I veicoli ibridi: vantaggi e confronto con i tradizionali

Il mondo dei veicoli ibridi è molto vasto e può essere difficile scegliere quale tipologia risponde meglio alle diverse esigenze. In base alla struttura degli apparati meccanici ed elettrici, le auto ibride possono essere suddivise in tre categorie: serie, parallelo e misto. A queste si aggiungono poi le varietà plug-in e mild hybrid, che implementano le strutture precedenti in maniera diversa.

Veicoli ibridi

Ibrido Serie

Come suggerisce il nome, tale struttura consiste in un motore elettrico posizionato in serie rispetto ad uno termico. Il motore a combustione produce energia meccanica, che viene convertita in elettrica in AC da un generatore. Questa viene trasformata in DC tramite un raddrizzatore. Viene, poi, inviata o ad un sistema di accumulo, o ad un inverter che alimenta in AC il motore elettrico. Tale meccanismo consente di far lavorare il motore endotermico a coppia e velocità fissate, in un punto ad elevata efficienza. Per contro, quando l’energia non viene fornita dalla batteria, è necessaria una doppia conversione. Si passa da energia meccanica ad elettrica tramite il generatore e da elettrica a meccanica attraverso il motore.  

Ibrido parallelo

Questa struttura consente al motore termico e a quello elettrico di lavorare in parallelo. I due motori vengono accoppiati tramite un sommatore di coppia o di velocità, in base al parametro fissato. Solitamente, si opta per un sommatore di coppia; infatti l’efficienza di un motore a combustione interna risulta poco variabile con la velocità, a coppia costante. Questa struttura è meno ingombrante rispetto alla “serie” perché è presente una sola macchina elettrica. Lo svantaggio è che il punto di funzionamento del motore termico è vincolato dal sommatore.

Ibrido misto

Il powertrain è composto da un motore a combustione e due macchine elettriche, che funzionano sia da motore che da generatore. Sono presenti due sommatori (uno di coppia e uno di velocità) che consentono il funzionamento sia in serie che in parallelo. Questa tipologia è la più efficiente ma anche la più ingombrante perché ci sono due macchine rotanti, oltre al motore termico.

Ibrido plug-in

I veicoli ibridi plug-in possono essere di una delle tipologie descritte, ma hanno un sistema di accumulo molto più capiente. Nelle strutture sopra descritte la batteria può essere ricaricata esclusivamente tramite frenata rigenerativa o conversione dell’energia prodotta dal motore termico. Nell’ibrido plug-in, invece, è possibile ricaricare l’accumulo tramite alimentazione esterna. Per questo motivo, gli ibridi plug-in sono dotati di una batteria che può superare i 10 kWh. Questa consente di percorrere fino a circa 50 km in puro elettrico.

Mild hybrid

Come suggerisce il nome, l’ibrido “leggero” consiste in una struttura più semplice rispetto alle precedenti. Il layout è quello di un veicolo termico, con l’aggiunta di un motore elettrico posizionato prima del cambio.  Quest’ultimo può essere sfruttato quando il motore termico presenta efficienze particolarmente basse.

Vantaggi del motore elettrico

I motori termici, per fornire coppia (e quindi potenza), devono lavorare a una velocità minima prossima agli 800-1000 rpm. Ciò comporta un consumo elevato di combustibile anche quando il veicolo è fermo, ad esempio, a un semaforo. Viceversa, un motore elettrico garantisce coppia massima anche a velocità angolare nulla. Pertanto, al semaforo, nei veicoli elettrici e ibridi l’albero motore non ruota. Implementare un motore elettrico garantisce, quindi, di eliminare questi transitori energivori.

Il motore elettrico, infatti, sostituisce quello termico nelle situazioni più gravose. Tra queste, ci sono le applicazioni più comuni: velocità e coppia ridotte. L’efficienza di un motore elettrico è elevata e pressoché costante al variare della velocità del veicolo. Al contrario, per i motori a combustione, il rendimento può passare da circa 30% fino a meno del 10%.

Considerazioni prima dell’acquisto di veicoli ibridi

Un veicolo ibrido plug-in garantisce una maggiore autonomia in puro elettrico, ma deve essere ricaricato. Prima dell’acquisto è bene valutare, quindi, se sono accessibili colonnine di ricarica pubbliche. In alternativa, si può valutare di implementare una struttura di ricarica nel proprio garage, se possibile. La vita dei veicoli ibridi ed elettrici è strettamente connessa all’uso che si fa della batteria. I sistemi di accumulo elettrochimici garantiscono, infatti, un certo numero di cicli di carica e scarica, dopo il quale è necessaria la sostituzione. Occorre considerare, inoltre, che il peso dei veicoli ibridi è superiore a quello di un veicolo termico. Esso dipende della struttura meccanica scelta e dal sistema di accumulo: batterie elettrochimiche o supercondensatori. Per ottimizzare il peso, si possono realizzare sistemi di accumulo misti e prelevare energia dal sistema ottimale per la funzione richiesta.

Veicoli ibridi: quale scegliere

È opportuno scegliere la struttura in base all’utilizzo che si deve fare del veicolo. Se la vettura viene usata per pochi chilometri al giorno è consigliabile optare per un veicolo non plug-in. L’accumulo risulterebbe, infatti, sovradimensionato e il peso sarebbe inutilmente elevato. Se si percorrono circa 50 km al giorno, può convenire una ibrida plug-in, per limitare l’uso del motore termico. La soluzione mild hybrid, invece, è conveniente per chi utilizza molto il veicolo e a velocità sostenute e costanti. Infatti, a queste condizioni, risponde relativamente bene anche un motore termico. Il vantaggio di avere un motore elettrico è rilevante soprattutto nelle città, dove si hanno continui transitori di accelerazione e decelerazione. In questo modo, la batteria può ricaricarsi continuamente ed essere sempre disponibile. Non a caso, in città, sono molto diffusi taxi ibridi plug-in, perché i vantaggi sono particolarmente rilevanti.

Articolo a cura di Giulio SERI