L'Arte dell'Auto Ibrida: Un Viaggio nella Sinergia Elettrica e Termica

Il panorama automobilistico contemporaneo è in rapida evoluzione, con una crescente enfasi sulla riduzione delle emissioni inquinanti e sull'efficienza dei consumi. In questo contesto, l'auto ibrida (HEV) emerge come una soluzione di transizione cruciale, combinando la potenza dei motori a combustione interna con l'efficienza dei motori elettrici. Questo articolo esplorerà in profondità il funzionamento di questi veicoli, le loro diverse tipologie, le tecnologie innovative che li caratterizzano e i fattori da considerare prima di un acquisto.

Il Powertrain: Oltre il Semplice Motore

Per comprendere appieno un'auto ibrida, è fondamentale iniziare dal concetto di powertrain. Il powertrain non si limita esclusivamente al motore di un veicolo; esso comprende tutti i componenti coinvolti nella conversione dell'energia cinetica in movimento. Di conseguenza, include anche la trasmissione, la frizione, l'albero di trasmissione, il differenziale e gli assi. Un veicolo ibrido, più propriamente veicolo a propulsione ibrida, è dotato di un sistema di propulsione a due o più componenti, ad esempio un motore elettrico e un motore termico, che lavorano in sinergia fra di loro.

Il Motore a Combustione Interna (ICE)

Inventato alla fine del 1700 e messo in uso pratico all'inizio del 1800, il motore a combustione interna (IC) presente nelle auto e nei camion di oggi è disponibile in due tipi fondamentali:

• Accensione a scintilla (SI): In questo tipo di motore, l'aria viene mescolata con il carburante benzina all'interno dei cilindri e viene accesa mediante una scintilla generata da una candela posta sulla parte superiore della camera del cilindro. Questo è il classico motore a benzina, generalmente più leggero e meno inquinante dei diesel. Nelle auto ibride, il motore a benzina è spesso preferito per la sua silenziosità e compatibilità con l'elettrificazione.
• Accensione a compressione (CI): In questo tipo di motore, l'aria viene iniettata nei cilindri e quindi compressa. Successivamente, il carburante diesel viene spruzzato nell'aria compressa e calda, causandone l'accensione senza la necessità di una candela. La maggior parte dei camion è equipaggiata con motori diesel perché sono più durevoli e forniscono più coppia, il che è importante quando si spostano pesanti carichi. I motori diesel sono più efficienti, soprattutto nei lunghi tragitti, e di solito garantiscono consumi più bassi.

I motori a scintilla (benzina) e i motori a compressione (diesel) funzionano tramite la combustione. Quando la miscela aria-carburante viene accesa, si verifica un processo esotermico in cui l'energia chimica del carburante viene rilasciata, producendo una temperatura e una pressione elevate. Questa espansione spinge i pistoni verso il basso all'interno dei loro cilindri. La forma dell'albero a gomiti converte il movimento verticale dei pistoni in una forza di rotazione, facendolo girare. Quando il conducente preme sull'acceleratore, i cilindri si accendono più rapidamente e l'albero motore gira più velocemente.

Nelle auto ibride, il motore termico funziona in sinergia con il motore elettrico, entrando in azione quando la potenza di quest'ultimo non è sufficiente o quando la batteria è scarica. Grazie a tecnologie come il sistema start e stop, nelle auto ibride il motore termico lavora quasi sempre in condizioni di massima efficienza, riducendo consumi ed emissioni e migliorando l’esperienza di guida.

Il Motore Elettrico

Il motore elettrico di un’auto ibrida funziona grazie all’energia immagazzinata in un gruppo di batterie ricaricabili, solitamente composto da celle agli ioni di litio. Sfruttando il principio dell’elettromagnetismo, il motore trasforma l’energia elettrica in energia meccanica, mettendo in movimento il veicolo. A differenza dei motori termici, i motori elettrici non hanno bisogno di alcuna combustione: per questo sono in grado di fornire una coppia istantanea, per partenze e accelerazioni più fluide e silenziose.

Ci sono due tipi di base di motori elettrici a corrente alternata attualmente disponibili:

• Motore sincrono: Il rotore gira alla stessa velocità del campo magnetico rotante creato dallo statore. Vantaggi: un'elevata coppia a basse velocità e la possibilità di realizzare fisicamente motori più piccoli e leggeri rispetto ai motori asincroni.
• Motore asincrono (o ad induzione): Il rotore non gira alla stessa velocità del campo magnetico rotante creato dallo statore. Cerca sempre di "raggiungerlo" in termini di velocità.

Sebbene alcune componenti dei sistemi dell'auto funzionino con corrente continua (DC), come ad esempio i fari, l'elettronica dell'intrattenimento, la navigazione, ecc., il motore stesso funziona con corrente alternata (AC) trifase. Pertanto, per il funzionamento del motore viene utilizzato un inverter che converte la corrente continua fornita dalle batterie in corrente alternata (AC) per il motore.

I motori elettrici sincroni sono composti da uno statore e da un rotore a gabbia di scoiattolo. Lo statore è costituito da un avvolgimento a tre bobine. Il termine "statore" fa riferimento alla parte del motore che rimane stazionaria, ossia non ruota. Gli avvolgimenti sono posizionati con precisione all'interno delle fessure dello statore, il quale è realizzato tramite laminazioni altamente permeabili ed inserite all'interno di una struttura in acciaio o ghisa. Quando una AC trifase passa attraverso gli avvolgimenti, si genera un campo magnetico rotante (RMF). Quando una corrente elettrica passa attraverso un filo, genera un campo magnetico. Quando viene fornita una corrente trifase agli avvolgimenti disposti a 120° di distanza, il campo magnetico generato inizierà a ruotare.

Un rotore a gabbia di scoiattolo libero di girare viene inserito all'interno dello statore fisso. Il campo magnetico rotante generato dallo statore induce una coppia sul rotore, facendolo ruotare. Quando il conducente preme sull'acceleratore, viene inviata più corrente allo statore ed il rotore gira proporzionalmente più velocemente.

Le auto ibride hanno solitamente un motore elettrico dalla potenza ridotta che non è sufficiente a muovere il veicolo per lunghi tragitti, e serve principalmente a migliorare l’efficienza del motore termico, senza il quale l'auto non potrebbe funzionare. Tuttavia, l’importanza del motore elettrico varia in base al tipo di auto ibrida.

Il Cuore del Sistema Ibrido

Al livello più semplice, un sistema di powertrain ibrido combina un motore a combustione interna (ICE) con un motore elettrico (EM). Le auto ibride di solito sfruttano la guida elettrica a basse velocità, mentre il motore a combustione interna prende il controllo alle velocità più elevate. Un sistema di gestione della trazione coordina batteria, motore elettrico e motore a combustione, scegliendo di volta in volta la combinazione più efficiente. Questo sistema è totalmente automatizzato.

Il maggior vantaggio dei veicoli ibridi è l'eliminazione dei difetti insiti nella necessità di partenza da fermo, che nei veicoli convenzionali a motore solo endotermico viene attuata mediante frizione e prima marcia. Infatti la partenza da fermo è sottoposta alle leggi fisiche dell'inerzia che richiede una coppia anche a velocità quasi nulle, mentre il motore termico ciclico ha bisogno di un regime di velocità minimo per fornire una coppia non nulla. Il motore elettrico invece converte con una maggiore efficienza e versatilità un'energia disponibile a bordo in minori quantità. Ogni macchina elettrica in sé è in grado di lavorare per produrre trazione meccanica o generazione di elettricità (in entrambi i sensi di marcia). Ogni veicolo ibrido cerca di sfruttare nei rallentamenti la capacità di "frenare" con il motore elettrico (tramite sistema KERS), generando energia altrimenti dissipata sotto forma di calore nei freni.

La Batteria di un'Auto Ibrida

La batteria di un’auto ibrida è a ioni di litio, un materiale progettato per assorbire e immagazzinare energia rapidamente. Le batterie hanno una densità energetica inferiore a quella del carburante e possono essere dimensionate per accumulare la massima energia, per scambiare la massima potenza o con un compromesso fra i due estremi. Un full hybrid avrà una batteria più grande di un mild hybrid, mentre un plug-in hybrid avrà la batteria più potente rispetto agli altri e anche la più pesante. È importante notare che più grande è la batteria, maggiore è il suo peso. L’energia del motore endotermico servirà per ricaricare la batteria insieme alla frenata rigenerativa.

In alcuni casi, anziché batterie, possono essere impiegati supercondensatori. Rispetto alle batterie, i supercondensatori hanno una maggiore densità energetica e possono cedere e ricevere maggiori potenze, ma non garantiscono la conservazione della carica per tempi medio-lunghi. Sono basati su un processo fisico maggiormente controllabile.

Le Diverse Tipologie di Auto Ibrida

Le auto ibride possono essere suddivise in categorie sulla base di diversi fattori. Considerando il ruolo del motore elettrico e la modalità di ricarica, le auto ibride possono essere divise in tre categorie principali: mild hybrid, full hybrid e plug-in hybrid. Ognuna di queste categorie ha caratteristiche diverse in termini di autonomia elettrica, modalità di ricarica e prestazioni, e risponde quindi a esigenze di guida diverse.

Mild Hybrid (MHEV)

In un mild hybrid, il motore endotermico è il propulsore principale dell’auto ma è assistito da un motore elettrico con una potente batteria, che lo supporta in fase di accelerazione. Questa spinta, fornita dal motore elettrico, riduce il carico di lavoro del motore endotermico e l’energia, che altrimenti andrebbe persa durante la frenata, viene utilizzata per ricaricare la batteria (ibrido autoricaricabile). I mild hybrid sono il tipo più semplice di ibrido e di conseguenza, nella maggior parte delle situazioni, l’efficienza nei consumi e nelle emissioni non è così evidente.

I sistemi mild hybrid rappresentano il primo livello di elettrificazione. Utilizzano un piccolo motore elettrico che assiste il motore termico durante le accelerazioni ma non può muovere autonomamente il veicolo. I sistemi mild hybrid caricano il loro sistema di batterie attraverso l'energia proveniente dal motore a combustione e dalla frenata rigenerativa. Le mild hybrid sono il veicolo ideale per chi vuole ridurre consumi ed emissioni e ha un budget iniziale limitato. Nei modelli mild hybrid più evoluti, oltre a sistemi start e stop sempre più efficienti, sono installate tecnologie in grado di spegnere il motore termico in modo fluido anche quando il veicolo non è completamente fermo, per un’ulteriore riduzione dei consumi.

Full Hybrid (FHEV)

Il vantaggio dei full hybrid, rispetto ai mild hybrid, risiede nella capacità di essere alimentati anche solo dal motore elettrico per le brevi distanze e questo permette di ridurre maggiormente i consumi e le emissioni. Nei full hybrid, il motore elettrico muove l’auto, traendo energia dalla batteria o dal motore endotermico. Proprio come in un mild hybrid, l’auto ricarica la batteria autonomamente.

I full hybrid possono funzionare in modalità completamente elettrica per brevi distanze e basse velocità. Il sistema gestisce autonomamente l'alternanza tra utilizzo di trazione elettrica, termica o combinata. Come le auto mild hybrid, anche i veicoli full hybrid si ricaricano autonomamente sfruttando la frenata rigenerativa e la marcia per inerzia, e non necessitano di prese per la ricarica. Con un’auto full hybrid, chi viaggia principalmente in città potrebbe ridurre notevolmente le emissioni e i costi per il carburante. Quando il veicolo è fermo o si muove a bassa velocità, il motore elettrico può azionare le ruote da solo, senza l’intervento del motore tradizionale.

Plug-in Hybrid (PHEV)

Questo tipo di ibrido porta la tecnologia full hybrid ad un livello superiore: funziona come un full hybrid, autoricaricandosi, ma può essere ricaricato anche tramite una fonte esterna di energia elettrica. I plug-in hybrid dispongono di batterie più grandi, che garantiscono un’autonomia in elettrico maggiore rispetto a un full hybrid, ma ciò comporta un maggiore costo d’acquisto.

Rispetto ai veicoli full-hybrid, i PHEV dispongono di batterie più capienti che, oltre a sfruttare in molti casi la frenata rigenerativa, possono essere ricaricate tramite una presa elettrica domestica o una stazione di ricarica pubblica. Questo permette un'autonomia in modalità elettrica significativamente maggiore, riducendo notevolmente i consumi. Di solito, però, a causa delle maggiori dimensioni del motore elettrico, il motore termico delle auto plug-in hybrid è più piccolo e ha un’autonomia inferiore rispetto ai motori termici dei veicoli full-hybrid. I plug-in hybrid sono un’ottima soluzione per chi alterna spostamenti quotidiani in città a viaggi più lunghi in autostrada. In un breve viaggio, nel traffico poco intenso, a velocità modeste e con un piccolo carico utile, un ibrido plug-in può essere spinto totalmente dal motore elettrico e dalla sua batteria.

Ibridi Autoricaricabili

I modelli full e mild hybrid sono ibridi autoricaricabili. Le loro batterie sono caricate utilizzando l’energia generata dal motore endotermico; per cui non è necessario collegare alcun cavo o trovare le stazioni di ricarica lungo il tragitto. Anche l’ibrido plug-in è autoricaricabile, ma per essere efficace richiede una ricarica tramite presa elettrica.

Gli ibridi si ricaricano anche attraverso un processo chiamato frenata rigenerativa, per cui recuperano in frenata l’energia cinetica dell’auto, che altrimenti andrebbe persa, per caricare la batteria.

Caratteristiche Speciali dei Veicoli Ibridi

Le auto ibride incorporano diverse tecnologie avanzate per ottimizzare le prestazioni e l'efficienza.

Motore a Combustione Interna Più Piccolo

Poiché il motore elettrico svolge gran parte dell'opera di propulsione, il motore IC può essere dimensionato più ridotto. Un motore a combustione interna di dimensioni contenute si traduce in un miglior rendimento del carburante ed in una minore emissione di inquinanti.

Alta Coppia e Potenza Massima

I motori elettrici offrono una coppia elevata ed una potenza massima considerevole. I motori a combustione interna non sono particolarmente efficienti nel superare l'inerzia ed avviare un veicolo fermo, ma i motori elettrici si distinguono in questo compito. Il risultato è un miglioramento delle prestazioni del veicolo, con partenze e accelerazioni più fluide e silenziose.

Recupero dell'Energia: La Frenata Rigenerativa

Con i tradizionali motori a combustione interna, il carburante liquido può essere rifornito solo fermando il veicolo ed aggiungendo carburante al serbatoio da una fonte esterna. D'altra parte, il sistema di propulsione elettrico è "bidirezionale". Il motore elettrico può riassorbire energia nel sistema delle batterie durante il funzionamento. Ciò avviene attraverso la frenata rigenerativa, che trasforma l'energia cinetica in elettricità. Il processo di cattura di questa elettricità generata durante la frenata è chiamato recupero dell'energia.

La frenata dinamica utilizzata dalle auto a combustione interna impiega pastiglie dei freni ed attrito per rallentare e fermare il veicolo. In questo caso, l'energia cinetica generata dal veicolo viene dissipata sotto forma di calore e si disperde, riducendo l'efficienza del carburante. D'altra parte, la frenata rigenerativa sfrutta il motore elettrico. Quando agisce in senso inverso, il motore elettrico applica un carico alle ruote motrici, rallentandole. In questa modalità inversa, un motore elettrico agisce come generatore, trasformando l'energia cinetica di frenata del veicolo in elettricità. Questa energia viene poi immagazzinata nuovamente nel sistema delle batterie.

Secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, un sistema di frenata rigenerativa può recuperare fino al 22% dell'energia durante una combinazione di guida urbana ed autostradale. I veicoli elettrici presentano solo una perdita di energia dal 15% al 20% rispetto al 64% al 75% dei veicoli a combustione interna. Questo rende i veicoli elettrici efficienti al 60% al 73%. Considerando gli effetti positivi della perdita minima di energia durante il ralenti e la frenata rigenerativa, questa efficienza aumenta dal 73% al 100%.

Va notato che i freni a frizione convenzionali vengono ancora utilizzati in parallelo, poiché i freni rigenerativi potrebbero non rallentare il veicolo abbastanza rapidamente come richiesto. Inoltre, potrebbero non essere in grado di fermare completamente il veicolo o impedirne il rollio quando l'auto è su una collina. A causa del loro principio di funzionamento, i freni rigenerativi sono indicati come sistemi di recupero cinetico (KERS - Kinetic Recovery Systems).

Fonti di Propulsione Ridondanti

A differenza dei veicoli a combustione interna convenzionali o dei veicoli puramente elettrici, i veicoli ibridi elettrici possono essere propulsi sia dal motore a combustione interna, dal motore elettrico o da entrambi contemporaneamente.

Rifornimento Più Rapido

A differenza dei veicoli completamente elettrici, un veicolo ibrido ha un sistema a motore a combustione interna (ICE) a bordo che può essere rifornito in pochi minuti. Le batterie del motore elettrico possono essere ricaricate dal motore a combustione interna durante il funzionamento del veicolo o quando il veicolo è fermo e collegato ad una fonte di energia elettrica.

Sistemi di Gestione dell'Energia Avanzati

I moderni veicoli ibridi sono dotati di sistemi sofisticati che gestiscono l'interazione tra il motore a combustione e il motore elettrico, ottimizzando l'uso dell'energia in base alle condizioni di guida e allo stile del conducente. Nei modelli full hybrid e plug-in hybrid, il conducente può utilizzare la cosiddetta "modalità EV" per sfruttare solo il motore elettrico per brevi tratti a velocità inferiori ai 50 km/h. Alcuni modelli dispongono anche di funzioni di ottimizzazione predittiva dell’energia, che sfruttano i dati geografici inseriti nel sistema di navigazione per prevedere le caratteristiche del percorso e alternare il motore elettrico al motore a benzina di conseguenza, ottimizzando i consumi durante tutto il viaggio.

Configurazioni degli Ibridi

Esistono due schemi costruttivi principali per l'integrazione di un motore termico e una macchina elettrica: ibrido serie e ibrido parallelo.

Ibrido Serie (Series HEV)

Nei veicoli ibridi in serie, il motore a combustione interna non è direttamente collegato al gruppo motopropulsore, ma viene utilizzato per alimentare il motore elettrico. Solo il motore elettrico è collegato alla trasmissione. Il motore termico funziona solo come generatore per produrre energia elettrica e ricaricare la batteria che alimenta il motore elettrico, e non può quindi contribuire direttamente al movimento del veicolo. L’esperienza di guida per questi veicoli è molto più simile a quella delle auto elettriche, soprattutto per via di un’accelerazione fluida e silenziosa.

Questa tecnologia, detta anche "range extender", è molto simile a quella utilizzata nelle locomotive Diesel-elettriche. Nei momenti in cui viene richiesta una grande quantità di energia, essa viene attinta sia dal motore termico sia dalle batterie. Poiché i motori elettrici sono in grado di operare su una vasta gamma di regimi di rotazione, questa struttura permette di rimuovere o ridurre la necessità di una trasmissione complessa. Per questo motivo permetterebbe l'uso di più efficienti motori a turbina anziché alternativi, difatti l'efficienza dei motori a combustione interna alternativi cambia al variare del numero di giri, nei sistemi ibrido serie i giri del motore termico vengono impostati per ottenere sempre la massima efficienza non dovendo subire né accelerazioni né decelerazioni; tale proprietà verrebbe sfruttata con ancor maggiore efficienza dal motore a turbina. In alcuni prototipi sono installati piccoli motori elettrici per ogni ruota. Il notevole vantaggio di questa configurazione è di poter controllare la potenza erogata per ogni ruota.

Il maggiore svantaggio degli ibridi serie consiste nella seria riduzione di efficienza rispetto alle motorizzazioni puramente termiche in condizioni di velocità elevata e costante (come viaggiare a 130 km/h in autostrada). Questo fenomeno è causato dal fatto che, nella conversione termico-->elettrico-->movimento, parte dell'energia viene dispersa, cosa che non accadrebbe con una trasmissione con conversione diretta termico-->moto. Molti modelli di ibridi serie hanno, in dotazione, un pulsante per spegnere il motore termico. La funzione viene utilizzata specialmente per la circolazione nelle zone a traffico limitato. L'accensione del motore termico è limitata alla sola ricarica delle batterie; ma, comunque, esso può essere riattivato con la pressione del medesimo pulsante.

Attualmente, quasi tutte le auto ibride in commercio funzionano in parallelo, ma negli ultimi anni è aumentata la produzione di veicoli ibridi in serie. Un esempio è la gamma e-power di Nissan, i cui modelli full-hybrid sfruttano un sistema in serie per alimentare la batteria senza bisogno di prese di ricarica. Una sottocategoria di ibridi in serie che sta vivendo un periodo di crescita è quella dei range extender: si tratta di auto plug-in hybrid in serie che permettono di ricaricare la batteria sia tramite il motore termico, come i modelli e-power, che tramite una presa di corrente, come per le normali auto plug-in hybrid.

Ibrido Parallelo (Parallel HEV)

Nei veicoli ibridi in parallelo, sia il motore a combustione interna che il motore elettrico sono collegati indipendentemente alla trasmissione del veicolo. Di conseguenza, possono entrambi fornire propulsione contemporaneamente… in parallelo. Quando la batteria si scarica, il motore a combustione interna può assumere il controllo per guidare l'auto. Questa architettura è tra le più diffuse tra i vari modelli di auto ibride, ma anche tra i motori di yacht e imbarcazioni. È caratterizzata da un nodo meccanico di accoppiamento della potenza, per cui entrambi i motori (l'elettrico e il termico) forniscono coppia alle ruote.

Gli ibridi parallelo possono ulteriormente essere classificati a seconda del bilanciamento dei due motori nel fornire potenza motrice. Il cambio in molti casi è automatico continuo (CVT), il quale permette l'ottimizzazione di funzionamento del motore termico, regolando il regime di funzionamento a un livello di massima efficienza. Il vantaggio si ottiene nel consumo a ruote ferme o a passo d'uomo. Inoltre permette cilindrate più contenute in quanto, in fase di partenza, accelerazione o moto su pendenze, il motore termico viene supportato dal motore elettrico.

Ibrido Serie-Parallelo (SPHEV o Ibrido Misto)

Nei veicoli ibridi in serie-parallelo, il motore a combustione interna ed il motore elettrico operano in parallelo per fornire la propulsione. Inoltre, un secondo motore elettrico è impiegato per caricare la batteria. Ibridi misti sono caratterizzati da un nodo meccanico, come negli ibridi paralleli, e da un nodo elettrico, come negli ibridi serie. Come questi ultimi, presentano due macchine elettriche. La modalità costruttiva per realizzare tale doppio accoppiamento può variare. Un esempio relativamente semplice è dato dall'architettura della Toyota Prius, che realizza l'accoppiamento meccanico tra il motore termico, le due macchine elettriche e l'albero di trasmissione finale attraverso la combinazione di un rotismo epicicloidale e un riduttore. La gestione dei flussi di energia fra i vari convertitori (motore a combustione interna, motore/i elettrico/i, trasmissione) e accumulatori (batterie, supercondensatori) per rispondere a una data richiesta di potenza (coppia e velocità) da parte del conducente è compito del controllore di supervisione. Tale controllore, tipico dei veicoli ibridi, si colloca, rispetto a una struttura di controllo in coppia tradizionale, in posizione intermedia tra gli algoritmi di interpretazione della volontà del conducente (trasformazione della posizione dei pedali di accelerazione e freno in richiesta di coppia) e quelli di controllo dei singoli componenti (motori, trasmissione, freni).

Ibrido vs. Convenzionale vs. Elettrico

Comprendere le differenze tra le varie motorizzazioni disponibili sul mercato è fondamentale per una scelta consapevole.

Auto Ibrida vs. Auto Convenzionale

La differenza principale risiede nella potenza elettrica: un ibrido usa l’elettricità per completare o integrare l’azione del motore endotermico, ed è quindi possibile una migliore efficienza nei consumi e minori emissioni rispetto a un’auto convenzionale.

Auto Ibrida vs. Auto Elettrica (EV)

Un veicolo elettrico (EV) è alimentato esclusivamente dall’elettricità e non dispone di un motore endotermico. Un veicolo elettrico richiede una fonte esterna di energia elettrica. Una ricarica completa può richiedere molte ore se non è disponibile una stazione di ricarica rapida. Guidare un’auto elettrica non comporta emissioni dirette di CO2, tuttavia, generare l’elettricità per la ricarica, produce emissioni.

La differenza principale tra un veicolo elettrico e un ibrido è che un veicolo elettrico, esaurita la carica, non può più muoversi, mentre l’ibrido, usando due fonti diverse di energia, rende immuni dall’”ansia da autonomia”, quel fenomeno per cui la preoccupazione di non riuscire a trovare un punto di ricarica diventa uno stress.

Le auto elettriche (EV), possono anche essere chiamate BEV (Battery Electric Vehicles), veicoli elettrici a batteria. La trazione è data dal solo motore elettrico e quindi l’elemento più importante di queste vetture è ovviamente la batteria, solitamente a ioni o polimeri di litio. Per fare rifornimento è sufficiente attaccare la spina, alle apposite colonnine oppure anche alla presa di casa. Le auto PHEV (Plug-in Electric Vehicles), Veicoli elettrici ibridi plug-in, hanno un’autonomia più elevata perché, oltre al motore elettrico, hanno anche un tradizionale propulsore termico. La “P” iniziale, sta per alimentazione plug-in e identifica le auto ibride che possono essere ricaricate anche dalla rete elettrica, mentre le macchine ibride fanno rifornimento solo alla pompa di benzina, perché la ricarica della batteria avviene grazie al funzionamento del propulsore alimentato a carburante, e durante la frenata che si chiama, appunto, rigenerativa.

Ancora più performanti, e costosi, sono i modelli elettrici EREV (Extended Range Electric Vehicles), Veicoli Elettrici ad autonomia estesa, o auto con Range Extender (REX). Sono ancora auto elettriche ibride, ma in questo caso la forza motrice deriva sempre dal propulsore elettrico, perché il motore endotermico interviene solo per caricare la batteria. In questo modo le percorrenze salgono, e si può arrivare a coprire 500 km, sempre spinti dall’energia elettrica.

Vantaggi e Svantaggi dei Veicoli Ibridi Elettrici

Come ogni tecnologia, anche le auto ibride presentano un insieme di pro e contro da considerare.

Pro

• Efficienza nei consumi: Gli HEV (veicoli ibridi elettrici) sono più efficienti dal punto di vista del consumo di carburante rispetto ai veicoli a combustione interna (ICE), con una riduzione significativa dei costi di gestione.
• Riduzione delle emissioni: Gli HEV producono meno inquinamento da CO2 e altri inquinanti rispetto ai veicoli a combustione interna. Si tratta di un fattore da tenere in considerazione non solo per chi è particolarmente attento alle questioni ambientali, ma anche per chi vuole rispettare le normative sulle emissioni, che saranno sempre più stringenti in futuro. Questo vantaggio è più evidente per i veicoli full-hybrid e plug-in hybrid, ma anche i modelli mild hybrid più recenti garantiscono emissioni inferiori rispetto ai veicoli tradizionali.
• Migliore coppia a bassa velocità: Gli HEV hanno una migliore coppia a bassa velocità rispetto alla maggior parte dei veicoli ICE, garantendo partenze e accelerazioni più fluide.
• Autonomia complessiva: A differenza dei veicoli puramente elettrici, gli HEV possono funzionare con benzina per la guida a lungo raggio. La presenza del motore termico garantisce un’autonomia superiore rispetto ai veicoli completamente elettrici, consentendo di effettuare viaggi lunghi in tranquillità, senza la necessità di cercare prese per la ricarica lungo il percorso.
• Silenziosità: Sono più silenziosi acusticamente rispetto ai veicoli a combustione interna a causa del motore a benzina più piccolo. Soprattutto in città e a basse velocità, quando si viaggia in modalità completamente elettrica, e solo per i veicoli full-hybrid e plug-in hybrid.
• Costo iniziale (relativo): Sono meno costosi rispetto alla maggior parte dei veicoli elettrici (EV).
• Prestazioni elevate: Grazie al contributo del motore elettrico in fase di accelerazione.
• Accesso a zone a traffico limitato: Soprattutto nelle PHEV di ultima generazione, questo significa poter guidare in città in elettrico puro per gran parte della settimana, riducendo consumi ed emissioni locali e accedendo più facilmente alle aree urbane a traffico limitato.

Contro

• Costo iniziale: Solitamente le auto ibride hanno un prezzo di acquisto superiore rispetto ai modelli tradizionali, a causa della complessità tecnologica e dei componenti aggiuntivi. Inoltre, nonostante i costi di gestione siano generalmente più bassi e i consumi siano inferiori, questi veicoli sono comunque dipendenti dal carburante fossile, il cui costo non è trascurabile.
• Costi di riparazione: Le riparazioni al sistema elettrico sono generalmente più costose rispetto ai veicoli a combustione interna.
• Prestazioni a velocità elevate: Prestazioni a velocità elevate inferiori rispetto alla maggior parte dei veicoli a combustione interna e veicoli puramente elettrici.
• Silenziosità (relativa): Non sono acusticamente silenziosi come i veicoli puramente elettrici.
• Impatto ambientale: Gli HEV producono più inquinamento da CO2 rispetto agli EV, che non ne producono affatto (sebbene la generazione di elettricità per gli EV possa produrre emissioni).
• Autonomia elettrica limitata: Tutte le auto ibride dipendono in misura maggiore o minore dal motore termico. Di conseguenza, i consumi e le emissioni di un’auto ibrida saranno sempre superiori a quelle di un veicolo completamente elettrico.
• Peso maggiore: La presenza delle batterie e di due motori aumenta il peso complessivo del veicolo, influenzando le prestazioni e l’esperienza di guida.

La Scelta dei Pneumatici per Auto Ibride

La scelta degli pneumatici è cruciale per ottimizzare le prestazioni dei veicoli ibridi. Su questi veicoli, la scelta del pneumatico è fondamentale: optare per pneumatici a bassa resistenza al rotolamento e con tecnologie che rispondono alle specificità dei veicoli elettrici e ibridi contribuisce a migliorare l’autonomia e la qualità di guida.

• Bassa Resistenza al Rotolamento: Pneumatici sviluppati per ottenere una bassa resistenza al rotolamento contribuiscono ad aumentare l’autonomia dei veicoli elettrici e a contenere i consumi. Questi risultati si ottengono grazie a mescole e tecnologie innovative.
• Pressione Ottimale: Mantenere la pressione di gonfiaggio raccomandata dal costruttore è fondamentale per i veicoli ibridi, controllandola almeno una volta al mese. Una pressione insufficiente aumenta i consumi e riduce l’autonomia elettrica. Le dimensioni del pneumatico devono sempre rispettare le specifiche del costruttore, evitando variazioni che possano compromettere efficienza e sicurezza.
• Tecnologie Specifiche per l'Ibrido: Molti produttori hanno sviluppato tecnologie adatte alle specificità dei veicoli elettrici o ibridi. Pneumatici come il Michelin Pilot Sport EV possiedono caratteristiche peculiari come disegno del battistrada e mescole appositamente studiate, che facilitano lo scorrimento sull’asfalto e riducono rumorosità e consumi.
• Durata e Manutenzione: I pneumatici montati su un’auto ibrida devono gestire la coppia istantanea del motore elettrico e il peso aggiuntivo delle batterie. Per questo, è consigliabile effettuare rotazioni ogni 8.000-10.000 km per massimizzare un'usura uniforme. La scelta di pneumatici con indice di carico adeguato è fondamentale per la sicurezza e la durata. L'investimento in pneumatici di qualità si ripaga attraverso minori consumi, una maggiore autonomia elettrica e una guida più silenziosa e confortevole.

Tendenze del Settore e Prospettive Future

Le auto ibride elettriche sono state lanciate a livello globale nel 2001, mentre i veicoli completamente elettrici nel 2010. Entro il 2021, le vendite di auto ibride elettriche negli Stati Uniti hanno superato le 800.000 unità, rappresentando il 5% delle vendite totali di veicoli leggeri nel paese. Tra queste vendite, oltre la metà erano costituite da veicoli Toyota. Le auto completamente elettriche hanno raggiunto quasi 500.000 unità, mentre le ibride plug-in hanno toccato circa 200.000 unità. Tuttavia, nonostante questi numeri notevoli, i HEV, PHEV o EV rappresentano ancora meno dell'1% di tutti i veicoli in circolazione negli Stati Uniti. Si stima che entro il 2050, circa il 50% dei veicoli sulle strade negli Stati Uniti saranno di tipo HEV, PHEV o EV. In termini percentuali, il Giappone è leader mondiale nell'adozione di veicoli HEV ed EV, seguito dagli Stati Uniti al secondo posto e dall'Europa al terzo posto.

Nel 2024, in Italia sono stati immatricolati oltre 600.000 veicoli ibridi, confermando una tendenza che vede questo tipo di vettura come l’alternativa principale ai classici mezzi a combustione.

Il Gruppo Renault (45%), Geely (45%) e Aramco (10%), tramite la joint venture Horse Powertrain, hanno presentato al Salone dell’Auto di Shanghai il Future Hybrid Concept, un interessante sistema che consente di “ibridizzare” le auto elettriche dotandole di un range extender, cioè un estensore dell’autonomia, con minime modifiche alla piattaforma. Il sistema unisce in un unico modulo motore a combustione interna, motore elettrico e trasmissione. La Horse precisa che questo modulo consente ai costruttori di offrire varianti ibride senza dover riprogettare da zero le piattaforme. Essendo compatto, può essere montato direttamente sul sottotelaio, al posto delle unità a corrente anteriori. Grazie a un sistema di accensione a precamera, il motore termico supporta diverse tipologie di carburanti; tra cui benzina, etanolo E85, metanolo M100 e carburanti sintetici. Questa sua peculiarità lo rende di fatto “globale”, ossia in grado di essere impiegato in diversi Paesi del mondo. I primi modelli dotati di questa nuova tecnologia della Horse dovrebbero arrivare nel 2028.

I veicoli HEV ed EV sono ormai parte integrante del panorama automobilistico e stanno guadagnando rapidamente popolarità.

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