L’utilizzo di veicoli elettrici può contribuire ad affrontare una delle principali battaglie del nostro tempo: la riduzione delle emissioni di CO2. Per rispondere a questa sfida il Green Deal europeo si è posto l’obbiettivo di ridurre le emissioni dei trasporti del 90% entro il 2050, con il fine ultimo di raggiungere la neutralità climatica. Il comparto dei trasporti contribuisce in misura significativa alle emissioni di gas a effetto serra, alla luce di questa situazione bisognerebbe prediligere l'adozione di veicoli e tecnologie più puliti.
Molto spesso sotto l’etichetta di veicoli elettrici vengono raggruppati erroneamente anche i veicoli alimentati da motori ibridi, che sono invece elettrificati. È bene specificare che gli unici veicoli che possono essere classificati come elettrici sono quelli che sfruttano, esclusivamente, le batterie come mezzo di propulsione e sono identificati con la sigla BEV (Battery Electric Vehicles). I motori ibridi HEV (Hybrid Electric Vehicle) sono, invece, alimentati da un motore elettrico e uno endotermico.
In questo articolo approfondiremo le principali differenze tra queste due tipologie di motorizzazioni sostenibili.
Nello specifico, parliamo di:
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I veicoli elettrici a batteria (BEV) sono caratterizzati dalla presenza di un motore elettrico alimentato a batterie e quindi dall'assenza di un motore a combustione interna, per il funzionamento necessitano perciò di essere collegati a una fonte di energia per ricaricare la batteria.
Il principio che consente a un motore elettrico di convertire l’energia elettrica in energia meccanica è quello dell’elettromagnetismo. Quando il conducente preme il pedale dell’acceleratore, il motore elettrico preleva energia dal pacco batterie e la utilizza per far girare le ruote. A differenza di un motore a benzina, che utilizza la combustione per creare il movimento, un motore elettrico fornisce una coppia istantanea: ciò permette al mezzo di accelerare in maniera molto fluida. Il motore è alimentato da un gruppo di batterie ricaricabili, solitamente composto da celle agli ioni di litio.
La struttura di un motore elettrico è molto più semplice rispetto a quella di un motore alimentato da combustibile, infatti, ha molte meno componenti e quelle di un motore elettrico sono soltanto due: statore e rotore. Lo statore è la parte fissa del motore mentre il rotore è la parte rotante. Lo statore contiene una serie di bobine che vengono stimolate con l’elettricità per creare un campo magnetico. Quando l’elettricità scorre attraverso le bobine, crea un campo magnetico che interagisce con il rotore, facendolo girare. Il rotore contiene una serie di magneti disposti secondo uno schema specifico. Quando il campo magnetico dello statore interagisce con i magneti del rotore, crea una forza di rotazione che fa girare il rotore. Questa forza di rotazione viene trasferita alle ruote del mezzo tramite la trasmissione consentendogli di avanzare. Esistono due tipi di motore elettrico: quello asincrono e quello sincrono a magnete permanente "brushless" (cioè senza spazzole). Nel primo caso il rotore utilizza la corrente per generare un proprio campo magnetico, con il risultato che la sua rotazione è più lenta di quella del campo magnetico generato dallo statore. Nel secondo caso, invece, il rotore è a magnete permanente e ruota in sincrono con il campo magnetico generato dallo statore.
Con la sigla HEV si indicano i veicoli ibridi, che vengono così chiamati perché il sistema di propulsione è composto da un motore elettrico e uno a combustione interna ICE (Internal Combustion Engine). Le due fonti di energia possono lavorare insieme, separatamente o in qualsiasi combinazione intermedia per azionare le ruote e generare elettricità. In una combinazione ibrida il motore elettrico assiste quello a combustione durante l’accelerazione e le situazioni di carico elevato, mentre quello a combustione ricarica il pacco batteria dell’elettrico durante la decelerazione e la marcia per inerzia.
Il sistema del motore ibrido è totalmente automatizzato: è controllato da un'unità elettronica di potenza che gestisce l’interazione tra batteria, motore elettrico e a combustione, determinando quando passare da una fonte di alimentazione all’altra e come distribuire la potenza tra di esse. L’unità elettronica di potenza monitora anche lo stato di carica della batteria e controlla la carica secondo necessità.
Oltre ai due motori, le componenti principali del sistema sono il pacco batteria, che è ricaricabile e può accumulare energia in due modi:
C'è poi la Power Electronics Unit: una sorta di computer che gestisce l’interazione tra la batteria e i due motori. Infine, la trasmissione automatica, convenzionale o a variazione continua (CVT), che trasferisce la potenza dai motori alle ruote. In un sistema a motore ibrido, la trasmissione può includere un dispositivo di ripartizione della potenza, che consente ai due motori di funzionare indipendentemente o in combinazione.
Chiarita la differenza tra veicoli elettrici e ibridi spesso ci si chiede quale sia la soluzione ottimale. Diversi fattori entrano in gioco nella scelta di un tipo o all’altro di motorizzazione, bisogna tenere a mente che entrambe presentano dei pro e dei contro.
Per quanto riguarda i mezzi full electric, la scelta è sicuramente a favore dell’ambiente, le emissioni di gas serra vengono, infatti notevolmente ridotte. Tra i possibili vantaggi poi è possibile annoverare:
Tuttavia, scegliendo di utilizzare un mezzo ad alimentazione elettrica anziché uno a propulsione ibrida, si potrebbe andare incontro ad alcuni aspetti più svantaggiosi. Il primo è collegato ai costi di acquisto, generalmente più elevati. Gli altri motivi sono legati, invece, alla ricarica delle batterie: i tempi di ricarica sono potenzialmente elevati e in caso di tragitti lunghi bisogna considerare la dipendenza dall’infrastruttura di ricarica, senza poi contare che l’autonomia è limitata rispetto ai veicoli ibridi. Bisogna inoltre considerare che l'autonomia è condizionata dalla temperatura climatica.
Le sfide legate alla ricarica riguardano solo parzialmente i mezzi ad alimentazione ibrida: nel caso dei veicoli full-hybrid, l’autonomia è garantita dal supporto del motore a combustione interna. Inoltre, i veicoli ibridi consentono una maggiore flessibilità nell'utilizzo, si prestano infatti a tragitti più lunghi grazie al doppio motore. Tuttavia, rispetto a un mezzo elettrico i veicoli ibridi sono più inquinanti in quanto vi sono delle emissioni di CO2 durante l'utilizzo del motore a combustione interna.
Altri considerazioni riguardano i costi di manutenzione potenzialmente più elevati, a causa della presenza di due motori; la dipendenza dal carburante tradizionale, con conseguente esposizione a variazioni di prezzo e disponibilità; una minore efficienza energetica rispetto ai mezzi elettrici.
Quindi, a dettare la scelta devono essere fattori legati a: disponibilità di ricarica, costi di gestione e prestazioni del veicolo.
In conclusione, propendere per l’acquisto di un mezzo sostenibile è un passo importante verso la transizione ecologica. Abbiamo esaminato diverse soluzioni di motorizzazioni, è infatti possibile optare per la scelta di un mezzo 100% elettrico o uno ad alimentazione ibrida, essere a conoscenza delle principali differenze tra i veicoli elettrici ed elettrificati potrà guidarci verso una scelta più consapevole.
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