Come funzionano i veicoli ibridi: combinazione di motori elettrici e motori a benzina

Un veicolo ibrido elettrico (HEV) combina un motore a benzina ad accensione comandata con uno o più motori elettrici che traggono potenza da un pacco batteria, secondo l'Alternative Fuels Data Center (AFDC) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. A differenza degli ibridi plug-in, la batteria di un ibrido convenzionale non può essere caricata da una presa elettrica; viene ricaricata solo attraverso il motore a benzina e attraverso la frenata rigenerativa.

I componenti principali

L'AFDC elenca le parti principali di un impianto motore HEV: un motore a combustione interna, un motore di trazione elettrica, un generatore elettrico, un pacco batteria di trazione, un controllore dell'elettronica di potenza che regola la corrente e la velocità del motore, un convertitore DC/DC che riduce la tensione per gli accessori di bordo, e un cambio che invia la potenza meccanica sia dal motore che dal motore alle ruote.

Come le due fonti di energia condividono il lavoro

Secondo fueleconomy.gov, il motore a benzina e il motore elettrico sono gestiti automaticamente dal sistema di controllo del veicolo, che continuamente decide quanto ciascuno dovrebbe contribuire. A basse velocità e leggera accelerazione, molti ibridi possono funzionare solo con il motore elettrico. A velocità di crociera, il motore a combustione tipicamente fa la maggior parte del lavoro. Sotto accelerazione dura o su colline, il motore e il motore possono combinare la loro potenza, e quando l'auto è ferma il motore si spegne in modo che non venga sprecato carburante al minimo.

La descrizione ufficiale del sistema Hybrid Synergy Drive di Toyota, utilizzato in tutta la sua gamma ibrida, fornisce un esempio concreto di questa logica: al minimo o all'arresto, Toyota afferma che entrambi i motori vengono spenti automaticamente in modo che non venga sprecata energia, mentre su colline o durante il sorpasso l'azienda afferma che entrambi i motori alimentano il veicolo per fornire le massime prestazioni. Toyota afferma anche che il suo sistema consente ai conducenti di accelerare fino a 50 km/h solo con potenza elettrica in modalità EV, senza produrre emissioni allo scarico durante quella fase.

Frenata rigenerativa: recuperare l'energia che altrimenti andrebbe persa

La frenata rigenerativa è la tecnologia che consente a un ibrido di ricaricare la batteria senza inserirsi. Fueleconomy.gov spiega che il sistema utilizza il movimento in avanti delle ruote per girare il motore, che genera elettricità mentre aiuta anche a rallentare l'auto, invece di dissipare quella energia puramente come calore attraverso i freni ad attrito convenzionali. L'AFDC conferma che un generatore elettrico cattura l'energia dalle ruote in frenata e la reindirizza alla batteria di trazione.

Configurazioni in serie, parallele e plug-in

Gli ibridi plug-in non sono tutti cablati allo stesso modo. La descrizione di fueleconomy.gov dei veicoli ibridi elettrici plug-in (PHEV) distingue gli PHEV paralleli, o blended, in cui sia il motore che il motore elettrico sono meccanicamente collegati alle ruote e possono guidarle direttamente, dagli PHEV in serie, in cui solo il motore elettrico aziona le ruote mentre l'unico lavoro del motore a benzina è generare elettricità per quel motore. Fueleconomy.gov nota che gli PHEV in serie sono anche noti come veicoli elettrici a gamma estesa (EREV).

I veicoli ibridi elettrici plug-in (PHEV) aggiungono una batteria più grande e ricaricabile esternamente al stesso concetto di base. Fueleconomy.gov afferma che i PHEV possono immagazzinare abbastanza elettricità per ridurre significativamente l'uso di petrolio in condizioni di guida tipiche, e che, a seconda del modello, utilizzano approssimativamente il 30% al 60% di meno petrolio rispetto ai veicoli convenzionali. L'Agenzia per la Protezione dell'Ambiente degli Stati Uniti (EPA) afferma che i PHEV trasportano sia una batteria che un motore elettrico insieme a un serbatoio di benzina e un motore a combustione interna, e che producono emissioni allo scarico quando la benzina viene utilizzata come fonte di carburante, rendendoli più puliti delle automobili a benzina convenzionali ma non a emissioni zero come i veicoli elettrici a batteria.

Perché combinare le due fonti fa risparmiare carburante

L'AFDC spiega che il doppio impianto motore consente ai costruttori di montare un motore a benzina più piccolo di quello che un'auto convenzionale comparabile avrebbe bisogno, perché il motore elettrico può fornire ulteriore coppia quando è necessario, come durante l'accelerazione o la salita in collina. L'AFDC afferma che questo potrebbe potenzialmente consentire un motore più piccolo, e che la combinazione di ricarica rigenerativa, assistenza motore e minimo ridotto risulta in una migliore economia di carburante senza sacrificare le prestazioni. Le stesse cifre di Toyota illustrano l'effetto a livello di modello: l'azienda elenca il consumo di carburante del modello Auris Hybrid Synergy Drive a 3,8 litri per 100 km nella guida normale, con emissioni di CO2 di 87 grammi per km.