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Auto ibride, le differenze. Mild hybrid, full hybrid e plug-in hybrid a confronto

Vantaggi e caratteristiche delle tre alternative diverse sulla strada dell’elettrificazione: dalle soluzioni per le citycar all’ibrido ricaricabile destinato ai modelli premium

Gianluigi Giannetti

Una vettura capace di percorrere ad emissioni zero molti chilometri, oppure alcune migliaia di metri, o soltanto qualcuno. È questa la vera linea di demarcazione tra le tre famiglie di sistemi ibridi in commercio, rispettivamente plug-in hybrid, full hybrid e mild hybrid. La capacità di smarcarsi molto, poco o per nulla dall’accensione del motore a combustione tradizionale è l’unico parametro oggettivo per districarsi nell’offerta dei costruttori, facendo attenzione alle sigle che per convenzione vengono utilizzate nei listini, ovvero Phev per i modelli ibridi Plug-in, Hev per quelli ibridi (o full hybrid) e Mhev per i mild hybrid. Sul mercato italiano ci sono 24 marchi automobilistici che offrono vetture Phev, otto che ne propongono Hev e 19 che ne commercializzano Mhev. Ricapitoliamo insieme le differenze principali dal punto di vista tecnico.

Gli opposti che si incontrano

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L’automobile è inserita in un percorso che vede prevalere progressivamente il motore elettrico come principale protagonista della trazione alle ruote, ed è giusto quindi inserire nel processo di elettrificazione le soluzioni plug-in hybrid e full hybrid, alle quali si affianca l’auto elettrica pura o la sua variante a fuel cell, ovvero con un reattore chimico a bordo che attraverso la combinazione di idrogeno ed ossigeno ottiene energia che serve alla trazione in tempo reale, piuttosto che possederla già stoccata nelle batterie. A questo schema negli ultimi anni si sono aggiunte “dal basso” le soluzioni di motorizzazione mild hybrid, elettrificate nell’aggiunta di un motore elettrico a quello tradizionale, in funzione di starter e per migliorare lo spunto in partenza con un supplemento di coppia motrice. Tecnicamente, le soluzioni mild hybrid non consentono la marcia ad emissioni zero, ma hanno un impatto favorevole su consumi ed emissioni, reso disponibile anche su vetture alla base della gamma, per loro natura le più accessibili del mercato. Per questo meritano attenzione tecnica e non solo commerciale.

Mild Hybrid, vetture Mhev

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Il vantaggio principale delle soluzioni mild hybrid sta nella loro incredibile adattabilità a motorizzazioni tradizionali a benzina, a gasolio e presto anche a gas. Il principio è quello di una aggiunta di spinta in avvio e di un recupero di energia in decelerazione o frenata. L’auto si arricchisce, mantenendo un sistema elettrico a 12 V o meglio ancora affiancandone un secondo a a 48 V, quindi con una tensione quattro volte superiore che significa ridurre l’intensità della corrente a parità di potenza, ma anche adottare motori elettrici 4 volte più potenti, diminuire la dimensione dei cavi e utilizzare in modo più razionale le batterie al litio dedicate al sistema ibrido, distinta comunque da quella standard a 12 V della vettura. Giusto poi ricordare che esistono due tipologie di sistema mild hybrid. La prima è definita Bsg (Belt driven Starter Generator), fondamentalmente la più economica, con un motore che fa anche da generatore e starter azionato direttamente dalla cinghia di distribuzione, sulla quale va trasmettere la sua potenza e coppia motrice, rispettivamente 12,5 kW e 150 Nm in media. Sempre dalla cinghia, che ha un apposito doppio tenditore, recupera energia per la batteria. Tecnica ben più complessa quella che sta dietro al mild hybrid di tipo Isg (Integrated Starter Generator). Qui il motore/generatore elettrico non è aggiunto alla distribuzione, ma integrato direttamente nella catena di trasmissione, e più precisamente collocato tra motore e cambio, spesso all’interno di quest’ultimo. Le funzioni sono le stesse della soluzione Bsg, ma la potenza e la coppia motrice trasmessa dal motore e magnete salgono percentualmente del 50%, con l’ulteriore conseguenza di alimentare le utenze ausiliare della vettura come condizionatore o pompa dell’acqua a 48 V, sganciandole dalla cinghia. Significa diminuire ancora di più il carico di lavoro che grava sul motore a combustione. Sul mercato esiste poi una ulteriore variante motorizzazione evoluta, il microibrido, che non fornisce nessuna coppia o potenza aggiuntiva al propulsore a combustione. Si tratta infatti di un impianto elettrico potenziato con alternatori o batterie maggiorate, o ancora soluzioni come piccoli supercondensatori. L’idea è sfruttare l’energia recuperata in frenata e conservarla negli accumulatori per alimentare i sistemi elettrici di bordo durante lunghi o frequenti start-stop, eliminando la necessità del riavvio del motore principale.

Full Hybrid, vetture Hev

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Prima Toyota, a cui va il merito indiscutibile di aver introdotto questa tecnologia nel 1997, e poi Hyundai-Kia, Renault, Honda e Nissan. Attualmente esistono ben cinque piattaforme full hybrid differenti, non solo nella sigla ma piuttosto nell’interazione tra le componenti. L’errore casomai resta ancora quello di definire una vettura ibrida come a “doppia motorizzazione”. In realtà si tratta di auto che ospitano a bordo un vero sistema energetico, cioè in grado utilizzare la forza cinetica sviluppata dal motore a scoppio per la trazione, ma anche di convertirla in energia elettrica e destinarla poi ad alimentare un propulsore a magneti, a sua volta impiegato per il movimento delle ruote, perfino in modo esclusivo. Questo sistema energetico non mette insomma il motore tradizionale al centro della scena, ma lo sfrutta come un componente di un complesso che negli anni sta dirigendosi sempre più la prevalenza della trazione elettrica. Già i primi full hybrid si basavano su uno schema principalmente in parallelo, con il motore a magnete e quello a benzina entrambi collegati alle ruote e capaci di fornire trazione contemporaneamente o in modo alternato, recuperando energia in frenata e dunque rigenerando gli accumulatori, ma anche consentendo una marcia ad emissioni zero per brevi tratti. Del resto, la mancanza di un classico motorino di avviamento consentiva la partenza sempre in modalità elettrica, salvo la successiva accensione del propulsore a cilindri e pistoni, di potenza nettamente superiore. L’evoluzione è stata proprio ribaltare questo rapporto, puntando alle Full Hybrid in serie, dove la trazione arriva esclusivamente dal motore elettrico, che è l’unico collegato alle ruote, mentre il benzina serve come generatore di energia di bordo, e la sua corrente viene indirizzata alle batterie, necessarie comunque per regolarizzare l’afflusso di energia. Nel mezzo, le full hybrid serie/parallelo, con il motore termico che resta collegato alle ruote ma può essere sfruttato anche esclusivamente per produrre corrente. La semplificazione degli organi meccanici è stata progressiva, ad esempio con un sensibile aumento di potenza della componente elettrica del sistema Toyota, ormai un vero serie/parallelo, dove i propulsori sono collegati tra loro da un caratteristico sistema ad ingranaggio a “sole e satelliti” che smista la forza tra generazione di energia e trazione, ma permette anche l’esclusione di una delle due unità. Altre le scelte del gruppo coreano Hyundai-Kia, con un motore elettrico posizionato tra propulsore a combustione e cambio, mentre Renault ha messo a punto una trasmissione multimodale che fa a meno dei rapporti più bassi e della sincronizzazione tra le marce, il tutto senza una frizione classica. Funziona naturalmente da collegamento meccanico tra i due motori, quello che nella piattaforma Honda viene realizzato esclusivamente in condizioni di marcia autostradale a velocità costante, mentre nel sistema Nissan manca del tutto, con un ibrido “in serie” dove il propulsore a benzina viene usato esclusivamente per generare elettricità, senza mai nessun collegamento meccanico con le ruote.

Plug-in Hybrid, vetture Phev

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Per estendere l’autonomia ad emissioni zero di una vettura ibrida basta potenziare la sua parte elettrica, ovvero aumentare la capacità delle batterie rendendole ricaricabili attraverso la rete elettrica. Dietro la nascita delle vetture plug-in hybrid sembra esserci un ragionamento lineare, ma non lo è affatto, se non altro perché molti costruttori automobilistici hanno volutamente saltato il passaggio del full hybrid dedicandosi solo alle plug-in, e questo può significare aver preso strade tecnicamente diverse rispetto alle aziende che invece hanno puntato su entrambe le formule, condividendo parte della meccanica. Il caso più evidente è quello Toyota, che ha scelto per le sue ibride ricaricabili la stessa configurazione a due motori anteriori destinati alla trazione vista sulle full hybrid, aggiungendo in alcuni modelli anche un ulteriore propulsore posteriore a magneti, e realizzando così la trazione integrale intelligente, ovvero senza collegamento meccanico tra i due assi. Il 4×4 è stato anche l’obiettivo di Jeep, che però come altri marchi non dispone di una motorizzazione full hybrid, e dunque ha dovuto creare un modulo del tutto nuovo, con motore elettrico anteriore destinato a funzionare principalmente come generatore. La sintesi tocca al sistema Hybrid realizzato dal gruppo francese Psa, poi confluito in Stellantis. A dispetto del nome, si tratta di un plug-in hybrid, per via della scelta di non passare affatto dall’ibrido tradizionale, con un motore elettrico anteriore destinato alla trazione, a cui se ne aggiunge uno posteriore di pari potenza nella versione Hybrid4 a trazione integrale. Lo schema resta però quello condiviso con altri costruttori, cioè quello di posizionare il motore elettrico anteriore tra quello a combustione e il cambio automatico. I parallelismi tra full hybrid e plug-in hybrid non vanno comunque oltre, dal momento che le seconde nascono volutamente per avere una maggiore autonomia in elettrico, anche superiore a 50 km, ottenuta con pacchi batterie che passano dalla media di 1,5 kWh di capacità delle full fino ad un massimo di 18,1 kWh, dunque fino a 13 volte superiore, anche in termini di dimensioni e peso. Questo naturalmente significa restringere la soluzione dell’ibrido ricaricabile esclusivamente a vetture di categoria media e grande, ma soprattutto incidere in modo sensibile sul prezzo finale. Attualmente il solo costo industriale degli accumulatori al litio è pari a 137 dollari per kWh di capacità, cifra che va tecnicamente triplicata riferendosi ad una batteria pronta all’installazione. Determinate è anche la logica del software di gestione, che deve consentire un passaggio dal funzionamento ibrido a quello elettrico quando da percorsi extra urbani si entra in zone a traffico limitato. Per farlo serve amministrare la carica delle batterie in modo chirurgico, per sfruttarle solo dove serve. Le soluzioni realmente più evolute consentono poi di attivare il motore termico per la ricarica della batteria mentre si occupa anche della trazione, svincolando di fatto l’ibrido plug-in. dal concetto stesso di plug-in, ovvero dalla necessità di soste sempre indispensabili alla colonnina di ricarica o alla rete domestica.

Fonte: gazzetta.it

Doroteo Cremonesi

Doroteo Cremonesi

Affascinato dal progresso, dalla tecnologia e dall'energia, amante delle automobili

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