Sono stato invitato dalla Renault a spiegare la tecnologia ibrida, e in particolare il sistema ibrido Renault E-Tech, all’interno della Convention per il lancio della nuova Renault Arkana.
La tecnologia Renault E-Tech è l’unica presente in versione Full Hybrid sul mercato europeo interamente progettata e realizzata nel nostro continente.
La mia spiegazione
Qui sotto il video del mio intervento alla Convention Renault Arkana relativo all’ibrido e in particolare al sistema Renault E-Tech.
Sistemi ibridi
La differenza tra i diversi livelli di elettrificazione va cercata nei “rapporti dimensionali” tra tre elementi: il motore elettrico, il motore a combustione interna e le batterie.
Questi sono i componenti fondamentali di una tecnologia ibrida. Nel micro, o mild, hybrid c’è un motore a combustione interna di potenza usuale, che in base al tipo di auto e alle finalità del modello ha una potenza dell’ordine di alcune decine di kW.
Mentre il motore elettrico e le batterie sono molto piccoli. Il motore elettrico ha una potenza di pochi kW e l’accumulatore può contenere pochissima energia.
Questo non significa, però, che il mild hybrid non sia un ibrido. Lo è a tutti gli effetti, ma la parte elettrica ha una funzione di supporto rispetto a quella termica. La aiuta, però, esattamente quando ce n’è bisogno, fornendo coppia aggiuntiva in partenza e nelle accelerazioni e permettendo di spegnere il motore a benzina nelle soste per poi riavviarlo istantanamente alla ripartenza.
Un ibrido minimale, che però garantisce un grande value-for-money perché non aggiunge componenti costosi ed entra in azione nei transitori, cioè proprio quando il motore a combustione interna è meno efficiente e più inquinante.
Elevata elettrificazione
Full hybrid e plug-in hybrid possono invece essere definite tecnologie ad elevata elettrificazione. Perchè la motorizzazione elettrica ha una potenza di decine di kW, paragonabile a quella con cilindri e pistoni. L’auto, quindi, può muoversi in modalità soltanto elettrica in tutte le situazioni: per le partenze da fermo, i sorpassi, il viaggio e i percorsi urbani. A parità di motore elettrico, poi, tra le due tecnologie – come avviene anche per il vostro E-Tech – la differenza la fanno le batterie.
Nel caso del full-hybrid hanno capacità di pochi kWh, solitamente oggi tra uno e due. Mentre per i plug-in hybrid sono più grandi, dipende dai modelli ma oggi parliamo di valori che vanno dai dieci ai venti kWh.
Batterie così grandi, per essere caricate hanno bisogno anche di una ricarica dall’esterno, il plug-in – appunto – che significa proprio attaccare la spina…
Su strada, grazie alle batterie più capienti e ricaricabili dall’esterno, il plug-in hybrid ha decine di chilometri di autonomia percorribili continuativamente in modalità zero emissioni, mentre il full-hybrid solitamente non va oltre le centinaia di metri, al massimo uno o due chilometri in trazione soltanto elettrica continuativa.
Anche il plug-in poi, a batterie scariche, nei migliori sistemi diventa un full-hybrid.
Full Hybrid
La tecnologia full-hybrid è molto più elettrica di quanto si pensi. E anche molto di più di quanto si percepisca quando la si guida, se non si ha una precisa conoscenza del suo funzionamento. Il motore elettrico – è vero – non può spingere continuativamente l’auto in modalità zero emissioni per tratti di percorso unitariamente molto lunghi.
Ma può farlo ripetutamente molte volte di seguito al’interno dello stesso tratto. Il motore a combustione interna si spegne quindi molte volte, decisamente più spesso di quanto si riesca a percepire. E l’auto spesso viaggia in modalità zero emissioni che possiamo definire “inerziale”, sfrutta cioè la velocità acquisita in fase di accelerazione per muoversi con entrambe le motorizzazioni inattive.
Oltre, ovviamente, a spegnere il motore a benzina in decelerazione e nelle soste. Ne deriva una capacità di marcia in modalità elettrica che arriva e supera l’80% del tempo e oltre la metà dello spazio percorso, nelle migliori tecnologie.
Attenzione, perché la definizione di marcia in modalità elettrica per la frazione percorsa in inerziale non è affatto forzata, né sbagliata. Non è sbagliata perché anche le auto esclusivamente elettriche fanno esattamente la stessa cosa. Quando non serve, non forniscono coppia alle ruote. Vanno anche loro in modalità inerziale, appunto. È sbagliato invece temere che il motore a benzina possa rovinarsi a causa delle continue accensioni. L’idea è legata alla vetusta immagine del motorino di avviamento, che non c’è nelle tecnologie elettrificate.
L’avvio avviene facendo ruotare direttamente l’albero del motore e il meccanismo non è soggetto al vecchio concetto di usura. Si può avviare decine di migliaia di volte il motore, anche con intervalli molto brevi tra un’accensione e l’altra, senza avere problemi.
Renault E-Tech
La soluzione E-Tech ha due caratteristiche speciali per un automobilista europeo: è l’unica tecnologia per auto Full-Hybrid attualmente sul mercato sviluppata in Europa e da un marchio europeo – e questo è il motivo che mi ha fatto correre a vederla al Salone di Ginevra 2019 quando è stata presentata – ed è derivata dall’esperienza in Formula Uno, quindi nello sport motoristico più conosciuto e amato nel nostro continente.
Le tecnologie Full-Hybrid sul mercato in Europa si contano sulle dita di una mano: due sono di matrice giapponese, una con sistema epicicloidale, l’altra con cambio e frizione.
Una è di matrice coreana con cambio e frizione. Solamente una è europea, quella della Renault. Senza epicicloidale e senza frizioni.
Formula Uno
Il contatto con la soluzione Renault Sport Energy F1, introdotta per la prima volta nel 2014 dai motoristi Renault, è evidente nella gestione di due motori elettrici insieme al motore a combustione interna e nel sistema di innesto senza frizione.
La tecnologia energetica di Formula Uno, infatti, ha due motori-generatori elettrici, uno migliora il funzionamento del turbo, l’altro recupera energia in frenata e invia potenza supplementare alle ruote. Questi due motori-generatori elettrici si chiamano MGU-H e MGU-K. Allo stesso modo, il sistema E-Tech ha due motori-generatori elettrici, uno recupera l’energia in fase di decelerazione e sincronizza la velocità dell’albero del motore a benzina per l’accoppiamento senza frizione, l’altro invia principalmente potenza alle ruote.
I due motori-generatori sono praticamente un tutt’uno col motore a combustione interna, proprio come avviene nel propulsore della Formula Uno. L’innesto senza frizioni – che permette al motore a benzina di aggiungersi “in corsa” alla trazione dell’auto dopo la partenza da fermo in solo elettrico – completa l’opera ingegneristica.
La tecnologia di accoppiamento utilizzata è detta a denti frontali ed è estremamente affidabile ma richiede una grande capacità di progettazione e gestione della sincronizzazione.
L’esperienza che ha consentito alla Renault di utilizzare questa soluzione viene proprio dai due motori elettrici integrati nel motore di Formula Uno.
Elettro Meccatronica
Non c’è bisogno di essere ingegneri per capire che la soluzione è un vero gioiello che io definisco di “elettro-meccatronica”.
I motori elettrici rappresentano l’anima elettrica, mentre gli innesti e il sistema di gestione sono pura meccatronica, fusione tra meccanica ed elettronica.
