Auto elettrica, ibrida, plug-in: cosa conviene?

Veicoli elettrici, ibridi, plug-in: le case automobilistiche offrono sempre più nuovi modelli in parte o in tutto elettrici, ovviamente mettendo in evidenza i relativi benefici. Il consumatore spesso si trova in difficoltà per capire cosa sia meglio per lui. In questo articolo cerchiamo di fare chiarezza su questa offerta, concentrandosi sul punto di vista dell’utente finale. Cerchiamo quindi di rispondere a due domande principali:

• I benefici che si possono ottenere da un veicolo elettrico od elettrificato, rispetto ad un modello standard a benzina.
• Se e come cambia il modo di utilizzare il veicolo, anche per aumentare i benefici.

Un veicolo viene detto ibrido perché dispone di due diverse motorizzazioni: un motore tradizionale a benzina/diesel ed un motore elettrico. È quindi una “elettrificazione” del veicolo tradizionale, cioè un veicolo normale a cui viene aggiunto un motore elettrico. Nel caso del veicolo elettrico invece, l’intero veicolo viene disegnato attorno alla motorizzazione puramente elettrica.  

Abbiamo principalmente quattro categorie di veicoli elettrici/elettrificati.

• Mild hybrid o ibrido leggero
• Full Hybrid
• PlugIn Hybrid
• Elettrico puro

Analizziamoli soprattutto dal punto di vista dell’utilizzatore.

Myld Hybrid o ibrido leggero

Il veicolo Mild Hybrid (indicato con MHEV Mild Hybrid Electric Vehicle), ibrido leggero, è il primo livello dell’elettrificazione. Non è possibile ricaricarlo a una presa di corrente. Questa tecnologia si può trovare abbinata ad un motore sia a benzina che a gasolio.

In questo sistema Mild Hybrid, una piccola unità elettrica “aiuta” il motore tradizionale. L’auto, quindi, è spinta principalmente dal motore termico. Questa unità elettrica sostituisce anche il motorino di avviamento e l’alternatore per ricaricare la batteria di servizio del veicolo. Come per il motorino di avviamento e l’alternatore, questa unità elettrica è collegata al motore tramite una cinghia e non è connessa direttamente alle ruote.  Non è quindi possibile, in nessun modo, viaggiare, anche per brevissimi tratti, in modo puramente elettrico.

Il sistema ha una sua batteria a 12, 24 o 48 volt agli ioni di litio, spesso localizzata sotto i sedili. Ottimizzata per poter essere ricaricata con molta frequenza, la sua dimensione dipende principalmente dalla cilindrata del motore termico e dal peso del veicolo, dovendo solo coprire una o poche  “ripartenze”, dopo ogni ripartenza dovrebbe poi seguire un rallentamento che dovrebbe permettere la sua ricarica.

Quali benefici offre questo sistema

• In fase di accelerazione, che è anche dove abbiamo i maggiori consumi, il motore termico viene aiutato dal motore elettrico, permettendo di avere gli stessi spunti consumando molto meno.
• Quando rilasciamo l’acceleratore per rallentare, il sistema provvede a ricaricare la sua batteria. Può anche, durante la marcia a velocità costante o in fase di rallentamento, spegnere il motore termico consentendo una ulteriore riduzione dei consumi.
• Il guidatore si accorge del sistema solamente in fase di rallentamento dove percepisce una azione frenante (freno motore) maggiore rispetto ad una vettura priva di questo sistema, per la fase di ricarica della batteria.
• Quindi non ci sono cambiamenti nel modo di utilizzare il veicolo. Un guidatore attento ai consumi può però adottare comportamenti utili al miglior funzionamento del sistema, ad esempio evitando di premere la frizione in fase di rallentamento: con la frizione premuta il sistema non può più ricaricarsi.

I benefici del sistema sono molto evidenti, soprattutto nella guida urbana, dove sono frequenti gli arresti e le ripartenze. In effetti il sistema consente di “avvicinare” i consumi che il veicolo ha a velocità costante, con quelli che si hanno nella guida cittadina. Il peso aggiuntivo del sistema è piuttosto ridotto, e quindi in generale ci si può attendere una riduzione dei consumi dell’ordine del 10%. Ma questo dipende moltissimo dal tipo di utilizzo.

Full Hybrid Electric Vehicle

Lo step di elettrificazione successivo è rappresentato dalla soluzione Full Hybrid Electric Vehicle (Fhev o Hev) che rappresenta la prima soluzione ibrida adottata dall’industria automotive. Questa soluzione è stata infatti introdotta sul mercato già nel 1997 con la Toyota Prius. In questi veicoli l’unità elettrica è collegata alle ruote e quindi può muovere il veicolo, indipendentemente dal motore termico.

Due diverse modalità di funzionamento: serie o parallelo

Nell’ibrido serie il moto alle ruote è generato solo dal motore elettrico. Il motore termico genera l’energia elettrica necessaria al motore elettrico. Nell’ibrido parallelo i due motori possono, separatamente, generare il moto alle ruote. In alcuni modelli sono possibili entrambi i modi di funzionamento, serie o parallelo, si utilizza quello che fornisce migliori prestazioni in quel particolare momento.

Grazie ad un motore più potente e a batterie di dimensioni maggiori rispetto alla soluzione Mild Hybrid, un veicolo Full Hybrid può percorrere alcuni chilometri in modalità solo elettrica. Normalmente, nel caso dell’ibrido parallelo, i motori (elettrico e termico) sono utilizzati in alternativa e non assieme. Soltanto quando il guidatore chiede molta potenza, acceleratore premuto a fondo, “kickdown”, il motore elettrico entra in funzione ad aiutare il motore termico. In avvio ed a bassa velocità funziona invece il solo motore elettrico. 

Il pacco batterie è più rilevante, rispetto al Mild Hybrid, con un peso intorno ai 100 chilogrammi. La ricarica avviene in fase di decelerazione ed anche grazie al motore termico. In molti casi è anche presente la frenata rigenerativa: premendo il freno l’unità elettrica aumenta la sua azione di ricarica, frenando quindi il veicolo. Per frenate modeste questo può essere sufficiente, e i freni del veicolo possono non essere addirittura attivati.

Quali benefici offre questo sistema

• Come nel caso del Mild Hybrid, i benefici maggiori in termini di consumo si hanno nella guida urbana. Grazie al fatto che il motore termico viene spesso tenuto spento, la riduzione dei consumi però può arrivare al 30%.  
• Il guidatore non deve, anche in questo caso, modificare il suo comportamento. Grazie al cambio automatico, necessario per questo tipo di soluzione, l’unica attenzione che porta a maggiori benefici è il “piede leggero”, che consente di ritardare al massimo l’intervento del motore termico in fase di ripartenza.  

Il sistema è più complesso rispetto al Mild Hybrid, con componenti (motore elettrico e batteria) di maggiori dimensioni. Questo comporta un aumento significativo del costo del veicolo, solo in parte compensato dalla possibilità di adottare un motore termico di potenza inferiore, quindi più piccolo, grazie alla potenza supplettiva fornita dal motore elettrico. 

Veicolo Plug-In Hybrid

Rispetto al Full Hybrid la soluzione Plug-In Hybrid prevede un motore elettrico piò potente, in grado di muovere il veicolo anche fino ai 130 Kmh, batterie più capienti e, soprattutto, la possibilità di essere ricaricato ad una presa di corrente o una colonnina di ricarica.

Può funzionare come un veicolo puramente elettrico, però con una autonomia limitata, normalmente intorno ai 50 Km. Con le batterie completamente cariche può quindi percorrere fino a circa 50 Km, senza consumare benzina.

Quando le batterie sono scariche, il veicolo si comporta comunque come un veicolo Full Hybrid, ricaricandole in frenata e usandole nelle ripartenze. È inoltre sempre possibile utilizzare entrambi i motori per migliorare lo spunto in accelerazione.

In alcuni modelli le due motorizzazioni sono anche meccanicamente separate, operando sui due assi anteriore e posteriore del veicolo separatamente. In questo modo si può disporre anche di un veicolo a quattro ruote motrici, soluzione che quindi si presta bene per SUV e fuoristrada.

Il beneficio massimo in questo caso dipende essenzialmente dall’utilizzo dell’energia fornita dal pacco batteria, ricaricata esternamente. Se l’utente riesce a ricaricare frequentemente il veicolo, e percorrere meno di cinquanta chilometri, se questa è l’autonomia in elettrico, tra una ricarica e l’altra, il consumo di benzina si riduce a zero, esattamente come per un veicolo elettrico. Ma, a differenza di un veicolo elettrico, non c’è “l’ansia da ricarica”: se non si trova una colonnina per ricaricare il veicolo, è comunque possibile continuare il viaggio grazie al motore termico.

Quali benefici offre questo sistema

Nella scelta di questo tipo di veicolo occorre quindi tenere conto dei seguenti fattori, affinché i benefici siano significativi:

• Tipo di utilizzo del veicolo, preferibilmente con percorrenze giornaliere limitate a poche decine di chilometri.
• Disponibilità di una ricarica a domicilio, garage con presa di corrente, per la ricarica almeno notturna.
• Disponibilità di colonnine di ricarica nei luoghi più frequentati (per esempio posto di lavoro).

Essendo il peso del veicolo gravato dal peso delle batterie, alcune centinaia di chili, il beneficio può essere minimo se il veicolo viene usato solo per percorrenze lunghe, oppure non viene ricaricato frequentemente.

Un aspetto importante, come accennato, è la possibilità di ricaricare il veicolo a casa, nelle ore notturne. Questo permette una ricarica (almeno) giornaliera e la possibilità di usufruire delle tariffe dell’energia elettrica favorevoli notturne, spesso disponibili. Considerando che un veicolo ibrido plug-in, per poter percorrere circa cinquanta chilometri in elettrico ha bisogno di circa 10-12 KWh di energia immagazzinata nelle batterie, per la ricarica in circa 8 ore occorre disporre di una potenza di ricarica elettrica di circa 1,5 Kw.   

Quindi un contratto con potenza impegnata di 3Kw potrebbe anche essere sufficiente, anche se sarebbe preferibile almeno qualcosa di più, tipo 4,5 Kw, per essere tranquilli e non rischiare “stacchi” per eccesso di potenza richiesta. I veicoli ibridi plug-in, come gli elettrici, possono essere forniti con una Wallbox, dispositivo per la ricarica “casalinga”. Questa ha la possibilità di essere dotata di un sensore di potenza assorbita dall’impianto di casa, in modo da potersi adeguare e non far saltare il contatore nel caso il consumo aumentasse mentre il veicolo è in carica: la carica verrebbe “rallentata”, in modo che il consumo elettrico complessivo, auto più casa, rimanga compatibile con la potenza disponibile.   Il veicolo può poi essere programmato per ricaricarsi solamente di notte, ad esempio tra le undici di sera e le sette del mattino

Veicolo elettrico

Con il veicolo elettrico occorre invece adottare necessariamente un utilizzo compatibile con i suoi limiti di autonomia e considerare che la ricarica è spesso difficile e comunque richiede tempo. A differenza dell’ibrido plug-in non esiste una soluzione di backup, se le batterie sono scariche e non c’è una colonnina di ricarica disponibile si rimane fermi.

Prendendo come riferimento un modello popolare in Italia, la 500e, in termini di autonomia viene dichiarata una percorrenza di 320 Km, che però in termini reali si riduce a 280 Km per un utilizzo misto urbano-extraurbano. Se poi la si usa in autostrada l’autonomia scende moltissimo (a circa 150 Km). Quindi ad ogni utilizzo il guidatore deve essere sicuro di avere autonomia sufficiente o di poter disporre, sicuramente, di colonnine di ricarica adeguate e disponibili. È purtroppo esperienza comune, tra gli utilizzatori di veicoli elettrici, di colonnine guaste od occupate, a volte addirittura da veicoli non elettrici che utilizzano indebitamente la piazzola di parcheggio.   

Fino a quando le colonnine di ricarica non saranno in numero adeguato è quindi fondamentale, per un veicolo elettrico, di poter disporre di una ricarica “casalinga”. Però in questo caso il problema della potenza impegnata diventa importante. Con la 500e, che ha 42 Kwh di batterie, e una wallbox regolata per assorbire 2,3 Kw (valore compatibile con una potenza impegnata di 4,5 Kw) servono 18-20 ore per una ricarica completa. E’ possibile modificare la Wallbox per portare la potenza di ricarica a 7,4 Kw, portando il tempo di ricarica a sei ore e quindi compatibile con una ricarica notturna, ma occorre necessariamente adeguare la potenza contrattuale impegnata con il fornitore di energia elettrica, per poter disporre di tale potenza.

Disponendo invece di una colonnina di ricarica adeguata, ancora poco diffusa, il tempo di ricarica può scendere addirittura a mezz’ora, sfruttando al massimo la ricarica veloce, fast charger, del veicolo (che arriva a potenze di 85 Kw). In una colonnina di ricarica normale (11 Kw in corrente alternata) servono comunque cinque ore. 

Auto elettrica, ibrida, plug in: cosa conviene?

Nella tabella il confronto tra le diverse soluzioni. I valori sono molto indicativi e possono variare moltissimo in funzione della soluzione particolare adottata. Per esempio, l’incremento di costo non tiene conto degli incentivi, come anche dei benefici accessori, come l’esenzione dal pagamento del bollo. 

Allora conviene? Quale modello scegliere?

Emerge quindi che l’utente, nella scelta di un nuovo veicolo, può prendere in considerazione: un modello Mild Hybrid o Full Hybrid con gli stessi criteri con cui confronta modelli standard, considerando il minor consumo rispetto al maggior costo. Deve solo tenere presente che il minor consumo è effettivo solo in un utilizzo prevalente urbano, in autostrada la differenza si azzera o quasi.

Nel caso di un veicolo Plug-in o completamente elettrico i fattori da considerare sono molti di più. Dato il costo significativamente maggiore, per recuperarlo è necessario un uso frequente ed estensivo del veicolo (e in modalità elettrica nel caso dell’ibrido Plug-in). Questo però si deve confrontare con l’autonomia, la disponibilità di punti di ricarica ed i tempi necessari per la ricarica.

La disponibilità di una ricarica “casalinga” (e di potenza adeguata nel caso del veicolo elettrico), appare essere un requisito molto importante e fondamentale, a meno di non poter disporre di colonnine di ricarica sulle quali poter contare sempre, in termini di disponibilità ed affidabilità.

L’autonomia è un fattore fondamentale nel considerare l’acquisto di un veicolo elettrico. Ogni tragitto di lunghezza non compatibile con l’autonomia residua è a rischio, a meno di non poter contare su punti di ricarica sicuramente disponibili (ed es. prenotati in strutture o disponibili nei posti di lavoro).

Anche se meno critica, l’autonomia elettrica di un veicolo Plug-In è comunque molto importante: se la percorrenza tra una ricarica e l’altra è sempre molto superiore all’autonomia in elettrico, i benefici che si possono ottenere sono molto più risicati.

Questo oggi, ma il futuro? L’idrogeno

Tutto quanto detto ovviamente può cambiare grazie all’evoluzione tecnologica, ad esempio con batterie più efficienti sarà possibile avere più autonomia, o minori incrementi di peso e di costo.

Ma alcuni aspetti rimarranno comunque anche in futuro: con una batteria da 150 Kwh potrei avere una autonomia di 1000 Km, ma per ricaricarla in 5 minuti dovrei avere una colonnina da 1.8 Megawatt, cioè quello che serve attualmente per alimentare circa mille famiglie. Difficilmente fattibile.

Una soluzione potrebbe essere la sostituzione delle batterie. Difficilmente proponibile per tutti i veicoli per l’enorme varietà di modelli, dimensioni, ecc. È una soluzione che si sta considerando per flotte di veicoli simili, ad esempio bus per il trasporto urbano o taxi.

L’idrogeno potrebbe essere la soluzione futura

• Può essere prodotto partendo da fonti sostenibili, ad esempio con il fotovoltaico e elettrolisi dell’acqua;
• Può produrre energia elettrica in celle a combustibile, combinandosi con l‘ossigeno e producendo quindi acqua, nessun inquinante o gas effetto serra viene emesso;
• Il rifornimento può avvenire in modo rapido, come succede adesso per altri combustibili gassosi.
• L’autonomia a seguito di un rifornimento è paragonabile a quella che si può ottenere con altri combustibili gassosi utilizzati in motori tradizionali.

Quindi veicoli elettrici che utilizzano l’energia elettrica prodotta da celle a combustibile alimentate ad idrogeno potrebbero essere la soluzione del futuro che supera tutti i limiti dell’attuale tecnologia delle batterie.

La ricerca sta lavorando intensamente a questa soluzione per superare tutte le attuali difficoltà. Nel trasporto merci, date le potenze ed energie in gioco, solo l’idrogeno pare essere una soluzione fattibile per sostituire le motorizzazioni tradizionali diesel. In questo settore (veicoli commerciali, per trasporto merci e persone) esistono già soluzioni commerciali.