Vehiculos Hibridos

Vehículos híbridos

Un vehículo híbrido eléctrico es un vehículo de propulsión alternativa combinando un motor eléctrico y un motor de combustión.

Un vehículo híbrido es un vehículo que utiliza dos o más fuentes de energía distintas para mover un vehículo. El término más comúnmente se refiere a Vehículo híbrido eléctricos (HEVs), que combina un Motor de combustión interna y con uno o varios Motor eléctricos. Sin embargo, se incluyen otros mecanismos para capturar y utilizar la energía.

Ventajas

Muchos sistemas híbridos eléctricos permiten recoger y reutilizar la energía cinética, que se escapa en forma de calor al frenar, gracias al uso de frenos regenerativos. Aunque actualmente este sistema también se utiliza en algunos vehículos no híbridos de alta gama.

La combinación de un motor de combustión operando siempre a su máxima eficiencia, y la recuperación de energía del frenado (útil especialmente en los tramos cortos), hace que estos vehículos alcancen un mejor rendimiento que algunos vehículos convencionales o de determinada época, especialmente en carreteras muy transitadas, donde se concentra la mayor parte del tráfico, de forma que se reducen significativamente tanto el consumo de combustible como las emisiones contaminantes. Los vehículos eléctricos tradicionales se recargan desde una fuente externa, lo que les ocasiona problemas de autonomía de funcionamiento sin recargarlas. Sin embargo, los vehículos híbridos eléctricos obtienen la energía del motor de combustión y con la recuperación de energía durante el frenado.

Desventajas

Sus grandes desventajas son el peso y el coste de construcción. El uso de dos sistemas de propulsión junto con las baterías auxiliares reduce el espacio habitable y su peso hace que las prestaciones empeoren respecto de otro de combustión de potencia equivalente. Por otra parte el usar el motor de combustión para mover un generador, que recarga las baterías, que alimentan un motor eléctrico hace que el rendimiento total del sistema no sea tan eficiente como predican sus constructores. De hecho nunca dan las cifras de coste de combustible por Km en forma de valor moneda comparativo y se limitan a referenciar al uso del combustible fósil sin contar el consumo eléctrico. Otras Desventajas:

• Toxicidad de las baterías que requieren los motores eléctricos.

• Utilización importante de materias escasas (neodimio y lantano en el caso del Prius).

• Mayor peso que un coche convencional (hay que sumar el motor eléctrico y, sobre todo, las baterías), y por ello un incremento en la energía necesaria para desplazarlo.

• Más complejidad, lo que dificulta las revisiones y reparaciones del mismo.

• Su elevado precio.

• Cuando usan el motor de combustión contaminan igual que cualquier otro.

• Las baterías (extremadamente caras) tienen una vida útil muy inferior a la del vehículo

• Se han presentado problemas con las baterías.

Constitución básica

Motor híbrido 1NZ de Toyota: a la izquierda el motor térmico, a la derecha de la cadena el motor eléctrico de propulsión, a la izquierda de la misma el generador

• Un motor térmico MT, en un extremo del grupo motopropulsor

• Un motor eléctrico MG1 situado a continuación de MT

• Un motor eléctrico MG2 en el extremo opuesto a MT

• Un mecanismo de tracción basado en un tren epicicloidal y una cadena de arrastre situado entre MG1 y MG2

Funcionamiento

• MG1 carga la batería de alto voltaje y pone en marcha al motor térmico MT

• MG2 es el que arrastra el vehículo en todas las circunstancias, bien solo o bien cooperando con MT, y hace la función de generador durante la frenada. Su alimentación es alterna trifásica. Transmite su par a la corona del tren epicicloidal, la cual es solidaria con el piñón de arrastre de la cadena.

El Toyota Prius es un vehículo híbrido eléctrico paralelo, que tiene tanto una versión regular, como una enchufable.

El Chevrolet Volt es un vehículo híbrido enchufable de sistema en serie.

Tipos de trenes de propulsión

Existen numerosos tipos de sistemas de propulsión híbridos eléctricos, entre los que destacan tres: el sistema paralelo, el sistema combinado y el sistema de secuencia o en serie.

• Sistema paralelo: el motor térmico es la principal fuente de energía y el motor eléctrico actúa aportando más potencia al sistema. El motor eléctrico ofrece su potencia en la salida y en la aceleración, cuando el motor térmico consume más. Este sistema destaca por su simplicidad, lo que abre la puerta a la posibilidad de implementarlo en modelos de vehículos ya existentes, sin necesidad de diseños específicos, y facilita la equiparación de su coste al de un vehículo convencional. Este es el sistema que utiliza el Honda Insight.

• Sistema combinado: el motor eléctrico funciona en solitario a baja velocidad, mientras que a alta velocidad, el motor térmico y el eléctrico trabajan a la vez. El motor térmico combina las funciones de propulsión del vehículo y de alimentación del generador, que provee de energía al motor eléctrico, lo que suele aumentar la eficiencia del sistema, ya que se puede aprovechar la energía generada por el motor térmico, que en ciertas circunstancias puede ser en exceso, y en lugar de desperdiciarla, utilizarla para recargar las baterías del sistema eléctrico. El Toyota Prius utiliza este sistema.

• Sistema en serie: el vehículo se impulsa sólo con el motor eléctrico, que obtiene la energía de un generador alimentado por el motor térmico. El Opel Ampera que se espera que llegue a su producción en serie en 2011, basado en el Chevrolet Volt, es un híbrido eléctricos en serie.

Asimismo pueden clasificarse en:

• Regulares, que utilizan el motor eléctrico como apoyo, pero que no se pueden recargar conectándolo a la red eléctrica.

• Enchufables, (también conocidos por sus siglas en inglés PHEVs), que emplean principalmente el motor eléctrico y que se pueden recargar enchufándolos a la red eléctrica. Un generador de combustión interna recarga las baterías cuando el ordenador de a bordo detecta que estas se han agotado. Ni siquiera se necesita que dicho generador mueva las ruedas, el altísimo par de los motores eléctricos moviendo las ruedas evita incluso el uso de una transmisión y un embrague.

Cada uno de estos sistemas tiene sus pros y sus contras, pero todos ellos tienen un importante componente positivo, ya que indican un esfuerzo serio en investigación y desarrollo de sistemas de propulsión más eficientes y limpios por parte de algunas marcas del sector de la automoción.

Una desventaja de los híbridos eléctricos es su peso ligeramente más alto que el convencional, debido al sistema eléctrico adicional, y que la tracción del mismo es mecánica (caja de cambios y palieres a las ruedas) conectada al motor térmico del mismo.

Cadena energética de un vehículo híbrido eléctrico

Panel de información del vehículo híbrido Toyota Prius.

El panel digital del Ford Fusion Hybrid mantiene registros de las mejorías alcanzadas en el estilo "eco-driving" (arriba) y del tipo de propulsión que está ulizando el vehículo (abajo).

La cadena cinemática

Un vehículo necesita realizar trabajo para desplazarse; para ello debe adquirir energía de alguna fuente y transformarla, con algún tipo de motor (térmico convencional, eléctrico, etc.), en energía cinética para que las ruedas giren y se produzca el desplazamiento.

Un vehículo clásico toma energía que se encuentra almacenada en un combustible fósil (p.e. gasolina) y que es liberada mediante la combustión en el interior de un motor térmico convencional. El par de salida de ese motor térmico se trasmite a las ruedas.

El motor eléctrico, combinado con el motor de gasolina, es una alternativa al empleo de vehículos únicamente propulsados por energía fósil procedente de fuentes no renovables. Tradicionalmente, los motores que han propulsado a los automóviles han sido sobredimensionados con respecto a lo estrictamente necesario para un uso habitual.

La potencia

Los automóviles normalmente tienen motores de combustión interna que rondan entre los 45 y 240 CV de potencia máxima. Esta potencia se requiere en situaciones particulares, tales como aceleraciones a fondo, subida de grandes pendientes con gran carga del vehículo y a gran velocidad. El hecho de que la mayoría del tiempo dicha potencia no sea requerida supone un despilfarro de energía, puesto que sobredimensionar el motor para posteriormente emplearlo a un porcentaje muy pequeño de su capacidad sitúa el punto de funcionamiento en un lugar donde el rendimiento es bastante malo. Un vehículo medio convencional, si se emplea mayoritariamente en ciudad o en recorridos largos y estacionarios a velocidad moderada, ni siquiera necesitará desarrollar 20 caballos.

El hecho de desarrollar una potencia muy inferior a la que el motor puede dar supone un despilfarro por dos motivos: por una parte se incurre en gastos de fabricación del motor superiores a lo que requeriría realmente, y por otra, el rendimiento de un motor que pueda dar 100 caballos cuando da sólo 20 es muy inferior al de otro motor de menor potencia máxima funcionando a plena potencia y dando esos mismos 20 caballos. Este segundo factor es el principal responsable de que el consumo urbano de un mismo vehículo

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