Come funzionano le auto elettriche ibride plug-in?

I veicoli elettrici ibridi plug-in (PHEV) utilizzano batterie per alimentare un motore elettrico e utilizzano il carburante, come la benzina, per alimentare un motore a combustione interna (ICE). Le batterie PHEV possono essere caricate tramite una presa a muro o una stazione di ricarica, dall'ICE o mediante frenata rigenerativa. Il veicolo funziona normalmente con energia elettrica fino a quando la batteria non si scarica, quindi l'auto passa automaticamente all'utilizzo dell'ICE.

Componenti chiave di un'auto elettrica ibrida plug-in

• Batteria (ausiliaria): fornisce elettricità per avviare l'auto prima che la batteria di trazione sia inserita e alimenta anche gli accessori del veicolo.
• Porta di ricarica: consente al veicolo di collegarsi ad un alimentatore esterno per caricare il pacco batterie di trazione.
• Convertitore CC/CC: questo dispositivo converte l'alimentazione CC ad alta tensione dal pacco batterie di trazione all'alimentazione CC a tensione inferiore necessaria per far funzionare gli accessori del veicolo e ricaricare la batteria ausiliaria.
• Generatore elettrico: genera elettricità dalle ruote rotanti durante la frenata, trasferendo l'energia al pacco batterie di trazione. Alcuni veicoli utilizzano generatori di motori che svolgono entrambe le funzioni di guida e di rigenerazione.
• Motore di trazione elettrico: sfrutta l'alimentazione del pacco batterie di trazione ed aziona le ruote del veicolo con la possibilità di alcuni motori di svolgere entrambe le funzioni di guida e di rigenerazione.
• Sistema di scarico: il sistema di scarico convoglia i gas di scarico dal motore attraverso il tubo di scappamento. Un catalizzatore a tre vie è progettato per ridurre le emissioni in uscita dal sistema di scarico.
• Riempitrice(Full Filler): un ugello di un erogatore ad alta pressione si collega alla presa sul veicolo per riempire il serbatoio.
• Serbatoio carburante (benzina): questo serbatoio immagazzina benzina a bordo del veicolo.
• Motore a combustione interna (a scintilla): in questa configurazione, il carburante viene iniettato nel collettore di aspirazione o nella camera di combustione, dove viene combinato con l'aria, e la miscela aria/carburante è innescata dalla scintilla della candela.
• Caricatore di bordo: preleva l'elettricità in corrente alternata in entrata fornita tramite la porta di ricarica e la converte in corrente continua per caricare la batteria di trazione. Monitora le caratteristiche della batteria come tensione, corrente, temperatura e stato di carica durante la ricarica del pacco batteria.
• Controller dell'elettronica di potenza: questa unità gestisce il flusso di energia elettrica erogata dalla batteria di trazione, controllando la velocità del motore di trazione elettrico e la coppia prodotta.
• Sistema termico (raffreddamento): questo sistema mantiene un adeguato intervallo di temperatura di funzionamento del motore, del motore elettrico, dell'elettronica di potenza e di altri componenti.
• Batteria di trazione: immagazzina l'elettricità per l'uso da parte del motore di trazione elettrico.
• Trasmissione: trasferisce potenza meccanica dal motore e/o dal motore di trazione elettrico per azionare le ruote.

Veicoli elettrici ibridi plug-in

I veicoli elettrici ibridi plug-in (PHEV) usano batterie per alimentare un motore elettrico e usano il carburante, come benzina o diesel, per alimentare un motore a combustione interna (ICE). L'uso dell'elettricità dalla rete per far funzionare il veicolo in tutto o in parte riduce il consumo di carburante, rispetto ai veicoli convenzionali. I PHEV possono anche produrre livelli più bassi di emissioni.

Alimentazione da motore elettrico e motore a combustione interna.

I PHEV hanno un motore a combustione interna e un motore elettrico, che utilizza l'energia immagazzinata nelle batterie. I PHEV hanno generalmente pacchi batteria più grandi rispetto ai veicoli elettrici ibridi. Ciò consente di percorrere distanze moderate utilizzando la sola forza elettrica, denominata "autonomia elettrica" ​​del veicolo.

Durante la mobilità urbana, la maggior parte dell'energia di un PHEV può provenire dall'elettricità immagazzinata. Ad esempio, un conducente PHEV leggero potrebbe guidare da e verso il lavoro con energia completamente elettrica, collegare il veicolo per la ricarica di notte ed essere pronta per il giorno successivo utilizzando completamente il motore elettrico. Il motore a combustione interna alimenta il veicolo quando la batteria è quasi completamente scarica, durante una rapida accelerazione o in presenza di carichi intensi di riscaldamento o condizionamento dell'aria. 

Quando i  PHEV sono impiegati forzosamente funzionano in modo opposto, con il motore a combustione interna utilizzato per la guida e l'elettricità utilizzata per alimentare le attrezzature ausiliarie del veicolo.

Alimentazione e opzioni di guida

Le batterie PHEV possono essere caricate da una fonte di energia elettrica esterna, dal motore a combustione interna o mediante frenata rigenerativa. Durante la frenata, il motore elettrico funge da generatore, sfruttando l'energia per caricare la batteria. 

Il consumo di carburante PHEV dipende dalla distanza percorsa tra le cariche della batteria. Ad esempio, se il veicolo non è mai collegato alla ricarica, il consumo di carburante sarà più o meno lo stesso di un veicolo elettrico ibrido di dimensioni simili. Se il veicolo viene guidato a una distanza inferiore alla sua autonomia completamente elettrica e collegato alla carica tra un viaggio e l'altro, potrebbe essere possibile utilizzare solo energia elettrica.

Progettazione di sistemi a basso consumo di carburante

Oltre allo stoccaggio della batteria e alla potenza del motore, esistono diversi modi per combinare la potenza del motore elettrico e del motore. Le due configurazioni principali sono parallele e in serie. Alcuni PHEV utilizzano trasmissioni che consentono loro di operare in configurazioni parallele o in serie, passando da una all'altra in base al profilo dell'azionamento.

Il funzionamento ibrido parallelo collega il motore e il motore elettrico alle ruote attraverso un accoppiamento meccanico. Sia il motore elettrico che il motore possono azionare direttamente le ruote.

Gli ibridi plug-in serie utilizzano solo il motore elettrico per azionare le ruote. Il motore a combustione interna viene utilizzato per generare elettricità per il motore. I veicoli di questo tipo sono spesso indicati come veicoli elettrici ad autonomia estesa. 

General Motors (GM) utilizza una versione leggermente modificata di questo design nella Chevy Volt. Il motore elettrico aziona le ruote quasi tutto il tempo, ma il veicolo può passare a funzionare come un ibrido parallelo a velocità autostradale quando la batteria è scarica.