Cos'è il Powertrain elettrico

Powertrain significa gruppo propulsore, una componente che con l'arrivo dei veicoli è completamente cambiata, sia per quanto riguarda i motori che per le sorgenti di energia necessarie per alimentarli. 

Il motore e il powertrain infatti non sono la stessa cosa, in quanto il motore è quella componente in grado di usare l'energia e trasformarla in movimento attraverso la coppia sulla trasmissione, che lo invia alle ruote.

Il gruppo propulsore, invece, è l'insieme delle componenti che generano il movimento, dalla fonte di energia, al motore che trasforma questa energia in movimento, alla trasmissione che fa muovere il veicolo.  

I gruppi propulsori elettrici non si limitano a una sola classe di veicoli, ma vista la necessità di sopperire a una rete di ricarica piuttosto scarsa, almeno nei primi anni, e nella ricerca di soluzioni alternative alla ricarica classica, sono stati sviluppati Powertrain elettrici diversi. 

Questi si dividono in quattro categorie: veicoli elettrici a batteria (BEV, battery electric vehicle), veicoli elettrici ibridi (HEV, hybrid electric vehicle), veicoli elettrici ibridi plug-in (PHEV, plug-in electric vehicle) e veicoli elettrici con celle a combustibile (FCEV, fuel-cell electric vehicle).

Tutti e quattro sono dotati di motori elettrici, ma alcuni (le ibride) anche di motori a combustione interna, il che può confondere un po' le cose, e anche la fonte di energia può cambiare, andando dalla batteria alle celle a combustibile. 

I primi sono i veicoli 100% elettrici, che si basano per la loro propulsione su una batteria che alimenta un motore elettrico.

Sono i più "semplici" di questa lista in quanto presentano solo due componenti: batteria e motore. 

Le batterie, che sono piuttosto grandi e pesanti in quanto devono garantire una certa autonomia, vanno da circa 25 kWh a anche oltre 200 kWh, e si possono ricaricare con diverse modalità. La più semplice e lenta, che può avvenire tramite colonnine di ricarica o soluzioni casalinghe chiamate wallbox (o addirittura tramite una presa Schuko), è usando la corrente alternata, che necessita di essere trasformata in corrente continua (l'unico tipo di corrente accettato dalle batterie) tramite un caricabatterie interno. La più veloce, che è fornita solo da colonnine di ricarica apposite, avviene tramite corrente continua (ed è più veloce perché non passa attraverso il "collo di bottiglia" del caricatore interno). 

Le batterie si possono caricare anche sfruttando la frenata rigenerativa, che permette di sfruttare l'energia del movimento delle ruote per ricaricare la batteria e utilizzare l'attrito per frenare il veicolo.

Le potenze dei motori elettrici vanno invece da 33 kW a salire, anche 760 kW e oltre, e i veicoli possono essere dotati di uno, due o anche tre motori elettrici. 

Andiamo a vedere vantaggi e svantaggi di questa soluzione.

Vantaggi

Il vantaggio più grande di questo tipo di vetture è che non produce gas di scarico, in quanto non è dotata di motore a combustione.

Inoltre la struttura del gruppo propulsore è molto più semplice di un powertrain a combustione o elettrico ibrido, in quanto la potenza della batteria viene trasmessa direttamente ai motori collegati agli assi, con conseguenti costi di gestione e manutenzione estremamente ridotti. 

Inoltre i motori elettrici sono più efficienti dei motori a combustione, che disperdono gran parte dell'energia in calore.

Le batterie garantiscono un'autonomia molto maggiore rispetto ai veicoli ibridi e hanno anche prestazioni superiori in modalità elettrica rispetto a questi ultimi.

Svantaggi

Lo svantaggio maggiore dei veicoli a batteria è la necessità di ricarica, il che comporta un certo tempo. Per esempio, a casa può essere necessaria tutta la notte, mentre tramite colonnine a corrente continua potrebbe essere necessaria mezz'ora.

Certo, la maggior parte delle volte si può ottenere un'autonomia più che soddisfacente (fino a 300 km) in soli 15 minuti, il che può essere sufficiente per completare un viaggio senza arrivare al 100% di ricarica, ma comporta comunque una sosta durante il viaggio più prolungata di quella necessaria per un'auto a benzina o ibrida. 

Questo necessita di una pianificazione del viaggio diversa, anche perché non è detto che le colonnine di ricarica siano presenti lungo l'autostrada che stiamo percorrendo. 

Un altro svantaggio può essere il peso. Le batterie pesano e ingombrano molto, il che ha un effetto non solo sull'efficienza del veicolo, ma anche sull'inquinamento. Per questo motivo, l'Unione Europea spinge per far approvare nuove norme con Euro 7 che limitino l'emissione di particolato dovuto a freni e gomme e causato dal peso maggiore dei veicoli a batteria.

Le auto ibride utilizzano sia un motore elettrico che un motore a benzina, e la combinazione di questi due propulsori si traduce in una migliore efficienza, poiché l'auto utilizza meno carburante.

Ci sono diversi tipi di auto ibride: Full-hybrid, Mild-Hybrid, Plug-in Hybrid (che vedremo in un capitolo a parte) e Range-Extended. 

Nelle auto ibride, i motori elettrico e a benzina possono essere combinati in diversi modi, in parallelo, in serie o misto. In parallelo, che è lo schema più usato, il motore endotermico ed elettrico possono fornire entrambi trazione alle ruote. Questo tipo di vetture sono le Full Hybrid e le Mild Hybrid. 

Nel sistema in serie, utilizzato dalle auto con Range Extender, è solo il motore elettrico a fornire trazione, mentre il motore  a combustione serve da Range Extender, ovvero per caricare il motore elettrico.

Quello invece serie-parallelo (misto), consente al motore a combustione non solo di fornire trazione insieme al motore elettrico, ma anche di caricare la batteria di quest'ultimo.

Questo sistema è utilizzato dalle Full Hybrid di Toyota. 

Per quanto riguarda le potenze in gioco, le auto ibride hanno motori e batterie meno performanti di quelle delle auto 100% elettriche. I motori delle Full Hybrid sono nell'ordine dei 30-40 kW, con batterie che offrono una potenza fino a 1,5 kWh. Le Mild Hybrid hanno motori di appena 10-12 kW e batterie di 0,5 kWh. Le Full Hybrid possono percorrere in modalità solo elettrica pochi chilometri, in genere 2-3 km, mentre le Mild Hybrid offrono solo uno spunto al motore a combustione e non sono in grado di guidare in modalità solo elettrica.

Le Range Extended sono invece delle auto ibride un po' particolari, perché sono praticamente auto elettriche con un motore che serve solo ad alimentare la batteria. In questo caso abbiamo motori elettrici fino a 55 kW con batterie fino 18 kWh e possono percorrere diversi km in modalità solo elettrica (anche se ci sono Range Extended con una batteria piccolissima, che praticamente vanno sempre con il motore a benzina per fornire elettricità al motore elettrico).

Vantaggi

I vantaggi delle ibride sono che offrono consumi ed emissioni ridotti rispetto alle controparti a benzina, soprattutto a basse velocità. 

Inoltre, rispetto alle elettriche, non necessitano di colonnine di ricarica, e il prezzo non è molto maggiore rispetto alle controparti a benzina (soprattutto le mild hybrid, le più diffuse)

Svantaggi

Gli svantaggi di questi veicoli sono innanzitutto il fatto che offrono due motori, il che non solo complica la meccanica con conseguente aumento dei costi di gestione, ma ha anche un impatto negativo sul peso e quindi sulle prestazioni.

Inoltre le ibride non possono andare molto in modalità solo elettrica, quindi il loro impatto sull'inquinamento è piuttosto limitato.