Los vehículos híbridos hidráulicos ( HHV ) utilizan una fuente de energía de fluido presurizado, junto con un motor de combustión interna (ICE) convencional, para lograr una mejor economía de combustible y reducciones en las emisiones nocivas . Capturan y reutilizan el 70-80% de la energía cinética de frenado/desaceleración del vehículo y la energía potencial de descenso [1] en comparación con el 55% de los híbridos eléctricos. [2] Para camiones y autobuses, esto también puede ser menos costoso que los sistemas eléctricos, debido al precio de las baterías necesarias para estos últimos. Los sistemas de vehículos híbridos hidráulicos también pueden pesar menos que los sistemas eléctricos, debido al alto peso de las baterías. Esto puede generar un menor impacto en la capacidad de carga útil, especialmente para las clases de vehículos pesados .
Los sistemas de vehículos híbridos hidráulicos constan de cuatro componentes principales: el fluido de trabajo, el depósito , la bomba/motor (en el sistema híbrido en paralelo) o los motores y bombas en las ruedas (en el sistema híbrido en serie) y el acumulador . En algunos sistemas, también se instala un transformador hidráulico para convertir el flujo de salida a cualquier presión con una pérdida de potencia muy baja. [3] En un sistema híbrido eléctrico , la energía se almacena en la batería y se entrega al motor eléctrico para impulsar el vehículo. Durante el frenado, la energía cinética del vehículo se utiliza para cargar la batería a través del frenado regenerativo . En el sistema híbrido hidráulico, la bomba/motor extrae la energía cinética durante el frenado para bombear el fluido de trabajo desde el depósito hasta el acumulador . De este modo, el fluido de trabajo se presuriza, lo que conduce al almacenamiento de energía . Cuando el vehículo acelera, este fluido de trabajo presurizado proporciona energía a la bomba/motor para impulsar el vehículo. [4] Para un sistema híbrido paralelo, las ganancias de eficiencia de combustible y las reducciones de emisiones son el resultado de la carga mecánica reducida en el motor de combustión interna debido al par proporcionado por el sistema híbrido.
La EPA de Estados Unidos afirma que, en pruebas de laboratorio, el consumo de combustible en ciudad de un camión de reparto urbano aumentó entre un 60 y un 70 % en comparación con un camión de combustión interna similar con motor convencional. [1] Se afirmó que las emisiones de CO2 del mismo camión de reparto de demostración eran más de un 40 % más bajas, y la producción de hidrocarburos y partículas también era mucho menor (50 % y 60 %, respectivamente). [1]
La EPA calculó que para este vehículo de prueba la tecnología híbrida agregó un costo de aproximadamente US$7.000 sobre un camión convencional comparable, mientras que el ahorro de combustible a lo largo de 20 años se estimó en más de US$50.000. [1]
Al igual que el sistema híbrido eléctrico , existen varias arquitecturas de transmisión posibles.
En los vehículos híbridos hidráulicos paralelos, la bomba/motor se instala normalmente entre el motor y la caja de cambios, o entre la caja de cambios y la caja de transmisión diferencial . La función de la bomba/motor es proporcionar asistencia al motor durante la aceleración y recuperar energía durante el frenado que, de otro modo, se perdería en forma de calor en los frenos convencionales. Al igual que en los híbridos eléctricos, la bomba/motor puede o no ser capaz de impulsar el vehículo por sí sola con el motor apagado.
En un vehículo híbrido hidráulico en serie, la bomba/motor se conecta directamente al eje de transmisión, [5] o los motores en las ruedas proporcionan par motor directamente a la rueda. El motor de combustión interna solo está conectado a una bomba y está configurado para funcionar en su rango de potencia más eficiente para mantener la presión hidráulica óptima en el acumulador. [3] El motor de tracción debe proporcionar todo el par necesario para propulsar el vehículo, lo que significa que el rendimiento de aceleración máxima está disponible con el motor en marcha o parado. Su principal desventaja es la conducción en estado estacionario, donde la doble conversión de energía introduce pérdidas adicionales.
En algunos casos, los sistemas híbridos hidráulicos pueden resultar más rentables que los sistemas híbridos eléctricos porque no se utilizan materiales complicados o costosos (como los necesarios para las baterías ). Sin embargo, en la mayoría de los diseños, los tanques de presión de los acumuladores están hechos de fibra de carbono , lo que hace que los tanques de presión sean algo caros, pero se ha pronosticado que el precio de la fibra de carbono disminuirá a medida que las economías de escala y la eficiencia energética de fabricación se reduzcan en un 60% según el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, lo que puede reducir el costo de fabricación de los tanques. [6]
Los híbridos hidráulicos recuperan o aprovechan la energía cinética del vehículo durante el frenado y la desaceleración de manera significativamente más eficiente que los sistemas eléctricos; los híbridos hidráulicos pueden recuperar hasta el 70-80% de la energía cinética del vehículo, en comparación con el 55% de los híbridos eléctricos. [7] [2] [8]
Reducción de costos, complejidad y peso para dispositivos de toma de fuerza adicionales , como bombas de agua, elevadores hidráulicos y cabrestantes.
Los desafíos técnicos de los vehículos híbridos hidráulicos incluyen el ruido, el tamaño y la complejidad. Los avances técnicos, como los motores hidráulicos de gran diámetro y formato plano (LDFF) que producen un par muy alto en un espacio limitado de la línea de transmisión, permiten equipar vehículos pesados como camiones de basura y autobuses urbanos con sistemas híbridos hidráulicos. El sofisticado software de control da como resultado vehículos híbridos hidráulicos que son seguros, manejables, confiables y eficientes.