I miglioramenti tecnologici degli autoveicoli dotati di motori ibridi aprono prospettive di mercato interessanti non solo dal punto di vista ecologico, ma anche economico.
di Alessandro Ovi
In termini generici, i veicoli ibridi (HV, hybrid vehicle) , sono quelli che combinano due fonti di energia (elettricità e combustibile). Il motore elettrico fornisce, quando richiesto, un supplemento di energia a quello a scoppio, usando l’energia immagazzinata in una batteria che si ricarica quando l’auto frena, va in discesa o quando quello a scoppio produce più energia di quella richiesta per la trazione.
Normalmente il motore elettrico entra in funzione anche nelle fasi di avvio o quando viene richiesto un surplus di potenza in accelerazione.
Tutto questi passaggi da un modo di funzionamento all’altro richiedono un sistema di controllo computerizzato, vari tipi di sensori e un software raffinato.
Si tratta di un complesso di tecnologie sviluppate di recente che riporta il motore elettrico ad avere un ruolo importante nell’automobile.
Storia
Storicamente infatti le auto elettriche avevano preceduto quelle a benzina, gasolio o gas.
Prima del 1830 vi erano solo auto a vapore, nel 1834 è comparsa la prima auto elettrica, nel 1885 la prima a benzina. Nel 1900, quando furono prodotte 4.200 automobili , il 40 per cento erano a vapore, il 38 per cento elettriche e il 28 per cento a benzina. Nel 1912, con 32.000 unità prodotte, quelle elettriche erano il doppio di quelle a benzina.
Nel 1920, l’introduzione dell’accensione elettrica diede iniziò alla supremazia delle auto con motori a scoppio che rapidamente conquistarono la totalità del mercato.
Negli anni 1970, la crisi energetica, con l’impennata dei prezzi del petrolio, avviò la fase di rilancio dei sistemi a basso consumo e del ricorso a fonti energetiche alternative.
Nel 1975 il servizio postale americano acquistò 352 veicoli elettrici per iniziare un test.
Nel 1976 l’Electric and Hybrid Vehicles Research Development and Demonstration Act autorizzò un programma federale di promozione delle tecnologie dei veicoli elettrici e ibridi per dimostrarne la fattibilità commerciale. Tuttavia, solo tra il 1999 e il 2000, con la Honda Insight e la Toyota Prius, si iniziò la produzione commerciale di auto ibride. Il maggior successo lo ha avuto la Prius che già nel 2003 aveva venduto negli Stati Uniti 20.000 unità, dando il via a una crescita esponenziale delle auto ibride.
Honda e Toyota si sono poi allargate rispettivamente a Civic e Accord e a Camry e Highlander, Lexus RX400h e GS450h.
Si sono quindi aggiunte Ford con Escape e Mercuri Mariner e ora GM, Hyunday, Nissan.
Mercato
Il presidente di Toyota, Watanabe, prevede che nel 2010 potranno essere prodotte quasi tre milioni di HV.
I grafici qui di seguito riportano dati di mercato attuali e previsti.
Il fatto interessante è che Toyota, pur continuando a mantenere una posizione di leadership, viene affiancata dalla maggior parte delle case automobilistiche mondiali, anche da alcune di quelle che, come vedremo più avanti, oggi si dimostrano più scettiche sul concetto HV.
Tecnologie e sistemi
Gli HV possono applicare diverse strutture e modi di operare.
Strutture
La struttura di base di un motore
ibridoè rappresentata qui a fianco.
La trazione è fornita o dal motore
a scoppio o dal motore elettrico
o dai due assieme.
Il generatore può raccogliere energia
dal motore per ricaricare la batteria
o dal sistema di trasmissione,
recuperando l’energia dissipata
in rallentamenti e frenate.
Architetture
In serie: Il motore a scoppio alimenta il generatore che carica la batteria la quale, a
sua volta, alimenta il motore elettrico collegato alla trazione.
In parallelo: Sia il motore a scoppio sia quello elettrico sono collegati direttamente alla
trazione.
Mista in serie-in parallelo
Complessa: Con due motori elettrici: si può avere un motore sulla trazione anteriore e uno su quella posteriore offrendo così la possibilità di una forma di quattro ruote motrici senza l’ingombro dell’albero di trasmissione.
Un esempio di sistema complesso è quello della Lexus dove la trazione posteriore è appunto fornita solo da un motore elettrico e il sistema è controllato da un inverter avanzato del quale è qui riportato lo schema.
Le prime tre architetture possono convivere nello stesso automezzo affidando all’elettronica il compito di un trasferimento “morbido” dall’una all’altra.
I modi di operare sono:
– Solo elettrico
– Ibrido
– Carica della batteria
– Rigenerativo (in frenata e rallentamento)
Una caratteristica delle auto ibride è il loro contenuto di elettronica che è molto più elevato di quello delle auto convenzionali e della dipendenza, per il loro sviluppo, da progressi rilevanti nelle tecnologie dei sensori e delle batterie elettriche.
Quello delle batterie è uno dei problemi più importanti ancora da risolvere. Si punta alla soluzione con batterie a ioni di litio, che dovrebbe offrire la possibilità di un utilizzo prolungato del motore elettrico e anche quella della ricarica diretta dalla rete.
Vi sono ancora, però, problemi di riscaldamento tanto da aver allontanato di almeno un paio di anni il momento del loro impiego.
Discussione
è interessante notare come, pur in questo sforzo comune di miglioramento, esistano opinioni ben diverse tra le varie aziende automobilistiche coinvolte.
Eccone alcune che riprendono dichiarazioni dei capi azienda.
–Toyota : Non possiamo dirlo con certezza, ma dovremmo vendere 1 milione di HV entro cinque anni e ogni modello Toyota avrà anche la versione ibrida.
–Honda: Noi stiamo sviluppando questa tecnologia per espansioni future, ma siamo anche certi che gli sforzi per migliorare i consumi non debba limitarsi ai motori ibridi.
–Renault Nissan: Gli ibridi possono essere una bella storia, ma non ancora economicamente convenienti, perché il loro valore è inferiore al loro costo.
–Ford :Gli ibridi rappresentano un modo importante di differenziarci. Siamo infatti in uno dei rari momenti in cui vi sono società automobilistiche che hanno una tecnologia e altre che non la hanno.
–GM: abbiamo studiato a fondo il caso e abbiamo convenuto che un investimento massiccio nella tecnologia ibrida non sarebbe stato responsabile nei confronti dei nostri azionisti. Non siamo riusciti a dare un valore economico a quello che Toyota ha considerato sostanzialmente un investimento pubblicitario.
La valutazione della convenienza degli HV viene spesso fatta mettendoli a confronto con soluzioni avanzate di motori a basso consumo, come quelli diesel o a gas, ma è un confronto fuorviante se non lo si fa tenendo conto della possibilità di applicare un sistema ibrido a qualunque motorizzazione.
I fattori negativi per gli HV sono:
-il maggior costo della applicazione di soluzioni ibride da confrontare con il possibile risparmio a parità di motorizzazione;
-la diminuzione di prestazioni della soluzione HV, causata dal maggior peso delle batterie e del motore elettrico;
Paragonare un HV con motorizzazione a benzina con motorizzazioni diesel o a gas non è corretto.
Una importante innovazione nel modo degli HV infatti sarà rappresentata dall’arrivo del primo modello ibrido diesel. Oggi, infatti, chi ha una tecnologia all’avanguardia nei motori diesel, sostiene che una auto ibrida non è migliore di una diesel né per quanto riguarda i consumi e le emissioni di CO2 né per quanto riguarda le prestazioni, al punto tale da compensare il suo maggiore costo.
Negli Stati Uniti il confronto non è rilevante, perché su quel mercato il diesel praticamente non esiste sul mercato delle automobili, e quindi gli HV si confrontano solo con le auto motorizzate a benzina, nei confronti delle quali il loro vantaggio è davvero notevole..
Ma in Europa, dove il diesel è ormai ampiamente accettato e diffuso, il sistema ibrido-diesel consente un netto vantaggio complessivo perché garantisce il recupero dell’energia spesa nei momenti della frenata e in quelli degli arresti e delle ripartenze.
La prima a proporre una soluzione ibrida diesel per autovetture è PSA e qui si riporta la rappresentazione grafica della sua proposta.
L’arrivo del primo modello di HV diesel, assieme alla promessa della Toyota di offrire entro cinque anni una versione HV per tutti i suoi modelli, significa che probabilmente gli acquirenti di un ibrido non saranno più solo persone che desiderano, come dicono in California, fare un green statement, ma molto più semplicemente persone che scelgono facendo i conti di quanto realmente spendono in complesso durante tutta la vita della loro automobile.
