Tecnica
Uno schema per ciascuno

All'inizio, fondamentalmente, c'era un solo tipo d'ibrido, quello che la Toyota aveva fatto conoscere al mondo nel 1997 con la prima generazione della Prius. Certo, di precedenti ce n'erano stati molti, fin dai primordi dell'automobile, e persino l'augusto professor Ferdinand Porsche si era cimentato con questa soluzione firmando, nel 1900, un veicolo dotato di due unità a benzina da 3,5 CV e di altrettanti generatori, in grado di far funzionare motori elettrici collocati nelle ruote. Esperimenti pionieristici a parte, fu Takeshi Uchiyamada, allora giovane ingegnere della Toyota, a dare concretezza, appunto nel 1997, allo schema destinato a diventare un paradigma mondiale e che oggi chiamiamo full hybrid. Da allora, però, molte altre declinazioni della doppia propulsione termico-elettrica sono state sviluppate. La ricerca del contenimento dei consumi e, soprattutto, delle emissioni di CO₂ (in particolare, nei cicli di omologazione) ha infatti indotto i costruttori ad aggiungere un motogeneratore elettrico e una piccola batteria a una pletora di vetture con propulsori a combustione interna, così da ottenere una sorta di blanda ibridizzazione, non a caso detta mild . Automobili che non marciano mai a emissioni zero e che si giovano del contributo della macchina elettrica, collocata al posto dell'alternatore, per la riaccensione del motore termico, quando quest'ultimo viene spento dal sistema Start&Stop, e per dargli un aiuto negli spunti. È vero ibrido, quello mild? Ai posteri l'ardua sentenza. Chi avesse dubbi al proposito, può orientarsi sulle altre soluzioni, più complesse, ma anche più efficaci. L'una e le altre sono sintetizzate in queste pagine.

S’inizia dalle mild. È la soluzione più semplice per dotare di un sistema ibrido le auto con motore termico e prevede la sostituzione dell'alternatore, di solito utilizzato per fornire energia ai sistemi di bordo, con un motogeneratore di potenza modesta. Questa macchina elettrica, azionata dalla cinghia Poly-V trascinata dal propulsore termico, ha lo scopo di recuperare l'energia che si sviluppa nelle fasi di decelerazione del veicolo e che, altrimenti, andrebbe dispersa, per immagazzinarla in una piccola batteria agli ioni di litio. Tale energia viene poi usata a due fini: far sì che il motogeneratore riavvii, in maniera rapida e silenziosa, il propulsore a combustione quando è spento, per esempio ai semafori o in coda a seguito dell'intervento dello Start&Stop; fornire all'unità termica un contributo di coppia motrice, alleggerendone il compito e, di conseguenza, riducendone il consumo e le emissioni di CO₂. È importante non dimenticare che, in questa soluzione, l'unità termica è la sola ad agire sulle ruote motrici, quindi la marcia non avviene in nessuna circostanza in modalità puramente elettrica. Quanto alla tensione dell'impianto, gli schemi più semplici lavorano a 12 volt, i più sofisticati a 24 o 48 (quelli a 48, però, possono arrivare ad agire sulle ruote motrici, come avviene per i nuovi sistemi Stellantis adottati sulle Fiat 500X e Tipo Crosswagon, così come sulle Jeep Renegade e Compass, dando vita di fatto a uno schema ibrido full). Con questi schemi a 24 o 48 V, a parità di potenza, la corrente si dimezza o si riduce a un quarto, rispetto al sistema a 12 V, migliorando l'efficienza o consentendo di aumentare le prestazioni. Il mild hybrid costituisce, dunque, una soluzione a basso costo per l'elettrificazione dei motori tradizionali, ottenuta integrando con facilità schemi tecnici già esistenti. I vantaggi sono, però, limitati: consumi un po' più bassi, soprattutto in città, grazie allo Start&Stop. A oggi le mild sono considerate ibride a tutti gli effetti, ma è possibile che certi benefici nel prossimo futuro vengano meno.

Un passo oltre con le full. Le differenze di questo schema, rispetto ai sistemi mild hybrid, sono principalmente due: la diversa collocazione del motogeneratore e la taglia della batteria. Il primo dev'essere posizionato nella catena cinematica in modo da poter provvedere anche autonomamente alla propulsione dell'auto; la seconda, pur essendo in assoluto di taglia ancora piuttosto piccola, ha una capacità decisamente superiore rispetto a quella degli accumulatori impiegati sulle ibride mild. Il motogeneratore la ricarica durante i rallentamenti della vettura e ne riceve l'energia nelle riprese successive, collaborando in questa fase con l'unità termica (a benzina o a gasolio). Inoltre, è in grado di muovere l'auto in modalità completamente elettrica, ma soltanto per brevi tratti. La combinazione di queste azioni consente di ridurre i consumi. Questo schema può avere due tipi di funzionamento, in parallelo o in serie. Il primo prevede che sia il motore a combustione sia quello elettrico possano azionare le ruote, separatamente; nel secondo, invece, la propulsione è affidata esclusivamente all'unità elettrica e il motore termico ha il solo compito di azionare un generatore che produce la corrente destinata al sistema. Ci sono, infine, alcuni schemi (per esempio, quelli della Toyota e della Renault) che prevedono entrambi i sistemi di funzionamento in base alle circostanze (cosa che può imporre la presenza di due motogeneratori). Il layout delle full hybrid è quindi più complesso e costoso di quello delle mild, ma consente risultati migliori. Il suo funzionamento fa sì che, di fatto, si percorra pochissima strada in modalità solo elettrica, ma porta benefici nella marcia in città, dove i cicli di carica nei rallentamenti e di scarica nelle accelerazioni sono molto frequenti, cosa che ne eleva parecchio la percorrenza a emissioni zero. Dunque, le full hybrid sono ideali per chi fa dell'auto un impiego soprattutto urbano.

Plug-in, transizione alle elettriche pure. In questo schema, la batteria del sistema di propulsione dev'essere ricaricabile da una fonte esterna (quindi l'auto è dotata di cavo di alimentazione e spina) e avere una capacità sufficiente per alimentare il motore elettrico, assicurando un'autonomia a zero emissioni di qualche decina di chilometri (attualmente la media è di 50, ma i prossimi modelli puntano ai 100). Il motogeneratore (anche più di uno) è molto più potente, perché deve assumersi pure l'incarico di provvedere da solo alla marcia della vettura. Lo schema tecnico può prevedere il funzionamento in parallelo o in serie, esattamente come per le full; è, comunque, molto più complesso, cosa che giustifica il prezzo più alto delle plug-in a confronto delle altre ibride. La batteria viene ricaricata in due modalità: con il recupero di energia nei rallentamenti, come per le mild e le full, ma anche collegando la vettura alla rete elettrica esterna. Questa operazione è fondamentale per poter sfruttare al meglio le doti proprie delle plug-in: quindi può essere importante dotarsi di un sistema domestico analogo a quelli impiegati per le elettriche pure. Per l'operazione può bastare una presa di tipo Schuko, ma disporre di una wallbox consente di gestire una potenza maggiore e, dunque, di ridurre i tempi necessari per la ricarica. Dal punto di vista costruttivo, la presenza di una componente elettrica in grado di muovere autonomamente la vettura e di offrire un contributo significativo in termini di potenza e coppia consente ai progettisti di adottare propulsori termici di cilindrata e potenza inferiori. Le plug-in costituiscono un passo importante verso la mobilità full electric. Risultano davvero convenienti, però, soltanto se la carica della batteria è mantenuta costantemente a un livello adeguato, così da riuscire a percorrere decine di chilometri in modalità a emissioni zero.