Come funzionano le auto ibride e plug-in.

auto ibrida

Le auto ibride stanno diventando sempre più popolari, grazie alla loro efficienza e al ridotto impatto sull’ambientale. In questo articolo parleremo di cosa sono le auto ibride, vedremo il funzionamento dei diverse tipologie di motorizzazioni e i vantaggi e gli svantaggi dell’acquisto di un’auto ibrida.

Iniziamo dalla definizione: le auto ibride sono veicoli che combinano due o più fonti di energia per il loro funzionamento. Di solito viene utilizzato almeno un motore a combustione interna e uno o più motori ad elettricità. Questa combinazione, consente all’auto di sfruttare i vantaggi di entrambe le tipologie di motori. In generale, questi tipi di auto possono avere un funzionamento misto, alternato o combinato, che vedremo di seguito le differenza.

Le auto ibride non sono tutte uguali, ci sono differenza enormi in prestazioni, autonomia, funzionamento e ovviamente, nel prezzo finale di vendita.

Indice


Elementi fondamentali dell’auto ibrida.

Come abbiamo già visto all’inizio dell’articolo, l’auto ibrida unisce (di solito) il motore elettrico e quello a combustione interna, ma vediamo nel dettaglio i componenti chiave.

Motore elettrico

Per avviare un qualsiasi veicolo, che sia ibrido o a combustione interna, si utilizza una batteria ausiliaria che ha un alto spunto ed è progettata per avviare il motore e far funzionare i sistemi elettronici del veicolo. Nelle auto ibride, la batteria ausiliaria viene utilizzata anche per alimentare il motore elettrico durante la fase di avviamento.

Una volta che il motore del veicolo è stato avviato, il pacco batterie vengono azionate per far muovere il veicolo. Queste batterie, chiamate anche batterie di trazione, sono di solito collocate nella parte inferiore dell’auto e forniscono l’energia elettrica necessaria per far muovere le ruote del veicolo durante la guida.

In un’auto ibrida, il motore elettrico può lavorare sia in modo simultaneo che alternativo al motore a combustione interna. Il funzionamento simultaneo dei due motori si verifica durante le accelerazioni o quando viene richiesta maggiore potenza, mentre il funzionamento alternativo avviene nella auto che forniscono energia elettrica solo in situazioni di bassa velocità. Di seguito entreremo nel dettagli e nelle differenze.

Motore a combustione interna

In questa configurazione, il carburante (tramite un processo di aspirazione, miscelazione aria/carburante, scintilla, ecc.) viene utilizzato per azionare i numerosi ingranaggi di un motore che permettono all’auto di muoversi. Non entriamo troppo nel dettaglio, perché in questo articolo non interessa tanto il motore classico a benzina o diesel.

Generatore elettrico

auto ibrida

Serve ad ottimizzare le energie dissipate dall’auto per recuperare elettricità, così da non sprecare nulla.

Questo dispositivo sfrutta l’energia cinetica delle ruote in rotazione durante la frenata per generare elettricità, che viene trasferita alla batteria di trazione e utilizzata per ricaricarla. Quando il veicolo è in fase di rallentamento, l’energia accumulata durante la frenata viene sfruttata per ricaricare le batterie.

Per quanto riguarda la trasmissione, come suggerisce la parola stessa, il dispositivo trasferisce la potenza meccanica del motore (a combustione o elettrico) alle ruote del veicolo, consentendone la rotazione.

La centralina

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È il componente più importante per i veicoli ibridi. In termini tecnici, viene chiamato “PCM“, Powertrain Control Module (modulo di controllo dell’apparato propulsore). Questo componente è il cervello principale del sistema ibrido poiché: gestisce, monitora e controlla la comunicazione tra i vari componenti, come il motore a combustione interna e il motore elettrico. Inoltre, rileva costantemente le condizioni di guida e distribuisce l’energia di trazione tra i diversi motori, al fine di ottimizzarne l’efficienza e ridurre le emissioni dei gas nocivi.

Abbiamo utilizzato la parola “diversi” perché ci sono auto ibride che hanno più di due motori, e possono arrivare a 4 e addirittura 5 motori in totale. Infatti, alcune auto di lusso utilizzano ben 4 motori elettrici, uno per ogni ruota, uniti a un ulteriore motore a combustione interna. Questa combinazione di motori serve per ottenere maggiore potenza di trazione e superare anche i 1.000 cavalli di potenza complessivi.

Per approfondire, vedi le auto più costose al mondo, perché ci sono veicoli ibridi, che hanno potenza “da vendere”, come: “SP Automotive Chaos” da 3.065 cavalli di potenza, la “Aspark Owl” da 2.012 CV e la “Bugatti Chiron Profilée” che ha 1.500 CV. Tutte auto omologate per la strada.

Come funzionano le auto ibride?

Iniziamo ora a entrare nel dettaglio del funzionamento dei diversi motori ibridi e a vedere le caratteristiche di ognuno.

Le auto ibride vengono alimentate da diversi motori, di solito parliamo di uno a combustione interna e uno o più motori a energia elettrica. Questi ultimi utilizzano l’energia immagazzinata dal pacco batterie per fornire: o trazione alle basse velocità o una potenza extra al motore a combustione interna alle alte velocità. Il funzionamento dipende dalla configurazione impostata dal produttore. Per capire ancora meglio la questione, di seguito vedremo i diversi tipi di ibrido che esistono in commercio e perché alcune di queste motorizzazioni si preferiscono ad altre.

Ibrido parallelo o in serie

auto ibrida

Iniziamo col chiarire la disposizione dei motori nelle auto ibride, che possono essere divise in due configurazioni:

  1. ibride parallele: utilizzano entrambi i motori, termico ed elettrico, per muovere le ruote. Funzionando come un unico sistema integrato e il termine parallelo sta a indicare che entrambi i motori lavorano in simultanea.
  2. ibride in serie: utilizzano il motore elettrico per far girare le ruote durante la guida, mentre il motore termico ha la funzione solo di generare energia elettrica per le batterie quando si scaricano.
    • In questo caso abbiamo un funzionamento opposto, un solo motore attiva la rotazione delle ruote e mentre il secondo serve come supporto, per ricarica il primo.
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Da queste due tipologia di disposizione dei motori possiamo tiare fuori le diverse auto ibride in commercio, che utilizzano impostazioni e configurazioni differenti. Vediamole tutte!

Tutte le tipologie di ibrido

Adesso è arrivato il momento di entrare nel dettaglio e vedere le caratteristiche, le differenze e i vantaggi delle auto ibride.

Auto ibrida leggera (Mild Hybrid)

ibrido leggero

Si tratta di un tipo di veicolo che combina un motore a combustione interna tradizionale con un piccolo motore elettrico. A differenza delle auto ibride che tutti noi conosciamo (che vedremo di seguito), la Hybrid leggera non può funzionare con la sola batteria, ma utilizza il motore a combustione interna come alimentazione primaria.

In questo caso, il motore elettrico serve solo a dare maggiore potenza durante le accelerazioni, così da ridurre le emissioni di gas nocivi e migliora le prestazioni. Questa tipologia di veicolo è meno costosa rispetto alle ibride tradizionali, tuttavia, non si ottengono gli stessi vantaggi, inoltre non sono efficienti come le Plug-in.

Pro e contro

  • Vantaggi:
    • bassi consumi;
    • minore emissioni di gas inquinanti (rispetto alle auto con motore termico);
    • ricarica le batterie durante le frenate e quando si rallenta.
  • Svantaggi:
    • alti costi di acquisto del veicolo rispetto alle auto tradizionali;
    • veicoli poco commerciale e difficili da rivendere;
    • minore efficienza rispetto alle plug-in;
      rapporto qualità prezzo troppo alto.

Veicolo ibrido (Full Hybrid)

ibrido tradizionale

Questa è la tipologia di veicolo ibrido più comune e conosciuto, è caratterizzata da un motore elettrico e uno a combustione interna. Entrambi i motori possono lavorare in modo indipendente e tutto dipende dalla configurazione dettata dal produttore. Inoltre, il motore a benzina o diesel viene utilizzato anche per alimentare il motore elettrico e ricaricare le batterie.

Uno dei principali vantaggi di questo tipo di veicolo ibrido è la possibilità di funzionare completamente in modalità elettrica, riducendo a zero le emissioni nocive e ottenendo un’esperienza di guida “silenziosa“. La disposizione dei motori in parallelo, permette l’utilizzo del motore a combustione interna per fornire maggiore potenza alle alte velocità, mentre il motore elettrico entra in funzione alle basse velocità, quando si circola nel traffico urbano e nelle manovre di parcheggio.

Inoltre, il motore a combustione può essere spento quando non necessario, come nel caso dei veicoli con la funzione Start&Stop. Pertanto, nelle piccole manovre, viene utilizzato solo il motore elettrico come unica fonte di propulsione del veicolo. Durante i sorpassi, invece, il motore elettrico fornisce un supporto extra al motore a combustione, migliorando l’accelerazione, riducendo i consumi e abbassano le emissioni di gas nocivi.

Pro e contro

  • Vantaggi:
    • elevata riduzione dei consumi;
    • basse emissione di inquinanti;
    • possibilità di far funzionare il veicolo totalmente a energia elettrica;
    • migliori prestazioni;
    • recupero dell’energia elettrica in diverse circostanze, tra cui frenata e rallentamento.
  • Svantaggi:
    • prezzi di acquisto più alto rispetto alle precedenti;
    • in alcuni casi, gli spazi interni sono ridotti a causa della presenza delle batterie;
    • l’auto e di conseguenza le batterie, non possono essere ricaricate tramite presa elettrica.

Auto plug-in

plug in

Le auto plug-in portano il concetto di ibrido a un livello nettamente superiore. Perché sono così efficienti? Perché oltre ad avere le caratteristiche di una ibrida tradizionale, è possibile ricaricarla con una comoda presa elettrica. Ciò significa che l’auto può funzionare completamente a energia elettrica e ricaricarsi durante le frenate. Quando la batteria si esaurisce, entra in gioco il motore a combustione interna, offrendo maggiore autonomia.

L’utilizzo di un’auto ibrida plug-in può offrire numerosi vantaggi, come il risparmio di carburante e i costi di manutenzione. Inoltre, contribuisce, seppur in minima parte, a ridurre l’inquinamento dell’aria e le emissioni di CO2, il che è importante per coloro che desiderano ridurre la propria impronta ecologica.

Pro e contro

  • Vantaggi:
    • possibilità di ricaricare le batterie tramite cavo elettrico;
    • massimizzati i consumi;
    • riduzione degli inquinanti nell’ambiente;
    • zero emissioni di gas nocivi quando si viaggia totalmente elettrici;
    • la centralina gestisce i due motori in modo eccellente e automatico;
    • maggiore prestazioni, il motore elettrico supporta il motore termico durante le accelerazioni;
  • Svantaggi:
    • prezzi di acquisto molto alti rispetto alle altre alternative;
    • occorrono molte ore per ricaricare le batterie;
    • gli spazi interni sono ridotti a causa delle presenza del pacco batterie.

Extended Range Electric Vehicle

Veicolo elettrico a raggio esteso, o più semplicemente, “veicolo elettrico con generatore di autonomia”.

E’ una tipologia di auto simile a un ibrido tradizionale, solo che il motore principale è quello elettrico. In pratica, il motore elettrico fa muovere le ruote, mentre il piccolo motore a combustione interna serve solo a generare elettricità per ricaricare il pacco batterie. Quindi il motore a combustione, benzina o diesel, è completamente staccato dalla trasmissione e genera solo elettricità, ma non trazione.

Il vantaggio è che si può percorrere lunghe distanze solo con l’elettricità immagazzinata dalle batteria, quando queste si scaricano, il motore a combustione si attiva a genera elettricità per continuare il viaggio. Si tratta di una soluzione valida per le persone che vogliono un’auto elettrica, ma che non vogliono rinunciare a una maggiore autonomia.

Pro e Contro

  • Vantaggi:
    • ottima durata chilometrica;
    • zero emissioni quando il motore a combustione è inattivo;
  • Svantaggi:
    • prezzo di acquisto molto elevato;
    • tipologia di veicolo ancora non molto commerciale;

Fuel Cell Vehicle (ibrido-Idrogeno)

Premessa, attualmente in Italia non ci sono molti veicoli con questa motorizzazione. Infatti, esistono meno di dieci modelli di auto che utilizzano l’idrogeno come carburante, quindi questo aspetto non è da prendere in considerazione. Tuttavia, per completezza dell’articolo, faremo qualche accenno a riguardo. Tre le aziende che stanno sviluppando queste auto troviamo: Toyota, Mercedes, Audi, Hyundai e Honda hanno già il proprio modello di auto a idrogeno.

Sta di fatto che in un futuro non tanto lontano, le auto saranno dotate anche di motori FCV (Fuel Cell Vehicle) che utilizzano celle a combustibile per convertire l’energia chimica dell’ossigeno e dell’idrogeno, in energia elettrica. Questi veicoli hanno il vantaggio di produrre zero emissioni di gas nocivi, in quanto rilasciano nell’aria solo vapore acqueo.

In pratica, un’auto a idrogeno è un ibrido con motori in serie, in cui l’energia ottenuta dalla reazione chimica dell’idrogeno viene utilizzata per ricaricare le batterie dell’auto, che alimentano il veicolo. Questa energia viene prodotta tramite una reazione chimica chiamata elettrolisi tra idrogeno (H) e ossigeno (O). Tuttavia, al momento la rete di distribuzione dell’idrogeno è molto limitata. La produzione di questo carburante richiede o un processo di elettrolisi dell’acqua, o un’estrazione da fonti fossili o rinnovabili.


I vantaggi delle auto ibride

Sebbene la tecnologia delle auto ibride esista già dagli anni 90′, è solo nell’ultimo decennio che la produzione è aumentata. Questo sarà dovuto sicuramente al costo “più accessibile” delle batterie e della tecnologia. Ma non solo, grazie alla maggiore consapevolezza ambientale, la pressione governativa e il crescente interesse dei consumatori per veicoli più efficienti dal punto di vista energetico. L’uso dell’elettricità come fonte di energia per la trazione del veicolo riduce le emissioni di CO2, contribuendo a preservare la qualità dell’aria per le generazioni future. Ma vediamolo brevemente i punti chiavi.

Risparmio economico.

Esistono numerosi incentivi economici per le persone che acquistano auto elettriche o ibride. Inoltre, queste ultime hanno una minore manutenzione, un basso consumo di carburante e per le aziende possono dare accesso ad alcune tassazione ridotta

Ottimizzazione dell’energia.

Ogni volta che si frena o si rallenta, l’energia cinetica viene recuperata e utilizzata per ricaricare le batterie dell’auto.

Maggiori prestazioni.

Durante le accelerazioni, il motore termico viene assistito e supportato dal motore elettrico, creando una maggiore potenza e una coppia più omogenea che si traducono in una accelerazione più costante.

Motori più leggeri.

Nelle auto ibride, generalmente i motori a combustione interna sono più leggeri e più piccoli. Grazie all’uso combinato dei due motori, si ottiene una maggiore efficienza e motori dalle dimensioni più ridotte.

Gli svantaggi delle auto ibride?

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Costi.

Attualmente i prezzi delle auto ibride sono ancora superiori rispetto alle alternative a benzina e diesel. Tuttavia, i prezzi di questo tipo di motorizzazione stanno costantemente diminuendo e diventando sempre più competitivi rispetto ai motori a combustione interna.

Le temperature influenzano le batterie.

Come per ogni dispositivo elettronico, le batterie funzionano meglio a temperature comprese tra i 20°C e i 30°C. Il freddo può ridurre la capacità di carica o addirittura danneggiare definitivamente le batterie, mentre le temperature elevate possono surriscaldarle e ridurre la loro durata nel tempo. Tuttavia, le nuove batterie delle auto ibride sono state progettate per funzionare in una maggiore gamma di temperature, ma quelle estreme possono ancora influire sulle prestazioni delle batterie. Per questo nei paesi con temperature molto rigide, l’elettrico non è ancora una soluzione affidabile.

Infrastrutture di ricarica limitate.

Difficoltà di ricarica delle auto plug-in, che sono attualmente l’unica tipologia di autovetture in grado di essere ricaricate. A differenza dei distributori di carburante, le stazioni di ricarica elettrica sono ancora meno diffuse sul territorio italiano ed europeo. Ci sono ancora molte zone che non dispongono di stazioni di ricarica, il che rappresenta un ostacolo per i proprietari di veicoli elettrici che intendono viaggiare su lunghe distanze.


Conclusioni

In definitiva, i veicoli ibridi rappresentano una soluzione innovativa e sostenibile per il settore automobilistico. Tuttavia, affinché questa tipologia di motorizzazione diventi una scelta sempre più attraente per i consumatori, è necessario risolvere alcune sfide. In particolare, devono aumentare le infrastrutture di ricarica, i prezzi devono essere più accessibili rispetto alle alternative a benzina (o diesel) e l’autonomia delle batterie deve essere aumentata.

È fondamentale che lo stato e la comunità Europea continuino a sostenere lo sviluppo delle auto ibride e delle fonti di energia rinnovabile. Garantire un futuro più sostenibile per tutti noi e meno inquinante per l’ambiente non più una scelta, ma un obbligo. Grazie alle nuove tecnologie e all’impegno dell’industria automobilistica, è possibile realizzare questo obiettivo e creare un mondo più pulito e sostenibile per le generazioni future. Non c’è più tempo, bisogna agire adesso.

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