Come funziona il sistema di propulsione E-Flex di GM

  • Vova Krasen
  • 0
  • 1525
  • 311
Uno sguardo all'interno della Chevrolet Volt. Il motore elettrico e il range extender sono davanti e la batteria si trova al centro dell'auto. Guarda altre foto di auto elettriche. Foto per gentile concessione di General Motors

Nel 1996, l'auto elettrica a batteria EV-1 della General Motors è apparsa negli showroom Saturn in California e Arizona. Nei sette anni successivi, più di 1.000 modelli furono affittati a conducenti che volevano spostarsi senza l'onere di mettere benzina nelle loro auto. Tuttavia, alla fine GM ha deciso che la domanda dei consumatori e la tecnologia delle batterie non erano all'altezza, e la maggior parte di quelle auto è finita in una struttura schiacciante.

Dagli anni '90, il prezzo del carburante è salito alle stelle e la tecnologia delle batterie è notevolmente avanzata, quindi GM ha deciso che è ora di fare un altro tentativo con l'auto elettrica. Questa volta, però, stanno facendo le cose in modo leggermente diverso.

Il Sistema di propulsione E-Flex è una piattaforma completamente nuova di GM che dovrebbe sostenere l'attesissima berlina Chevrolet Volt, che uscirà negli showroom entro la fine del 2010. Il sistema mette quello che gli ingegneri chiamano una svolta rivoluzionaria sull'auto elettrica - una che è guidata da energia elettrica ma può guidare per centinaia di miglia con l'aiuto di un motore a combustione interna.

"[I veicoli E-Flex non richiedono] alcun supporto da un motore a gas per funzionare, a differenza di un ibrido, che non può funzionare senza il motore", ha detto il portavoce di GM Dave Darovitz. "Il nostro motore non è direttamente collegato alle ruote e si accende solo quando la batteria è scarica, agendo come un generatore di bordo fisso per creare elettricità aggiuntiva per ricaricare la batteria e alimentare l'auto". Tuttavia, a differenza delle auto ibride come la Toyota Prius, che utilizza un piccolo motore elettrico per la guida a bassa velocità e passa a un motore a combustione interna per l'accelerazione e la guida più veloce, GM considera le auto costruite sulla piattaforma E-Flex piuttosto come auto elettriche. rispetto agli ibridi plug-in.

Dopo una notte di ricarica (andrà bene qualsiasi presa di corrente domestica), le ruote dell'auto vengono azionate esclusivamente dall'energia elettrica della batteria. Il motore a benzina viene utilizzato solo per ricaricare la batteria una volta che si esaurisce.

Se tutto va secondo i piani di GM, le auto alimentate da E-Flex possono percorrere fino a 40 miglia (64 chilometri) con la sola energia elettrica, senza usare una goccia di benzina. Dopo 40 miglia (64 chilometri), la carica iniziale della batteria dell'auto è esaurita e il motore a combustione interna, chiamato range extender -- entra in azione senza interruzioni, azionando un generatore che carica la batteria e mantiene l'auto in funzione con l'energia elettrica.

Nella prossima sezione vedremo il cuore della piattaforma E-Flex - la sua batteria - e quanti soldi risparmieresti con un'auto che funziona su una.

Contenuti
  1. La batteria E-Flex
  2. Generatore e motore di bordo E-Flex
  3. Il range extender E-Flex
  4. E-Flex e l'ambiente
  5. Il futuro di E-Flex
Un pacco batteria da 16 kilowatt per la Chevrolet Volt (a destra) viene visualizzato accanto al pacco batteria EV-1 originale da 16 kilowatt presso il GM Battery Lab di Warren, Michigan. John F. Martin / General Motors

La batteria E-Flex è una batteria agli ioni di litio avanzata da 400 libbre (181 chilogrammi) che genera fino a 16 chilowattora di elettricità.

I progressi nella tecnologia delle batterie che hanno reso possibile questo tipo di dispositivi negli ultimi anni spiegano perché un'auto sulla piattaforma E-Flex può fare quello che fa. L'EV-1, ad esempio, utilizzava un pacco batteria al piombo che aveva la stessa potenza di un veicolo alimentato da E-Flex, ma pesava circa 2.200 libbre (998 chilogrammi) in più.

Anche la batteria E-Flex è scarica, a differenza delle batterie cilindriche agli ioni di litio utilizzate dalla maggior parte delle auto del suo tipo. Le celle piatte occupano meno spazio rispetto alle celle cilindriche, in modo che più energia possa essere immagazzinata nel pacco batteria dell'auto. Queste cellule sono anche più facili da raffreddare e condizionare, poiché il fluido può scorrere facilmente su una superficie piana.

A differenza delle batterie convenzionali che vengono semplicemente inserite nel vano motore di un'auto, la batteria E-Flex è così grande che è effettivamente incorporata nell'auto stessa. La batteria a forma di T attraversa il centro del veicolo tra le ruote anteriori e posteriori, con la parte superiore della "T" sotto il sedile del passeggero posteriore. Ciò mantiene la batteria al sicuro in caso di incidente.

Tuttavia, l'unicità della piattaforma crea sfide che GM deve affrontare.

"Il cuore e l'anima della [piattaforma E-Flex] è la batteria, con un veicolo in cima", ha detto Tony Posawatz, il direttore della linea di veicoli per la Chevrolet Volt. Gli ingegneri sanno come progettare e costruire veicoli, ha detto. "Ma il montaggio del pacco batteria, il riscaldamento e il raffreddamento, i tipi di materiali utilizzati ... non è tutto noto."

A differenza delle celle a combustibile a idrogeno, la tecnologia è quella che non dovremo aspettare. "L'infrastruttura è già in atto per i veicoli elettrici", ha detto Posawatz. "L'elettricità costa uno o due centesimi al miglio, contro i 10 centesimi al miglio per il gas in questo momento".

La batteria E-Flex è collegata a un motore elettrico che aziona le ruote anteriori del veicolo. È completamente silenzioso in questa modalità e tutto ciò che un guidatore sentirà è il rumore della strada.

Questo motore produce circa 120 kilowatt di potenza, che equivale all'incirca a circa 160 cavalli su un motore a combustione interna. Tuttavia, poiché i motori elettrici forniscono una coppia istantanea - non sarà necessario mandare su di giri il motore per provare la sua piena potenza - la Chevrolet Volt offrirà prestazioni notevolmente migliori.

Il Volt dovrebbe passare da zero a 60 mph (97 chilometri all'ora) in meno di 9 secondi. Tuttavia, è la sensazione di lanciare l'auto che impressionerà davvero i conducenti pazzi per le prestazioni. L'accelerazione sembrerà più simile a quella di un'auto sportiva con un motore V-6 che a una piccola auto economica. L'auto utilizza anche frenata rigenerativa, il che significa che l'auto sta raccogliendo energia cinetica mentre procede per inerzia o frena e utilizza questa energia per ricaricare la batteria. Avere la batteria nella parte inferiore dell'auto significa anche un centro di gravità basso.

Le batterie agli ioni di litio utilizzate sulle auto alimentate da E-Flex sono le stesse che funzionano con telefoni cellulari e laptop, solo molto più grandi. Per caricare la batteria, è sufficiente collegare l'auto a una presa da 110 volt: qualsiasi presa domestica standard funzionerà. GM prevede che la maggior parte dei clienti caricherà l'auto durante la notte nei loro garage, un processo che richiede circa sei ore per essere completato. Su un circuito da 220 volt, i conducenti avranno bisogno di tre o quattro ore per caricare la batteria.

Gli ingegneri di GM stanno cercando di costruire un'auto che chiunque possa utilizzare. Mentre i molti componenti dei veicoli E-Flex sembrano complicati, Andrew Farah, l'ingegnere capo della Volt, vuole che le persone capiscano che mantenere l'auto in funzione è semplice come collegare un elettrodomestico. Il Volt ha una spina su un lato per l'inserimento nelle prese a muro per la ricarica.

Continua a leggere per conoscere il ruolo che un motore a combustione interna gioca nella Chevy Volt.

La concept car Chevrolet Volt è il primo veicolo ad essere alimentato da E-Flex. Foto per gentile concessione di General Motors

Una volta che il pacco batteria perde la sua carica iniziale, è ora che il range extender - il nome di GM per il motore a combustione interna nella parte anteriore del veicolo - vada al lavoro. Sulla concept car Chevrolet Volt, è un motore a 3 cilindri da 1,0 litri (1.000 centimetri cubi) progettato per azionare un generatore che mantiene la batteria carica. Funziona con un serbatoio del carburante da 12 galloni (45 litri).

"Su un tipico veicolo elettrico, hai una batteria e un motore elettrico", ha detto l'ingegnere Andrew Farah. "Questo è tutto ciò di cui hai bisogno finché non esaurisci la carica ... poi devi spingerlo a casa." Con il motore a gas sulla piattaforma E-Flex, non è più un problema, ha detto.

Lo scopo dietro il range extender a benzina è quello di avere un'auto elettrica in cui i conducenti non fissano costantemente un indicatore per vedere quanto succo hanno lasciato prima di dover girare l'auto e tornare a casa per ricaricare.

Nonostante l'efficacia del motore elettrico, i conducenti devono ricordarsi di tenere i serbatoi di benzina pieni. Sebbene l'auto possa correre fino a 40 miglia (64 chilometri) con l'alimentazione della batteria, dopo di che, è necessario che il motore a gas funzioni per alimentare il generatore.

GM dice che il cliente medio dovrebbe risparmiare circa 500 galloni (1.892 litri) di carburante ogni anno e non ha quasi mai bisogno di andare alla stazione di servizio o mantenere i normali programmi di servizio del motore. L'azienda consiglia di collegare l'auto il più spesso e il più a lungo possibile per mantenere la batteria condizionata.

Attualmente, gli ingegneri GM stanno lavorando per far funzionare il range extender sia a benzina sia con la miscela etanolo / benzina E85. In Europa stanno sperimentando anche il gasolio. Stanno anche lavorando a una variante a celle a combustibile di E-Flex [fonte: Farah]. Su quel veicolo, il range extender e il generatore sarebbero stati rimossi e sostituiti con celle a combustibile a idrogeno. Su un veicolo come quello, Farah ha detto, "faresti funzionare la cella a combustibile per la maggior parte del tempo, e la batteria non tanto".

GM vuole che la piattaforma E-Flex sia rispettosa dell'ambiente in termini di emissioni e risparmio di carburante. Finora sono sulla strada giusta: le auto alimentate con E-Flex non producono emissioni di sorta per i primi 64 chilometri percorsi. Mentre l'auto funziona a batteria, il motore elettrico non emette nessuna delle sostanze chimiche e degli inquinanti atmosferici per i quali le auto a benzina sono state così diffamate.

Una volta che il motore a combustione interna entra in funzione, gli ingegneri GM stimano che i conducenti otterranno circa 50 miglia per gallone (21 chilometri / litro) con il range extender. La concept car Chevy Volt pubblicizzava un'autonomia complessiva di oltre 600 miglia (966 chilometri), ma la versione di produzione ha un'autonomia di circa 360 miglia (579 chilometri) a causa delle dimensioni ridotte del serbatoio del gas. Gli ingegneri GM hanno semplicemente deciso che lo spazio aggiuntivo per il serbatoio e il peso aggiuntivo non erano necessari.

I funzionari di GM insistono sul fatto che il cambiamento abbia un senso. "Dato che le persone non guidano quasi mai per oltre 400 miglia senza fermarsi, perché portare in giro tutto quel carburante in più che potresti non usare mai?" Ha chiesto Darovitz. In effetti, la maggior parte delle persone potrebbe non usare mai benzina, poiché GM stima che oltre il 75% dei pendolari statunitensi guida meno di 40 miglia (64 chilometri) al giorno [fonte: Chevrolet].

Se tutto va secondo i piani con i veicoli E-Flex, quei conducenti non useranno mai una goccia di benzina o produrranno emissioni nocive durante i loro spostamenti quotidiani, sebbene le dimensioni ridotte del serbatoio del gas possano ironicamente aumentare il risparmio di carburante dei veicoli. Ma nel caso in cui questi conducenti decidano di testare i loro nuovi propulsori e colpire la strada aperta, le auto percorrono ancora circa 50 miglia per gallone (21 chilometri / litro).

Allora, quando puoi comprare la Chevy Volt e per quanto? Cos'altro possono trovare i conducenti sulla piattaforma E-Flex? Scoprilo nella pagina successiva.

Il range extender di Opel Flextreme è un motore turbo-diesel al posto della varietà a combustione interna utilizzata nella maggior parte delle auto americane. Cate Gillon / Getty Images

Svelata al North American International Auto Show 2007 (NAIAS), la Chevrolet Volt è il primo veicolo sulla piattaforma E-Flex. A differenza della EV-1 a due posti e due porte, la Volt è una berlina compatta a quattro porte con quattro posti. L'interno dovrebbe ospitare comodamente un uomo di 6 piedi e 2 pollici sui sedili anteriori e posteriori. La mancanza di un sedile centrale nella parte posteriore consentirà spazio per la batteria dell'auto al centro dell'auto e manterrà il tetto basso per una migliore aerodinamica. Per ottenere il risparmio di carburante che GM vuole, la Volt sarà estremamente aerodinamica.

Ci vorrà un po 'di lavoro: molti hanno definito l'orario di rilascio della Volt estremamente ambizioso. GM vuole che le auto siano in circolazione entro la fine del 2010, il che significa test approfonditi della batteria e sviluppo dell'auto stessa.

La batteria deve rimanere fredda. Deve essere al sicuro. Deve gestire strade sconnesse e deve anche essere prodotto in serie. Gli ingegneri devono anche avere l'auto stessa - tutto ciò che funziona la batteria, in sostanza - pronta per essere utilizzata entro la data di rilascio.

La società aveva mirato a $ 30.000 come prezzo ragionevole per la Volt, ma negli ultimi mesi, i funzionari di GM hanno esitato su quel numero e hanno detto ai giornalisti che il prezzo della Volt sarebbe stato collegato al prezzo della benzina al lancio dell'auto [fonte: Blanco].

"Il prezzo della Chevrolet Volt non è stato ancora determinato", ha detto Darovitz. "Valuteremo molti fattori, tra cui i crediti fiscali del governo, i vantaggi e il valore per il cliente, altri sussidi, il costo dell'elettricità rispetto al risparmio di benzina e i volumi iniziali prima di finalizzare il prezzo".

Pochi mesi dopo aver svelato la Volt, GM ha presentato la sua cugina, la Opel Flextreme. Un veicolo E-Flex destinato al mercato europeo, è un'elegante berlina a cinque porte con lo stesso cuore della Volt. L'unica eccezione è il range extender del Flextreme, che è un'unità turbo-diesel da 1.3 litri (1.300 centimetri cubi) piuttosto che il motore a combustione interna della Volt. Ciò rende Flextreme più adatto a paesi europei come la Germania, il mercato interno di Opel, dove il gasolio alimenta la maggior parte dei veicoli.

Nel gennaio 2008, il SUV Cadillac Provoq ha colpito il circuito dei saloni automobilistici. Utilizza un sistema E-Flex accoppiato con celle a combustibile a idrogeno per fornire un veicolo in grado di guidare 280 miglia (451 chilometri) con l'idrogeno e 20 miglia (32 chilometri) con l'energia della batteria elettrica, il tutto senza emettere emissioni tranne il vapore acqueo.

Mentre Volt, Flextreme e Provoq sono ancora in fase di concept, Farah ha affermato che i componenti E-Flex sono progettati per l'uso in una vasta gamma di veicoli. "Dovremmo essere in grado di ampliare la disponibilità di questo tipo di tecnologia, per inserirla in tutti i tipi di auto diverse che le persone vogliono", ha detto.

Articoli Correlati

  • Come funzionano i motori
  • Come funzionano le batterie per auto elettriche
  • 5 Miglioramenti al pacco batteria ibrido
  • Come funzionano le auto elettriche
  • Come funzionano gli ibridi plug-in
  • Come funzionano le auto Saturno

fonti

  • Blanco, Sebastian. "Quanto costerà la Chevy Volt? Dipende dal prezzo della benzina alla fine del 2010." Autoblog Green. 27 marzo 2009. (10 luglio 2009)
  • Chevrolet. "Chevrolet: New Electric Car". (6 luglio 2008) http://www.chevrolet.com/electriccar
  • Darovitz, Dave. Portavoce di GM per Chevrolet Volt e E-Flex Operations. Intervista telefonica e via e-mail, condotta il 6 luglio 2008.
  • Energy Information Administration. "Prezzi settimanali della benzina premium al dettaglio (tasse incluse)". (10 luglio 2008) http://www.eia.doe.gov/emeu/international/gas1.html
  • Motori generali. "GM assegna contratti per lo sviluppo avanzato della batteria per il sistema Chevrolet Volt E-Flex". (10 luglio 2008) http://www.gm.com/explore/technology/news/2007/fuel_cells/volt_eflex_batteries_060607.jsp
  • Motori generali. "Le spese di sviluppo della Chevrolet Volt sono attive." (10 luglio 2008) http://media.gm.com/us/gm/en/news/events/volt_eflex/index.html
  • Farah, Andrew. Ingegnere capo Chevrolet Volt. Intervista telefonica, condotta l'8 luglio 2008.
  • Posawatz, Tony. Direttore della linea di veicoli Chevrolet Volt. Intervista telefonica, condotta l'8 luglio 2008.
  • Turner, Lance. GM Battery Test Engineer. Intervista telefonica, condotta il 7 luglio 2008.
  • Rauch, Jonathan. "Electro Shock Therapy". Atlantic mensile. Luglio / agosto 2008. http://www.theatlantic.com/doc/200807/general-motors



Nessun utente ha ancora commentato questo articolo.

Gli articoli più interessanti su segreti e scoperte. Molte informazioni utili su tutto
Articoli su scienza, spazio, tecnologia, salute, ambiente, cultura e storia. Spiegare migliaia di argomenti in modo da sapere come funziona tutto