I veicoli ibridi plug-in ,o PHEV, a differenza di quelli a ricarica autonoma HEV, full hybrid electric vehicle, funzionano con ricarica esterna delle batterie. Queste hanno una capacità maggiore e possono essere ricaricate attraverso la rete elettrica domestica o colonnine di ricarica pubbliche anche ad alta velocità.

Introduzione: Funzionamento del PHEV

La differenza tra un veicolo PHEV ed una vettura puramente elettrica sta nel fatto che la ricarica avviene anche attraverso l’utilizzo di un motore a combustione interna. Questo può essere alimentato a benzina, diesel oppure a metano. Inoltre, il motore endotermico, sostituisce in tutto e per tutto il motore elettrico quando la batteria è scarica unendo le due propulsioni quando si richiede maggiore potenza al sistema.

Quanto un PHEV sia più economico, e rispettoso dell’ambiente, rispetto ad un HEV dipende dalla capacità della sua batteria e la capacità di sfruttare il modo efficiente la sua capacità. Ci sono vicoli PHEV che a parità di batteria percorrono chilometri diversi, indice di un efficienza diversa. Avere una batteria più piccola a parità di chilometri garantisce un minor peso del sistema. Oppure guardando il rovescio della medaglia essendo più efficiente si può usare una batteria più grande ampliando di molto la percorrenza in puro elettrico. In ogni caso i veicoli PHEV riescono a rendere al meglio su percorsi di tipo misto, composto da ciclo urbano, extraurbano. I vantaggi su questo tipo di utilizzo compensano ampiamente le perdite alle alte velocità in autostrada, a patto di non avere questa percorrenza nel proprio quotidiano superiore al 50%

Uno degli aspetti critici dei veicoli PHEV riguarda proprio utilizzo prevalentemente autostradale. Questo tipo di percorso, se prevalente, non consente di utilizzare la parte elettrica per tutto il viaggio, con fasi di intervallo in elettrico nelle condizioni di veleggiamento in funzione anche della tipologia di tracciato autostradale. A seconda che si tratti di un sistema di tipo seriale o parallelo, il veicolo una capacità maggiore di veleggiare per più tempo in elettrico anche in marcia autostradale.

Schema PHEV serie – Fonte Greenstart.it

Dal punto di vista tecnico, infatti, la composizione dei sistemi full hybrid ricalca quello dei veicoli HEV (hybrid electric vechicle). Quindi la disposizione ed il funzionamento degli elementi possono essere in serie, parallelo o combinato serie/parallelo.

Ibrido Plug-In, PHEV In serie

Il PHEV in serie puro, prevede che il motore endotermico non sia mai collegato alle ruote. Questo funziona come range extender della capacità di batteria che a sua volta alimenta il motore o i motori elettrici che forniscono trazione alle ruote. Un esempio era la Chevrolet Volt in Europa Opel Ampera. La sua prerogativa era quella di avere un piccolo motore endotermico che fungeva, appunto, soltanto da generatore quando la batteria era scarica. Il vantaggio del sistema in serie è quello di poter utilizzare un piccolo motore benzina ad un numero di giri limitato sfruttando la massima efficienza possibile risparmiando carburante.

Ibrido Plug-In, PHEV Parallelo

Il sistema parallelo si riconosce per la diversa erogazione dei due propulsori, con predominanza del motore endotermico rispetto a quello elettrico. Una volta sfruttata al massimo la capacità elettrica in EV, a batteria scarica, il motore endotermico diventa protagonista conservando prestazioni discrete.

Questo schema si adatta ad utilizzare componenti per la parte elettrica modulari progettati in collaborazione con i colossi della componentistica. In questo modo si imita il costo di adattamento delle piattaforme tecniche già in uso.

Lo schema parallelo si adatta infatti sia alla disposizione con motore anteriore trasversale che longitudinale. In entrambi i casi il motore elettrico viene installato nella trasmissione tra cambio e motore endotermico. La disponibilità di spazio e l’adattabilità del telaio determina spesso la differenza di potenza di cui il motore elettrico può disporre. Questa soluzione è adottata da molti gruppi tra i quali, Volkswagen, Hyundai/Kia con PSA e Volvo sfruttano anche u doppio motore elettrico per la gestione della trazione integrale. Nel caso di Mercedes e BMW con entrambe le disposizioni meccaniche.

Nelle modalità ibride automatiche l’endotermico funge da ricarica, ma prima che la batteria raggiunga un sufficiente livello di ricarica il sistema gestisce l’azione della parte elettrica come un mild hybrid con caratteristiche allargate sfruttando la maggiore potenza della macchina elettrica. Ma mano che la batteria si riempie si può aggiungere coppia e potenza in accelerazione, recuperando le prestazioni iniziali o tornare ad alternare la marcia in EV.

Uno dei limiti del sistema sta proprio nella lentezza con cui ricarica la batteria nelle fasi passive. Al conducente, di solito, sono concesse varie modalità di utilizzo manuali tra cui una Save ed una Recharge per consentire di sfruttare al meglio la capacità di conservare o ricaricare energia in funzione del percorso. Ciò comunque comporta un utilizzo intenso della parte endotermica. La logica, quindi, sarebbe quella di lasciare al controllo automatico la capacità di decidere come funzionare, sacrificando piacere di guida e prestazioni in funzione della carica di batteria.

Schema PHEV Parallelo – Fonte Greenstart.it

Il sistema ibrido parallelo, comunque, offre prestazioni superiori potendo sommare in parte o totalmente le due potenze, endotermica ed elettrica. Il risultato, dipende, spesso, dal tipo di trasmissione che il costruttore utilizza per far arrivare la potenza alle ruote, e come viene gestita elettronicamente l’azione combinata delle due propulsioni. Spesso ci sono momenti in cui le due potenze si sovrappongono senza sommarsi passandosi il testimone dell’erogazione di potenza come un gioco di staffetta tra atleti per ottenere l’erogazione finale. In questo caso il risultato finale è diverso dalla somma algebrica delle due potenze.

Sistema modulare PHEV ZF

Sul mercato ci sono costruttori come Mercedes che utilizza i sui due cambi il 7G doppia frizione ed il cambio 9G-Tronic aggiungendo la parte elettrica per il suo sistema PHEV. Tutti gli altri brand, compresi i premium come BMW, sfruttano sistemi progettati con colossi della componentistica come ZF o GKN. Anche Lexus per la gamma LS collabora con Aisin progettando e definendo la trasmissione dedicata per le loro autovetture.

I colossi della componentistica, infatti, forniscono moduli completi integrandosi nella meccanica sia anteriore che dell’assale posteriore. Di solito viene fornito il telaietto supporto per i bracci sospensioni, anche multilink, che porta il motore elettrico fungendo anche da differenziale o torque vectoring nel caso di trazione integrale. Tale soluzione, facilmente integrata, è utilizzata da Jeep, Mini, Land Rover ed altri. Quando il motore elettrico è posizionato solo sull’asse posteriore fornisce trazione elettrica pura alle ruote posteriori, gestendo la trazione integrale in parallelo quando lavora in accordo con il motore endotermico.

Sistema modulare PHEV GKN

La potenza ridotta del motore elettrico sull’asse posteriore,però, costringe ad azionare il motore endotermico più spesso che nelle soluzioni dove i due sono accoppiati su un solo asse. Se da un lato si guadagna in reattività anche migliore rispetto ad una trazione integrale meccanica, il guadagno in termini di consumi non è così marcato.

Ibrido Plug-In, PHEV Serie/Parallelo

L’ibrido plug-in PHEV serie/parallelo che viene sviluppato per viaggiare sfruttando entrambe le modalità di funzionamento descritte sopra. Questa soluzione è complessa, costosa, ma particolarmente cara a costruttori giapponesi, pionieri dell’ibrido come Toyota seguita da Mitsubishi. In sostanza, rappresenta il compromesso ideale. In Europa, l’unico costruttore che si cimenta su questa tecnologia è la Renault con la E-Tech ma con differenze sostanziali sia dal punto di vista tecnico nello sfruttamento delle sue componenti.

In base alle condizioni di marcia e l’esigenza di potenza si può sfruttare il motore endotermico come generatore, oppure far agire le due motorizzazioni in parallelo per sfruttare le potenzialità di entrambi. La presenza di un secondo motore elettrico posteriore consente di gestire anche la trazione integrale on-demand. Anche in questo caso si possono avere modalità di funzionamento in serie se percorre off-road leggero e parallelo per i passaggi difficili dove serve la potenza di tutti e due i motori elettrici più quello benzina.

Schema PHEV Serie/Parallelo – Fonte Greenstart.it

In questo sistema il motore endotermico non può essere di piccola cilindrata per la duplice funzione di ricarica e di potenza. Toyota utilizza un motore di grossa cilindrata aspirato ciclo Atkinson/Miller a rapporto di compressione variabile. Un propulsore facile da progettare, affidabile, che privilegia efficienza piuttosto che potenza potendo contare su un’unità elettrica di solito di pari potenza.

In questo schema la ricarica di batteria è affidata ad un generatore HSG collegato al motore endotermico. Una volta esaurita la carica iniziale, il PHEV serie/parallelo tende ad utilizzare l’azione dell’endotermico come extender in serie, dalla gestione ottimale la quantità di energia recuperata per viaggiare puramente elettrica per più tempo possibile, in tempo reale.

Tecnologia PHEV Toyota

Anche funzionando in questo modo, resta comunque una certa lentezza del sistema nel tornare a piena capienza della batteria. L’inverter infatti ha una potenza di ricarica inferiore rispetto ai 400v che di solito servono per ricaricare la batteria. in ogni caso rispetto ad un sistema parallelo puro, la quantità di energia immagazzinata è comunque superiore, e viene anche resa immediatamente disponibile in modo più rapido per non avere mai cali di potenza per batteria scarica.

La potenza totale erogata dai sistemi ibrido serie/parallelo dipende dall’obiettivo che si prefigge il costruttore. I giapponesi puntano ad un equilibrio tra prestazione ed efficienza. Gli europei, pochi che sfruttano questo sistema, puntano sulla prestazione sommando le due potenze elettrica ed endotermica in modo assoluto.

Tecnologia PHEV Mitsubishi

In ogni caso, il sistema seriale/parallelo deve sempre fare i conti con una certa lentezza nella reattività alle sollecitazioni dell’acceleratore. La gestione del sistema, infine, dipende molto dalla capacità del driver di far lavorare il sistema tanto in modo seriale che in parallelo in funzioni della condotta di guida con risultati anche molto variabili in termini di consumi.

Costi e convenienza del sistema PHEV, Plug-In

La domanda che sta attanagliando i lettori che sono giunti fino a questo punto è “Ma quanto si risparmia con un veicolo PHEV?” La risposta non è facile. Lasciando per un attimo le argomentazioni ecologiche e le discussioni filosofiche, restano concetti pragmatici come l’investimento e quanto rimane nel proprio portafoglio rispetto ad una tecnologia standard.

Tecnologia PHEV Renault

In sostanza, il risparmio dipende dal tipo di percorso che l’automobilista svolge quotidianamente. In ogni caso per funzionale al suo massimo potenziale un PHEV deve sempre avere la massima carica iniziale. Questa può avere costi variabili, dal bassissimo se la fonte energetica e rinnovabile come pannelli solari di tipo domestico o con colonnina ad alta potenza. Comunque è un costo che va sommato, convertendolo in carburante analogo, sommandolo al consumo dichiarato della vettura PHEV.

Per fare un esempio: Se una ricarica per percorrere 50km ha un costo medio di 2.50 euro, questi sono paragonabili, al momento, ad 1,4 litri di carburante, facendo una media tra benzina e diesel. Sommati ad un valore, per esempio di 2.0 litri/100km dichiarati dal costruttore, fanno un consumo realistico di 3.4litri100km.

Il consumo dichiarato secondo il ciclo NEDC e il recente WLTP di un veicolo PHEV è di circa 2.0 litri/100km, con variazioni a seconda del livello prestazionale. Infine l’autonomia della batteria in elettrico puro. La percorrenza è variabile in funzione del percorso. Per gli automobilisti che hanno una percorrenza media pari al dichiarato dal costruttore di riferimento, conviene utilizzare la funzione EV a prescindere. Ma per tutti gli automobilisti che percorrono più chilometri del dichiarato a batteria carica, allora conviene affidarsi alla modalità ibrida automatica per gestire al meglio la parte elettrica in funzione del percorso. A fronte di momenti in cui la vettura si accende a benzina, lo farà per allungare il più possibile la capacità elettrica dell’auto in modo funzionale.

Leggere la tabella:

Nella tabella sottostante sono stati elencati e suddivisi per segmento di mercato, la maggior parte delle vetture PHEV che compongono il listino, sperando di non fare torto a nessuno. Detto questo, per leggere ed interpretare al meglio i dati bisogna fare qualche considerazione iniziale.

Tecnologia PHEV BMW motore longitudinale

Nella seconda colonna è stata riportata l’autonomia in modalità full elettrico, PHEV40 piuttosto che PHEV100 con il numero che in dica la percorrenza massima in EV. Nella terza colonna è stata inserita la capacità della batteria. A parità di km percorsi, infatti, indica l’efficienza e la capacità di sfruttamento del sistema ogni singolo Kw presente.

Nella quarta colonna, sono elencati nell’ordine da sinistra, la potenza endotermica, quella elettrica del motore o dei motori elettrici, e la potenza di sistema. In questo modo è più facile capire se si tratta di un sistema PHEV serie, parallelo o serie/parallelo valutando le prestazioni e l’efficienza in funzione delle proprie esigenze.

Infine i costi. All’interno del singolo segmento si possono incrociare i dati per determinare il costo in relazione alla tecnologia utilizzata ed alle prestazioni offerte. Spesso conseguire obiettivi di efficienza migliori costa di più ma non è detto che siano in linea con le esigenze dell’automobilista. Inoltre, nel costo finale, vanno inseriti anche parametri che non dipendono dal fattore tecnologico come stile, funzionalità degli interni, piuttosto che la percezione del brand. Tutti elementi imprescindibili che vanno messi in relazione rispetto ai freddi numeri dettati dalla tecnologia.

Tecnologia PHEV Mercedes

Tabella veicoli PHEV suddivisi per segmento  

MarcaModelloPercorrenza PHEV-KMCapacità kW/hPotenza END-ELE-TOT in CVPrezzo Euro
Segmento “B-SUV”     
RenaultCaptur E-Tech PHEVPHEV649,892-6816032.900
KiaNiro Plug-in HybridPHEV589,8105-61-14137.000
KiaXCeed Plug-in HybridPHEV548,9105-61-14137.800
Segmento “C” Compatte     
MercedesClasse A/B/Sedan 250 EQ PowerPHEV77-7915,5160-102-26243.000-45.000
RenaultMegane SporterPHEV649,892-68-16036.000
HyundaiIoniq PHEVPHEV638,9105-61-14137.000
BMW 225xe iPerformance Active TourerPHEV5710,0136-88-224cv39.000
VolkswagenGolf GTEPHEV528,8150-110-24543.400
ToyotaPrius Plug-inPHEV508,898-72-12242.300
Audi A3 Sportback 40 TSFI e-tronPHEV508,8150-109-24538.350
Segmento “C-SUV”     
OpelGrandland X Hybrid/Hybrid4PHEV6913,2180-110/113-30043000
Peugeot3008 300 e-EAT8 Hybrid-4PHEV6913,2180-110/113-300cv52.000
MercedesGLA 250 EQ-PowerPHEV6815,6106-102-262cv49.200
Land RoverEvoque P300e PHEVPHEV6815.0200-109-30953.000
CitroenC5 Aircross Hybrid 225 e-EAT8PHEV6413,2181-110-225cv41,900
MiniCooper SE Countryman ALL4PHEV619,6136-81-22040.600
BMWBMW X1/X2 xDrive25ePHEV5710,0136-81-22049.000
FordKuga Plug-in HybridPHEV5614,4180-90-22538.300
MGEHSPHEV5216,5162-122-25829.000
JeepCompass 4xePHEV5211,4180-60-240cv44.000
Peugeot3008 Hybrid 225 e-EAT8PHEV5011,8180-110-22554.600
VolvoVolvo XC40 T4 Recharge plug-inPHEV5010,7130-81-21147.400
VolvoVolvo XC40 T5 Recharge plug-inPHEV5010,7130-81/45-26248.500
MitsubishiEclipse Cross PHEVPHEV5013,898-82/95-18848.000
AudiQ3 SB 45 TSFI Quattro PHEVPHEV508,8150-116-24550.000
JeepRenegade 4xePHEV4411,4180-60-24038.500
Segmento “D-Medie”     
BMW330e / Touring/XdrivePHEV66-7112,3184-113-25254.500-56.700
SkodaSuperbi iV /WagonPHEV65-6813,0156-116-21843.500-44.600
Peugeot508/SW Hybrid 225 e-EAT8PHEV63-6411,8180-110-22547.100
MercedesC300e/De/Wagon/4Matic EQ PowerPHEV54-5713,5211-122-321
194-122-306
51.600 54.200
Volkawagen Passat GTE/VariantPHEV5513,0156-116-21852.900
Segmeno “D-SUV”     
SuzukiAcross PHEVPHEV7518,1182-185/54-30647.900
ToyotaRav4 PHEV AWDPHEV7518,1182-185/54-30655.000
HyundaiTucsonPHEV6813,8180-60-26545.000
KiaSorento 1,6 GDI AWD PHEVPHEV6813,8180-60-26561.000
Land RoverDiscovery Sport P330e PHEV AWDPHEV6415,0200-109-309cv51.500
MazdaXC-60PHEV6017,5192-136-34749.950
BMWX3 eXdrivePHEV5812,0184-109-292cv59.000
DSDS7 Crossback E-Tense 4×4PHEV5813,2200-110/113  -30052.000
AudiQ5 55 TFSI e quattro S tronicPHEV5514,1252-143-36758.585
Mercedes GLC 300e/de 4Matic EQ PowerPHEV5113,5211-122-321cv benz 194-122-306 cv diesel65.800 70.500
Volvo XC60 T6 Recharge plug-in hybrid AWD PHEV5011,6253-88-341cv56.000
Segmento “E Berline Grandi”    
BMW530e/XdrivePHEV58-6612.0184-109-29262.500 64.000
AudiA6/Avant/A7 50 TSFIe QuattroPHEV59-6414,1253-143-36763.300 – 75.200
MercedesMercedes E300e/E300de/4Matic EQ PowerPHEV54-5913,5211-122-321cv benz 194-122-306 cv diesel65.000-69.700
VolvoS60/V60 T6-T8 Recharge plug-in hybrid AWDPHEV55-5911,6317-88-40858.300 61.250
MitsubishiOutlander PHEVPHEV4813,8135-82/95-22445.000
Segmento SUV Grandi     
MercedesGLE/Coupè EQ-Power 300ePHEV10632,2211-122-321cv benz 194-122-306 cv diesel80.000-85.000
BMWX5/X6 xDrive 45ePHEV10225,9286-113-394cv86.000
Audi Q7 55 TFSI e quattro tiptronicPHEV5517,3252-143-367cv76.200
Volvo XC60 T8 Recharge plug-in hybrid AWDPHEV5411,6317-88-408cv68.000
Range RoverSport SE 2.0 P400e PHEV AWDPHEV5113,1300-143-404cv93.000
VolvoXC90 T8 Recharge plug-in hybridPHEV5011,6317-88-408cv86.500
FordExplorer Plug-in HybridPHEV4813,6349-101-45081.000
Ammiraglie     
BMW745ePHEV5812,0286-113-394cv108.000
VolvoS90/V90 T6 RechargePHEV5311,6253-88-341cv68.000
Volvo S90V90 T8 Recharge plug-in hybrid AWDPHEV5311,6317-88-408cv68.200
AudiA8 L 60 TFSI e quattro tiptronicPHEV5114,2340-136-449cv108.850
Mercedes S 560e Premium EQ Power LungaPHEV5013,5367-122-476cv122.000
PorschePanamera 4 E-HybridPHEV4414,1330-136-462118.000
SUV Ammiraglie     
BentleyBentayga Plug-in HybridPHEV5117,3340-136-449cv176.200

Daniele Amore

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