Controlled Power Technologies (CPT), tra i principali sponsor della recente conferenza sui veicoli ibridi a 48V tenutasi in Germania, insieme con importanti case automobilistiche e fornitori Tier 1, hanno discusso la necessità di uno standard elettrico a 48V concordato a livello internazionale e richiesto dall’industria automobilistica globale per raggiungere le economie di scala necessarie ai produttori delle apparecchiature. CPT, insieme ad altri sponsor tra cui AVL e Ricardo, è all’avanguardia dello sviluppo di sistemi mild hybrid 48V reso necessario dalle sempre più stringenti normative europee anti CO2 e, in prospettiva futura, dalla realizzazione di un nuovo e più aggressivo ciclo di omologazione.
A presentare quanto fato da Audi, BMW, Daimler, Porsche e Volkswagen è stato Florian Kühnlenz, responsabile dello sviluppo dei sistemi energetici a bassa tensione in Volkswagen AG, con una spiegazione dei requisiti dell’architettura elettrica ed elettronica di alimentazione a doppia tensione in veicoli a 12 volt e 48 volt; il Gruppo VW ha già intrapreso l’adozione dello standard LV148 suggerito.
La visione di Kühnlenz è che l’introduzione di una seconda tensione a 48 volt pone nuove sfide per i sistemi elettrici ed elettronici automobilistici ma che la maggior parte dei problemi sono stati ora identificati e le relative soluzioni già sviluppate in fase preliminare: esse saranno introdotte durante il percorso di adeguamento ai 95g CO2 / km da ottemperarsi entro il 2020. La conversione degli attuali elevati voltaggi verso la più efficiente rete a 48 volt è considerato il passo successivo nello sviluppo di una nuova generazione di veicoli ibridi a bassa tensione.
“Altre case automobilistiche mondiali dovranno decidere se vogliono prendere in considerazione i sistemi a 48 volt“, dice Paul Bloore, product validation manager per il gruppo CPT. Commentando la necessità espressa dai fornitori tier 1 per uno standard internazionale per l’introduzione di ibridi a bassa tensione e la loro nota di cautela qualora non dovesse accadere, ha aggiunto che “ha senso avere uno standard globale comune, perché gli ibridi 48V sono attualmente il modo più economico ed efficace per raggiungere i livelli di emissioni di CO2 che saranno resi obbligatori nel 2020, con l’abbandono del vigente test NEDC in favore della più severa prova WLTP, cui seguirà l’ulteriore 25% di riduzioni previste nel 2025 e 2030. Inoltre, le previsioni di mercato concordano sul fatto che gli ibridi 48V arriveranno presto a dominare il mercato, come i costruttori stessi di veicoli si aspettano che accada. Uno standard internazionale sui 48V sarebbe una mossa intelligente“.
Simili concetti sono stati espressi per conto del Gruppo PSA Peugeot Citroën da parte del Dr Salah Benhassine, specialista in compatibilità elettromagnetica (EMC), il quale ha a sua volta esposto l’approccio della casa automobilistica francese sull’ibridazione leggera.
Robert Eriksson, senior technical leader per l’architettura di propulsione elettrica di Volvo Cars, ha sottolineato che esistono diverse opportunità per la costruzione di soluzioni scalabili e modulari con diversi attributi nella categoria mild hybrid, commentando le possibilità di recupero con l’architettura espansa a 48V, mettendo così già in cantiere l’obiettivo di abbassarsi al di sotto dei 95g di CO2/ km dopo il 2020.
Ulf Stenzel, ingegnere capo per le nuove tecnologie per batterie, ibridi e sistemi di propulsione elettrici presso AVL Schrick GmbH, fortemente coinvolta con CPT e l’European Advanced Lead-Acid Battery Consortium (EALABC) nello sviluppo del powertrain a benzina “LC Super Hybrid”, ha invece discusso lo sviluppo da parte di Hyundai e Kia di un sistema 48V ibrido diesel, commentando che la sua combinazione con un compressore elettrico offre “un potenziale realistico in termini di aumento delle prestazioni e di ulteriore riduzione del consumo di carburante”.
CPT ha contribuito al dibattito in quanto società clean-tech indipendente – con sedi nel Regno Unito, in Germania e negli Stati Uniti – specializzata nello sviluppo di misure di riduzione della CO2 economicamente vantaggiose per l’industria automobilistica globale che evitino l’alto costo di una riprogettazione completa dei powertrain, come gli ibridi ad alta tensione ed i veicoli elettrici a batteria invece impongono di fare.
La tre giorni di conferenze ha rivelato i progressi tecnologici raggiunti dall’industria europea nello sviluppo di sistemi mild hybrid a 48V, fornendo a CPT l’opportunità di presentare gli ultimi dettagli della tecnologia SpeedStart, anticamera verso l’ibridazione a 48V. Il sistema, chiamato B-ISG, aiuta a ridurre la sensibilità nei confronti dei diversi cicli di prova basati sugli stili di guida in condizioni reali, anticipando così il nuovo ciclo di guida europeo (NEDC) per i veicoli leggeri, il Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedures (WLTP).
L’obiettivo dell’Unione europea è introdurre il WLTP entro il 2017 o, alla peggio, non oltre il 2020 in concomitanza con l’obbligo dei 95g CO2 / km. Il WLTP definisce una norma armonizzata globale per determinare i livelli di inquinanti e le emissioni di CO2, il consumo di carburante o di energia, e l’autonomia elettrica delle autovetture e dei veicoli commerciali leggeri – rendendo ancora più importante per l’industria concordare preventivamente una standard per l’ibridazione mite a 48V dei suoi veicoli.
Uno dei problemi che l’industria deve affrontare allontanandosi dalla prova NEDC è che il WLTP dimezza la misurazione della riduzione di CO2 acquisita dai sistemi stop-start di prima generazione, che, nel ciclo NEDC, riducono le emissioni di CO2 in genere del 5%. Con il WLTP l’efficacia si riduce al 2,5%.
Secondo CPT una maggior presenza di sistemi elettrici porterà un beneficio non solo dal punto di vista economico ed ambientale ma anche da quello energetico, consentendo ai veicoli di essere più prestanti grazie al recupero di buona parte dell’energia dissipata.
“Il WLTP è significativamente più dinamico con valori di accelerazione più alti“, aggiunge Bloore. “Ciò significa che la maggior richiesta di potenza è più difficile da ottenere soltanto con motori ridimensionati e trasmissione down-speeding”.
Altro fattore critico è la gestione termica della macchina elettrica, in qunato la durata delle operazioni di boost e di recupero dell’energia impattano direttamente su emissioni e consumi. Da qui la tendenza a raffreddare a liquido le macchine elettriche, che ne garantisce le prestazioni, comprese quelle dell’eventuale elettronica integrata, indipendentemente dalla temperatura ambientale.
“Caratteristiche termiche stabili realizzate attraverso il raffreddamento a liquido permettono un migliore utilizzo dell’assistenza alla coppia di trazione e delle opportunità di recupero più lunghe, dal momento che entrambe le modalità generano calore – dice Bloore – Si tratta del modo in cui otteniamo un picco di recupero superiore a 12kW e una coppia massima di assistenza superiore agli 8 kW per durate di 20 secondi o più. Nel ciclo di prova NEDC è permesso l’uso di assistenza elettrica in accelerazioni fino a 30 chilometri all’ora e potenzialmente di fornire coppia supplettiva ad altre velocità di crociera, anche durante le fasi di inerzia“.
“Naturalmente è il costo il fattore più critico per ottenere la conformità ai livelli di CO2, in particolare nei settori dei mercato ad alto volume“, afferma Bloore. “Finché non vedremo una svolta davvero significativo con la chimica della batteria o la tecnologia a celle a combustibile, l’approccio ad alta tensione per l’ibridazione ed i veicoli elettrici puri rimarrà troppo costoso per l’applicazione universale attraverso piattaforme di produzione ad alto volume“.
“L’ibridazione a bassa tensione invece, per una nuova classe di veicoli ibridi 48V, fornisce un compromesso conveniente tra efficienza e costi. Ed è conveniente in quanto evoluzione dell’architettura dei powertrain esistenti, piuttosto che un nuovo sistema di propulsione“.
Organizzata da IQPC Automotive, la 2nd International Conference on Advanced Automotive 48V Power Supply Systems si è tenuta a Düsseldorf il 18-20 novembre 2014.
