione elettrica da 48 a 12 volt.

Batteria da 48 volt: La batteria da 48 volt agli ioni di litio è posizionata generalmente nel retro del veicolo e, proprio come il motogeneratore, può utilizzare il sistema di raffreddamento per dissipare il calore.

Compressore azionato elettricamente: Il tradizionale turbocompressore è sostituito da una versione elettrica, ossia da un compressore azionato elettricamente. Non sono più i gas di scarico a far girare la girante, ma viene utilizzato il motore elettrico per azionare la girante fornendo istantaneamente la potenza necessaria senza il consueto ritardo dei motori turbocompressi. In alternativa, è possibile elettrificare i compressori volumetrici per avere gli stessi risultati di un turbocompressore azionato dal motore elettrico.

Il sistema mild hybrid a 48 volt viene migliorato costantemente per rispettare le normative in materia di riduzione delle emissioni dei gas di scarico, migliorare il risparmio di carburante e aumentare l’accelerazione. Per questo motivo, le case produttrici di veicoli stanno già sviluppando altri miglioramenti intelligenti per integrare il sistema a 48 volt, come alcuni degli esempi di seguito:

Tecnologia dynamic skip fire (DSF): integra la disattivazione dei cilindri con il sistema mild hybrid a 48 volt. Il sistema DSF isola un cilindro scollegando i rulli dell’albero a camme: in questo modo chiude le valvole di aspirazione e di scarico quando serve meno potenza, per risparmiare più carburante.

Tecnologia start e stop estesa: a differenza della tecnologia start e stop tradizionale, che prevede lo spegnimento del motore quando il veicolo si ferma del tutto, il sistema start e stop esteso spegne il motore anche quando è in prossimità di fermarsi o mentre il veicolo viaggia a una velocità costante.

Catalizzatore riscaldato elettricamente: per ridurre le emissioni dannose, il convertitore catalitico deve raggiungere il prima possibile la temperatura di funzionamento. I sistemi ibridi peggiorano la situazione in caso di episodi frequenti di arresto e riavvio del motore oppure mentre la macchina procede a motore spento. Tuttavia, se si riscalda il convertitore catalitico in modo elettrico con il sistema a 48 volt è possibile risolvere facilmente questo problema.

Elettrificazione dei sistemi ausiliari azionati dal motore: la pompa dell’acqua e il compressore dell’aria condizionata sono due esempi di componenti elettrificabili. Intervenendo in questo modo, si riduce la resistenza aerodinamica del motore e soprattutto si permette ai componenti di impostare il proprio ciclo di lavoro in base alle esigenze del veicolo e del conducente.

Quindi, se l’attuale sistema a 12 volt ha delle difficoltà, paragonato agli altri ibridi più costosi, la tecnologia mild hybrid a 48 volt offre una soluzione vantaggiosa in termini di costo, perché rispetta le normative sulle emissioni e soddisfa l’aumento futuro di componenti elettrici che consumano molta energia.

L’utilizzo della tecnologia a 48 volt è destinato a svilupparsi ancora, soprattutto con l’imposizione di obiettivi più rigidi di riduzione delle emissioni di CO2 e con la diminuzione dei motori a combustione interna.

Considerata la diffusione crescente della mobilità ibrida ed elettrica, Autodata sta pubblicando gli schemi dei sistemi di propulsione di veicoli elettrici e ibridi: in questo modo vogliamo continuare a garantire la posizione di Autodata come migliore soluzione per la diagnostica e la riparazione dei veicoli stradali.