Elettriche con cambio manuale, il Diavolo e l'Acqua Santa? Dipende...

Perché le elettriche sono senza cambio?

Per fare un brevissimo ripasso di come funzioni un cambio e soprattutto del perché sui motori termici sia - quasi - sempre presente e sugli elettrici no, pensiamo che per natura un propulsore a combustione interna può lavorare in un arco di rotazioni limitato. Solitamente un endotermico stradale dà il meglio di sé, in termini di rendimento energetico, fra i 1.500 e i 7.000 giri/min - al di fuori delle eccezioni corsaiole o sportiveggianti che possono girare ancora più in alto e sono strutturati appositamente per resistere a quel tipo di sollecitazioni.

Questo andrebbe a limitare enormemente la sua capacità di portare un veicolo a velocità sostenute, motivo per cui si è giunti ad adottare un sistema di "cambio del rapporto": una serie di ingranaggi collegati fra loro da diversi rapporti di grandezza, in modo tale che in prima marcia ci siano molte rotazioni del motore per pochi giri di ruota, e che nell'ultima marcia sia vero il contrario - molti giri di ruota rispetto a "pochi" giri del motore. Senza dimenticare che con più rapporti diventa possibile aumentare la propria velocità di marcia mantenendo però il motore sempre nei suoi regimi di massima coppia e massimo rendimento.

Per altro, si presenta la necessità di sfruttare una frizione - che è stata un grattacapo non da poco agli albori dell'automobiismo, a fine '800 - perché un motore endotermico ha bisogno di essere già in rotazione per poter funzionare. È il cosiddetto "minimo" a cui si rimane quando il motore è accesso ma non acceleriamo, ed è il punto in cui pistoni e bielle generano la coppia sufficiente giusto per rimanere in rotazione e muovere le varie componenti del motore quali cinghia distribuzione, dei servizi e così via. Per partire a ruote ferme e motore già intorno ai 1.000 rpm dunque è necessaria una frizione, che come suggerisce il nome va a collegare gradualmente albero motore e albero di trasmissione senza che il primo si fermi di colpo.

Le auto elettriche però non adoperano nulla del genere, per una serie di motivi. Il principale è che il suo range di utilizzo è molto più ampio grazie a motori che possono arrivare - e talvolta superare - i 20.000 giri/min, per altro garantendo la coppia massima praticamente in modo costante fin da subito. Questo permette alle auto elettriche anche monomarcia di avere sempre a disposizione la massima prestazione quasi ad ogni regime di rotazione del motore, e un limite tanto alto da poter comunque raggiungere velocità ben oltre i normali limiti autostradali.

Se poi ci si aggiunge il motore elettrico può tranquillamente arrivare a fermarsi a zero giri/min e ripartire, sempre con la massima coppia a disposizione, viene meno anche la necessità di una frizione. Ed ecco qui che tutto il gruppo frizione-cambio sparisce dalla lista delle necessità fisiche di questi propulsori

Vantaggi del cambio sulle elettriche

Abbinare un motore elettrico ad un cambio, che sia manuale o automatico, può avere alcuni vantaggi pratici. Come detto poc'anzi, gli elettrici possono avere un ampio range di funzionamento sostanzialmente ottimale, ma va da sé che alle alte velocità si trovano a lavorare costantemente a regimi particolarmente elevati - cosa che causa non solo stress meccanico, ma anche uno sfruttamento più intenso della corrente immagazzinata nella batteria.

La presenza di rapporti differenziati più lunghi consentirebbe di mantenere la stessa velocità riducendo il regime di rotazione, limitando così il consumo della batteria. Senza incidere sulla coppia, dato che l'elettrico la eroga meglio a bassi giri. Oppure, in termini più corsaioli, significherebbe poter raggiungere velocità massime molto superiori a quanto si vede oggi nel panorama automobilistico.

Un altro eventuale vantaggio è che la coppia erogata sull'albero primario del cambio rimane invariata, ma un rapporto più basso permetterebbe anche a motori meno prestanti spinti da batterie di dimensioni meno generose di poter garantire performance più elevate. Tradotto, significa che auto con motori elettrici meno potenti e dalle dimensioni compatte (dunque con batterie ridotte) potranno avere maggiori prestazioni anche in salita o a pieno carico, oltre che velocità massime più elevate e consumi inferiori a velocità sostenute.

Se poi vogliamo parlare agli appassionati di guida, decidere per un cambio manuale permetterebbe alle auto sportive di non dover rinunciare a gran parte del coinvolgimento di guida, che spesso e volentieri è assicurato proprio da un cambio ben progettato - ciò a cui ci ha da sempre abituato la Mazda MX-5, per dirne una. Fra l'altro, a quel punto, certamente continua a farsi sentire la mancanza di un bel sound da motori a pistoni per chi come me ne è innamorato... ma se ne sente molto meno rispetto a quando si guidano elettriche monomarcia anche con centinaia e centinaia di cavalli, che vanno forte e divertono ma faticano di più a coinvolgere.

E poi si può sempre decidere di usarla come se fosse monomarcia, e l'Opel Manta GSE ElektroMOD che ho provato me l'ha dimostrato: pur non avendo grandi numeri a disposizione in termini di potenza assoluta, permette comunque di coinvolgere parecchio alla guida grazie al cambio manuale e ai tre pedali. Oppure, si può lasciare la seconda o la terza marcia inserita e usarla come fosse una elettrica classica.

Svantaggi del cambio sulle elettriche

Il rovescio della medaglia di quanto ho scritto fin qui, è che di fatto il cambio rimane un componente non necessario per un motore elettrico. Questo significa andare a ridurre uno dei vantaggi ovvi di quest'ultimo, e cioè il numero ridotto di componenti. E come si suol dire, "qualcosa in più è qualcosa che si può rompere".

Se poi andiamo a fare i conti con la fisica energetica, abbiamo da un lato che un rapporto di trasmissione più alto permetterebebe al motore elettrico di rimanere a regimi ridotti e consumare meno a parità di velocità, ma dall'altro lato che in qualunque rapporto ci troviamo avverrà sempre una dispersione di energia sotto forma di attrito, e quindi di calore. Vale a dire che si peggiora l'effettivo rendimento energetico dell'auto, che di fatto è un punto di forza per le elettriche monomarcia. E, certo, sarebbe sempre più efficiente di un motore a pistoni, ma sarebbe comunque peggiore di un monomarcia classico, a causa di un componente che tecnicamente non è necessario.

E poi naturalmente c'è la questione costi, perché si tratta comunque di un componente in più che va prodotto, assemblato e montato sull'auto, seguito poi da differenziale, semiasse e tutto il resto. Questo farebbe lievitare i costi produttivi e dunque di vendita, forse attenuati solo parzialmente dalla possibilità di montare batterie un po' meno corpose. E naturalmente il cambio andrebbe a occupare spazio, costringendo i produttori a disegnare auto e piattaforme tenendo conto di questi ingombri aggiuntivi che un'elettrica tradizionale non avrebbe.

Geniale o inutile? Dipende dalla macchina

In conclusione, potremmo dire che il cambio su un'elettrica può avere molto senso... in base all'utilizzo che se ne farà. E cioè in base alla destinazione d'uso di un modello specifico.

Mi spiego meglio: una citycar elettrica passerà gran parte della sua vita in città con qualche sporadica gita fuoriporta, situazioni in cui una normale disposizione meccanica con motore in presa diretta si trova perfettamente a proprio agio e nel massimo della propria efficienza. Oltretutto, senza il sovrapprezzo di componenti non necessarie ma comunque soggette anche a necessità di manutenzioni cicliche.

Se però prendiamo in considerazione berline di maggiori dimensioni che passeranno molto più tempo alle velocità sostenute dell'autostrada, potrebbe essere intelligente dotarle anche semplicemente di un secondo rapporto aggiuntivo che possa ridurre le rotazioni del motore in autostrada - un po' come se si inserisse l'overdrive. In questo caso, potrebbero esserci vantaggi tangibili con un semplice secondo rapporto ad inserimento automatico dopo una certa velocità.

E infine, prendiamo in esame le sportive più pure: in questo caso vale sia quanto detto qui sopra per le berline da viaggio, sia la possibilità di optare per un classico cambio automatico a più rapporti o addirittura manuale ad "H" per accentuare enormemente il coinvolgimento di guida - che poi è ciò a cui si aspira quando si progetta una sportiva, magari una di quelle non esageratamente pretenziose ma comunque divertenti da guidare come la Toyota GR86 o la già citata Mazda MX-5. In questo senso diventa logico pensare che sì, si sta sacrificando parte dell'efficienza energetica del motore elettrico, però lo si sta facendo in ottica di un maggior piacere di guida... per un'auto che non deve fare la citycar efficiente, ma deve far divertire chi guida.