Cos’è, la tecnica e la guida
Auto IBRIDA
Cos'è
L’automobile ibrida arrivò sul mercato alla fine degli anni ‘90, come tecnologia di transizione tra l’endotermico e l’elettrico. Con il passare del tempo e con lo sviluppo della tecnologia, oggi è diventata sempre più affidabile, efficiente e versatile nell’utilizzo quotidiano.
Per questi motivi, ha guadagnato quote di mercato importanti in tutto il mondo, diventando oggi la scelta più razionale e meno radicale per chi si vuole affacciare al mondo dell’elettrico.
La parola “ibrido” deriva dal fatto che al suo interno troviamo un motore a combustione e almeno un motore elettrico. Il modo in cui l’energia viene utilizzata e distribuita tra le due “anime” è molto variabile, a seconda dei modelli e delle tecnologie messe in campo dalle Case automobilistiche.
È però possibile dividere il mondo delle auto ibride in tre categorie ben distinte: full hybrid, plug-in hybrid e mild hybrid.
Potendo far affidamento anche sul motore a combustione, le ibride hanno batterie più piccole rispetto a un veicolo 100% elettrico, e per quanto riguarda le plug-in hybrid possono garantire autonomie molto elevate con tempi di ricarica ragionevoli.
Di contro, pur riducendo sensibilmente la CO2 e i gas tossici, non eliminano completamente il problema delle emissioni, né quello dello smaltimento degli oli, portando altresì maggiori complicazioni tecnico-realizzative, che si ripercuotono sugli aspetti economici ed affidabilistici del veicolo.
Inoltre, la loro efficienza è dimostrabile soprattutto in città e alle basse velocità, mentre diventa minore per i tragitti extraurbani e autostradali, dove la velocità e il peso comportano un elevato dispendio energetico, specialmente se non si mantiene un’andatura costante, con un conseguente utilizzo massivo del motore endotermico.
A parte qualche eccezione, i veicoli ibridi sono realizzati sulle stesse piattaforme di quelli endotermici, visto che le dimensioni contenute delle batterie e dei moto-generatori non obbligano a un ripensamento delle architetture e dei volumi.
Come è fatta
La tecnica
FULL HYBRID
La tecnologia full hybrid viene categorizzata come HEV (Hybrid Electric Vehicle) ed è notoriamente quella più classica, nonché la prima ad essere introdotta sul mercato.
Non potendo attingere da fonti di ricarica esterne, il mantenimento della carica della batteria è affidato soltanto alla frenata rigenerativa, con il motore elettrico che agisce da generatore di corrente nelle fasi di rilascio e di frenata.
La batteria agli ioni di litio è nettamente più piccola rispetto a quella dei veicoli elettrici (meno di 5 kWh) e di quelli plug-in, potendo contare su un flusso regolare di energia dal motore endotermico; il suo compito è soltanto quello di fungere da “polmone” per lo stoccaggio dell’energia elettrica accumulata, che viene poi restituita al motore (o motori) elettrico.
Può consentire la modalità puramente elettrica a zero emissioni solo per brevi tratti, generalmente inferiori a 10 km, pensati per coprire la distanza per uscire dal centro urbano.
La batteria è in genere posizionata sotto ai sedili posteriori, per lasciare quanto più possibile invariate la capacità di carico e l’abitabilità del veicolo.
Il voltaggio nominale delle full hybrid e delle plug-in hybrid è compreso tra i 300V e i 400V, mentre rimane presente il circuito a 12V per l’alimentazione degli ausiliari.
Come per le auto elettriche, anche sulle ibride sono presenti il sistema BMS (Battery Management System) che si occupa di controllare le batterie durante le fasi di carica e scarica, e l’inverter (VFD – Variable Frequency Drive), che ha la funzione di fornire corrente alternata ai motori, regolandone i giri tramite la variazione della frequenza di alimentazione.
Il motore endotermico generalmente contribuisce, oltre alla generazione di corrente, anche alla motricità del mezzo. In alcuni casi, viene invece relegato alla sola funzione di generatore, con il vantaggio di poter lavorare a giri costanti e quindi con un’elevata efficienza, che si traduce in minori consumi ed emissioni.
Essendo la principale finalità del sistema ibrido quella di riduzione di consumi ed emissioni, il motore endotermico ha di solito una bassa potenza specifica, ma un’elevata efficienza, facendo ricorso, in alcuni modelli, al ciclo Atkinson/Miller. Il ciclo Atkinson/Miller utilizza un diverso rapporto di compressione tra la fase di aspirazione e quella di compressione, attuando un ritardo nella chiusura della valvola di aspirazione (di circa il 20% della corsa), durante la fase di risalita del pistone. In questo modo, viene ridotta l’energia necessaria a comprimere l’aria aspirata, anche se, come contro, si perde parte della carica fresca aspirata, che viene spinta nel condotto di aspirazione, con conseguente riduzione di coppia e potenza erogata
Abbinando il motore endotermico a un motore elettrico, questa riduzione di prestazioni viene in parte mitigata, proprio per questo motivo il ciclo Atkinson/Miller sta avendo una notevole diffusione nei motori ibridi.
Per quanto riguarda i sistemi di trasmissione, esistono tante tipologie, oltre ai convenzionali cambi automatici, troviamo i rotismi epicicloidali, che permettono il collegamento dei due motori anche se girano a regimi differenti.
Il collocamento del motore elettrico può avvenire sullo stesso asse di quello endotermico, di solito quello anteriore, oppure sull’asse opposto, permettendo in questo caso di realizzare una trazione integrale non permanente.
PLUG-IN HYBRID
Le vetture plug-In Hybrid (sigla PHEV – Plug-in Hybrid Electric Vehicle) sono dotate di batterie più capienti rispetto alle full hybrid, dell’ordine di 10-15 kWh (tranne qualche eccezione che si spinge a oltre 30 kWh), con la possibilità di essere ricaricate tramite la rete domestica o le stazioni di ricarica, che è la principale differenza che le distingue dalle altre tipologie di ibrido. Arrivano fino a 50-100 km (a seconda dei modelli) senza dover ricorrere all’accensione del motore endotermico, un valore che nella maggior parte dei casi copre il tragitto casa-lavoro.
Per poter garantire ciò, Il corretto utilizzo di una vettura plug-in hybrid è fondamentale per poterne sfruttare i vantaggi, infatti se non viene regolarmente ricaricata, si trova a dover funzionare come una full-hybrid, dove l’unica fonte energetica deriva dalla frenata rigenerativa, ma con un peso nettamente più elevato, che porta a far lievitare consumi ed emissioni.
Avendo la batteria una capacità ridotta, i tempi di ricarica sono meno penalizzanti di una full electric, rendendo realistica anche la ricarica domestica con presa Schuko a 2 kW, che non comporta alcuna modifica ai comuni impianti elettrici da 3 kW, se la carica è organizzata durante le ore notturne. Sono comunque disponibili le ricariche più veloci, che a seconda dei modelli possono garantire anche una ricarica completa in mezzora.
I connettori sono i medesimi utilizzati anche sulle auto elettriche: la più diffusa in Europa è la CCS Combo 2, che permette sia la ricarica rapida in corrente continua DC, sia in corrente alternata AC, poi c’è la CHAdeMO in DC, e la Tipo 2 (Mennekes) per la sola corrente alternata.
I motori elettrici, dovendo garantire performance adeguate per lunghi tratti, arrivano ad avere fino a 50-60 kW di potenza e, come per le full hybrid, il loro collocamento può avvenire sia sullo stesso asse del motore endotermico, sia sull’asse opposto.
MILD HYBRID
Le mild hybrid (MHEV – Mild Hybrid Electric Vehicle) rappresentano la soluzione ibrida più leggera e meno invasiva. La differenza principale rispetto alle altre due categorie (full hybrid e plug-in hybrid) è che il motore elettrico installato non è in grado di provvedere autonomamente alla trazione del veicolo, ma può solo fungere da supporto, per sgravare il carico energetico del motore endotermico.
Permette quindi di ridurre, anche se non in modo drastico, i consumi e le emissioni, e di garantire al tempo stesso un migliore spunto in ripresa.
Le batterie in questo caso sono molto piccole, meno di 1 kWh, con un voltaggio che solitamente è a 48 V (ma ci sono modelli anche a 12V), e grazie a loro peso ridotto, dell’ordine di 10-15 kg, non influiscono sul bilanciamento e sul comportamento dinamico del veicolo.
Il cuore del sistema mild-hybrid è costituito da un gruppo chiamato BSG (Belt Driven Starter Generator), cioè un motore/alternatore, collegato al motore endotermico tramite una cinghia con tenditore bidirezionale, al posto dell’alternatore convenzionale. Durante le decelerazioni e le frenate del veicolo il gruppo BSG funge da generatore, recuperando l’energia cinetica e immagazzinandola sotto forma di corrente nella batteria. In fase di accelerazione invece, può contribuire a generare una extra coppia dando un migliore spunto al motore a combustione, soprattutto nelle fasi iniziali in cui può esserci un ritardo dovuto al turbocompressore. In alcuni modelli più recenti, il sistema mild-hybrid è in grado anche di alimentare un piccolo compressore elettrico (e-booster) posto nel condotto di aspirazione, per migliorare le prestazioni e l’efficienza in camera di combustione.
Essendo il BSG installato direttamente sul motore endotermico, non sono necessari accorgimenti per quanto riguarda la trasmissione, che non viene interessata dall’ibridizzazione, e in alcuni modelli è proposta ancora con cambio manuale.
Situazione attuale e futura
Attualmente i veicoli ibridi sono quelli che stanno guadagnando più rapidamente le quote di mercato, grazie alla loro versatilità e alla similitudine con i veicoli dotati di motori tradizionali.
I veicoli full hybrid, essendo stati introdotti per primi, hanno beneficiato di maggiori sviluppi e hanno costi realizzativi più competitivi, se messi in relazione al numero di componenti di cui sono composti, ma non avendo una fonte energetica esterna sono limitati nell’utilizzo con il solo motore elettrico e di conseguenza anche nella riduzione delle emissioni.
Le plug-In hybrid sono invece le più richieste dal mercato in questo momento. Il motivo del loro successo è la versatilità che offrono, grazie all’autonomia complessiva elevata e alla possibilità di percorrere elevate distanze in modalità elettrica a zero emissioni.
Sono anche le preferite dalle Case, perché nei cicli di prova omologativi (WLTP e NEDC), garantiscono consumi ed emissioni estremamente bassi, riducendo così la media di CO2 emessa dalla propria gamma, media che per l’Europa, a partire dal 2021, deve attestarsi al di sotto dei 95 g/km per non incorrere in sanzioni.
Infine, le mild-hybrid permettono l’elettrificazione del veicolo con modifiche poco invasive, che non alternano la natura e il comportamento dell’auto, a beneficio anche dei costi, ma al tempo stesso non sono in grado di dare un significativo contributo all’abbattimento dei consumi e delle emissioni.
È quindi probabile che le vetture plug-in hybrid siano quelle che si diffonderanno di più in futuro.
Fino a che il motore endotermico non sarà definitivamente bandito, scenario che potrebbe avverarsi dopo il 2035, le auto ibride continueranno ad avere molta popolarità, grazie alla loro capacità di coniugare i vantaggi dell’elettrico alla praticità del motore convenzionale.
PRO
- Autonomia estesa.
- Tempi ridotti di ricarica (per plug-in hybrid).
- Utilizzo più famigliare rispetto all’elettrico.
- Non è strettamente legata alla presa di corrente.
CONTRO
- Presenza di emissioni in atmosfera.
- Complicazione tecnica e realizzativa.
- Efficienza solo alle basse velocità.
- Peso elevato (tranne che per le mild hybrid).
PRO
- Autonomia estesa.
- Tempi ridotti di ricarica (per plug-in hybrid).
- Utilizzo più famigliare rispetto all’elettrico.
- Non è strettamente legata alla presa di corrente.
CONTRO
- Presenza di emissioni in atmosfera.
- Complicazione tecnica e realizzativa.
- Efficienza solo alle basse velocità.
- Peso elevato (tranne che per le mild hybrid).
Come si guida
Tutti i veicoli ibridi, ad eccezione delle mild-hybrid, hanno la possibilità di variare la modalità di guida, scegliendo tra le tante logiche elettroniche studiate dalle Case, ma anche di regolare l’intensità di frenata rigenerativa quando si rilascia l’acceleratore.
In città o a bassa velocità, il motore a combustione può essere spento e si può procedere in modalità completamente elettrica, a patto che la batteria sia sufficientemente carica.
Nelle fasi di richiesta di potenza elevata, come durante un sorpasso o in marcia autostradale a velocità sostenuta, il motore elettrico e quello endotermico possono contribuire in maniera congiunta alla trazione, sommando quindi la potenza erogata (qualora quello endotermico non fungesse da solo generatore).
Esistono poi ulteriori modalità, selezionabili manualmente oppure scelte automaticamente dalle centraline elettroniche, come quella dedicata alla ricarica della batteria con un utilizzo preponderante del motore endotermico e una frenata rigenerativa intensa, oppure quella intermedia dove c’è una continua alternanza durante la marcia tra motore elettrico ed endotermico.
Per poter essere sfruttato al meglio nella sua efficienza, ogni veicolo ibrido richiede attenzione al recupero dell’energia elettrica nelle fasi di rilascio e frenata, soprattutto se full-hybrid e mild-hybird, dove non c’è la possibilità di ricaricare la batteria con fonti esterne, quindi evitando le frenate brusche ed anticipando il più possibile i rallentamenti dovuti al traffico o alle curve.
Nella guida sportiva, il peso maggiore deve essere tenuto in considerazione, perché influisce soprattutto sull’allungamento degli spazi di frenata, che quindi occorre anticipare. Inoltre, è indispensabile una guida che sia dolce con lo sterzo e morbida nel rilascio del freno, per assecondare il trasferimento di carico in ingresso di curva ed evitare situazioni di instabilità. Le più penalizzate sono le plug-in hybrid, mentre le mild-hybrid mantengono praticamente le stesse caratteristiche dinamiche, essendo l’incremento di peso poco influente.
La presenza del motore elettrico migliora soprattutto lo spunto in ripresa, azzerando il tipico ritardo di risposta dei motori endotermici turbocompressi.
Nella guida sportiva, dove si impegnano di più i freni, emergono alcuni aspetti negativi, come il peso elevato e il feeling sul pedale del freno. Il freno è infatti l’aspetto più particolare e meno sincero del comportamento in pista di un’auto elettrica. Il fatto di esserci la doppia frenatura (rigenerativa e idraulica) può generare una mancanza di fiducia nel guidatore quando avviene la transizione tra le due. Tale sensazione non si avverte nelle frenate più dolci su strada, dove interviene per la maggior parte il freno elettrico rigenerativo.
Il peso elevato contribuisce all’aumento degli spazi di frenata e a rendere più lenti i transitori in ingresso di curva, mentre è meno influente sul rollio grazie al ridotto centro di gravità dovuto alle grandi batterie posizionate nel sottoscocca. Per evitare situazioni di instabilità in fase di inserimento curva, occorre quindi anticipare la frenata ed essere molto dolci con lo sterzo e nel rilascio del freno, per assecondare il trasferimento di carico.
L’assenza totale di rumore può generare situazioni di pericolo, sia per il guidatore che può non accorgersi che l’auto è accesa e premere involontariamente l’acceleratore, sia per i pedoni che non percepiscono il sopraggiungere dell’auto specialmente se a bassa velocità. È allo studio l’obbligatorietà per legge di un rumore fittizio del motore, generato dalle casse acustiche, per ovviare a questi problemi.
SCUDERIA DE ADAMICH
Scuderia de Adamich S.p.A. ha iniziato la sua storia nel 1990 come Dorado Centro Internazionale Guida Sicura srl.
Da allora la continua evoluzione delle sue attività l’ha portata ad essere una struttura leader nel campo dei Corsi di Guida e degli eventi legati all’industria automobilistica.
SCUDERIA DE ADAMICH
Scuderia de Adamich S.p.A. ha iniziato la sua storia nel 1990 come Dorado Centro Internazionale Guida Sicura srl.
Da allora la continua evoluzione delle sue attività l’ha portata ad essere una struttura leader nel campo dei Corsi di Guida e degli eventi legati all’industria automobilistica.