Auto ibride caratteristiche e funzionamento: facciamo chiarezza con i nostri tecnici

 Scopriamo insieme ai nostri tecnici, in questa prima parte del nostro approfondimento, le principali differenze tra le tipologie di vetture ibride. 

Ormai da più di qualche anno abbiamo visto comparire all’interno del parco circolante sempre più vetture che sfruttano, oltre all’energia prodotta dal motore termico, anche l’energia elettrica.

Ma in quante varianti possiamo trovare l’elettricità come fonte di energia a sostegno di quella prodotta dai combustibili fossili, se non addirittura in sostituzione?

Oggi ci occuperemo di evidenziare le principali caratteristiche delle auto ibride.

Prima di iniziare, però, è necessario fare una precisazione:

Elettrica e ibrida sono le uniche varianti?

Chiaramente, tutti quanti abbiamo sentito parlare di auto ibride ed elettriche.

Ma sul mercato sono solo queste due le tipologie di vetture che sfruttano l’energia elettrica? 

Facciamo una prima e importante distinzione:

• I VEICOLI IBRIDI sfruttano solitamente due diversi sistemi per trasmettere potenza alle ruote e in genere utilizzano la combinazione di potenza fornita da un motore termico e un motore elettrico.
• I VEICOLI ELETTRICI, invece, per la trazione sfruttano soltanto la potenza generata dal propulsore elettrico alimentato da un pacco batterie ad alto voltaggio.

Nelle vetture ibride, il motore termico può a sua volta:

• essere alimentato a benzina o a gasolio, o addirittura
• essere “bi-fuel”, cioè sfruttare la doppia alimentazione con GPL o metano.

L’effetto che questa tecnologia produce è una riduzione dei consumi di carburante e, di conseguenza, delle emissioni inquinanti rispetto alle auto convenzionali.

Su questi veicoli non è necessario avere a bordo delle batterie ad alto voltaggio molto grandi e pesanti per alimentare il motore elettrico, come avviene invece nei veicoli Full – Electric.  Questo perché anche nel caso in cui questa si scaricasse, la trazione sarebbe garantita dal motore endotermico.

Auto ibride: tutte le tipologie

Il mondo delle vetture ibride si può scomporre come segue:

Figura 1: diverse tipologie di vetture ibride

La classificazione riportata in figura è utile per differenziare 3 diverse tipologie di auto ibride.

1. Micro Hybrid

Questa sigla identifica vetture in cui la gestione elettrica “standard” è leggermente potenziata ma non dispongono di un pacco batterie ad alto voltaggio né di un motore elettrico per la trazione, perciò non sarebbero propriamente definibili come ibride.

Tuttavia, su di esse vengono installate batterie 12 Volt adatte a gestire una mole di lavoro maggiore rispetto alle batterie 12 V classiche (Piombo – acido). Si tratta di batterie Heavy-Duty o rinforzate, oppure batterie di tipo AGM e AGM con celle a spirale.

Prevedono la funzionalità Start & Stop e un sistema capace di recuperare energia cinetica durante la frenata o la decelerazione del veicolo, mediante un alternatore “intelligente” o “pilotato”.

In queste fasi di guida, l’alternatore applica il massimo carico al motore in maniera tale da convertire l’energia meccanica del motore in energia elettrica per ricaricare la batteria. Quando invece lo stato della batteria, monitorato dal sensore intelligente IBS, risulta sufficientemente elevato, l’alternatore viene “regolato in carica” dalla centralina motore. Riducendo così la tensione prodotta e, di conseguenza, la potenza assorbita al motore termico, fino anche a essere completamente disattivato.

Figura 2: alternatore “pilotato” montato su Smart 451 MHD

Figura 3: batteria AGM installata su Mercedes Classe A (modello W176)

2. Mild Hybrid

Tale sistema è dotato di un piccolo motore elettrico reversibile (può cioè funzionare anche da generatore) grazie al quale, oltre alle funzioni di Start & Stop e recupero di energia in frenata, il sistema è in grado di supportare il motore a scoppio soprattutto in fase di accelerazione, sempre nell’ottica di ridurre consumi ed emissioni.

È inoltre presente una batteria dedicata all’alimentazione del motore elettrico, che nella maggior parte dei casi risulta essere a 48 Volt, anche se è possibile trovare vetture equipaggiate con un accumulatore a 24 Volt.

Chiaramente, la potenza del motore elettrico varia a seconda del tipo di vettura su cui è installato, con l’obiettivo di ridurre lo sforzo del motore termico, soprattutto a basse velocità e nei cosiddetti regimi transitori, ovvero le fasi in cui il propulsore è più “assetato” di carburante.

3. Full Hybrid (HEV)

Sono veicoli che possono essere alimentati con il solo motore elettrico, con il solo motore a combustione, oppure con entrambi.

Dispongono di un pacco batterie ad alto voltaggio (centinaia di Volt). Generalmente con tecnologia NiMH, nichel – metallo idruro (per le vetture HEV meno recenti), oppure agli ioni di litio, di un gruppo inverter-converter, di uno o più motori elettrici reversibili per la trazione e la ricarica delle batterie di alto voltaggio, oltre al motore endotermico e alla batteria a 12 V.

Normalmente all’avviamento e guidando a basse velocità il veicolo è alimentato dal solo motore elettrico, senza alcuna produzione di CO2 né consumo di carburante, ideale per la città.

Il motore a combustione si attiva in modo fluido a velocità più elevate e il motore elettrico interviene per fornire potenza supplementare, ad esempio in fase di accelerazione, oppure per alleggerire lo sforzo del termico, come può avvenire nelle fasi di guida a carico costante.

Tale sistema può quindi selezionare in modo intelligente la sorgente di alimentazione più efficiente a seconda delle condizioni di marcia.
L’uso di accessori ad alimentazione elettrica ad alto voltaggio, come ad esempio il compressore dell’impianto di climatizzazione, riduce ulteriormente i consumi e quindi le emissioni inquinanti.

Ad esempio, il sistema ibrido Toyota sfrutta un motore elettrico per l’avviamento del motore a scoppio e come alternatore, oltre a prevedere un compressore A/C elettrico. Questa soluzione permette di eliminare la cinghia dei servizi ed ottimizzare il rendimento del motore termico, perché privo di organi ausiliari da trascinare.

Inoltre, grazie alla frenata rigenerativa, il veicolo è in grado di convertire l’inerzia meccanica in energia elettrica per la ricarica della batteria ad alto voltaggio, così da avere parte dell’energia già sfruttata nuovamente a disposizione per alimentare i motori elettrici.

Figura 4: Toyota Prius III HEV

Ibrido Plug-In (PHEV)

Esattamente come le HEV (Hybrid Electric Vehicle), le vetture PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) utilizzano due sistemi per la trazione:

• motore termico
• motore elettrico relative architetture necessarie all’erogazione della potenza.

La differenza tra vetture HEV e vetture PHEV risiede nella possibilità di ricaricare dall’esterno la batteria ad alto voltaggio tramite apposito connettore, denominato “plug”.

I veicoli PHEV dispongono di un pacco batterie più grande rispetto ai veicoli HEV, e sono di tipo agli ioni di litio. Questi accumulatori sono caratterizzati da una minore autoscarica, non soffrono della così detta “memoria di carica”, e consentono una maggiore densità di potenza. Per tale motivo, le vetture PHEV possono percorrere distanze maggiori in modalità “100% elettrica”.

Questo comporta anche un più consistente risparmio di carburante per il guidatore ed una minore emissione di sostanze inquinanti per l’ambiente.

Nel prossimo approfondimento ci occuperemo di approfondire le differenti tipologie di vetture elettriche…