Veicoli ibridi, come interagiscono motore termico e motore elettrico?

In questo articolo abbiamo spiegato cosa si intende per sistema ibrido e abbiamo fatto una prima suddivisione dei veicoli ibridi in base alla rilevanza che ricopre la parte elettrica. Ma effettivamente come interagiscono termico ed elettrico tra di loro? Come vengono gestiti i relativi flussi di energia? Esiste perciò un’ulteriore suddivisione dei veicoli ibridi, che li divide a seconda dell’architettura di collegamento. Per architettura si intende infatti come sono collegati e gestiti i due motori, termico ed elettrico.

I powertrain ibridi possono essere suddivisi in:

1. Ibrido serie

2. Ibrido parallelo

3. Ibrido serie-parallelo (power split)

Vediamo nel dettaglio ciascuna architettura:

Configurazione Serie, vantaggi e svantaggi

In questo caso la potenza è fornita alle ruote dal solo motore elettrico. Il motore termico invece aziona un generatore elettrico che fornisce potenza per l’azionamento del motore elettrico. Il vantaggio di tale sistema è che, essendo il motore termico disaccoppiato dalle ruote, si può mantenere sempre al regime di massimo rendimento. Quando la potenza generata è maggiore di quanta ne viene richiesta dal motore elettrico (motore di trazione), la parte di potenza in più viene indirizzata verso le batterie, che vengono quindi ricaricate. Svantaggio: si ha una doppia conversione dell’energia (meccanica-elettrica-meccanica) con un conseguente aumento delle perdite.

Configurazione Parallelo, vantaggi e svantaggi

In questo caso entrambi i motori, termico ed elettrico, sono collegati ad un’unica trasmissione. Normalmente, il motore termico fornisce la maggior parte della potenza, mentre il motore elettrico ha la funzione di fornire potenza addizionale e di svolgere funzioni ausiliarie. Vantaggi: il rendimento complessivo è maggiore rispetto a quello della configurazione serie. Inoltre, il motore elettrico è di dimensione molto più ridotta rispetto al caso precedente (siccome non deve più fornire tutta la potenza necessaria al veicolo), con un conseguente risparmio in termini di peso. Svantaggio: il motore a combustione interna non funziona più soltanto nella sua finestra di migliore rendimento. Inoltre, in questo caso, non è permessa la ricarica delle batterie da parte del motore termico.

Configurazione Serie-Parallelo, vantaggi e svantaggi

Questa è l’architettura più versatile tra quelle viste finora. Si trova esattamente a metà strada (da qui il nome), sfruttando gli aspetti positivi di ognuna delle due configurazioni. Il vantaggio di combinare i due sistemi è quello di ottenere una flessibilità molto maggiore nella gestione dell’energia, che consente di far funzionare il veicolo nella configurazione più vantaggiosa a seconda delle condizioni di guida. Tendenzialmente si può dire che la configurazione serie è utilizzata alle basse velocità, mentre quella parallelo viene sfruttata quando la richiesta di potenza è maggiore. I vantaggi si hanno principalmente dal punto di vista energetico e dei consumi, siccome non si ha la doppia conversione che si ha negli ibridi serie ma, al contrario degli ibridi parallelo, si può avere la ricarica delle batterie grazie al motore termico.

Ovviamente, il principale svantaggio è proprio la complessità stessa del sistema. Gli schemi rappresentati per le tre architetture sono da considerarsi validi in maniera generale. Naturalmente ognuna delle case automobilistiche opta poi per soluzioni che differiscono leggermente l’una dall’altra.