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Quanto consuma una “barca” elettrica?

Posted in batterie by jumpjack on 10 maggio 2021
Vola sul Garda e non inquina, ecco la «Tesla» acquatica svedese

Dipende ovviamente dal tipo di imbarcazione: qui analizziamo il fuoribordo Torqeedo Deep Blue 50R della Feltrinelli di Gargnano, un 7.7 metri dotato di alette che lo rendono in sostanza un piccolo aliscafo:

Vola sul Garda e non inquina, ecco la «Tesla» acquatica svedese

La Tesla non c’entra assolutamente niente, è solo diventato sinonimo di auto elettrica…

In realtà la barca monta batterie da 40 kWh di una BMW i3, che garantisono un’autonomia di 105 km: significa un consumo di circa 400 Wh/km, contro i 150-200 di un’auto elettrica; francamente mi sembrano molto pochi, ma forse contribuisce il fatto delle alette da aliscafo, che riducono l’attrito al minimo, nonchè una velocità massima di 25 nodi, con punte di 30. Il sollevamento sulle ali avviene a 15 nodi.

In realtà esistono anche diverse varianti di questo fuoribordo, con motori da 35 fino a 100 kW:

La batteria però è la stessa per tutti i modelli, da 40 kWh, per 278 kg di peso (143 Wh/kg e 143 Wh/L):

Scheda tecnica: link

La batteria “può ricaricarsi fino al 75% in 1.5 ore se dotata degli opportuni caricabatterie multipli” , dice la brochure, il che significa 20 kW di ricarica.

In realtà su alcuni modelli meno potenti è disponibile anche una batteria più piccola da 10 kWh, della BMW i8:

Volendo, poi, è dispomnibile anche un “range extender portatile”, un generatore da 25 kWh, che però pesa quasi mezza tonnellata:

Monta invece 8 batterie da 30 kWh della BMW i3 un traghetto elettrico canadese:

Catalogo imbarcazioni elettriche Torqueedo: link

Quanto consuma il riscaldamento in un mezzo elettrico?

Posted in auto elettriche, energia by jumpjack on 19 aprile 2021

Una prima risposta generica è “esattamente quanto consuma in un’auto a benzina”.

Solo che su un’auto a benzina questo consumo aggiuntivo non viene immediatamente percepito, perchè l’autonomia di un’auto a motore termico è virtualmente inifinita, essendo di 800 km con un pieno ed essendo possibile fare il pieno in 5 minuti ad ogni angolo di strada.

Questo però fa passare del tutto inosservati gli euro in più che se ne vanno in riscaldamento ad ogni viaggio.

Quanti sono questi euro per ogni viaggio? Per saperlo, dobbiamo determinare i consumi aggiuntivi in termini di kWh, dopodichè si tratterà solo di convertire i kWh in euro: direttamente, nel caso di auto elettriche, o “passando” per l’equivalente in litri di benzina, in caso di auto termiche.

Ecco una ricerca utile in tal senso:

Annual Variation in Energy Consumption of an Electric Vehicle Used for Commuting (Anatole Desreveaux) – Variazione annuale dei consumi energetici di un veicolo elettrico per pendolari

Questa ricerca analizza 6 percorsi diversi effettuati nel corso di un anno: due urbani, due extraurbani e due autostradali:

Il consumo “standard”, senza aria condizionata e riscaldamento, è riportato in questa figura:

Questi 6 pecorrsi sono stati poi monitorati nell’arco di 12 mesi: il seguente grafico mostra come variano i consumi per i percorsi 1 (148 kWh/km normalmente) e 6 (248 kWh/km normalmente):

Si osserva un aumento notevole dei consumi perlopiù a causa del riscaldamento, nei mesi invernali; l’articolo dice:

  • +33% in winter due to heating
  • +15% in summer due to air conditioning
  • The urban commuting driving cycle is more affected by the comfort subsystem than extra-urban trips

Ossia:

  • +33% di consumi in inverno
  • +15% di consumi in estate
  • Ciclo urbano più influenzato rispetto ai cicli extraurbani

Tuttavia questi risultati sono ovviamente pesantemente influenzati dal clima locale: questa ricerca è stata svolta in Francia, nella città di Lille… dove in sostanza l’estate non esiste: la temperatura massima ad agosto è di 23°! Lille infatti si trova nell’estremo nord della Francia:

In compenso, le temperature invernali tra +1° e +6° sono abbastanza simili a quelle “italiane medie” (tenendo conto però che in Italia come altrove ci sono sia città di mare a basse latitudini che di montagna ad alte latitudini). Diciamo quindi che questa ricerca è utile, per l’Italia, solo per conoscere i consumi da riscaldamento, che abbiamo visto ad ammontare fino al 33% in più rispetto al “normale”; questo significa che:

  • su un’auto elettrica con un consumo medio di 150 kWh/km e un’autonomia standard di 400 km (60 kWh di batteria) , l’autonomia invernale scende da 400 a 300 km, perchè si passa da 150 a 200 Wh/km
  • su un’auto a benzina, il fatto di consumare il 33% di energia in più si traduce in un 33% di benzina consumata in più; per un costo di 1,5E/litro, e un consumo standard di 5L/100km (20 km/L), si passerebbe a 6,65L/100 km (15 km/L); quindi, volendo ipotizzare che l’autonomia resti costante di 400 km, per percorrerli si pagherebbero 30 euro “normalmente” ma d’inverno si passerebbe da un costo di 30 euro a un costo di 40 euro. C’è tuttavia un fattore importante da aggiungere al conteggio: in realtà le auto a benzina non consumano più energia d’inverno per alimentare il riscaldamento: lo fanno sempre, tutto l’anno; questo perchè non usano pompe di calore o resistenze elettriche, ma il calore prodotto “automaticamente” dal motore… che lo produce sempre, anche d’estate; solo che d’estate non viene dirottato nell’abitacolo per riscaldarlo.

Per quanto detto qui sopra, risulta quindi che è vero che le auto elettriche hanno autonomia ridotta d’inverno, ma è anche vero che le auto a benzina consumano inutilmente il 33% di benzina (ed euro) in più per 9 mesi all’anno, quando il calore prodotto dal motore non serve a niente.

In più, sulle auto elettriche è possibile preriscaldare l’abitacolo, i sedili e il volante automaticamente, prima di iniziare un viaggio, quando l’auto è ancora in carica, senza quindi incidere sull’autonomia (se il viaggio è breve), almeno per il viaggio di andata; per il viaggio di ritorno ovviamente è possibile solo se all’arrivo è stato possibile mettere l’auto in carica.

Capacità attuali e future delle batterie al litio

Posted in batterie by jumpjack on 1 aprile 2021

Interessante fonte tecnica sulle possibili capacità dei vari tipi di batterie al litio:

Eurobat 2030 – Battery Innovation Roadmap

A pagina 23 ci sono questi dati di capacità per anodo e catodo:

Anodo
C350 – 360 mAh/g       
Si(SiOX)/C400 – 900 mAh/g   
LTO150 mAh/g        
Catodo
NMC 111160 mAh/g
NMC 532  175 mAh/g
NMC 622  180 mAh/g
NMC 811  175 – 200 mAh/g
NCA200 mAh/g
LFP150 mAh/g
LMO      105 – 120 mAh/g

Purtroppo sono espresse in mAh/g anzichè in Wh/kg, e il valore finale di Wh/kg ottenibile dipende dal tipo di accoppiamento scelto per anodo e catodo, da cui dipende la tensione massima di cella; purtroppo questo dato qui non viene fornito.

Comunque inserisco questo breve articolo per riferimento futuro.

Altro dato interessante e l’assegnazione di un “numero di generazione” (ufficiale?) ai vari tipi di batterie NMC/NCM:

  • Generation 2a. NMC 111 / 100% C
  • Generation 2b: NMC 523 -622 /100% C
  • Generation 3a: NMC 622 / C+ Si (5-10%)
  • Generation 3b: NMC 811 / Si/C composite

Infine c’è questa “tabella della speranza” che mostra le auspicabili capacità delle batterie nel 2030:

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Diario elettrico Renault Captur plugin: scuotimento, vibrazione e ballonzolio

Posted in diario elettrico plugin by jumpjack on 3 marzo 2021

Alcuni lo chiamano scuotimento, altri ballonzolio, altri “vibrazione dell’avantreno”; fatto sta che questa macchina, intorno ai 20 km/h, inizia a sbatacchiarti di qua e di là, come se stesse passando su un ponte tibetano o sull’Appia Antica… ma lo fa a anche su strada perfettamente liscia e levigata. E infatti lo si nota solo se la strada è perfettamente liscia, altrimenti si ha il dubbio che sia proprio la strada a causare l’ondeggiamento.

La cosa interessante è che chi è andato a far notare la cosa in concessionario, si è sentito dire che “è normale, lo fanno tutte le Captur”!

Come faccia ad essere normale che una macchina da 32.000 euro si comporti come se avesse una ruota sbilenca, lo sa solo la Renault; e il problema non è solo della mia auto: su un gruppo Facebook ho raccolto già 40 testimonianze di persone che hanno lo stesso problema, anche se c’è qualcuno che dice di non averlo.

Quindi ho deciso di fare un’analisi scientifica: armato di cellulare e di un’app che registra i dati di accelerometro e GPS (che non è stato facile trovare, in genere registrano o l’una o l’altra cosa), sono finalmente riuscito a visualizzare graficamente lo “scuotimento”:

Il grafico mostra due prove, separate da una fermata e ripartenza; le prove si sono svolte su una salita con una forte pendenza, perchè con “accelerazione” di 20-25kW il problema è più evidente. In entrambe le prove sono partito da fermo e arrivato a circa 30-35 km/h (il logger GPS non è precisissimo, registra solo un campione al secondo).

La curva in alto rappresenta l’accelerazione laterale: lo “scuotimento” è evidentissimo in entrambe le prove; nella seconda prova ho evidenziato anche la frequenza, che si può calcolare facilmente contando quanti picchi ci sono in un secondo; vediamo quindi che la vibrazione inizia ad avere un’ampiezza consistente (oltre 0.5 m/s2) intorno ai 15 km/h, con una frequenza di circa 10 Hz; aumentando la velocità, l’intensità aumenta fino a 1 m/s2, ma aumenta anche la frequenza, per cui quello che inizialmente viene percepito come ballonzolio (bassa frequenza) diventa via via sempre più simile a una vibrazione (alta frequenza); inoltre dopo i 20 km/h oltre ad aumentare la frequenza diminuisce l’ampiezza, quindi il fenomeno diventa sempre men percepibile.

Il motivo di questo comportamento è ancora ignoto; richiami ufficiali dalla Renault ancora non ce ne sono; i concessionari non hanno direttive in merito, ma sanno che “esiste il problema tra i 6 e i 29 km/h”; alcuni concessionari stanno iniziando a sostituire di propria iniziativa, senza indicazioni  della Renault, i semiassi anteriori, ma pare che la cosa non sia sempre risolutiva, il problema potrebbe essere un altro.

Io intanto ho fatto presente la cosa al CNRV (Centre National de Réception des Véhicules) , l’ente francese che ha garantito che la Captur rispetta le normative di sicurezza europee, chiedendi di verificare sia questo difetto, sia gli altri due difetti gravi, che possono causare rottura dell’auto e/o incidenti:

  • Frenata di emergenza difettosa: l’auto a volte fornisce allarmi acustici e visivi che invitano a frenare immediatamente… anche quando davanti non c’è niente e nessuno
  • Togliendo la cintura con l’auto in moto ma ferma, si inseriscono automaticamente freno a mano e marcia P; a volte però la marcia P non viene inserita subito: quando si preme l’acceleratore, si sgancia automaticamente il freno a mano, l’auto fa qualche metro, poi si innesta automaticamente la marcia P, che è una marcia meccanica, che infila un palo tra gli ingranaggi per bloccarli; questo può causare sia la rottura del cambio che un tamponamento; una volta mi si è innestata la marcia P in automatico una decina di secondi dopo che ero ripartito per parcheggiare.

Ho deciso di rivolgermi a loro dopo che, rivolgendomi direttamente a Renault, mi ha risposto solo di andare dal concessionario a verificare.

Possibili siti per controllare l’esistenza di richiami:

Diario elettrico Renault Captur plugin: caccia all’omologazione

Posted in diario elettrico plugin by jumpjack on 28 febbraio 2021

Sono sempre più convinto che questo mezzo non dovrebbe essere autorizzato a circolare: l’altro giorno ho quasi investito un “tuffatore”, uno di quei pedoni che decide di buttarsi in mezzo alla strada per attraversare, anche se sta arrivando una macchina che è già a pochi metri di distanza. Nel mio caso i “pochi metri” erano UNO; la macchina non ha fiatato, non ha fatto un bip, non ha acceso una spia, e ovviamente non ha frenato, ho dovuto inchiodare io. Però poi quando passo accanto a pedoni fermi sul marciapiede a chiacchierare, suona e lampeggia…

Comunque, visto che alla mia richiesta alla Renault di inviarmi il Certificato di Conformità e il Certificato di Omologazione ovviamente mi hanno risposto picche (“Vada dal concessionario”), proverò a cercarmeli da solo, a partire da questi dati trovati qua e là:

  • Swiss Certificate of Conformity: #1RD641
  • Manufacturer: RENAULT s.a.s., F-92100 Boulogne-Billancourt
  • EU general approval: *e2*2007/46-2020/1181*0684*
  • Engine Identification: H4MB6??
  • Transmission/Gearbox: a6 / 4,93 / a

  • Swiss Certificate of Conformity: #1RD426
  • Manufacturer: RENAULT sas, F-92100 Boulogne-Billancourt
  • General acceptance number – CE: Type: RJB; RJBHH2MM4UA08A5000
  • Engine Identification: H4MB6??
  • EU general approval: e2*2007/46-2019/543*0684

Sul libretto io invece vedo scritto e2*2007-46/*0684*07, simile ma non uguale al codice di omologazione svizzero.


PRIMO TENTATIVO

L’ “e2” all’inizio del codice di omologazione si riferisce alla Francia. L’ente francese che si occupa di omologare i veicoli dovrebbe essere il CNRV, che fa parte del DRIEE (Direction régionale et interdépartementale de l’environnement et de l’énergie – Regional and interdepartmental directorate for the environment and energy).

Gli ho scritto utilizzando la “procedura standard generica” per contattare il sito (leggasi: cliccare su CONTACTS in basso), vediamo quanti rimbalzi mi fanno fare da una mail all’altra e da un ufficio all’altro… Sennò ci sarebbe anche una mail diretta non del DRIEE ma proprio del CNRV, accessibile da questa pagina.

Diario elettrico Renault Captur Plugin E-tech: gli errori del software

Posted in auto elettriche, diario elettrico plugin by jumpjack on 19 febbraio 2021

Dopo l’interminabile articolo sui difetti hardware di questa strana macchina (strana perchè prodotta in Europa ma con qualità cinese per mercato del terzo mondo…), ecco finalmente la descrizione dettagliata di tutti i problemi SW riscontrati. Alcuni sono trascurabili, altri comici, altri tristi, altri gravi, tutti insieme formano un bel concentrato di incompetenza.

Auto, trazione e cruscotto

  1. L’auto non è in grado di utilizzare il cambio, specialmente in salita
    Si sente spesso il cambio “grattare” nel passare da una marcia all’altra, mentre altre volte si sente arrivare il motore a regimi altissimi (forse 4000 o 5000 rpm) prima che l’auto cambi marcia ; succede soprattutto in salita, quando la gestione del cambio va totalmente in confusione, ma le cose peggiorano se la batteria è anche scarica.
  2. Insolita prerogativa di questa plugin è di non funzionare come una normale plugin, ma come una semplice “full hybrid con una batteria molto grande”: questo significa che non è possibile impostare manualmente la modalità “charge sustain” o “range extender” tipica delle plugin, e in automatico l’auto si imposta in questa modalità solo raramente, casualmente e per breve tempo; in sostanza, il motore termico, quando viene acceso, viene quasi sempre collegato automaticamente alle ruote anche quando non ce n’è nessun bisogno tecnico, perchè la batteria è magari al 90% o più. Se si tenta di forzare la modalità “Pure EV”, l’auto è comunque in grado di bypassare in qualunque momento la scelta dell’utente auto-impostandosi su MySense e accendendo il motore termico; quando il termico si spegne, l’auto non torna in “Pure-EV” ma va in “MySense-EV”. SOLUZIONE: prima di partire impostare il limitatore di velocità a 70 km/h.
  3. Sul display dietro al volante, appena si accende l’auto compare la scritta READY; tale scritta prò viene cancellata dalla scritta POWER appena si accelera, quindi non esiste un “riferimento assoluto” dove guardare per capire se l’auto è accesa o no; tra l’altro l’auto si può anche “quasi accendere”, nel senso che si può accendere il quadro ma non permettere di muovere l’auto (come dire che il motore elettrico è spento), ma le due modalità sono pressochè indistinguibili.
  4. Se si sta in auto a motore spento e con ricarica in corso, il riscaldamento non si avvia, nemmeno a batteria quasi carica.
  5. Durante la ricarica, l’indicatore di kW sul cruscotto segna zero, mentre quando la ricarica avviene tramite il motore grazie alla frenata rigenerativa, vengono indicati i kW di ricarica (fino a 20 kW rilasciando l’acceleratore, fino a 35 usando il freno).
  6. Quando ci si allontana dall’auto con la chiave elettronica in tasca, si inseriscono automaticamente le sicure, ma se i finestrini sono aperti, restano aperti.

Sistema infotainment e di gestione del veicolo

  1. Il touchscreen ogni tanto, senza logica apparente, auto-imposta la luminosità al minimo. SOLUZIONE: premere il tasto a pianoforte a sinistra del volante per “svegliare” il sensore di luce
  2. Ogni tanto va persa la programmazione della data/ora di ricarica programmata
  3. Ogni tanto va persa la programmazione della data/ora di preriscaldamento
  4. La temperatura di preriscaldamento torna sempre a 21° a prescindere dalle impostazioni
  5. Disattivando la frenata attiva, alla riaccensione dell’auto viene automaticamente riattivata
  6. I widget che indicano i flussi di energia tra ruote, motore e batteria sono invertiti tra cruscotto e touchscreen
  7. I chilometri parziali sono etichettati “autonomia”
  8. I consumi medi sono etichettati come “velocità media”
  9. L‘indicatore di temperatura del liquido di temperatura non indica nessuna temperatura, c’è solo una lineetta più o meno lunga
  10. Per azzerare il contachilometri parziale non si usa il tasto “zero” ma il tasto “ok”
  11. L’indicatore di pressione degli pneumatici non funziona
  12. La barra-percentuale della batteria è espressa in ottavi invece che in decimi, e non c’è un’indicazione percentuale dello stato di carica (compare solo durante la ricarica).

App

  1. Dall’app è possibile avviare la ricarica immediata, ma poi non si può interrompere. SOLUZIONE: inserire temporaneamente una programma di ricarica qualunque, salvarlo e poi disattivarlo.
  2. L’app indica uno stato percentuale di ricarica diverso da quello sul cruscotto
  3. L’app non dispone di un manuale
  4. L’app per android è parecchie versioni indietro rispetto a quella iOS
  5. All’avvio manuale del riscaldamento, è impssibile sapere se l’auto ha recepito l’ordine.

Al momento non è dato di sapere se Renault ha in programma eventuali risoluzioni.

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Renault Captur plugin etech: le marce “segrete” (e proibite)

Posted in Uncategorized by jumpjack on 17 gennaio 2021

Nel brevetto US10479188B2 del motore e-tech si fa un tenue accenno al fatto che alcune delle 27 combinazioni possibili di marce sono da evitare perchè manderebbero in “blocco distruttivo” il motore. Una dichiarazione inquietante ma non approfondita nel brevetto, che dice solo che “è meglio consentire solo 5 delle 9 marce illustrate in figura 3 e 4”:

According to FIGS . 3 and 4 , the function of the transmission may be limited to five of the 3×3 combinations of positions of the coupling devices 22 , 23 of the primary shaft and of the transfer shaft . The combinations selected are used respectively for gears Ice2 and Ice4 and for gear Ice3 and coupling.To avoid blocking the transmission due to the unintentional engagement of two combustion engine gears,

In italiano:

Come da figure 3 e 4, la funzionalità della trasmissione può essere limitata a cinque delle 3×3 combinazioni di posizioni degli accoppiatori 22 e 23 dell’albero primario e dell’albero di trasferimento. Le combinazioni selezionate vengono usare rispettivamente per le marce Termica1 e Termica4 e per la marcia Termica3 e Accoppiamento. Per evitare il blocco della trasmissione causato da innesto involontario delle due marce termiche,… [ecc. ecc.]

La figura 3, praticamente identica alla figura 4 a meno del motore elettrico ausiliario HSG, è la seguente, ampiamente spiegata nel seguito dell’articolo:

Per capire di cosa sta parlando, il brevetto quando parla di marce che “è meglio non usare” bisognerebbe studiarsi a fondo questa immagine, la mia versione colorata, riveduta e corretta della figura 2 del brevetto…

Motore Renault E-Tech plugin hybrid
Motore Renault E-tech – brevetto US20170129323

Una volta analizzata, però, si scopre che la si può notevolmente semplificare, per analizzare più “facilmente” il problema:

Questi i numeri più importanti:

  • 1: motore termico
  • 3: albero termico
  • 4: albero di trasmissione elettrico
  • 5: albero “secondario”
  • 6: albero “di trasferimento”
  • 7: differenziale e ruote
  • 8: motore elettrico principale da 49 kW
  • 29: HSG (High Voltage Starter/Generator, motore elettrico secondario da 25 kW)

Questa è la notazione usata nello schema:

Un punto molto importante dello schema è che gli ingranaggi 19, 16 e 14 sono sempre “in presa” e costantemente collegati al differenziale 7 e alle ruote, qualunque sia la marcia inserita, anche in “folle termico” (accoppiatore 22 in posizione centrale) e “folle elettrico” (accoppiatore 21 in posizione centrale). Il 16 e il 19, però, non sono normalmente collegati ai loro rispettivi alberi: lo diventano solo quando vengono collegati dagli accoppiatori 22 e 23:

Per indicare la posizione dei 3 accoppiatori 21, 22 e 23 (*) ho deciso di inventarmi un metodo del tutto arbitario:

  1. posizione centrale, in folle
  2. a sinistra
  3. a destra

In questo modo ho potuto costruire una “tabella della verità” per i 3 accoppiatori, di cui qui sotto è mostrata la parte relativa all’accoppiatore 21 in stato 2:

Le indicazioni scritte sopra a ogni sotto-tabella (I2+Ea, Coup,…) sono l’abbreviazione di quelle scritte nel brevetto:

  • I2, I3, I4: ICE2, ICE3, ICE4 = Marce termiche 2, 3 e 4
  • Ea/Eb: Marce elettriche A e B
  • Coup = coupling

Notare che in questa tabella ridotta l’accoppiatore 21 è sempre fermo in posizione 2; contando anche le altre due posizioni possibili, la tabella totale contiene quindi 27 combinazioni (3 moltiplicato per queste 9); ma siccome di questa tabella sono permesse solo 5 combinazioni, le combinazioni totali permesse sono 3×5=15, quelle dichiarate dalla Renault (PDF).

Come si fa a capire dallo schema del motore quali combinazioni sono vietate e perchè causano il blocco della trasmissione? Conviene aiutarsi con uno schema semplificato, anche se a prima vista sembra più complicato di quello iniziale…

Anche qui mi sono inventato di sana pianta la notazione usata, non so quale usino gli ingegneri meccanici.

La simbologia che ho adottato è la seguente:

Cioè:

  • Se un “numero con quadratino” è attaccato al cerchio che rappresenta l’albero, vuol dire che il numero rappresenta un ingranaggio che forma un tutt’uno con l’albero.
  • Se il numero è separato, rappresenta un “ingranaggio volante” (o come si chiamano), che cioè usa l’albero come centro di rotazione, ma ruota in modo completamente indipendente, e viene vincolato all’albero solo nel momento in cui lo vincola un accoppiatore.
  • I numeri nel formato xx/y rappresentano, insieme alle rispettive frecce, le posizioni degli accoppiatori: “22/2” indica il collegamento creato dall’accoppiatore 22 quando si trova in posizione 2, quando cioè l’albero 3 risulta vincolato all’ingranaggio libero 15.
  • Gli archi tratteggiati indicano la correlazione e alternatività delle due posizioni opposte di un accoppiatore.

Da notare il particolare dell’ingranaggio 16, che ha un utilizzo quando è “in folle”, cioè in posizione 1, perchè comunque trasmette il moto dall’ingranaggio 19 all’ingranaggio 14: finchè il 19 non è in presa, la cosa è irrilevante, ma quando l’accoppiatore 23 va in posizione 3 e blocca il 19 sull’albero, allora il 16 collega i due alberi 6 e 3; questo suo utilizzo anche “in folle” è rappresentato dalla freccia più spessa che lo rappresenta:

Il vantaggio di usare questa notazione è che, in PowerPoint, posso raggruppare tutti gli oggetti associati a una certa posizione di un accoppiatore, quindi per rappresentare un accoppiatore in posizione 2, mi basta cancellare il gruppo associato alla posizione 3, e viceversa; per rappresentare la posizione 1, le cancello entrambe; per esempio, per rappresentare la posizione 312 farò questi passaggi:

Una volta “chiarito” quanto sopra, veniamo a rappresentare la tabella della verità in forma grafica:

Finalmente adesso abbiamo un modo rapido e relativamente facile per capire quand’è che la trasmissione va in blocco: quando si crea un giro chiuso, come quelli evidenziati qui sopra. Un giro chiuso, infatti, vuol dire che a uno stesso albero vengono imposte due velocità diverse dallo stesso motore (cioè ci sono due percorsi che arrivano allo stesso albero da due direzioni diverse), cosa meccanicamente impossibile: quindi gli ingranaggi si bloccano e si rompe tutto.

Riporto qui per comodità tutti insieme la tabella della verità completa delle 27 combinazioni, la sua rappresentazione grafica, e lo schema semplificato del motore; notare che ogni combinazione della tabella ha una numerazione identificativa univoca a 3 cifre data dalle 3 posizioni dei 3 accoppiatori: ad esempio, il “folle” è la posizione che possiamo chiamare 111, al centro della tabella:

Nella tabella della verità qui sopra, le marce consentite hanno il numero xxx con fondo grigio, e sono ovviamente 15 come già detto, e hanno anche un’etichetta corrispondente al nome usato nel brevetto. I gialli indicano le posizioni proibite.

Ho marcato con “???” due di queste 27 posizioni perchè, apparentemente, di per sè non mi sembrano mandare immediatamente in blocco la trasmissione: la 221 e la 231, che si possono rappresentare così:

Non essendoci un anello chiuso (e ipotizzando che il mio metodo di rappresentazione sia corretto…), non dovrebbe esserci nessun blocco, si ha solo il collegamento fisso tra motore elettrico, motore termico principale e motore elettrico secondario; il problema si presenta se si tenta di innestare una qualunque delle due marce elettriche EvA o EvB (ossia xx2 o xx3): in quel caso il cerchio si chiude:

Viene da chiedersi se potrebbero essere queste due marce “quasi proibite” il motivo delle continue “grattate” che tanti utenti, me compreso, riscontrano nell’utilizzo quotidiano della macchina, che spesso sembra incapace di cambiare marcia, causando appunto sonore “grattate”. Non ci sarà un errore nel SW, che quindi NON impedisce di innestare una marcia elettrica quando è innestata una marcia 22x o 23x?

Le marce “gemelle” 33x e 32x, invece, risultano immediatamente e inequivocabilmente bloccanti, a prescindere dalla marcia elettrica:

Questa è invece la rappresentazione utilizzata nel brevetto per le 15 marce possibili, cui ho sovrapposto i miei codici numerici delle varie combinazioni:

Notare che nel brevetto la posizione “folle” (111) è disegnata male, hanno disegnato un 113, con la marcia elettrica innestata in posizione 3 (EvB), come il riquadro subito sotto.

A sinistra e sopra nella figura ho rappresentato le combinazioni valide per l’intera rispettiva riga/ colonna; “CTE” indica che i 3 accoppiatori sono, nell’ordine, quello generico di “coupling”, quello “termico” e quello “elettrico); “xx2” vuol dire ad esempio che in tutta la riga è sempre innestata la posizione elettrica 2 (=EvA), mentre C e T possono essere in altre posizioni.

Mettendo insieme la rappresentazione del brevetto con la mia, ecco infine un’immagine che riassume tutto quanto detto finora, in forma sia numerica che grafica:

  • Le marce evidenziate in blu sono quelle esclusivamente elettriche. Per la presenza dell’HSG, in questa situazione il termico però muove l’HSG (se l’accoppiatore 30 è innestato), che ricarica la batteria usata dal motore principale; si ha quindi una configurazione di ibrido seriale o charge sustain o range extender, con propulsione elettrica ma autonomia “infinita” garantita dal supporto del motore a benzina, che però può ripristinare solo metà della carica consumata, avendo l’HSG solo metà potenza rispetto al motore principale.
  • Le marce evidenziate in rosso sono quelle esclusivamente termiche.
  • Le marce evidenziate in viola sono marce termiche che però sono disponibili solo se è innestato anche il motore elettrico.
  • La casella grigia indica la posizione di “folle” per tutti i e due i motori, ma comunque il termico resta sempre in presa con l’HSG: è quindi possibile ricaricare la batteria anche stando parcheggiati.
  • La casella gialla indica la posizione indicata da Renault come “Smart charge” o “Charge ME”, che vede i motori elettrico e termico collegati tra loro, e all’HSG, ma non alle ruote. In questa configurazione in teoria il motore termico potrebbe sfruttare entrambi i motori e ricaricare la batteria a 75 kW.
  • Le altre caselle sono marce ibride elettrico+termico.

In totale, le marce elettriche disponibili sono 2, quelle termiche sono 3+2 (3 indipendenti e 2 vincolate all’elettrico).

Notare che nella figura 3 del brevetto c’è un altro errore: la marcia Ice5 è indicata erroneamente come Ice1.

I rapporti di trasmissione (gear ratio)

Un ultima nota a proposito dell’ultima figura riguarda i numeri indicati in basso in ogni casella: si tratta delle sequenze di ingranaggi attive in quel momento, per la “catena elettrica” e per la “catena termica”; in teoria, conoscendo il numero di denti di ogni ingranaggio, usando queste informazioni si potrebbe calcolare il rapporto di tramissione finale, ma purtroppo questo dato non è noto; l’unica c osa che si può provare a fare, molto rozzamente, e assumento che gli schemi del brevetto siano precisi, è affiancare tutti gli ingranaggi coi rispettivi raggi, in modo da capire quale e più grande e quale più piccolo; questo è un primo tentativo:

Il problema è che si tratta di 13 ingranaggi, alcuni con dimensioni molto simili, quindi districarsi tra tutte queste righe per scrivere gli ingranaggi in ordine di diametro è parecchio complicato, anche perchè richiede la precisione del singolo pixel, cosa che probabilmente non è presente nelle immagini del brevetto.

Comunque ci ho provato: ho diviso la distanza tra l’ingranaggio più grande e il più piccolo in un numero di inervalli arbitrario, ma che permettesse di approssimare più ingranaggi possibili, ma al tempo stesso mi permettesse di non diventare cieco… ottendo questo:

In realtà l’ingranaggio 25 non interessa a nessuno perchè non è tra motori e ruote, ma tra motore termico e HSG, quindi il primo ingranaggio che ci interessa è l’11; in formato numerico la corrispondenza è questa:

Note quindi (più o meno) le dimensioni degli ingranaggi, mettendole nelle espressioni delle “catene delle marce” si dovrebbe ottenere una mezza specie di gear ratio per ogni marcia; prendiamo ad esempio le due marce elettriche:

  • EvA = 9:11
  • EvB= 10:12

Cioè per andare dal motore elettrico alle ruote, la coppia del motore elettrico attraversa gli ingranaggi 9 e 11 in marcia EvA, e 10 e 12 in marcia EvB. Ma 9 e 11 stanno in rapporto 3:18, e 10 e 12 stanno in rapporto 12:7.5; questo significa che EvA ha un gear ratio di 0.17 e EvB ha un gear ratio di 1.6:

  • EvA: 3:18 = 0.17
  • EvB: 12:7.5 = 1.6

Il gear ratio è infatti definito come rapporto motore/ruote, cioè tra il numero di denti dell’ingranaggio del motore e quello dell’ingranaggio delle ruote, e fornisce una misura comparativa della velocità delle ruote, cioè più è alto il GR, maggiore è la velocità delle ruote.

Se vogliamo esprimerli in forma paragonabile, possiamo esprimerlio entrambi in centesimi:

  • EvA = 17/100
  • EvB = 160/100

Quindi qui abbiamo che in EvA la Captur ha un decimo della velocità che in EvB. EvA, quindi, è la “prima marcia” del motore elettrico, quella per le basse velocità

Se infatti andiamo a rivedere lo schema del motore, limitandoci alla parte che ci interessa, quella delle marce elettriche, vedremo che l’ingranaggio di EvA è quello di sinistra, che non solo è molto più piccolo di EvB, ma si innesta su un ingranaggio molto più grande di quello su cui si innesta EvB:

Con lo stesso sistema si possono trovare i gear ratio di tutte le marce: elettriche, termiche e miste:

  • EvA = 17/100
  • EvB = 160/100
  • ICE2 = 122/100
  • ICE3 = 203/100
  • ICE4 = 255/100

ICE1 e ICE5 sono marce particolari perchè sono marce termiche che possono esistere solo in serie alle due marce elettriche; si tratta infatti di mettere in serie a una delle due marce elettriche una “marcia virtuale” che vale:

ICEv = 108/100

Questo rapporto va quindi poi moltiplicato per EvA per ottenere ICE1 o per EvB per ottenere ICE5:

  • ICE1 = ICEv * EvA = 108/100 * 17/100 = 18/100
  • ICE5 = ICEv * EvB = 108/100 * 160/100 = 172/100

Quindi, in ordine di velocità crescente, le marce sono:

  1. EvA = 17/100
  2. ICE1 = 18/100
  3. ICE2 = 122/100
  4. EvB = 160/100
  5. ICE5 = 172/100
  6. ICE3 = 203/100
  7. ICE4 = 255/100

EvA e ICE 1 (ICEv+EvA) hanno rapporto praticamente identico, come anche EvB e ICE5 (ICEv+EvB), quindi sostanzialmente le marce sono 5, di cui 2 possono essere alternativamente termiche o elettriche:

  1. ICE1 = 18/100 (Ev = 17/100)
  2. ICE2 = 122/100
  3. ICE5 = 172/100 (Ev = 160/100)
  4. ICE3 = 203/100
  5. ICE4 = 255/100

Notare però che il fatto che dai calcoli risulti che il gear ratio di ICE5 sia inferiore a ICE3 e ICE4 significa che probabilmente c’è un errore da qualche parte… nei miei calcoli oppure nel brevetto.


Note

(*) il brevetto accenna solo vagamente all’accoppiatore 30, dicendo che può esserci o non esserci; serve unicamente a collegare l’HSG al motore termico; la connessione tra termico ed HSG è sempre presente, se l’accoppiatore facoltativo 30 non è presente, anche se le posizioni 112 e 113 della figura 4 sembrano suggerire di no (o forse è solo che non era rimasto spazio per scrivere anche “HSG” nei riquadri).

Diario elettrico Renault Captur plugin: la delusione

Posted in auto elettriche, diario elettrico plugin by jumpjack on 14 gennaio 2021

Ho aspettato due mesi dall’acquisto prima di scrivere questo articolo, per vedere se la prima impressione era sbagliata; così, ho passato i miei primi 2500km ibridi ad annotare e sopportare difetti vari…. il 90% dei quali scoperti nella prima settima di guida; putroppo col tempo le cose non sono migliorate:pensavo che avrei scoperto che non erano difetti ma miei problemi di comprensione del nuovo veicolo… invece no, sono proprio difetti; e alcuni così grossolani da essere imbarazzanti. Sono talmente tanti che li ho dovuti dividere in gruppi.

Difetti meccanici/costruttivi

Ballonzolio/vibrazione di tutta la macchina a 25km/h e 25 kW

E’ il difetto più grave, e più assurdo, di questa macchina: a velocità tra i 20 e i 25 km/h, e con accelerazione/potenza tra 20 e 25 kW, tutta la macchina inizia a ballonzolare e vibrare a destra e a sinistra, come se avesse una ruota storta o sgonfia; la vibrazione scompare a velocità inferiori a 20 e superiori a 25 km/h. E’ un difetto riscontrato da molti utenti, e l’unico coraggioso che ha provato a farlo presente in concessionario (è difficile riprodurre il difetto “a comando”, serve una strada perfettamente dritta e liscia) si è sentito rispondere “sì, è una caratteristica della macchina”…

Al momento è ancora ignoto il motivo del ballonzolio, che in inglese si potrebbe tradurre come “wobbling” o “shaking”…. e cercando su google “renault wobbling” si ottiene una quantità inquietante di post su vari forum, già dal 2010…

Autofreno + cintura

Questa è un’altra “caratteristica” inquietante della Captur Plugin, scoperta il primo giorno, quando sono arrivato a casa, fresco di concessionario: mi fermo davanti al cancello automatico di casa, tolgo la cintura aspettando che il cancello si apra, e automaticamente l’auto innesta il freno a mano e toglie la marcia; va bene, ci può anche stare, tanto il freno a mano la macchina lo toglie anche automaticamente appena premi l’acceleratore… ma c’è un piccolo problema nel SW: è vero che, appena acceleri, la macchina toglie il freno a mano… ma mentre stai ancora accelerando, se non hai la cintura la macchina toglie la marcia e rimette il freno a mano, in totale autonomia!

Un comportamento davvero folle e pericoloso, che sono riuscito ad aggirare solo dopo decine di prove ed esperimenti: se dopo aver tolto la cintura metto in marcia P – parking (invece di N, che entra in automatico appena tolgo la cintura) e poi rimetto in B o D, allora posso partire anche senza cintura ed entrare nel mio parcheggio, senza che la macchina inchiodi.

Avviso di emergenza: “FRENARE!”

In certe situazioni, sul display dietro al volante appare un minaccioso, grosso avviso rosso (accompagnato da segnale acustico insistente e allarmante), che dice “FRENARE!”. Mi è successo 3 o 4 volte… solo che stavo andando a trenta all’ora e davanti a me non c’era niente; sui marciapiedi intorno c’erano pedoni che passeggiavano per i fatti loro, nessuno stava neanche lontanamente pensando di attraversare; altre volte, qualcuno di questi pedoni sul marciapiedi ha invece deciso di tuffarsi davanti alla macchina, attraversando a un metro dal cofano…. e non è arrivato nessun messaggio di allarme, acustico o visuale.

A questo si è poi aggiunta l’attivazione casuale degli allarmi di prossimità dei sensori di parcheggio, quando sto incolonnato in fila…. ma quando la macchina che precede è lontana più di un metro, e il guard rail altrettanto; altre volte il guard rail non c’era proprio, ma comunque i sensori di destra avvisavano della prossimità di… qualcosa, boh, forse ectoplasmi di passaggio.

Ho quindi deciso di disattivare le funzionalità di “frenata di emergenza” e “avviso distanza sicurezza dal veicolo che precede”, nel timore che quest’auto possa decidere per conto suo di inchiodare in mezzo all’autostrada in un momento di estro softwaristico.

Il telecomando della radio è completamente invisibile

Come molte auto moderne, la Renault Captur è dotata di autoradio con “comandi al volante”, una comoda levetta accanto a quella del tergicristallo, che permette di cambiare canale e alzare il volume senza staccare le mani dal volante; l’unico problema è che la levetta è corta e tozza, completamente invisibile perchè coperta dalla razza del volante. Forse è così anche in altre auto, forse no, ma nella Ford Fiesta che avevo prima non mi pareva fosse così; o forse lo era e sulla Captur ci ho fatto più caso perchè lo stesso problema ce l’ha anche la leva del tergicristallo, completamente invisibile.

Il portamonetine sotto al cambio è scomodissimo

Pubblicizzata con l’altisonante nome di “flying consolle”, la leva del cambio è per l’appunto “sospesa” a 10-15 cm da un vano portaoggetti sottostante…. ( (5) nella figura) che però risulta praticamente invisibile e inaccessibile, facendo risultare inutile sia la “flying consolle” che il portaoggetti stesso; scelta progettuale incomprensibile.

Nell’una o nell’altra posizione(4) o (5), secondo il modello dell’auto, può essere presente il sistema di ricarica a induzione per cellulari. …e questo porta a parlare di un ulteriore difetto di progettazione:

Niente spazio per cellulare in carica

La captur dispone di due vani dove potrebbe comodamente trovare posto un cellulare ( (4) e (5) nella foto sopra) ma sfortunatamente nessuno dei due è abbastanza largo, o adeguatamente sagomato, da permettere di ospitare il cellulare se è collegato al cavetto di ricarica; quindi serve il solito portacellulare a ventosa appiccicato da qualche parte. Ed è indispensabile avere il cellulare, se si vuole un navigatore, perchè il navigatore di bordo è così ottuso e antiquato che quando gli si chiede a voce una destinazione, sembra di parlare con un ritardato, mentre se si imposta la navigazione con la tastiera… sembra comunque di avere a che fare con un ritardato.

Pulsante sos accanto alle luci e non protetto

Anche la captur, come molte auto moderne, dispone di un pulsante per le chiamate di emergenza, che invia anche la posizione GPS ai soccorritori. Molto utile…. peccato che l’abbiano messo accanto ai due pulsanti di accensione delle luci dell’abitacolo…. che uno normalmente accende quando NON VEDE perchè è buio: se ho deciso di premere il pulsante è perchè è buio… come faccio a distinguere se sto premendo l’SOS o l’interruttore della luce?!?

Specchietto interno blocca visibilità in curva

Osservando la pulsantiera di luci/SOS nella figura sopra, si nota un’altro difetto, che in realtà nel disegno non è così evidente, come non è evidente sedendosi in auto dal concessionario per “dargli un’occhiata”, ma diventa evidentissimo appena si inizia a guidare la macchina la prima volta: lo specchietto retrovisore interno è grosso, basso e vicino agli occhi del guidatore; il risultato è che copre la visuale di un quarto di parabrezza! ogni volta ch si fa una curva a destra bisogna abbassare la testa per vedere dove si sta andando.
Ho riscontrato lo stesso problema/difetto anche nella Renault Megan.

Mettere le cinture di sicurezza alla spesa…

La Captur ha dei “sensori di presenza” sui sedili: se rileva un passeggero, ma non rileva la cintura di sicurezza inserita, attiva un fastidiosissimo, persistente, infinito e non escludibile allarme acustico; sfortunatamente, lo attiva anche se rileva uno zaino pesante, e addirittura a volte lo fa con le buste della spesa… L’unico modo per far tacere l’allarme è mettere la cintura allo zaino o alle buste della spesa…

Manca la modalità ibrida seriale/REX

Una caratteristica peculiare delle auto ibride plugin è la modalità “ibrido seriale”, o “range extender (REX)”, o “charge sustain”: ogni produttore la chiama come vuole… ma sfortunatamente la Renault sembra non sapere nemmeno cosa sia.
In modalità REX, il motore a benzina gira a velocità costante, trascinando un motore elettrico secondario che funge da generatore di corrente per mantenere carica la batteria, mentre il motore elettrico principale è l’unico materialmente collegato alle ruote. Il motore a benzina è quindi in serie col generatore, la batteria e il motore principale:

Anche se può sembrare uno spreco energetico, in realtà in questo modo si risparmia energia/carburante, perchè il motore termico non utilizza le marce ma gira sempre alla stessa velocità ottimale, raggiungendo efficienze del 30-35%, contro il 20-25% che raggiunge quando usa le marce:

Per poter godere dei vantaggi offerti dall’ibrido seriale, è necessario che la batteria sia “grande” (10-20kWh), in quanto è questa la fonte princpale di energia dell’auto: il motore a benzina fa solo da supporto, è quasi una “soluzione di emergenza”, per garantire che la batteria principale non resti mai senza energia; di fatto il veicolo è una “auto elettrica ad autonomia estesa” (vedi BMW i3 REX).
Differente è invece l’approccio nelle auto cosiddette “full hybrid”: equipaggiate con una piccola batteria da 1 o 2 kWh, la utilizzano per alimentare il motore elettrico solo durante le partenze da fermo o le forti (e brevi) accelerazioni, permettendo così di ridurre il consumo di benzina, che di fatto si accende solo durante la marcia, restando completamente fermo sia ai semafori e negli incolonnamenti, che negli spostamenti a bassissima velocità.

Di per sè il motore Etech montato sulle Captur plugin dispone anche di questa modalità, oltre ad altre quattordici combinazioni possibili; ma non esiste un pulsante, una leva o un comando per impostare questa modalità: c’è un pulsante “Pure EV”, che DOVREBBE corrispondere a questa modalità…. ma la Captur decide in totale autonomia se bypassare questa scelta dell’utente e accendere comunque il motore termico (passando in modalità “mysense”) e collegarlo o al generatore, o alle ruote, secondo un algoritmo che al momento è imperscrutabile, ma che somiglia tanto all’algoritmo di una normale full-hybrid; e il fatto che il motore e-tech sia per l’appunto montato anche su una Renault full-hybrid, la Clio, fa pensare che alla Renault non abbiano le idee chiarissime sull’argomento.

D’altronde, la Captur è la prima ibrida mai prodotta da questa azienda, che finora aveva prodotto solo auto o soltanto a benzina, o soltanto a batteria. E’ vero che il motore e-tech ha alle spalle 10 anni di progettazione e ottimizzazione (dal LocoDiscoBox all’Eolab), e infatti può funzionare, come accennato, in 15 modi diversi; ma a quanto pare il SW di gestione non è all’altezza della meccanica.

Controlli autoradio

Un ultimo difetto di progettazione è piuttosto bizzarro: per alzare/abbassare il volume dell’autoradio bisogna premere dei pulsanti… e fin qui ok; la cosa buffa è che, invece, per cambiare stazione, bisogna girare una rotella. E’ come se qualcuno avesse montato i comandi al contrario…
Lo stesso difetto (che volendo possiamo anche chiamare “bizzarra scelta progettuale”) è presente anche sulla Megane.

Difetti software

La quantità di errori presenti nel SW è inverosimile, soprattutto pensando che alcuni sembrano ereditati direttamente dalla Renault Zoe… che riceve aggiornamenti da ben 10 anni! Quindi probabilmente anche sulla Captur non verranno mai risolti. Li elenco qui, per poi trattarli in dettaglio in un futuro articolo, insieme ai possibili miglioramenti:

  • azzerando km parziali aumenta autonomia
  • parziale non si azzera con 0 ma con ok
  • schermone perde luminosità
  • etichetta autonomia su velocità media e chilometri parziali
  • indicatore temperatura acqua… senza indicazioni di temperatura
  • schermata vuota in cruscotto
  • consumi medi indicati come velocità media
  • la macchina si chiude automaticamente quando scendi ma lascia i finestrini aperti
  • precondizionamento non memorizza temperatura
  • dati precondizionamento diversi tra app e auto

Migliorie possibili/indispensabili

  • il riscaldamento non si accende se l’auto è in carica
  • display spento non si distingue da acceso, power si sovrappone a ready
  • quando l’auto è in carica i kW indicati restano a zero.
  • sportellino ricarica non illuminato
  • indicatori flussi energia invertiti tra volante e monitor
  • manca avvisatore luce accesa posteriore o laterale in abitacolo
  • autonomie elettrica/benzina mischiate
  • chilometri parziali in schermata a parte invece che insieme
  • Linee di serbatoio/batteria inutilmente sottilissime
  • non conosce tutte le colonnine ricarica enel
  • il server dell’app sembra non rispondere mai
  • percentuale ricarica batteria discordante tra app e macchina
  • app telefono senza manuale

Conclusioni

Magari le mie conclusioni cambieranno tra qualche altro mese di utilizzo, o dopo qualche aggiornamento da parte di Renault,… ma per il momento la mia conclusione è: se l’avessi comprata su Amazon, avrei già fatto il reso.

Il mio consiglio: non comprate questa macchina, se non prima di qualche altro mese, per vedere come va coneventuali aggiornamenti e risoluzioni dei problemi da parte di Renault.

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Diario elettrico Renault Captur plugin – Ancora sul motore

Posted in Uncategorized by jumpjack on 17 novembre 2020

Il motore “E-Tech” montato sulla Captur Plugin (nonchè sulla Megan plugin e sulla Clio non-plugin) è frutto di una evoluzione durata 10 anni e iniziata con un modellino fatto col lego mostrato dagli ingegneri Renault ai dirigenti Renault per dimostrare la fattibilità del progetto.

La prima versione dell’E-Tech si chiamava “LocoDiscoBox” (v. brevetto), montato sul prototipo di auto Eolab, e aveva un solo motore elettrico, a differenza dell’E-Tech che ne ha 2: il secondo, più piccolo (25 kW invece che 49) serve a rendere più dolce il cambio marcia alle basse velocità, annullando la decelerazione causata dall’azzeramento momentaneo della coppia del motore principale, necessario per permettere il cambio marcia; in seconda istanza il motore secondario può essere usato anche come motorino di avviamento del termico (=starter) o anche per ricaricare la batteria (generator); è inoltre un motore ad alta tensione come quello principale (400V), da cui il nome di High Voltage Starter-Generator (HSG).

La figura qui sotto, estratta dal brevetto originale e migliorata con testi e colorazione, mostra uno spaccato del motore LocoDiscoBox:

Motore Renault LocoDiscoBox

Già in questo primo modello si può vedere il cuore dell’invenzione: gli alberi-motore concentrici.

L’albero motore termico (giallo) ruota infatti all’interno dell’albero cavo del motore elettrico (blu), rispetto al quale però rimane meccanicamente scollegato e indipendente fino all’inserimento di una marcia:  l’accoppiatore 13 (**), solidale con l’albero secondario (grigio), che, attaccandosi al pignone libero(***) di sinistra (11) o di destra (12) mette in comunicazione l’albero secondario con l’albero elettrico; poichè l’albero secondario è sempre in presa con le ruote (tramite il pignone 16 del differenziale), l’aggancio dell’elettrico al secondario comporta anche l’aggancio dell’elettrico alle ruote. Ma l’albero motore termico non viene coinvolto: l’accoppiatore 13 determina solo il cambio di marcia elettrica da “Elettrica A” (sinistra) a “Elettrica B” (a destra).

Normalmente nelle auto elettriche si tende a non usare il cambio meccanico,  che in genere serve solo nei motori a benzina, che hanno coppia sufficiente a muovere l’auto sono in un intervallo di giri molto ristretto. E’ però anche vero che la coppia costante del motore elettrico non è disponibile “a tutte le velocità”, ma solo fino a una certa velocità, in genere intorno ai 50/60 km/h, dopodichè inizia a calare; introducendo un cambio meccanico, si può anche nel caso dell’elettrico estendere l’intervallo di disponibilità della coppia.

Studiamo la cosa graficamente. Questo grafico mostra orientativamente la curva di coppia della  di un motore a benzina:

Prima marcia - benzina

Oltre una certa velocità, questo tipo di motore non è più in grado di accelerare un veicolo; quindi sono state inventate le marce, che hanno questo effetto:

L’intervallo di disponibilità di coppia si allarga fino a 180 km/h, anche se al costo di una coppia più bassa (ma meglio bassa che inesistente).

La linea tratteggiata rappresenta la coppia che in linea di massima è disponibile usando motore termico e marce.

Un motore elettrico già  senza marce ha grosso modo un andamento che somiglia a quello della linea tratteggiata:

Motore elettrico

Aggiungendo una marcia, si estende ulteriormente l’intervallo di disponibilità della coppia costante, normalmente disponibile fino a 50/60 km/h:

Marce elettriche

Notare che rispetto al termico, l’elettrico ha anche un altro importante vantaggio: la partenza da fermo, per la quale non serve nessuna frizione. Un motore a benzina, infatti, non può fermarsi quando la macchina si ferma temporaneamente, deve continuare a girare, e per farlo serve una frizione che lo stacchi dalle ruote; un motore elettrico, invece, quando la macchina è ferma… è spento. E alla pressione dell’acceleratore si accende istantaneamente, fornendo oltretutto la sua massima coppia, andando così a coprire il “buco di coppia” tipico invece dei motori termici:

Buco di coppia

Andiamo ora ad analizzare l’evoluzione del LocoDiscoBox,  il motore E-Tech (brevetto US20170129323 del 2017, US10479188B2 del 2019,CN106573529, EP3160786, FR3022495JP2017526571KR1020170044091WO/2015/197927):

Motore Renault E-Tech plugin hybrid

Il motore e-tech aggiunge al locodiscobox un secondo motore elettrico ausiliario (29); questo perchè il cambio di marcia non può essere effettuato quando il motore è in coppia, come si dice in gergo, cioè mentre “spinge”, perchè gli ingranaggi sono sotto sforzo; proprio come nel caso del cambio di un’auto termica, infatti, anche per il “cambio elettrico” bisogna “lasciare l’acceleratore” del motore prima di poter cambiare; questo comporta ovviamente una temporanea interruzione dell’accelerazione del veicolo; per ridurla, gli ingegneri Renault hanno aggiunto al LocoDiscoBox un secondo motore elettrico, che prende il sopravvento durante i cambi di marcia elettrica, sostituendosi completamente, per pochi istanti, a quello principale, come illustrato in questa figura:

Nella parte alta della figura sono rappresentati gli andamenti della coppia dei due motori, quello principale (blu) e quello secondario (celeste); durante la fase 2 il motore principale viene gradualmente portato fino a velocità costante (=coppia nulla, linea blu scuro che cala), e contemporaneamente viene accelerato il motore secondario (la linea celeste sale) fino a raggiungere la coppia precedentemente posseduta dal principale. 

Terminata la fase 2, il motore principale non è più in coppia, quindi si può cambiare marcia spostando l’accoppiatore (fase 3).

Una volta spostato l’accoppiatore, si procede all’inverso rispetto a prima, ripristinando la coppia del motore principale (fase 4).

Nella fase 5 il secondario risulta spento e solo il primario è operativo.

Chiaramente, avendo i due motori potenze diverse (49kw e 25 kW nella Renault Captur plugin), la coppia in uscita dal sistema, cioè che  arriva alle ruote, non è costante durante i cambi di marcia, ma comunque il cambio è meno brusco rispetto al caso in cui non c’è affatto un secondo motore elettrico.

Negli schemi stilizzati rappresentati in basso nella figura 9, nella parte alta è rappresentato l’HSG; inizialmente l’HSG è spento (Fig.9/1); quando si deve cambiare marcia elettrica (spostando l’accoppiatore 21  verso destra, passando così da marcia elettrica A a marcia elettrica B), per non dover spegnere il motore elettrico principale si accende il motore secondario (Fig.9/2), e lo si collega all’albero secondario 5 usando l’albero termico solo come “ponte”, senza accendere il motore termico, che gira a vuoto (*), senza ricevere carburante; per farlo, basta spostare a sinistra l’accoppiatore 22, che innesta l’unico ingranaggio libero della catena che va dall’asse 29 all’asse secondario 5.

Quando il il motore secondario raggiunge la velocità dell’albero secondario 5 (sincronizzazione), può iniziare a fornire coppia, mentre il motore primario la perde fino ad azzerarla.

A questo punto si sposta a destra l’accoppiatore 21 (Fig.9/3), innestando la marcia B, ma senza eccessivi sbalzi di accelerazione perchè il motore secondario continua a spingere l’auto.

Una volta innestata la marcia B, il motore secondario non serve più, quindi si riaumenta la coppia del primario e diminuisce quella del secondario (Fig.9/4), che poi viene scollegato meccanicamente riportando al centro l’accoppiatore 22 (Fig.9/5).

Per realizzare questo complesso meccanismo è stato necessario aggiungere al motore un ulteriore albero di trasmissione, l’albero di trasferimento 6, che mette in comunicazione il sistema col motore elettrico secondario tramite l’ulteriore alberino 26, cui può essere associato o meno un accoppiatore/cambio per connettere/sconnettere del tutto l’HSG dal sistema (accoppiatore indicato col n.30 nel brevetto, ma presente solo nelle figure da 10 in poi).

Ciò ha fatto sì che si passasse dai 9 rapporti possibili del LocoDiscoBox, ai 27 dell’E-Tech.

Il diagramma che segue mostra le 9 marce possibili per il LocoDiscoBox; i pallini rossi e blu nello schema a destra indicano le tre posizioni possibili per i due accoppiatori (sinistra, centro (folle), destra); le frecce indicano chi è collegato alle ruote (rosso = termico, blu = elettrico); la “X” indica la posizione di “folle”; EA/EB stanno per Electric A/B (marcia elettrica A o B); T1 e T2 sono le marcie termiche 1 e 2. I numeri a destra dello schema coincidono con i numeri delle marce negli schemi a sinistra.

Marce LocoDiscoBox Renault

Essendo presente nell’E-Tech un ulteriore accoppiatore 23 oltre ai pre-esistenti 21 e 22, i 9 rapporti del LocoDiscoBox si moltiplicano per 3 diventando 27; alcuni di essi, tuttavia, non sono consentiti perchè manderebbero in blocco distruttivo la trasmissione, a causa di un conflitto di innesti tra ingranaggi; le combinazioni utilizzabili risultano quindi solo 15, mentre le restanti 12 devono essere rese impossibili tramite il SW che controlla la commutazione degli accoppiatori.

Dal testo del brevetto:

According to FIGS . 3 and 4 , the function of the transmission may be limited to five of the 3×3 combinations of positions of the coupling devices 22 , 23 of the primary shaft and of the transfer shaft . The combinations selected are used respectively for gears Ice2 and Ice4 and for gear Ice3 and coupling . 

To avoid blocking the transmission due to the unintentional engagement of two combustion engine gears, these two devices may be controlled by a conventional selection / shift system of a manual gearbox , where a shift line is selected before a gear thereon is engaged : to engage all gears illustrated by the 15 – position table in FIG . 3 , and  operate all gear changes necessary for the good function of the transmission , the three coupling devices 22 , 21 , 23 are advantageously controlled by a three – position electric gear shift group and a five – position combustion engine gear shift functional group .

Bisogna cioè rendere inaccessibili 4 delle 9 combinazioni offerte dagli accoppiatori 22 e 23. Per esempio, se sono tutti e due a destra, albero motore e albero 6 risultano connessi sia tramite l’ingranaggio fisso 17 che quello libero 16.

Nel motore E-Tech l’accoppiatore inferiore 21 ha esattamente la stessa funzione dell’accoppiatore inferiore 13 del LocoDiscoBox, cioè gestire le due marce elettriche; cambia invece la funzione dell’accoppiatore superiore (22 nell’E-Tech,5 nel LocoDiscoBox): se prima serviva ad alternare la propulsione tra elettrica pura e termica pura,

 

Personalmente questo meccanismo, geniale e complesso quanto si vuole, mi sembra estremamente inefficiente dal punto di vista energetico, non solo per il fatto di coinvolgere il motore termico anche quando è spento, ma anche per la quantità di ingranaggi e alberi aggiuntivi necessari, tutte cose che rubano/sprecano energia; il tutto per aggiungere una marcia elettrica che probabilmente non serviva, e togliere una frizione che magari serviva.

 


(*) La cosa mi sembra piuttosto inefficiente in quanto costringe a sprecare energia per muovere l’intero motore termico, mentre forse bastava un altro accoppiatore/sincronizzatore per separarlo temporaneamente dal sistema; oppure… la famosa frizione che questo sistema dice di rendere “non necessaria”;

(**) l’ingranaggio accoppiatore è vincolato a girare alla stessa velocità dell’albero a cui è attaccato, ma può muoversi liberamente lungo l’albero stesso.

(***) i “pignoni liberi” sono ingranaggi che usano l’albero solo come supporto di rotazione, ma non sono vincolati ad essi: l’albero può essere fermo e i pignoni liberi girare, o viceversa.


Fonti:

(****) Nota: “Friction”, parola usata nel filmato, non vuol dire “frizione” ma “attrito”; frizione si dice invece “clutch”, mentre “shaft” è l’albero.

Diario elettrico Renault Captur plugin – venerdi 6 novembre 2020: arrivata

Posted in Uncategorized by jumpjack on 9 novembre 2020

Finalmente è arrivata!

Me l’hanno consegnata con il 5% di batteria e una goccia di benzina, quindi ho passato il primo giorno più che altro a ricaricarla e a studiarla, e solo dopo aver adattato la mia wallbox artigianale a contenere lo scatolotto del cavo di ricarica.

Quindi in sostanza l’ho provata solo il giorno successivo all’arrivo; una prima cosa che mi è saltata all’occhio non c’entra niente con elettriche e ibride: È solo che lo specchietto retrovisore centrale è molto basso e molto vicino al guidatore, e quindi copre praticamente mezzo parabrezza… Vabbè, mi ci abituerò.

Un’altra cosa che mi ha colpito è la l’inadeguatezza dei manuali: mi ero studiato un po’ un manuale generico della Captur ibrida, dove c’era scritto in vari punti che dipendeva dagli allestimenti dalla nazione, dalle leggi ed altre cose se c’era questa o quella opzione, ma mi aspettavo che in macchina avrei trovato il manuale giusto, invece ci sono le stesse note, quindi devo ancora capire bene che cosa ho e che cosa non ho…

Per esempio, credo che in Italia sia disabilitata la funzione di accensione del motore da remoto per riscaldarlo. Non che mi serva, visto che comunque parto in elettrico, però è una cosa che ho trovato nel manuale ma non nel computer di bordo. In compenso il venditore mi ha detto che forse in una prossima versione dell’app per cellulare ci sarà la possibilità di attivare il riscaldamento o l’aria condizionata da remoto oltre che a orario, però non esiste un manuale dell’app, e l’interfaccia non è per niente chiara, quindi devo ancora capire se posso accendere il riscaldamento oppure no mezz’ora prima di salire in macchina. C’è un pulsante che sembrerebbe servire a questo, ma l’ho provato e non è successo niente; e poi c’è un pulsante con l’icona di una batteria che proprio non capisco che cosa possa servire, e a volte è acceso e a volte spento…

Sempre in tema di manuali, uno di essi (ce n’erano 5 nel cassettino…) dice che dovrebbe esistere anche il manuale del cavo per la ricarica domestica, ma io in macchina non lo trovo…

Quindi mi pare di capire che questa macchina dovrò capirla a tentoni, vabbè.

Ma passiamo ai lati positivi: Finalmente posso guidare in coda senza dovermi stressare con cambio frizione prima seconda freno eccetera. Ma anche la guida non in coda è molto più rilassante quando puoi usare un singolo pedale per fare tutto: Infatti oltre alla marcia D c’è anche la marcia B che ha la frenata rigenerativa potentissima, che praticamente arresta la macchina o quasi, quindi con un po’ di abitudine si può guidare la captur con un piede solo; oppure scendere da una collina o montagna senza mai toccare i freni. Il venditore mi ha detto che quando la frenata è intensa si accendono gli stop, ma non saprei come verificare.

La macchina ha un sacco di assistenze alla guida, dal mantenimento di corsia, alla lettura automatica dei cartelli stradali, ai fari automatici, ai tergicristalli automatici, nonché sensori di parcheggio avanti e dietro, e ovviamente retrocamera. Purtroppo il mio allestimento non prevede le telecamere multiple che permettono di vedere sullo schermo la macchina come se fosse inquadrata da una telecamera aerea, l’opzione bird-eye è disponibile solo negli allestimenti superiori…

Una cosa bizzarra che ho notato è che lo schermo dietro allo sterzo non è in linea con lo schermo dell’autoradio, che a sua volta non è in linea con le schermate dell’app, ognuno dice un po’ quello che gli pare, sia per quanto riguarda lo stato della macchina, che per la disposizione delle icone: per esempio l’app mi diceva che la batteria era al 43% quando lo schermo sul volante diceva che era al 36%, mente le tre icone del motore elettrico e a benzina e della batteria sono disposte in un modo nello schermo dietro al volante in un altro modo dello schermo sopra l’autoradio…. stranezze così.

Venendo alle prestazioni, anche andandoci piano con l’acceleratore, e quindi usando soltanto il motore primario da 50 kilowatt, lo spunto è davvero notevole, ma se poi si spinge parecchio l’acceleratore parte anche il motore ausiliario da 25 kw accompagnato dal motore a benzina, e l’accelerazione diventa esagerata, nonché inutile…

Come accennavo prima, È anche possibile programmare l’inizio della ricarica è l’inizio dell’aria condizionata o del riscaldamento a una certa ora di un certo giorno, ognuna con 5 programmazioni diverse. Sto invece studiando se c’è la possibilità dell’accensione diretta alla pressione di un tasto usando l’app.

E finire una nota di colore: oggi al ritorno dal mio primo viaggio ho inserito la spina per ricaricare, ma non c’è stato verso di far partire la ricarica. L’ho tolta, l’ho rimessa, ho acceso e spento la wall box, ho acceso e spento la macchina, ho fatto 2000 prove, ma non c’era verso di far partire la ricarica.

Ci ho messo mezz’ora di orologio per ricordarmi che aveva programmato che la ricarica partisse a mezzanotte… Eppure la Captur ha cercato di dirmelo in due modi: mantenendo fissa la luce blu del led della presa di ricarica, che invece lampeggia quando la ricarica è attiva, e mostrando un’apposita icona sul cruscotto, uno “strano cerchietto con una L dentro”…

Il punto è che non è una L… sono le lancette dell’orologio.

Per non parlare della spia luminosa colorata vicino alla presa di ricarica, che può avere 4 o 5 colori diversi con 2 tipi diversi di lampeggi, per rappresentare 10 messaggi diversi…

Ma un display da 5 euro non ce lo potevano mettere, no….

Vabbè, comunque complessivamente sono molto soddisfatto della macchina, devo solo… domarla un po’.

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