In questo articolo voglio mettere un po’ di ordine nel mondo delle auto ibride. Prius è diventato sinonimo di auto ibrida, ma la toyota è solo una filosofia di costruzione tra le tante.
Ma che diamine è un’auto ibrida?
Un’auto ibrida, o meglio, un veicolo a propulsione ibrida è un’auto dotata di due sistemi di propulsione, l’accoppiata più comune è composta da un motore elettrico ed uno termico.
Come funziona l’ibrido elettrico-termico?
La risposta è contestuale, dipende dal tipo di sistema usato e dal tipo di sistema di conservazione dell’energia usato.
I principali sono:
- Batterie, molto affidabili ma difficili da controllare dato che il principio elettrochimico su cui si basano è facilmente influenzabile da molte variabili
- Supercondensatori, hanno minore densità energetica rispetto alle batterie ma possono cedere e ricevere maggiori potenze e sono basati su un processo fisico, maggiormente controllabile, e per ultimi, ma non meno importanti:
- Volani ad azionamento elettrico, l’energia è immagazzinata come energia cinetica di un volano messo in rotazione da una macchina elettrica, è un processo del tutto meccanico e presenta problemi di controllo ancora differenti dai precedenti.
Il secondo step nell’ibridazione elettrica di un veicolo è decidere come e quanto i due motori “cooperino” tra di loro.
In base a questa decisione si possono riconoscere tre tipologie di ibride elettriche.
Ibridazione piena (full hybrid)
Allorché il sistema elettrico è, ad esempio, in grado da solo di far avanzare il veicolo su un ciclo di guida normalizzato, pur prescindendo dall’autonomia delle batterie, cioè si può guidare l’auto come e quanto vi pare usando solo il propulsore elettrico.
Ibridazione leggera (mild hybrid)
Allorché il modo di funzionamento puramente elettrico non è in grado di seguire per intero un ciclo di guida normalizzato, cioè il motore elettrico agisce solo in alcuni momenti della guida, come ad esempio nelle accelerazioni.
Ibridazione minima (minimal hybrid)
Normalmente confusa con la propulsione tradizionale munita di funzione stop and start, cioè il motore elettrico è relegato al ruolo di optional, non è essenziale, il KERS è un sistema di questo tipo.
Ma le differenze fra le ibride finiscono qui?
No, esistono ancora molte altre differenze costruttive.
Per questo, a seconda di come vengono integrati nel veicolo i due motori, si possono riconoscere altre tre ulteriori tipologie:
Ibrido serie
Questa tecnologia è molto simile a quella utilizzata nelle locomotive diesel-elettriche. In questa tipologia il motore termico non è collegato alle ruote, esso ha il compito di generare la corrente per alimentare il motore elettrico che la trasforma in moto, mentre l’energia superflua viene utilizzata per ricaricare le batterie.
Nei momenti in cui viene richiesta una grande quantità di energia, essa viene attinta sia dal motore termico che dalle batterie. Poiché i motori sono in grado di operare su di una grande vastità di regimi di rotazione, questa struttura permette di rimuovere o ridurre la necessità di una trasmissione complessa. L’efficienza dei motori a combustione interna 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. Data questa condizione e per compensare l’ulteriore trasformazione energetica, si può usare un motore termico (generatore) che abbia una fascia di sfruttamento/funzionamento molto stretta rispetto ai regimi totali e che per questo abbia un rendimento più elevato dei motori termici classici, per lo meno in quella fascia di regimi.
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. Uno scopo possibile potrebbero essere di semplificare il controllo della trazione o inserire/disattivare la trazione integrale.
Il maggiore svantaggio degli ibridi serie consiste nella seria riduzione di efficienza rispetto ai motori solo termici in condizioni di elevata e costante velocità (come fare i 130 km/h in autostrada). Questo è causato dal fatto che nella conversione termico-elettrico-moto parte dell’energia viene persa mentre non accadrebbe con una trasmissione diretta. Questo inconveniente non è presente negli ibrido parallelo. Gli ibridi serie sono i più efficienti per i veicoli che necessitano di continue frenate e ripartenze come le auto ad uso urbano, autobus e taxi.
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’autonomia è limitata alla carica delle batterie, il motore termico, comunque, può essere riattivato con la pressione del medesimo pulsante. Il motore termico viene inoltre spento automaticamente durante le soste.
Ibrido parallelo
Tale architettura è tra le più usate nelle auto ibride. È caratterizzata da un nodo meccanico di accoppiamento della potenza, per cui entrambi i motori (l’elettrico ed il termico) forniscono coppia alle ruote. Il motore termico può inoltre essere utilizzato per ricaricare le batterie in caso di necessità.
La realizzazione costruttiva del nodo meccanico e la sua posizione nell’ambito del sistema di propulsione servono a distinguere ibridi paralleli pre-trasmissione (motore elettrico a monte del cambio), post-trasmissione (motore elettrico a valle del cambio) e post-ruote (i due assali hanno due motorizzazioni meccanicamente indipendenti, l’accoppiamento è dunque costituito dalla strada).
Gli ibridi parallelo possono ulteriormente essere classificati a seconda del bilanciamento dei due motori nel fornire potenza motrice. Nella maggior parte dei casi, ad esempio, il motore a combustione interna è la parte dominante e il motore elettrico ha la semplice funzione di fornire una maggiore potenza nei momenti di necessità (principalmente in partenza, in accelerazione, ed alla velocità massima).
La maggior parte dei progetti combinano un grande generatore elettrico e un motore in una singola unità, spesso situata tra il motore a combustione interna e la trasmissione, nel posto del volano, rimpiazzando sia il motorino di avviamento che l’alternatore. Solitamente il cambio è automatico.
Il vantaggio sta nell’eliminazione delle marce basse (quelle che consumano più carburante) e del consumo a ruote ferme o a passo d’uomo. Inoltre permette cilindrate più basse in quanto alla massima velocità il motore termico può essere supportato da quello elettrico (anche se solo per qualche chilometro). Questo ne fa dei veicoli adatti ai ritmi cittadini piuttosto che alle lunghe percorrenze autostradali.
Ibrido misto
Gli 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 accopiamento 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 ed un riduttore.
Mi puoi fare degli esempi di auto ibride in o in prossima vendita?
Ovviamente:
Chevrolet Volt
L’ibrida serie prossimamente venduta dalla chevrolet, il motore qui serve solo da generatore e le batterie si possono ricaricare anche attraverso una presa di corrente, ne avevamo già parlato qui.
Honda Insight e Honda CR-Z
Due mild hybrid recentemente prodotte dall’Honda, qui il motore elettrico agisce solo nelle accelerazioni.
Toyota Prius
L’auto ibrida più venduta al mondo, utilizza un sistema ibrido misto, a questo link c’è la prova di Top Gear.
Porsche GT3 R Hybryd e 918 Spyder Hybrid
Tutte e due sono ibride parallele, dove il motore termico muove le ruote posteriori e due piccoli motori elettrici quelle anteriori, rendendole di fatto a trazione integrale. Ma la GT3 usa un volano per immagazzinare l’energia che verrebbe dispersa in frenata, la 918 invece utilizza delle più comuni batterie e ha un terzo motore elettrico che invia potenza alle ruote posteriori.
Maggiori informazioni su: Auto ibrida (wikipedia.it)
