Determinare la potenza di un’auto elettrica o ibrida è una questione più complessa del previsto, data la presenza di due o più motori che interagiscono in modo sinergico. Spesso, la reale potenza del sistema non è mai (o quasi mai) data dalla somma delle potenze delle singole unità propulsive, portando i costruttori ad applicare metodi diversi tra loro e a risultati spesso discordanti.
Il Ruolo della SAE e lo Standard J2908
In questo contesto, la SAE (Società degli Ingegneri Automotive) sta cercando di mettere ordine. Un nuovo documento, classificato per ora come “report informativo” e non ancora obbligatorio, mira a stabilire uno standard industriale per determinare la potenza nominale dei veicoli elettrici, ibridi, ibridi plug-in e a celle di combustibile. Il documento, denominato J2908, adotta un metodo che prevede prima di tutto una misurazione di potenza della ruota su un dinamometro posto sul telaio o sul mozzo della ruota. Questo passaggio è fondamentale al fine di individuare la velocità su strada alla quale il veicolo produce la potenza massima. Successivamente, si deve determinare la potenza di ciascun dispositivo di propulsione all’albero di uscita nelle stesse condizioni di quando il veicolo raggiunge la massima potenza della ruota.
Attualmente, Volkswagen è l’unica Casa che rispetta le procedure elencate nel J2908, utilizzandole per calcolare la potenza della ID.4, come riportato anche al fondo delle schede tecniche del modello. Michael Duoba, a capo della commissione che ha dato vita al SAE J2908, suggerisce che altri costruttori lo stiano già usando senza darne pubblicità, sebbene per ora nessuno lo dichiari apertamente.
Definizioni di Potenza: kW, CV e Cavalli Fiscali
Per comprendere appieno la potenza di un veicolo, è essenziale distinguere tra le diverse unità di misura e i loro scopi.
Kilowatt (kW)
Il kilowatt (kW) è l’unità ufficiale di misura della potenza adottata dal Sistema Internazionale ed è quella riportata in carta di circolazione. Per il bollo auto, il calcolo si fa direttamente sui kW, senza alcun riferimento ai cavalli fiscali. La potenza netta massima in kW è riportata nel campo P.2 della carta di circolazione. È questo il numero da utilizzare per calcolare bollo, superbollo, verificare i limiti di patente e stipulare assicurazioni.
Cavallo Vapore (CV)
Il cavallo vapore (CV) è un’unità metrica tradizionale, ancora molto usata nel linguaggio comune per descrivere la potenza dei motori. Questa parola deriva dal mondo industriale e rappresenta un’unità di misura per registrare la potenza, corrispondente al sollevamento di 75 chilogrammi alla velocità di un metro al secondo. In Italia, spesso si trovano entrambe le diciture nella scheda prodotto, "CV/kW", e ciò si può riscontrare anche, in Inghilterra, per esempio, con la dicitura "HP (horsepower)/kW".
Conversione tra kW e CV
La formula ufficiale per convertire i kW in CV è: CV = kW × 1,35962. In alternativa, si può usare la versione semplificata CV ≈ kW × 1,36. Ad esempio, se un'auto ha una potenza di 200 kW, i cavalli saranno circa 272. Per convertire da CV a kW, si fa l’operazione inversa: kW = CV ÷ 1,35962 oppure in forma pratica kW ≈ CV × 0,7355. Ad esempio, 150 CV equivalgono a circa 110 kW.
Questa conversione è utile in molte situazioni pratiche: dal calcolo del superbollo (la cui soglia è fissata a 185 kW, che corrispondono a circa 252 CV), alla verifica dei limiti di potenza delle patenti moto (A1 e A2), fino alla valutazione dell’impatto della potenza sul bollo auto e sul premio assicurativo.
Cavalli Fiscali (CF)
I cavalli fiscali (CF) sono un parametro convenzionale usato in passato per calcolare tasse e imposte legate al veicolo. Non rappresentano la potenza reale del motore, ma sono un indice di prestazione strettamente legato alla cilindrata del motore di un veicolo, calcolata in centimetri cubici (cm³). Il loro valore è stabilito dall'art. 9-ter del D.L. n. 691/1976, poi modificato dalla legge n. 786/1976.
I cavalli fiscali si trovano nel paragrafo P.1 del libretto di circolazione dell’auto, indicato da un numero seguito dalla dicitura "CV Fiscali". Per "calcolare" i cavalli fiscali, in realtà, si tratta di verificare e individuare in apposite tabelle di conversione a quale intervallo corrisponda la cilindrata in questione.
In passato, fino al 1997, i cavalli fiscali stabilivano la base da cui calcolare il bollo auto. Da allora, è avvenuta una conversione in kilowatt (kW) per il conteggio dell’importo del bollo. Tuttavia, i cavalli fiscali offrono alle compagnie assicurative tutti i dati necessari per il calcolo definitivo dell’RCA, la copertura obbligatoria prevista dalle normative di legge, e sono utilizzati anche per ottenere il rimborso chilometrico.
Potenza Netta vs. Potenza di Picco
Nelle auto elettriche e ibride, è importante distinguere tra potenza netta (quella che conta nei documenti ufficiali e per il calcolo del bollo) e potenza di picco. La potenza di picco è la potenza massima erogata per un tempo limitato, ad esempio in fase di accelerazione, ed è spesso utilizzata nel marketing per enfatizzare le prestazioni del veicolo. I dati pubblicitari o le schede commerciali possono riportare valori leggermente diversi (peak power, potenza di sistema nelle ibride, arrotondamenti) rispetto ai kW omologati riportati nel libretto. Per il calcolo ufficiale vale solo la potenza riportata nel libretto (campo P.2), cioè i kW omologati.
Il VERO problema per chi vuole un'auto ibrida (spiegato semplice)
Classificazione delle Auto Ibride e il Loro Funzionamento
Le auto ibride sono veicoli in cui il sistema di propulsione è un mix tra un motore a combustione interna (ICE) e uno o più motori elettrici. L’ibridazione nasce dall’esigenza dei costruttori di ridurre i consumi di carburante e le emissioni inquinanti, sfruttando l'efficienza dei motori elettrici in situazioni in cui i motori termici non brillano, come partenze, basse andature, sorpassi e momenti di maggior carico.
Tipi di Ibridazione
Esistono diverse tipologie di auto ibride, che si differenziano per la potenza e l'integrazione del motore elettrico, la capacità della batteria e la possibilità di ricarica esterna.
1. Full Hybrid (HEV) o a Ibridazione Piena
Le vetture full hybrid adottano un motore termico (benzina o diesel) e uno o più motori elettrici di potenza piuttosto elevata. Sono dotate di un impianto elettrico a 400 Volt e batterie di capacità tale da consentire alla vettura di percorrere qualche chilometro in modalità puramente elettrica, cioè a emissioni zero. Non si ricaricano alla presa; la batteria viene alimentata dal motore termico e dalla frenata rigenerativa.
I due motori vengono normalmente accoppiati tramite una trasmissione a variazione continua (CVT) oppure tramite un cambio automatico a convertitore o a doppia frizione. L'elettronica gestisce il funzionamento di entrambi i motori per ottenere il miglior rendimento totale. Il motore termico può anche essere utilizzato per ricaricare il pacco batterie e viene spento quando non necessario, come durante le soste o in veleggio. Nelle fasi di decelerazione e frenatura, il motore elettrico viene sfruttato come generatore di corrente per attuare la frenata rigenerativa e ricaricare la batteria, recuperando energia cinetica che altrimenti andrebbe persa in calore nei freni. Esistono anche alcune varianti in cui i due motori lavorano in modo separato, gestendo assali diversi.
2. Plug-in Hybrid (PHEV) o a Ibridazione Piena con Ricarica Esterna
Le vetture plug-in hybrid rispecchiano in pieno le caratteristiche delle full hybrid, con la differenza che aggiungono una presa di corrente per la ricarica del pacco batterie tramite rete elettrica (casalinga o colonnina). Possiedono un pacco batterie di maggiori capacità che consente alla vettura di percorrere una distanza maggiore in modalità puramente elettrica, cioè a emissioni zero. 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.
3. Mild Hybrid (MHEV) o a Ibridazione Leggera
Le vetture mild hybrid adottano il classico motore termico (benzina o diesel) e un motore/generatore elettrico di modesta o ridotta potenza (che sostituisce il classico alternatore). Hanno un impianto elettrico a 48 Volt e batterie agli ioni di litio di minore capacità, separate dal resto dell’impianto elettrico, che consentono alla vettura di percorrere alcune centinaia di metri con la sola trazione elettrica. L'impianto elettrico a 48 Volt, sostituendo l’impianto ad alta tensione (400 Volt) dei sistemi full hybrid, si affianca al classico impianto elettrico a 12 Volt. Questa scelta progettuale ha permesso di adottare motori e pacchi batterie a 48 Volt, fino a 4 volte più potenti di quelli a 12 Volt, contenendo al contempo le tensioni per ridurre le dimensioni dei cavi e di conseguenza costi, ingombri e peso del cablaggio.
Come per le full hybrid, se è richiesta maggiore potenza, il motore/generatore elettrico fornisce un contributo di spinta aggiuntiva al motore termico. Esistono due diverse tipologie di sistema mild hybrid:
- BSG (Belt driven Starter Generator): Un sistema semplice con tecnologia a 48 Volt che tramite un grosso alternatore/generatore-starter azionato a cinghia va a sostituire il motorino di avviamento e l’alternatore. È in grado di funzionare da "boost" (+12.5 kW e +150 Nm) per il motore termico, da "rigeneratore" (10 kW) per la batteria da 48 volt, da efficientissimo start e stop e da funzione "sailing" per il veleggio quando in rilascio il motore termico si spegne.
- ISG (Integrated Starter Generator): Un sistema leggermente più complesso con tecnologia a 48 Volt che tramite un motore elettrico sincrono a magneti permanenti, posizionato tra motore termico e cambio, svolge le funzioni di motorino di avviamento e di alternatore/generatore. Assiste il motore termico quando necessario e ricarica la batteria mediante un recupero energetico ad alta efficienza. Questo motore elettrico garantisce una funzione di boost (+15 kW / +220 Nm) al motore termico, una funzione di start e stop estremamente efficiente e una funzione di rigenerazione (12 kW / 100 Nm) per la batteria da 48 volt, permettendo una considerevole riduzione dei consumi e dell’inquinamento.
4. Micro Hybrid o a Ibridazione Minima
A dispetto del nome, queste vetture non sono delle vere auto ibride in quanto non adottano alcun tipo di motore elettrico destinato alla movimentazione della vettura. Su tali veicoli, l'impianto elettrico viene modificato per renderlo più efficiente e ridurre il consumo di carburante. Si basano su sistemi Start and Stop, su alternatori di maggiori dimensioni a gestione elettronica e su batterie maggiorate capaci di immagazzinare un maggior quantitativo di energia.
Architetture Ibride: Serie, Parallelo e Misto
Oltre alla classificazione basata sul grado di ibridazione, i veicoli ibridi possono essere distinti anche in base alla loro architettura di sistema.
Ibrido Serie (Range Extender)
Questo schema costruttivo, spesso definito “range extender”, è molto simile a quello utilizzato nelle locomotive diesel elettriche. È normalmente il sistema che troviamo nelle vetture elettriche con range extender, che utilizzano un motore termico per ricaricare le batterie in movimento e estendere così l'autonomia chilometrica totale. In questo tipo di vetture ibride, il motore termico non è mai collegato alle ruote per trasmettere la trazione, ma assolve unicamente il compito di generare la corrente elettrica, sia per alimentare il motore elettrico sia per ricaricare le batterie. Il motore elettrico è l’unico responsabile della trazione e attinge l’energia necessaria dalle batterie o dal motore termico, o da entrambi quando è richiesta una grande quantità di energia.
Per beneficiare del massimo rendimento e ridurre al minimo le perdite di trasformazione, i motori a combustione interna in questa soluzione sono progettati per girare sempre a un numero di giri ottimale per ottenere la massima efficienza, evitando così le continue accelerazioni e decelerazioni. Al contrario, i motori elettrici, non soffrendo dal punto di vista dell’efficienza al variare del numero di giri motore, vengono fatti operare lungo tutto l’arco di regimi di rotazione, consentendo al contempo di rimuovere o ridurre la necessità di una trasmissione complessa, potendo contare su un grosso quantitativo di coppia già da zero giri motore. Tuttavia, nella conversione termico-elettrica-cinetica, una buona parte dell’energia viene persa, facendo crollare l’efficienza complessiva di questo tipo di schema costruttivo.
Ibrido Parallelo
In questo tipo di schema costruttivo, che si ritrova sulla maggior parte dei veicoli ibridi in circolazione, entrambi i motori, sia l’elettrico che il termico, sono adibiti a produrre coppia e potenza alle ruote. La trazione può essere solo elettrica, solo termica o data dall’unione di entrambi i motori, mentre le batterie possono essere ricaricate tramite la frenata rigenerativa garantita dal motore elettrico o tramite la produzione di corrente garantita dal motore termico.
Il motore-generatore elettrico permette la rimozione sia del motorino di avviamento che dell’alternatore, ma per poter funzionare necessita di una trasmissione a variazione continua (CVT) oppure di un cambio automatico a convertitore o a doppia frizione. Il motore termico sviluppa la maggior parte della potenza dell’intero powertrain ibrido, mentre il motore elettrico assiste il termico nei momenti di maggiore necessità, ad esempio nelle partenze, nella guida a bassa velocità e in accelerazione.
Ibrido Misto
Nello schema costruttivo misto si trova la combinazione dei due schemi precedentemente visti, quello serie e quello parallelo. Il complesso sistema si compone di due macchine elettriche (un generatore e un motore elettrico) e di un motore termico (benzina o diesel). La modalità costruttiva con la quale vengono collegate queste tre unità propulsive può variare da veicolo a veicolo.
Un esempio chiarificatore è l’architettura della Toyota Prius HSD (Hybrid Synergy Drive). Questo tipo di trasmissione consente tre diversi gradi di libertà che vengono selettivamente bloccati da una centralina elettronica in base allo stato di carica della batteria e alle fasi di guida. Il primo grado di libertà è occupato dal motore termico e dal motore-generatore elettrico, il secondo grado dal secondo motore elettrico deputato alla trazione e il terzo dalla trasmissione finale alle ruote. Variando continuamente il bloccaggio dei tre gradi di libertà, il rotismo epicicloidale va a mimare o il funzionamento seriale oppure quello parallelo, consentendo alla Toyota Prius HSD di poter avanzare in solo elettrico, in solo termico o con la combinazione di entrambi i propulsori.
Il sistema del motore ibrido è totalmente automatizzato: una centralina di gestione della trazione coordina batteria, motore elettrico e motore a combustione, scegliendo di volta in volta la combinazione più efficiente per massimizzare l'efficienza e ridurre i consumi e le emissioni.
