Veicoli ibridi

Veicoli ibridi

1.1Generalità

Il mondo scientifico iniziò ad interessarsi alla propulsione ibrida negli anni ’70: la crisi petrolifera del 1973 e degli anni a venire fecero nascere la consapevolezza della necessità di ridurre i consumi dei mezzi di trasporto. Attualmente la situazione si è ulteriormente complicata: le norme antinquinamento sono divenute sempre più severe e si prevede che il numero di autoveicoli in circolazione salga dagli attuali 700 milioni a 2,5 miliardi nei prossimi 50 anni [2].

Figura 1.1: Velocità e potenza riferite ad un autovettura che percorre il ciclo FUDS previsto dall'EPA.

È quindi stringente la necessità di realizzare veicoli ad alto rendimento e a basse emissioni inquinanti; inoltre per vincere la concorrenza con gli attuali veicoli convenzionali è necessario raggiungere tale obbiettivo con tecnologie consolidate che rendano questa nuova classe di veicoli competitiva sul mercato.

Osservando l’andamento della velocità e della potenza necessaria a percorrere un ciclo cinematico di riferimento (in questo caso previsto dalla statunitense EPA, enviroinmental protection agency [2]) ci si accorge che il sistema di propulsione deve essere in grado di erogare potenza in un ampio campo di valori. Un motore a combustione interna è una macchina molto flessibile e può da solo (con l’ausilio di dispositivi come frizione e cambio di velocità) riuscire a soddisfare tutte le specifiche che gli sono imposte per la propulsione, però non garantisce il rendimento ideale in tutte le condizioni di funzionamento.

Figura 1.2 Consumo specifico di un motore a combustione interna (sinistra) e mappa dei rendimenti (destra) di uno elettrico nelle varie condizioni operative.

La figura 1.2 mette a confronto i consumi specifici di un motore a combustione interna con la mappa dei rendimenti di un azionamento elettrico (motore più macchina che lo controlla): si può osservare che in entrambi i casi i consumi dipendono dalla velocità e dalla potenza, entrambi hanno un regime ottimale in cui il rendimento è massimo ma a differenza del motore elettrico quello del motore termico decade molto più velocemente. Inoltre il rendimento di un motore elettrico è sempre maggiore di quello di un motore termico specie nei motori di piccole dimensioni come quelli usati nella trazione stradale. Oltre a ciò deve tenersi presente che la potenza negativa corrispondente ai periodi di frenatura non può che essere dissipata, non avendo a disposizione un sistema reversibile, ciò fa aumentare i consumi specie nel ciclo cittadino in cui si spende energia per accelerare il veicolo per poi dissiparla subito dopo frenando.

Si è quindi pensato di realizzare un sistema di propulsione misto che riesca a tenere il motore termico il più possibile vicino al regime ottimale (facendo in modo che fornisca circa la potenza media richiesta) sfruttando un motore elettrico nei brevi periodi in cui la potenza necessaria è superiore e sfruttando la reversibilità del motore elettrico durante i periodi di frenatura per recuperare l’energia (la gestione dell’energia a bordo di un veicolo ibrido è una cosa assai complessa e verrà trattata in un apposito capitolo).

Il vantaggio di questo tipo di veicoli è che per la loro realizzazione non sono necessarie particolari tecnologie in quanto il sistema è costituito da elementi già presenti sul mercato e la cui tecnologia è ormai matura per una produzione in grande scala mantenendo i costi accettabili. Questo motivo rende preferibile i veicoli ibridi rispetto ad altre soluzioni come le celle a combustibile in cui la tecnologia innovativa e i problemi legati alla distribuzione di un nuovo combustibile rendono ancora inattuabile la loro realizzazione.

1.2 Il problema delle definizioni

Nel campo dei veicoli elettrici ed ibridi non esiste, fra gli studiosi, una terminologia uniforme: ci sono due definizioni principali per definire un veicolo ibrido la prima più razionale, la seconda più pratica. La prima intende per veicolo ibrido un veicolo in cui la potenza di propulsione proviene da più fonti indipendenti. La seconda, classifica i veicoli ibridi come veicoli in cui sono interessati al flusso di potenza per la propulsione sia un motore elettrico che un motore a combustione interna. La prima definizione è di carattere più generale e può includere una moltitudine di veicoli mossi da diverse forme di energia, in questo lavoro si è preferito usare la seconda perché veicoli dotati di soli motori elettrici ma provvisti di più batterie indipendenti (celle a combustibile + batterie al piombo) oppure sistemi di accumulo temporaneo di energia (volano oppure supercondensatore) sarebbero classificati secondo la prima definizione come veicoli ibridi, anche se il loro comportamento è quasi lo stesso di un veicolo puramente elettrico.

Recentemente si sono visti sul mercato alcuni veicoli (come la Fiat Multipla) che sfruttano due tipi di combustibile fossile (benzina e metano) per la propulsione. Anche questo tipo di veicoli, secondo la prima definizione, entrano nella categoria di veicoli

ibridi anche se il loro comportamento è molto simile a quello di un veicolo convenzionale (infatti gli ingegneri della Fiat l’hanno chiamata Bipower e non ibrida). D’ora in poi, in questo lavoro, si parlerà di veicolo ibrido intendendo un veicolo dotato di motore a combustione interna e di almeno uno elettrico, in accordo con la seconda definizione (a volte veicoli del genere vengono chiamati ibridi elettrici).

1.3 Configurazioni

Un veicolo ibrido è costituito da 4 elementi essenziali: motore elettrico (a volte anche più di uno), motore termico, sistema di accumulo dell’energia e centralina per la gestione dell’energia. Anche la trasmissione riveste un ruolo importante in quanto influenza le logiche di gestione del sistema. Diversi sono i modi per connettere motore elettrico e motore termico per cui i veicoli ibridi vengono classificati in base all’accoppiamento fra questi due elementi. Le tipologie principali sono due anche se sono presenti numerose tipologie secondarie. La seguente panoramica sulle varie architetture è stata tratta da [3].

Ibrido serie

In figura si può notare la disposizione degli elementi in un ibrido serie, il motore termico è accoppiato a un generatore il quale può ricaricare le batterie e/o alimentare il motore elettrico per la trazione. In questa soluzione il motore termico è completamente svincolato dalle ruote, ciò è per certi versi un vantaggio per altri uno svantaggio.

I vantaggi sono i seguenti:

 Essendo il motore termico svincolato dalle ruote è più facile il posizionamento all’interno del veicolo riducendo gli ingombri per la trasmissione del moto.  Il motore termico può essere notevolmente sottodimensionato, teoricamente può

essere progettato in modo da fornire la sola potenza media per la trazione invece di quella massima.

 Il motore termico può lavorare in qualsiasi condizione indipendentemente dalla velocità del veicolo e dalla potenza richiesta, in questo modo si possono ottimizzare al massimo i consumi. In particolare si può lavorare sull’inviluppo delle curve di figura 1.2 per cui, data una certa potenza richiesta, si è certi di lavorare al regime di rotazione in cui il consumo è minimo.

Gli svantaggi di questo sistema sono invece legati al sovradimensionamento della parte elettrica:

 Deve essere presente un generatore

 La batteria deve poter accumulare una quantità di energia maggiore rispetto alle altre configurazioni.

 Il motore elettrico deve poter erogare la massima potenza richiesta al veicolo. Considerando che, a parità di potenza, un veicolo ibrido ha un peso maggiore di un veicolo convenzionale a causa degli elementi aggiuntivi installati a bordo, questa è la configurazione in cui questo problema si fa più gravoso: nonostante sia necessario un motore termico meno potente, l’aggiunta di un grosso motore elettrico e di batterie di elevata capacità comporta un aumento di peso maggiore rispetto alle altre configurazioni in cui non è necessario che un motore da solo fornisca tutta la potenza necessaria alla trazione.

Si fa notare inoltre che la costante conversione dell’energia da meccanica ad elettrica ed in seguito la riconversione a meccanica, avviene con rendimenti non unitari per cui questo sistema ha un rendimento di conversione energetica minore, svantaggio compensato dal fatto che il motore termico può lavorare sempre al regime ottimale. In definitiva un ibrido serie si avvicina molto a un veicolo elettrico in cui è installato a bordo un sistema per la generazione elettrica.

Ibrido parallelo

In tale configurazione sia il motore elettrico che quello termico possono fornire potenza alle ruote, anche contemporaneamente.

Figura 1.4:Ibrido parallelo.

Per realizzare questa configurazione è sufficiente calettare il rotore della macchina elettrica sull’albero di trasmissione ma non mancano altre soluzioni.

I vantaggi di questo sistema sono i seguenti:

 In generale è possibile far funzionare singolarmente ciascuno dei due sistemi di propulsione (trazione elettrica pura e trazione convenzionale) per cui si può viaggiare con il solo motore termico in caso di guasto al motore elettrico oppure in caso di indesiderata scarica delle batterie.

 Il motore elettrico deve fornire una potenza limitata.

 Non è necessario che le batterie possano accumulare una elevata quantità di energia a meno che non interessi un elevata autonomia in modalità elettrica pura.

Gli svantaggi sono legati al layout e alle logiche di gestione:

 Il collegamento meccanico motore termico-motore elettrico-ruote impone dei vincoli costruttivi che possono generare problemi di layout, inoltre è necessario aggiungere una o più frizioni per svincolare il movimento del motore da quello delle ruote e infine è spesso necessario un cambio di velocità. Tutto ciò comporta anche perdite per attrito.

 Non si può svincolare il punto di funzionamento del motore termico con la velocità del veicolo perciò il motore termico non sempre lavorerà al regime ottimale, ciò va a scapito dei consumi.

 Le logiche di gestione sono estremamente complesse infatti mentre con la configurazione serie era necessario la conoscenza della potenza media

necessaria alla trazione adesso l’obbiettivo è quello di far lavorare il motore termico il più possibile vicino al regime ottimale utilizzando il motore elettrico quando ci si allontana troppo da tale situazione.

In definitiva questa soluzione è più vicina a un veicolo convenzionale.

Altre configurazioni

Ci sono poi altre configurazioni secondarie che sono modificazioni più o meno spinte delle due principali

 Ibrido serie-parallelo: Nel tentativo di combinare le caratteristiche positive delle strutture serie e parallelo sono state proposte le configurazioni serie-parallelo e ibrido complesso: nel serie-serie-parallelo sono presenti un nuovo collegamento meccanico rispetto al serie e un generatore elettrico fra il motore a combustione interna e il convertitore di potenza, non presente nella struttura parallelo; si capisce come questa soluzione comporti un aumento dei costi di realizzazione e un maggior grado di complessità a bordo del veicolo (aumentano il numero dei componenti) e di una maggior difficoltà nell’implementare logiche di gestione efficienti.

 Ibrido complesso: Gli ibridi complessi pur se apparentemente simili ai serie-parallelo presentano rispetto a questi ultimi una sostanziale differenza: il motore elettrico è caratterizzato da un flusso di potenza bidirezionale, mentre il generatore del serie-parallelo consente il fluire della potenza in un solo senso. Questa peculiarità, anche se penalizzante dal punto di vista dei costi e della complessità, consente di sfruttare contemporaneamente tre sorgenti di potenza (il motore termico e i due motori elettrici) garantendo a questa configurazione una versatilità unica. Da notare che in questa configurazione sono necessari almeno due motori elettrici.

 Ibrido split: in questa configurazione la parte elettrica e termica della propulsione sono associate ciascuna ad un asse del veicolo. La sola connessione tra i due sistemi avviene attraverso la strada e non esiste un sistema di alimentazione delle batterie direttamente dal motore primo.

 Ibrido minimo: La soluzione concettualmente più simile al veicolo tradizionale (detta ibrido minimo) è quella di sostituire l’attuale alternatore ed il motorino di avviamento con un’unica macchina (detta Integrated Starter Alternator: ISA) di potenza intorno ai 10kW collegata meccanicamente all’albero motore ed elettricamente al sistema di bordo al nuovo livello di tensione di 42V. Tale macchina (tra l’ altro con rendimenti di conversione intorno all’ 85% contro gli attuali 40% degli alternatori di bordo) associata ad un opportuno sistema di accumulo, è in grado di fornire potenza aggiuntiva al motore nelle fasi di massima richiesta, di effettuare la frenatura a recupero e di consentire il funzionamento in start/stop del motore primo, riducendo così i consumi del 10-15% [2].

1.4 Modalità operative

Dato il considerevole numero di gradi di libertà che può presentare un sistema ibrido di trazione la richiesta di potenza alla ruota può essere soddisfatta in varie maniere, inoltre sono possibili molteplici modalità di funzionamento che con un veicolo convenzionale non sarebbero attuabili:

 Il motore elettrico può fungere da convertitore elettromeccanico in modo da poter garantire il flusso dalle batterie alle ruote e viceversa.

 Si possono ricaricare le batterie in decelerazione o frenata con recupero di parte dell’energia cinetica del veicolo (Regenerative braking).

 Si può fare in modo che la trazione venga garantita dal solo motore elettrico in modo da ottenere un veicolo a emissioni nulle (detto ZEV, zero emission vehicle).

 In caso di stop del veicolo, o in altre circostanze in cui il conducente non richiede potenza, il motore termico può essere spento con notevole risparmio di carburante e riduzione delle emissioni; nel momento in cui viene richiesta

nuovamente potenza, il motore termico può essere nuovamente riacceso. Questa modalità di funzionamento viene definita idle stop.

Non tutte queste modalità sono previste in ogni veicolo ibrido in quanto per realizzarle sono necessarie complicazioni costruttive oppure elementi aggiuntivi il cui costo non è giustificabile valutando il vantaggio che se ne può trarre. Ad esempio per poter garantire una certa autonomia in modalità ZEV sarebbe necessario un sovradimensionamento delle batterie, ciò comporterebbe un aumento di peso e quindi di consumi, questo è quindi giustificabile se si è particolarmente interessati alla possibilità di muoversi senza emettere sostanze inquinanti.

L’ibrido serie essendo più flessibile riesce facilmente ad ottenere tutte queste modalità di funzionamento in particolar modo si fa notare che tutto il sistema è già predisposto per una autonomia rilevante in solo elettrico (data l’abbondante capacità delle batterie) e che è possibile ricaricare le batterie anche con veicolo fermo.

Una disposizione in parallelo rende invece più difficile implementare queste caratteristiche: si preferisce utilizzare il solo motore termico durante la guida normale confinando l’utilizzo del motore elettrico solamente nelle fasi di accelerazione o a basse velocità. La ricarica della batteria può avvenire solamente in moto facendo ruotare il motore termico alla velocità compatibile con quella dell’autoveicolo ma somministrando una potenza superiore a quella necessaria al moto in modo che il motore elettrico assorba quella potenza in più per ricaricarle. Data la scarsa capacità delle batterie la marcia in solo elettrico ha spesso un autonomia molto limitata e, date le piccole dimensioni del motore elettrico anche le prestazioni saranno scarse.

1.5 Scelta

della

configurazione

ottimale

e

dimensionamento dell’apparato propulsivo

La scelta del tipo di architettura e il relativo dimensionamento è influenzata da diversi fattori e a sua volta un dato tipo di configurazione è preferibile a seconda del profilo di missione e delle prestazioni che il veicolo dovrà soddisfare.

I principali fattori che influenzano la scelta del tipo di architettura sono:  Peso del veicolo

 Profilo di missione ovvero il rapporto fra potenza media e potenza massima necessarie al moto

Per quanto riguarda la disposizione in serie, il motore a combustione interna deve essere dimensionato per la massima potenza continuativa richiesta infatti, nei momenti in cui è necessaria una potenza maggiore di quella massima che può fornire il motore termico, si è costretti a prelevare energia dalle batterie, se uno stato del genere persiste per un tempo sufficientemente lungo, si arriverà alla loro scarica completa e la marcia diventerà impossibile. Tuttavia, per la maggior parte del tempo, il motore termico è chiamato a operare ad una potenza inferiore perciò è poco sfruttato. Inoltre nei casi in cui si presenta la necessità di percorrere lunghe distanze a velocità elevate e sostenute nel tempo le batterie si scaricano rapidamente, lasciando il gruppo motore generatore a far fronte, da solo, all’intera potenza richiesta; per di più, come illustrato nel paragrafo 1.3, la costante conversione di energia comporta perdite aggiuntive e per lunghi tratti a velocità e carichi elevati (in cui il rendimento del motore termico è elevato) sarebbe preferibile una trasmissione meccanica. Si capisce quindi che questa soluzione è sconsigliabile per veicoli che devono percorrere lunghi tratti ad elevata velocità o elevata pendenza. La possibilità di poter far lavorare il motore termico nel punto di massimo rendimento indipendentemente dalla velocità del veicolo rende invece questa architettura molto conveniente in percorsi di tipo cittadino.

Nei veicoli ibridi di tipo parallelo il principale vantaggio è rappresentato dal fatto che, data l’elevata potenza del motore termico, considerevoli potenze possono essere erogate in maniera continuativa dal solo motore termico mentre il picco di potenza richiesto durante la marcia può essere coperto mediante una macchina elettrica; perciò, nonostante i motori siano entrambi di taglia ridotta rispetto al motore termico di un veicolo convenzionale di pari potenza, le prestazioni che si riescono a raggiungere sono le stesse.

Il punto critico della struttura parallela è il sistema di trasmissione poiché sono richiesti numerosi organi, tra cui frizioni e rotismi vari, con conseguenti dissipazioni di energia, inoltre non si riesce a svincolare il punto di funzionamento del motore termico con la velocità del veicolo. Questa architettura è perciò preferibile quando il veicolo dovrà percorrere elevati tratti a potenza elevata mentre è sconsigliabile nel ciclo cittadino. Per quanto riguarda il peso si è detto che una configurazione tipo serie porta un aumento di peso maggiore di una tipo parallelo per cui si preferisce la prima soluzione in mezzi pesanti perché l’aumento di peso influisce poco sul peso totale del veicolo mentre la seconda è preferita in mezzi leggeri tra cui scooter infatti, sebbene tali mezzi siano

spesso usati in ambito cittadino, l’aumento di peso non giustificherebbe una configurazione tipo serie.

In definitiva si preferisce installare una configurazione tipo serie in mezzi pesanti che devono percorrere cicli cittadini come autobus mentre la configurazione parallelo è preferita in mezzi leggeri oppure mezzi pesanti da trasporto merci in quanto devono percorrere spesso cicli extraurbani.

Per quanto riguarda il dimensionamento del sistema di propulsione, gli elementi necessari a definirlo sono sostanzialmente i seguenti:

 Potenza del motore termico  Potenza del motore elettrico  Energia del sistema di accumulo

 Rapporto fra potenza ed energia del sistema di accumulo

I parametri da scegliere per il dimensionamento possono essere molteplici, uno potrebbe essere l’autonomia richiesta in solo elettrico che definisce il terzo punto, un altro il rapporto fra potenza media e potenza massima necessarie al moto, parametro che influisce anche sulla scelta dell’ architettura, inoltre si può dimensionare il sistema in base alle prestazioni che si vogliono ottenere (sia in solo elettrico che combinato).

1.6 Le batterie

Le batterie sono un importante sottosistema in un veicolo ibrido e le loro caratteristiche influenzano drasticamente il dimensionamento e la scelta delle logiche di gestione dello stesso. Inoltre, il costo delle batterie influisce in maniera massiccia sul costo del veicolo. Per questi motivi è indispensabile scegliere per ogni veicolo le batterie più adatte, tenendo conto di tutte le esigenze tecniche, di quelle economiche e soprattutto della sicurezza e dell’affidabilità delle stesse.

Ci sono diverse tipologie di batterie ma sostanzialmente il principio di funzionamento è lo stesso: ci sono due elettrodi di materiali diversi immersi in una soluzione che tende a farli reagire secondo una reazione di ossidoriduzione, se si realizza un opportuno circuito in modo da suddividere la reazione complessiva in due semireazioni è possibile sfruttare il flusso di elettroni prodotti per ottenere energia elettrica. Ognuno di questi circuiti costituisce una cella elettrolitica, siccome la tensione che si può ottenere da ogni cella è molto bassa (1-2 V) per le necessità di potenza presenti a bordo di un

autoveicolo, risulta indispensabile realizzare delle batterie in cui si connettono in serie più celle per innalzare la tensione fino a valori di decine o addirittura centinaia di volt. Molte batterie consentono di realizzare anche la reazione inversa fornendo energia elettrica per ottenere nuovamente i reagenti ovvero accumulare energia.

La quantità di energia che si può estrarre dalla batteria non dipende solamente da quella precedentemente immessa ma anche da numerosi altri fattori tra cui la temperatura e la corrente di scarica.

Si definisce capacità la quantità di carica elettrica complessiva che una batteria è in grado di erogare sotto condizioni specificate. Normalmente è determinata sotto scarica a corrente costante fino al valore minimo di tensione. È necessario specificare le condizioni di scarica perché maggiore è la corrente di scarica e minore è la capacità della batteria come si può vedere dalla figura 1.6. L’andamento della tensione durante la scarica è pressoché costante (figura 1.7). Se quindi la carica di una batteria è definita come C



0 , l’energia che si può prelevare risulta

m fs fs sc t sc _t CV dt V t I dt I V E fs   





. Si capisce quindi che minore è il tempo di scarica e minore è l’energia che si riesce a prelevare dalla batteria. Si può fare una prima distinzione fra batterie di energia o batterie di potenza: nelle prime è possibile accumulare grandi quantità di energia a patto di scaricarle in tempi relativamente lunghi, le altre possono erogare potenze maggiori mantenendo accettabile l’energia che possono erogare (chiaramente sono più costose).

La temperatura influisce positivamente sulla carica della batteria in quanto elevate temperature favoriscono le reazioni chimiche e quindi è possibile estrarre una quantità maggiore di carica; comunque si deve dire che non tutte le batterie presentano una carica sempre crescente al salire della temperatura e che temperature eccessive possono danneggiare la batteria.

Figura 1.7:Aandamento della tensione durante la scarica, oltrepassato t* la batteria si considera scarica.

Importante è anche la profondità di scarica: una completa scarica di una batteria al piombo danneggia oppure può distruggere la stessa. Si definisce DOD (depht of discharge) il rapporto fra la carica estratta ad una corrente e la capacità relativa alla stessa corrente. Analogamente si definisce SOC (state of charge) il rapporto tra la carica residua estraibile ad una corrente e la capacità relativa alla stessa corrente. Solitamente non è bene scendere sotto il 20% di SOC.

Un altro parametro usato è il SOE cioè il rapporto tra l’energia residua estraibile ad un valore prefissato di corrente e l’energia estraibile alla stessa corrente.

Altri parametri fondamentali nella scelta della batteria sono la potenza specifica e l’energia specifica ovvero la quantità di potenza o energia che si possono estrarre da una batteria per unità di peso. Nel caso si abbiano problemi di ingombri è importante anche la densità di potenza o energia ovvero la potenza/energia estraibili da una batteria per unità di volume.

La vita utile di una batteria è legata al processo di carica, correnti di carica troppo alte, sebbene significhino tempi di carica ridotti, favoriscono reazioni parassite che rovinano

pian piano la batteria riducendone la capacità, questo fenomeno non è del tutto eliminabile sebbene i tempi di ricarica siano lunghi perciò ogni batteria è destinata ad avere un numero di cicli di ricarica limitato. Inoltre la carica che si riesce a estrarre da una batteria durante la scarica è solo una frazione di quella che era stata introdotta nella precedente carica per cui si introduce il rendimento di carica come il rapporto fra le due quantità di carica. In maniera analoga si può definire il rendimento energetico come il rapporto fra l’energia spesa per caricare la batteria e quella che si ottiene da una sua successiva scarica.

Le batterie sono soggette anche al fenomeno dell’autoscarica: se tenute inattive esse si scaricano a una velocità crescente con la temperatura. La velocità non è eccessiva, giusto per fare un esempio dopo un mese di attività si può assistere ad una scarica che va dal 2 al 20% il problema sta nel fatto che alcuni tipi di batterie come quelle al piombo si danneggiano se scaricate completamente, per cui è opportuno caricare periodicamente tali batterie anche se tenute in magazzino.

Le batterie dei veicoli ibridi devono avere, come caratteristica fondamentale, la capacità di erogare e ricevere un’elevata potenza. Per tali veicoli il problema dell’autonomia di funzionamento elettrico è secondario. Il problema fondamentale si ha quando queste batterie devono assorbire gli elevati picchi di potenza entranti nella batteria durante il recupero di energia in frenata (se presente), e quando devono fornire energia al motore elettrico durante le accelerazioni del veicolo. Spesso risulta necessario un sistema di accumulo ibrido costituito da un accumulatore di potenza (i supercondensatori stanno diventando promettenti per queste applicazioni) e uno di energia.

Per soddisfare le esigenze dei vari tipi di veicolo, sono disponibili quattro differenti tecnologie di batterie che sono:

 Batterie al piombo-acido  Batterie al nickel-cadmio

 Batterie al nickel-idruro metallico  Batterie al litio-ioni

Le batterie al piombo-acido sono quelle in cui la tecnologia è più consolidata, sono ormai anni che sono utilizzate per le più svariate applicazioni, veicolari e non. Il costo di queste batterie, è basso rispetto a quello delle altre tecnologie, presentano però lo svantaggio di avere energia specifica e potenza specifica basse.

Anche le batterie al nickel-cadmio sono presenti sul mercato da alcuni anni e rappresentano una tecnologia già affermata. Il pregio di queste batterie è quello di avere

una elevata vita utile. I problemi collegati a questa tecnologia sono l’alto costo delle batterie, la presenza dell’effetto memoria (ovvero la perdita di capacità se non scaricate a fondo) e soprattutto la presenza del cadmio che produce problemi al livello di inquinamento ambientale.

Le batterie al nichel idruro metallico sono ottime dal punto di vista delle prestazioni, presentano una elevata vita utile oltre che elevata energia specifica e potenza specifica. I problemi riguardanti queste batterie sono legati al fatto che la tecnologia non è ancora ben collaudata, presenta l’effetto memoria e richiede una accurata gestione termica per essere esercitata in sicurezza.

Anche le batterie al litio presentano elevata vita utile ed elevata energia specifica e potenza specifica. Per quanto riguarda la tecnologia legata a questo tipo di batterie, bisogna fare una distinzione tra le batterie di elevata potenza adatte per la trazione veicolare e le batterie di piccola potenza adatte per piccoli dispositivi elettronici come telefoni cellulari, note-book, ecc…

Figura 1.8: Principali caratteristiche delle batterie più promettenti per l' uso veicolare.

Il problema è legato all’elevato costo dell’energia immagazzinata in batteria. Per questo motivo, mentre le batterie di piccola taglia sono state sviluppate in modo massiccio, quelle di taglia più grande, adatte alla trazione veicolare, devono ancora essere sviluppate. Le batterie al litio adatte per la trazione, a differenza di quelle di piccola potenza, sono ancora in fase prototipale o quasi; infatti, sono pochi i fornitori che in

questo momento riescono a mettere sul mercato queste batterie. Vista la fase di sviluppo di queste batterie va da sé che il prezzo delle stesse è per il momento molto elevato. In ogni caso, date le ottime caratteristiche di questa tecnologia, si prevede che tra qualche anno questa sarà la tecnologia che andrà per la maggiore nell’ambito della trazione elettrica. Ciò sarà vero solamente se si riusciranno a risolvere alcuni problemi legati alla sicurezza ed alla gestione termica di queste batterie.

1.7 L’impatto ambientale dei veicoli ibridi

Finora si è solamente accennato al fatto che i veicoli ibridi, garantendo consumi minori, riescano di conseguenza a garantire emissioni inferiori in confronto a un veicolo convenzionale di pari prestazioni. In realtà, questo concetto non è così semplice e si cercherà di illustrarlo brevemente in questo paragrafo.

Per la valutazione dell’impatto ambientale di un sistema non è sufficiente considerare l’inquinamento prodotto durante il ciclo di vita utile ma occorre valutare le seguenti fasi:

 Costruzione. Va valutata la fase di estrazione dei materiali grezzi, il trasporto in fabbrica, la effettiva costruzione di semilavorati e prodotti finiti.

 Vita utile. Va considerato il tipo di utilizzo del sistema ingegneristico previsto, con i relativi input e output di materiali, energia, sostanze inquinanti.

 Smantellamento-riciclaggio. Alla fine della vita utile in generale sono necessari successivi processi per lo smantellamento, che possono ulteriormente introdurre sostanze inquinanti nell’ambiente. Comunque, parte del sistema, può essere riutilizzata attraverso processi di riconversione (riciclaggio).

Un’analisi del genere è chiamata dalla culla alla tomba perché tiene in considerazione la vita del prodotto dalle materie prime fino allo stadio finale di esso.

Tutte queste fasi comportano il dispendio di energia, perciò, l’immissione nell’ambiente di sostanze inquinanti derivanti dalla produzione della stessa. Gran parte dell’energia generata è infatti prodotta da processi che introducono sostanze dannose nell’ambiente (processi di combustione oppure reazioni nucleari) mentre solo in parte da fonti che hanno un impatto ambientale quasi nullo (per esempio l’energia idroelettrica).

Nelle tre fasi è presente anche l’impiego di risorse primarie (materiali e combustibile) ma nella terza parte di queste risorse possono essere recuperate. Infine alcune sostanze

non possono essere né riciclate né eliminate ma devono essere mantenute in discariche quindi con l’impiego di personale e infrastrutture.

Detto questo, si capisce che per alcuni beni (di solito quelli che nella vita utile non sono interessati a flussi energetici) l’impatto ambientale sarà concentrato nella prima e ultima fase, mentre per altri, sarà concentrato nella seconda fase. Ovviamente gli autoveicoli appartengono a quest’ ultima classe; infatti sia il dispendio di energie che la produzione di sostanze inquinanti avvengono durante la vita utile.

Senza entrare nel dettaglio, si mostrano brevemente le principali sostanze inquinanti prodotte da un autoveicolo durante la vita utile:

 CO (monossido di carbonio): ha origine dalla parziale ossidazione degli idrocarburi e si produce maggiormente quando il motore lavora con rapporti aria/combustibile bassi (ovvero miscele ricche). Il monossido di carbonio è un veleno letale per l’uomo, per la sua grande affinità con l’emoglobina del sangue (300 volte più grande di quella dell’ O2), si lega ai globuli rossi al posto dell’ossigeno,se la sua concentrazione nel sangue supera una certa soglia, l’assimilazione dell’ossigeno viene interrotta e il soggetto muore di asfissia interna. L’esposizione a lungo termine può portare ad alterazioni della funzione cardiaca e polmonare.

 HC (idrocarburi incombusti): hanno origine dalla incompleta combustione del carburante e si generano maggiormente quando il motore lavora con rapporti aria/combustibile lontani dallo stechiometrico. Gli HC sono cancerogeni e, se immessi nell’ambiente in opportune concentrazioni, possono dare luogo a reazioni chimiche secondarie con produzione di sostanze irritanti e nocive alle piante.

 NOx(ossidi di azoto): alle alte temperature l’azoto presente nell’aria, che solitamente non partecipa alla combustione, reagisce con l’ossigeno legandosi ad esso e generando ossidi di azoto (in maggior parte NO). Gli NOx si generano quindi in maggior quantità quando la temperatura raggiunta nel motore è alta cioè quando lavora con rapporti aria/combustibile stechiometrici. Queste sostanze sono tossiche per il sangue e possono reagire con i raggi ultravioletti sviluppando ozono e altri prodotti ossidanti.

 CO2 (anidride carbonica): l’anidride carbonica è un gas innocuo per l’uomo e, durante la respirazione, tutti gli esseri animali la producono; è il prodotto finale di ogni reazione di ossidazione (e quindi anche di combustione) di sostanza

organica. Perciò l’anidride carbonica sarebbe normalmente presente in natura. A causa dell’uomo però la sua concentrazione è salita e questo ha causato il cosiddetto “effetto serra” ovvero il riscaldamento globale del pianeta che ha alterato gli equilibri climatici e sta portando allo scioglimento dei ghiacci polari e al verificarsi di cataclismi sempre più frequenti.

 Particolato: è costituito da particelle microscopiche di carbonio che si generano a causa della piroscissione, nel mantello di vapore di combustibile, degli idrocarburi data l’elevata temperatura. Questo in massima parte (95%) viene bruciato nel proseguire della combustione. La parte restante, però, verrà immessa nell’atmosfera, nella quale rimarrà a lungo in sospensione, e potrà quindi essere respirata dall’uomo. Questo fatto è molto pericoloso per la salute, perché il particolato, essendo molto poroso, adsorbe sostanze cancerogene e le veicola nei polmoni nei quale tende a diventare residente in virtù delle piccole dimensioni.

Queste sostanze vengono emesse laddove si utilizza il veicolo quindi vengono prodotte in gran concentrazione nei centri urbani dove producono effetti nocivi ai loro abitanti; si stima che, ogni anno in Europa, circa 80.000 morti siano da attribuire all’esposizione a lungo termine all’inquinamento dell’aria causato dal traffico. Per questa ragione i veicoli puramente elettrici vengono chiamati veicoli ad emissioni nulle, non tanto perché il loro utilizzo non produca effetti ambientali, ma perché non producono sostanze nocive nelle zone in cui vengono utilizzati. Si noti che la catena di rendimenti a cui è soggetto un veicolo elettrico è più lunga di quella di un veicolo utilizzante un motore a combustione interna, per cui può capitare che il rendimento globale (ovvero dal pozzo alle ruote) sia a favore di quest’ ultimo. Non per questo però l’impatto ambientale globale di un veicolo elettrico è maggiore, infatti, l’energia elettrica viene prodotta in centrali dotate di ampie infrastrutture per l’abbattimento delle sostanze inquinanti, senza considerare che il tipo di combustione che avviene nei processi di conversione energetica di sua natura produce meno sostanze inquinanti. L’impatto ambientale maggiore legato ai veicoli elettrici sta nello smaltimento delle batterie che sono spesso costituite da sostanze inquinanti e difficilmente riciclabili. Per esempio le batterie al piombo sono costituite dal 67% di piombo, dal 23% di acido solforico, e dal 10% di plastica. Questi componenti hanno un alto potere inquinante se vengono dispersi nell’ambiente.

Detto questo, si capisce perché molti governi hanno tentato di incentivare l’acquisto dei veicoli elettrici, non tanto per abbattere le emissioni inquinanti a livello globale ma per allontanarle dai luoghi densamente abitati.

Un veicolo ibrido può considerarsi una via di mezzo fra un veicolo convenzionale e uno elettrico per cui il problema legato allo smaltimento delle batterie e quello della emissione di sostanze nocive coesistono. Tuttavia i veicoli ibridi possiedono una maggiore controllabilità in quanto è possibile scegliere ad ogni istante quanta potenza propulsiva fare provenire del motore a combustione interna e quanta dal motore elettrico. Questo consente di ottimizzare il funzionamento del veicolo, ed in particolare del motore a combustione interna, sia dal punto di vista dei consumi che delle emissioni, o di una combinazione dei due. Questo ha comportato in molti casi una riduzione di entrambi [6]. In particolare, quando si sviluppa un nuovo sistema di gestione energetica, si cerca di fare in modo che una funzione di costo assegnata (funzione del consumo di combustibile e delle emissioni inquinanti) sia minima. Poiché oggigiorno il consumo di combustibile rappresenta un costo reale, mentre le emissioni inquinanti solo un vincolo legislativo, si cerca di minimizzare il più possibile il consumo, con il vincolo di mantenere le immissioni inquinanti entro i limiti di legge. Infatti, veicoli le cui immissioni sono molto al disotto dei limiti, non hanno alcun vantaggio in termini monetari.

1.8 Logiche di gestione

La gestione energetica è forse l’aspetto più delicato dello sviluppo di un veicolo ibrido infatti, come già illustrato più volte, la conversione dell’energia da meccanica ad elettrica avviene con rendimento non unitario quindi la cattiva gestione dei flussi di potenza può addirittura portare ad un aumento dei consumi rispetto ad un veicolo convenzionale di pari potenza.

Il controllo dei flussi di potenza non può essere gestita dal conducente del mezzo in quanto risulterebbe troppo oneroso e complicato, ma deve essere automatizzata attraverso l’impiego di dispositivi elettronici di controllo, si devono quindi realizzare algoritmi che, basandosi su misure in tempo reale e sulla storia recente dell’ utilizzo del veicolo, consentano di ottimizzarne l’efficienza.

Sono reperibili in letteratura varie tipologie di approccio al problema, ci sono algoritmi che ottimizzano il funzionamento del solo motore termico, altri che cercano di migliorare il rendimento di tutto il sistema considerando quindi la curva di consumo dei motori elettrici e il rendimento di carica e scarica delle batterie, approcci analitici, approcci sperimentali; il risultato è comunque affine: per ogni condizione operativa del veicolo (generalmente richiesta di potenza e velocità) e per ogni livello di carica delle batterie determinare il punto di funzionamento del motore termico e di quello elettrico. I parametri di cui si tiene conto nello sviluppo di questi algoritmi possono essere:

 Le mappe di efficienza del motore primo.

 Le caratteristiche del sistema di accumulo ed in particolare il range di stato di carica effettivamente utilizzabile.

 L’ energia dissipata nel sistema di accumulo.

 Il costo in termini di combustibile e di usura del motore primo in caso di scelta di logiche ON/OFF.

 Le curve di rendimento dei vari sistemi di trasmissione che prevedono ad esempio variatori continui.

Per quanto riguarda le batterie, si preferisce mantenere il SOC all’interno di un intervallo, si pone infatti un limite inferiore, per evitare scariche profonde della batteria che la danneggerebbero e uno superiore per poter sfruttare il regenerative braking. Come già accennato, nella configurazione ibrida serie la gestione di potenza risulta essere più semplice rispetto alle altre configurazioni: il motore termico ha il solo scopo di caricare la batteria e può funzionare a qualsiasi regime. Senza considerare il costo di accensione del motore termico una semplice logica di gestione potrebbe essere questa: sia P* la potenza in cui il motore termico ha il massimo rendimento, se la potenza richiesta alla ruota è inferiore a P* allora risulta conveniente una logica ON/OFF cioè, quando il livello di carica delle batterie scende sotto un dato valore di soglia, caricare le batterie alla potenza P* fino a raggiungere un livello di carica prefissato; se invece la potenza richiesta è superiore a P* e dovrà essere fornita per un periodo indefinito sarà necessario un funzionamento ininterrotto del motore termico a una potenza pari a quella richiesta alla ruota in cui il rendimento non sarà massimo ma che permetta di far marciare il veicolo per un periodo continuativo.

La gestione energetica in una configurazione ibrida parallela risulta assai più complessa: la centralina di controllo non solo deve garantire un corretto stato di carica delle batterie ma deve far lavorare il motore termico in una zona a rendimento accettabile, nonostante,

come ripetuto più volte, il punto di funzionamento del motore termico sia legato alla velocità del veicolo.

Figura 1.9: Esempio di gestione energetica per ibrido parallelo.

Osservando il piano quotato di un motore a combustione interna (figura 1.9) si nota che i consumi sono particolarmente alti nella zona a bassa coppia perciò si cerca di evitare che il motore a combustione interna lavori in tali zone imponendo al solo motore elettrico l’erogazione della potenza richiesta; in zone in cui la potenza è elevata il rendimento del motore termico è accettabile però nel necessario che il motore elettrico lo assista. Per comprendere quanto può essere complesso un algoritmo di gestione di un ibrido parallelo, si riporta l’esempio tratto da [5] di un controllore di tipo fuzzy relativo ad un autoveicolo dotato di motore a combustione interna di 55 KW di potenza e un motore elettrico di 20 KW .

Figura 1.10:Logica di gestione di tipo fuzzy per un ibrido parallelo.

La strategia principale sta nel ricaricare le batterie solamente quando il rendimento del sistema (e non del solo motore termico) è ottimo.

Si distinguono tre parametri che andranno a definire il punto di funzionamento dei due motori: potenza richiesta dal pilota, stato di carica della batteria e velocità del motore elettrico (proporzionale a quella del veicolo). A seconda dei valori che essi assumono si determina se il regime di funzionamento è ottimale o meno. In base a questo si determina se è conveniente caricare le batterie e la potenza alla quale conviene siano caricate. Inoltre per evitare un eccessiva scarica delle batterie si introduce un altro parametro denominato scale factor: nel caso esso valga zero si impedisce l’uso del motore elettrico. Senza entrare troppo nei dettagli si fa notare che questa logica cerca di fare in modo che le batterie vengano caricate solamente quando il rendimento del sistema è accettabile, nel caso esse siano troppo scariche ed il rendimento del sistema sia basso si preferisce viaggiare in solo termico aspettando condizioni più favorevoli per la loro ricarica.

Un' altra logica per ibrido parallelo sviluppata presso l’Università di Pisa applicata ad uno scooter 50cc oltre a prevedere il mantenimento di un adeguato SOE della batteria ha la possibilità di poter lavorare in varie condizioni operative selezionabili dall’utente:

 Marcia normale  Alta carica  Bassa carica  Puro elettrico

La marcia in alta carica serve a prepararsi all’entrata in aree urbane dove è permesso il passaggio ai soli veicoli ad emissioni nulle, avendo le batterie al massimo della carica l’autonomia del mezzo sarà massima.

La marcia in bassa carica serve a predisporsi al rientro a casa, è infatti economicamente conveniente ricaricare le batterie dalla presa elettrica piuttosto che ricaricarle tramite il motore termico.

1.9 Esempi commerciali

Molte industrie automobilistiche e motociclistiche si stanno interessando alla realizzazione di veicoli ibridi; si è riusciti ad arrivare a consumi specifici molto bassi (30-35 km/l) senza compromettere le prestazioni, purtroppo, tali veicoli sono ancora allo stato prototipale. Attualmente sono disponibili sul mercato primi esempi di autoveicoli ibridi i cui consumi si aggirano intorno ai 20-25 km/l ma hanno costi decisamente più contenuti dei sopraccitati poiché adottano tecnologie consolidate per i vari componenti. Sebbene il prezzo di questi autoveicoli sia abbastanza superiore rispetto ai rispettivi veicoli convenzionali non si è lontani da un’ effettiva convenienza economica in paesi il cui prezzo del combustibile supera 1 €/ l, senza considerare il rispetto per l’ambiente.

Si riportano adesso alcuni esempi di veicoli ibridi in commercio Toyota Prius

Figura 1.11: Toyota Prius.

La Toyota è stata la prima casa automobilistica ad introdurre sul mercato un’auto ibrida già nel 1997. La configurazione scelta dagli ingegneri giapponesi è molto particolare, si

può classificare questo autoveicolo come un ibrido serie-parallelo. La trasmissione è costituita da un dispositivo chiamato power split device che altro non è che un rotismo epicicloidale (vedere figura 1.12) in cui una prima macchina elettrica (che funge da generatore) è calettata al solare, il motore termico al portasatellite, e infine la corona è collegata a una seconda macchina elettrica e tramite il differenziale alla strada. Il principio di funzionamento di questo dispositivo verrà illustrato nel prossimo capitolo, si accenna solamente che regolando la velocità del generatore è possibile realizzare un certo rapporto di trasmissione fra motore e ruote, in questo modo è possibile svincolare la velocità del motore termico da quella dell’autoveicolo realizzando una trasmissione simile a un CVT ma di rendimento superiore.

L’autoveicolo parte utilizzando il solo motore elettrico avviando il termico solamente raggiunta una velocità prossima ai 30 km/h, è possibile effettuare la frenatura a recupero ed è prevista la possibilità di marcia in solo elettrico.

Figura 1.12: Rotismo epicicloidale della Toyota Prius.

La versione più recente (2004) è dotata di un motore benzina 1500cc in grado di sviluppare 57 KW di potenza e un motore elettrico di 50 kW. La potenza complessiva che si riesce ad ottenere sono 82 kW.

I consumi dichiarati sono: 20 km/l nel ciclo urbano, 23,8 km/l nel ciclo extraurbano e 23,3 km/l nel ciclo misto. Purtroppo l’elevato prezzo (25000 €) nel mercato europeo non rende attraente l’acquisto di questo autoveicolo mentre nel mercato giapponese dove costa 17000 $ e in quello americano 20000 $ ha avuto molto successo.

Honda Insight

La Insight è un’autovettura a due posti e fu introdotta nel 2000. La configurazione scelta è quella di un ibrido parallelo. La trasmissione avviene tramite CVT. È previsto il regenerative braking e l’idle stop ma non la marcia in solo elettrico. Questa autovettura è dotata di un motore termico a tre cilindri avente una cilindrata pari a 995cc e una potenza di 50 kW e un motore elettrico sincrono trifase a magneti permanenti che eroga una potenza di 10 kW.

Figura 1.13: Honda Insight.

Il punto forte di questo autoveicolo sta nei consumi: grazie anche a un peso ridotto (860 kg) questa vettura è capace di percorrere 29 km/l nel ciclo misto; il prezzo si aggira sui 20000 $.

La Honda ha recentemente lanciato sul mercato anche una versione ibrida della Civic.

Data la scarsa reputazione che i SUV hanno nei confronti del rispetto ambientale, sono recentemente stati sviluppati versioni ibride di questi veicoli: la Ford ha realizzato la Escape, Hybrid, mentre la Lexus ha realizzato un SUV ibrido ad alte prestazioni, l’Rx400 che è capace di sviluppare fino a 200 kW di potenza mantenendo i consumi ai livelli di una normale berlina.

Motoveicoli ibridi

Motoveicoli ibridi dotati di motore termico ed elettrico sono ancora in fase prototipale e non sono ancora presenti sul mercato. L’unico motoveicolo ibrido (nel senso della definizione razionale) prossimamente in commercio è il VX-FCe, prodotto dalla Vectrix Corporation, un’azienda all’avanguardia nella progettazione di veicoli a zero emissioni, e Protonex, produttrice di soluzioni con celle a combustibile per applicazioni trasportabili, si tratta di un maxiscooter ibrido elettrico/fuel cell dotato di un motore elettrico capace di erogare fino a 16 kW di potenza.

Il sistema a fuel cell ricarica continuamente le batterie che forniscono l’elettricità al motore. La soluzione fuel cell aumenta di più del doppio l’autonomia dello scooter rispetto alla precedente versione dotata di sole batterie e libera dall’obbligo di ricaricare lo scooter da una presa fissa di corrente. Il VX-FCe raggiunge una velocità massima di 100 km/h, una rapida accelerazione (80 km/h in 6.8secondi) e un’autonomia che arriva fino a 240 km. Inoltre è possibile realizzare la frenatura a recupero.

Figura 1.14: VX-FCe.

Un’interessante prototipo di scooter ibrido è costituito dall’Honda Numo. Si tratta di uno scooter avente una configurazione serie-parallelo dotato di un motore termico da 50cc una macchina elettrica che funge da generatore e un motore elettrico direttamente

collegato alla ruota posteriore. Grazie alla compattezza dei vari elementi e alle batterie con un alta densità di energia, lo scooter pesa solamente 10 kg in più di uno scooter convenzionale e mantiene inalterate le dimensioni.

Se la richiesta di potenza è bassa viene realizzato il funzionamento in serie: il motore termico alimenta quello elettrico; durante le accelerazioni oppure quando la richiesta di potenza è alta, si entra in modalità parallelo il motore elettrico assiste il termico. Inoltre è possibile effettuare la frenatura a recupero e la marcia in idle stop.

Figura 1.15: Honda Numo.

Anche la Piaggio, in collaborazione con l’Università degli Studi di Pisa, ha realizzato prototipi di scooter ibridi, la Vespa LX 50 HyS e l’ X8 125 HyS. La configurazione è quella di un ibrido parallelo la cui trasmissione è costituita da un normale CVT e il motore elettrico si impegna sulla campana frizione nel quale è stato ricavato il rotore. Il Gruppo Piaggio ha consegnato a rappresentanti dei comuni di alcune città italiane, i due prototipi di scooter HyS, che l'Amministrazione comunale sperimenterà congiuntamente a Piaggio, nell'ottica dello sviluppo in serie di innovativi mezzi a due ruote a basse/nulle emissioni inquinanti.

Le due versioni di Piaggio HyS dal punto di vista estetico sono identiche ai modelli Vespa LX 50 e Piaggio X8 125 di normale produzione. Le batterie di trazione sono state collocate nel vano sottosella, che su X8 125 mantiene uno spazio sufficiente ad alloggiare un casco, sul prototipo ibrido Vespa LX 50, invece, lo spazio di carico per il casco è offerto con l’aggiunta di un bauletto posteriore.

Il livello di carica delle batterie è sempre sotto l’occhio del conducente, grazie ad un indicatore integrato nel cruscotto, inoltre si ha la possibilità di operare secondo quattro modalità: alta carica, bassa carica, elettrico puro e ibrido. Gli scooter sono inoltre dotati della funzione regenerative braking, inoltre è possibile ricaricare le batterie attraverso un normale cavo elettrico da inserire, a quadro spento, nell’apposita presa. Il tempo di ricarica è di circa 3 ore.

Figura 1.16: Piaggio X8 125 Hys e Vespa LX 50 Hys.

1.9 Il futuro degli ibridi

Molte incognite sono ancora presenti per poter affermare l’eventuale successo dei veicoli ibridi in particolare la fascia di prezzo sulla quale si disporranno. L'acquisto di un'auto è soggetto a molte e complesse valutazioni e il prezzo è un fattore importante nella scelta. I veicoli ibridi, pur consentendo un considerevole risparmio di carburante, hanno ancora un prezzo elevato, specie sul mercato europeo, a causa delle nuove componenti motoristiche necessarie; i veicoli con motore ibrido entrano in competizione con le nuove generazioni di veicoli convenzionali, divenuti più economici, in particolare con i miglioramenti ottenuti dell'efficienza energetica del diesel. La tecnologia delle batterie di nuova generazione non è ancora matura e ciò frena notevolmente il diffondersi di questi veicoli, molto dipenderà dall’affermarsi di tecnologie che rendano meno costose e più affidabili le batterie.

Gli ibridi si stanno espandendo in Giappone e negli Stati Uniti, dove vengono prodotti SUV ibridi per migliorarne l'immagine ambientale di grandi consumatori di carburante e

per rispondere alle leggi californiane sulle emissioni. Anche le decisioni politiche possono influenzare il mercato. Gli ibridi sono esenti da tassa d'ingresso nei centri urbani, e non sono soggetti a blocco del traffico. Già dal 2010 il risparmio di carburante sarà una priorità stringente: è quindi importante percorrere le strade che possono diminuire il consumo e aumentare l'efficienza energetica dei combustibili.

Poiché la conversione dell'attuale economia degli idrocarburi verso quella all'idrogeno non è certo prevedibile per il 2010, i veicoli ibridi possono rappresentare una transizione, soprattutto per soddisfare l'aumento della domanda di trasporto in un momento in cui è necessario diminuire il consumo di energia. Si prevede una rapida crescita, specie nel mercato europeo, dei veicoli ibridi e, anche se difficilmente riusciranno a diventare leader del mercato, riusciranno a conquistarne una buona fetta. Molto del loro successo potrebbe essere legato al prezzo del petrolio, il cui costante aumento dei costi, potrebbe creare nuove possibilità.