Las transmisiones de vehículos híbridos transmiten potencia a las ruedas motrices de los vehículos híbridos . Un vehículo híbrido tiene múltiples formas de fuerza motriz.
Los híbridos vienen en muchas configuraciones. Por ejemplo, un híbrido puede recibir su energía quemando gasolina, pero alternar entre un motor eléctrico y un motor de combustión .
Los vehículos eléctricos tienen una larga historia combinando combustión interna y transmisión eléctrica, como en un tren de potencia diésel-eléctrico , aunque se han utilizado principalmente para locomotoras ferroviarias . Un tren motriz diésel-eléctrico no cumple con la definición de híbrido porque la transmisión eléctrica reemplaza directamente a la transmisión mecánica en lugar de ser una fuente complementaria de fuerza motriz. Una de las primeras formas de vehículo terrestre híbrido fue el experimento del trolebús "sin rieles" en los Estados Unidos (Nueva Jersey) que se desarrolló entre 1935 y 1948, y que normalmente utilizaba corriente de tracción suministrada por cable. El trolebús estaba equipado con un motor de combustión interna (ICE) para alimentar directamente la transmisión mecánica, no para generar electricidad para el motor de tracción. Esto permitió que el vehículo se utilizara para servicios fiscales donde no había cable de contacto. Desde la década de 1990, se han introducido trolebuses híbridos con pequeñas centrales eléctricas para proporcionar una capacidad de baja velocidad para emergencias y mantenimiento, pero no para respaldar el servicio de ingresos generales.
El tren motriz incluye todos los componentes utilizados para transformar la energía potencial almacenada . Los sistemas de propulsión pueden utilizar productos químicos, solares, nucleares o cinéticos y hacerlos útiles para la propulsión. El ejemplo más antiguo es la locomotora de vapor. Un ejemplo moderno común es la bicicleta eléctrica . Los vehículos eléctricos híbridos combinan una batería o supercondensador complementado por un ICE que puede recargar las baterías o alimentar el vehículo. Otros sistemas de propulsión híbridos utilizan volantes para almacenar energía.
Entre los diferentes tipos de vehículos híbridos, en 2017 solo estaba disponible comercialmente el tipo eléctrico/ICE. Una variedad funcionaba en paralelo para proporcionar energía desde ambos motores simultáneamente. Otro operaba en serie con una fuente proporcionando exclusivamente la energía y la segunda proporcionando electricidad. Cualquiera de las fuentes puede proporcionar la fuerza motriz principal y la otra puede aumentarla.
Otras combinaciones ofrecen ganancias de eficiencia gracias a una gestión y regeneración de energía superiores que se ven compensadas por el gasto, la complejidad y las limitaciones de la batería. Los híbridos de combustión eléctrica (CE) tienen paquetes de baterías con una capacidad mucho mayor que los vehículos de combustión únicamente. Un híbrido eléctrico de combustión tiene baterías ligeras que ofrecen mayor densidad de energía y son mucho más costosas. Los ICE solo requieren una batería lo suficientemente grande como para operar el sistema eléctrico y encender el motor. [1]
Los sistemas híbridos paralelos tienen un motor de combustión interna y un motor eléctrico que pueden impulsar el automóvil individualmente o ambos acoplados de forma conjunta. Este es el sistema híbrido más común a partir de 2016.
Si están unidas en un eje (en paralelo) , las velocidades en este eje deben ser idénticas y los pares suministrados se sumarán (la mayoría de las bicicletas eléctricas son de este tipo). Cuando solo una de las dos fuentes está en uso, la otra debe conectarse mediante un embrague unidireccional o rueda libre para que pueda girar libremente.
En los automóviles, las dos fuentes se pueden aplicar al mismo eje (por ejemplo, con el motor eléctrico conectado entre el motor y la transmisión), girando a velocidades iguales y sumando los pares con el motor eléctrico sumando o restando par al sistema según sea necesario. (Las dos primeras generaciones de Honda Insight utilizan este sistema).
Los híbridos paralelos pueden clasificarse además según el equilibrio entre los diferentes motores a la hora de proporcionar potencia motriz: el ICE puede ser dominante (activando el motor eléctrico sólo en circunstancias específicas) o viceversa; mientras que en otros pueden funcionar únicamente con el sistema eléctrico, pero debido a que los híbridos paralelos actuales no pueden proporcionar modos solo eléctricos o de combustión interna, a menudo se los clasifica como híbridos suaves (ver más abajo).
Los híbridos paralelos dependen más del frenado regenerativo y el ICE también puede actuar como generador para recarga suplementaria. Esto los hace más eficientes en condiciones urbanas de "parar y arrancar". Utilizan una batería más pequeña que otros híbridos. Los primeros híbridos Insight, Civic y Accord de Honda que utilizan IMA son ejemplos de híbridos de producción paralela. [2] Los camiones híbridos paralelos (PHT) de General Motors y los híbridos BAS, como los híbridos Saturn Vue y Aura Greenline y Chevrolet Malibu, también emplean una arquitectura híbrida paralela.
Un híbrido paralelo alternativo es el tipo "a través de la carretera". [3] [4] En este sistema, una transmisión convencional impulsa un eje, mientras que uno o varios motores eléctricos impulsan el otro. Esta disposición fue utilizada por los primeros trolebuses "fuera de vía". De hecho, proporciona un tren de potencia de respaldo completo. En los motores modernos, las baterías se pueden recargar mediante frenado regenerativo o cargando las ruedas accionadas eléctricamente durante la marcha. Esto permite un enfoque más simple para la gestión de energía. Este diseño también tiene la ventaja de ofrecer tracción a las cuatro ruedas en algunas condiciones. (Un ejemplo de este principio es una bicicleta equipada con un motor de buje delantero, que ayuda a la potencia del pedaleo del ciclista en la rueda trasera). Los vehículos de este tipo incluyen los concept cars Audi 100 Duo II y Subaru VIZIV , Peugeot 3008 , Peugeot 508 , 508 RXH , Citroën DS5 (todos ellos con sistema HYbrid4 de PSA ), el Volvo V60 híbrido enchufable , el BMW Serie 2 Active Tourer , el BMW i8 y el Honda NSX de segunda generación .
Los híbridos en serie también se denominan vehículos eléctricos de autonomía extendida (EREV) [5] o vehículos eléctricos de autonomía extendida (REEV) o vehículos eléctricos de autonomía extendida (EVER). Todos los híbridos en serie son EREV, REEV o EVER, pero no todos los EREV, REEV o EVER son híbridos en serie. Los híbridos en serie con características particulares están clasificados como vehículos eléctricos de batería de autonomía extendida (BEVx) por la Junta de Recursos del Aire de California . [6]
La transmisión eléctrica ha estado disponible como alternativa a las transmisiones mecánicas convencionales desde 1903. Normalmente, las transmisiones mecánicas imponen muchas penalidades, incluyendo peso, volumen, ruido, costo, complejidad y una pérdida de potencia del motor con cada cambio de marcha, ya sea que se realice de forma manual o automática. A diferencia de los ICE, los motores eléctricos no requieren transmisión.
En efecto, toda la transmisión mecánica entre el ICE y las ruedas se elimina y se reemplaza por un generador eléctrico, algunos cables y controles, y motores de tracción eléctricos , con el beneficio de que el ICE ya no está directamente conectado a la demanda.
Se trata de una disposición híbrida en serie y es común en locomotoras y barcos diésel-eléctricos (el barco fluvial ruso Vandal , botado en 1903, fue el primer barco con motor diésel y diésel-eléctrico del mundo ) y Ferdinand Porsche utilizó con éxito esta disposición en principios del siglo XX en coches de carreras, incluido el Lohner-Porsche Mixte Hybrid . Porsche nombró al sistema System Mixte, que tenía una disposición de motor en el cubo de las ruedas , con un motor en cada una de las dos ruedas delanteras, estableciendo récords de velocidad.
Los argumentos de mayor flexibilidad, mayor eficiencia y menos emisiones en el punto de uso se logran en un sistema híbrido en serie para vehículos de carretera cuando una batería eléctrica intermedia, que actúa como amortiguador de energía, se ubica entre el generador eléctrico y los motores de tracción eléctricos.
El ICE hace girar un generador y no está conectado mecánicamente a las ruedas motrices. Esto aísla el motor de la demanda, permitiéndole funcionar constantemente a su velocidad más eficiente. Dado que la energía motriz primaria es generada por la batería, se puede instalar un generador/motor más pequeño en comparación con un motor de transmisión directa convencional. Los motores de tracción eléctricos pueden recibir electricidad de la batería, directamente del motor/generador o de ambos. Los motores de tracción suelen funcionar únicamente con la batería eléctrica, que puede cargarse desde fuentes externas, como la red eléctrica.
Esto permite que un vehículo con un motor/generador funcione solo cuando sea necesario, como cuando la batería está agotada, o para cargar las baterías. Los vehículos de este tipo incluyen la línea e-Power de Nissan ( Nota , [7] Serena , [8] Kicks , [9] X-Trail , [10] y Qashqai ) [11] que utilizan un motor de gasolina para impulsar un generador y el motor de tracción EM57; [12] MX-30 de Mazda , cuando está equipado con un extensor de rango de motor/generador rotativo; [13] Autobuses de tránsito híbridos ThunderVolt integrados por ISE Corporation ; [14] y autobuses de tránsito equipados con sistemas de propulsión HybriDrive de BAE Systems (anteriormente Lockheed Martin ). [15] [16]
Los motores eléctricos son más eficientes que los ICE, con altas relaciones potencia-peso que proporcionan par en un amplio rango de velocidades. Los ICE son más eficientes cuando giran a una velocidad constante.
Los ICE pueden funcionar de manera óptima al encender un generador. Los sistemas híbridos en serie ofrecen una aceleración más suave al evitar cambios de marcha. Los híbridos en serie incorporan:
Además:
El motor eléctrico puede alimentarse completamente con electricidad de la batería o mediante el generador accionado por el ICE, o ambos. Un vehículo de este tipo se asemeja conceptualmente a una locomotora diésel-eléctrica con la adición de una batería que puede alimentar el vehículo sin hacer funcionar el ICE y actuar como un amortiguador de energía que se utiliza para acelerar y alcanzar una mayor velocidad; el generador puede cargar simultáneamente la batería y alimentar el motor eléctrico que mueve el vehículo.
Cuando el vehículo está parado, el ICE se apaga sin estar en ralentí, mientras que la batería proporciona la energía necesaria en reposo. Los vehículos en los semáforos o en el tráfico lento con paradas y arranques no necesitan quemar combustible cuando están parados o se mueven lentamente, lo que reduce las emisiones.
Los híbridos en serie pueden equiparse con un supercondensador o un volante para almacenar energía de frenado regenerativa , lo que puede mejorar la eficiencia al recuperar la energía que de otro modo se perdería en forma de calor a través del sistema de frenado. Debido a que un híbrido en serie no tiene un vínculo mecánico entre el ICE y las ruedas, el motor puede funcionar a un ritmo constante y eficiente independientemente de la velocidad del vehículo, logrando una mayor eficiencia (37 %, en lugar del promedio del ICE del 20 % [17] ). y a velocidades bajas o mixtas esto podría resultar en un aumento de ~50 % en la eficiencia general (19 % frente a 29 %).
Lotus ofreció un diseño de conjunto de motor/generador que funciona a dos velocidades, proporcionando 15 kW de potencia eléctrica a 1.500 rpm y 35 kW a 3.500 rpm a través del generador eléctrico integrado, [18] utilizado en el concepto Nissan Infiniti Emerg-e .
Este perfil operativo permite un mayor margen para diseños de motores alternativos, como una microturbina , [19] un motor de ciclo rotativo Atkinson o un motor de combustión lineal . [20]
El ICE se adapta al motor eléctrico comparando las tasas de potencia a velocidad de crucero . Generalmente, las tasas de producción para motores de combustión se proporcionan para tasas de producción instantáneas (pico), [21] pero en la práctica no se pueden utilizar.
El uso de un motor eléctrico accionando una rueda elimina directamente los elementos de transmisión mecánica convencionales: caja de cambios, ejes de transmisión y diferencial, pudiendo en ocasiones eliminar los acoplamientos flexibles .
En 1997, Toyota lanzó el primer autobús híbrido en serie vendido en Japón. [22] Designline International de Ashburton, Nueva Zelanda, produce autobuses urbanos con un sistema híbrido en serie propulsado por microturbinas . Wrightbus produce autobuses híbridos en serie, incluidos el Gemini 2 y el New Routemaster . AFS Trinity ha utilizado supercondensadores combinados con un banco de baterías de iones de litio en un vehículo SUV Saturn Vue reconvertido. Utilizando supercondensadores, reclaman hasta 150 mpg en una configuración híbrida en serie. [23]
Entre los modelos híbridos de serie de automóviles más conocidos se encuentra la variante del BMW i3 , que está equipada con un extensor de autonomía. Otro ejemplo de automóvil híbrido de serie es el Fisker Karma . El Chevrolet Volt es casi un híbrido de serie, pero también incluye un vínculo mecánico entre el motor y las ruedas por encima de 70 mph. [24] [25]
La industria aeronáutica ha adoptado los híbridos en serie. El DA36 E-Star, un avión diseñado por Siemens , Diamond Aircraft y EADS , emplea un sistema de propulsión híbrido en serie con la hélice girada por un motor eléctrico Siemens de 70 kW (94 hp). Se elimina una unidad de reducción de velocidad de la hélice que consume energía. El objetivo es reducir el consumo de combustible y las emisiones hasta en un 25 por ciento. Un motor rotativo y generador Austro Engine Wankel a bordo de 40 hp (30 kW) proporciona la electricidad.
Se eligió el Wankel por su pequeño tamaño, bajo peso y gran relación peso-potencia. (Los motores Wankel también funcionan eficientemente a una velocidad constante de aproximadamente 2000 RPM, que es adecuada para el funcionamiento del generador. Mantener una banda constante/estrecha compensa muchas de las desventajas percibidas del motor Wankel en aplicaciones automotrices. [26] )
El motor de hélice eléctrico utiliza electricidad almacenada en baterías, con los motores apagados, para despegar y ascender reduciendo las emisiones sonoras. El sistema de propulsión reduce el peso del avión en 100 kilos respecto a su predecesor. El DA36 E-Star voló por primera vez en junio de 2013, lo que lo convierte en el primer vuelo de un sistema de propulsión híbrido en serie. Diamond Aircraft afirma que la tecnología es escalable a un avión de 100 asientos. [27] [28]
Si los motores están unidos a la carrocería del vehículo, se requieren acoplamientos flexibles , pero no si los motores de tracción están integrados en las ruedas . Una desventaja es que la masa no suspendida aumenta y la capacidad de respuesta de la suspensión disminuye, lo que afecta la conducción y potencialmente la seguridad. Sin embargo, el impacto debe ser mínimo, ya que los motores eléctricos en los cubos de las ruedas, como Hi-Pa Drive , pueden ser muy pequeños y livianos, con relaciones potencia-peso excepcionalmente altas , y los mecanismos de frenado pueden ser más livianos ya que los motores de las ruedas frenan el vehículo.
Las ventajas de los motores de ruedas individuales incluyen control de tracción simplificado , tracción total si es necesario y un piso más bajo (útil para autobuses y otros vehículos especializados (algunos vehículos militares 8x8 con tracción total usan motores de ruedas individuales). Las locomotoras diésel-eléctricas han utilizado este concepto. (motores individuales que impulsan los ejes de cada par de ruedas) durante 70 años [29] [ cita completa necesaria ]
Otras medidas incluyen llantas de aluminio livianas para reducir la masa no suspendida del conjunto de ruedas; los diseños de los vehículos pueden optimizarse para bajar el centro de gravedad ubicando los elementos más pesados (incluida la batería) al nivel del piso; En un vehículo de carretera típico, la configuración de transmisión de potencia puede ser más pequeña y liviana que la configuración de transmisión de potencia mecánica convencional equivalente, liberando espacio; el grupo electrógeno de combustión solo requiere cables para los motores eléctricos de accionamiento, lo que aumenta la flexibilidad en la disposición de los componentes principales repartidos por todo el vehículo, brindando una distribución de peso superior y maximizando el espacio de la cabina del vehículo y abriendo la posibilidad de diseños de vehículos superiores que aprovechen esta flexibilidad.
Los híbridos de potencia dividida o los híbridos en serie-paralelo son híbridos paralelos que incorporan dispositivos de división de potencia, lo que permite rutas de potencia desde el ICE hasta las ruedas que pueden ser mecánicas o eléctricas. El principio fundamental es desacoplar la potencia suministrada por la fuente primaria de la potencia demandada por el conductor.
La producción de torque del ICE es mínima a RPM más bajas y los vehículos convencionales aumentan el tamaño del motor para cumplir con los requisitos del mercado para una aceleración inicial aceptable. El motor más grande tiene más potencia de la necesaria para navegar. Los motores eléctricos producen un par máximo cuando están parados y son adecuados para complementar la deficiencia de par del ICE a bajas RPM. En un híbrido de potencia dividida, se puede utilizar un motor más pequeño, menos flexible y más eficiente. El ciclo Otto convencional (mayor densidad de potencia, más par a bajas revoluciones, menor eficiencia de combustible ) a menudo se modifica a un ciclo Atkinson o ciclo Miller (menor densidad de potencia, menos par a bajas revoluciones, mayor eficiencia de combustible; a veces llamado Atkinson-Miller). ciclo). El motor más pequeño, que utiliza un ciclo más eficiente y que a menudo opera en la región favorable del mapa de consumo de combustible específico de los frenos , contribuye significativamente a una mayor eficiencia general del vehículo.
Variaciones interesantes del diseño simple (en la foto de la derecha) que se encuentran, por ejemplo, en el conocido Toyota Prius son:
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El Sistema Híbrido Toyota THS / Hybrid Synergy Drive tiene un único dispositivo de división de potencia (incorporado como un solo conjunto de engranajes planetarios de tres ejes) y puede clasificarse como Input-Split, ya que la potencia del motor se divide en la entrada al transmisión. Esto, a su vez, hace que esta configuración sea muy simple en términos mecánicos, pero tiene sus propios inconvenientes. Por ejemplo, en los HSD de Generación 1 y 2, la velocidad máxima está limitada principalmente por la velocidad del motor eléctrico más pequeño (que a menudo funciona como generador). El HSD Generación 3 separa la ruta ICE-MG1 de la ruta MG2, cada una con su propia relación de transmisión adaptada (1.1:1 y 2.5:1, respectivamente, para los Prius recientes, incluido el Prius c). El HSD de cuarta generación elimina el segundo conjunto de engranajes planetarios y coloca los motores eléctricos en ejes paralelos, con un engranaje combinado entre estos ejes, y transfiere el resultado combinado al diferencial de transmisión final. Esto es bastante similar al sistema híbrido de Aisin Seiki , afiliado a Toyota, y ahorra una cantidad significativa de espacio.
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General Motors , BMW y DaimlerChrysler colaboraron en un sistema denominado "Híbrido de dos modos" como parte de la Cooperación Híbrida Global . La tecnología se lanzó en el otoño de 2007 en el Chevrolet Tahoe Hybrid . El sistema también se presentó en el vehículo concepto SUV GMC Graphite en el Salón Internacional del Automóvil de Norteamérica de 2005 en Detroit . [32] El sedán F3DM de BYD Auto es un automóvil híbrido enchufable en serie paralelo , que salió a la venta en China en 2008. [33] [34] [35]
El nombre Híbrido de dos modos resalta la capacidad del tren motriz para operar en modos totalmente eléctricos (Modo 1 o Entrada dividida ) así como híbridos (Modo 2 o Compuesta dividida ). El diseño permite el funcionamiento en más de dos modos. Hay disponibles dos modos de división de potencia, junto con varios regímenes de engranaje fijo (esencialmente híbrido paralelo). Un diseño de este tipo puede denominarse diseño de regímenes múltiples. [36] El diseño del tren motriz híbrido de dos modos se puede clasificar como un diseño compuesto dividido, ya que la adición de cuatro embragues dentro de la transmisión permite múltiples configuraciones de división de potencia del motor. Además de los embragues, esta transmisión cuenta con un segundo conjunto de engranajes planetarios. El objetivo del diseño es variar el porcentaje de potencia transmitida mecánicamente versus eléctricamente para hacer frente a condiciones de operación tanto de baja como de alta velocidad. Esto permite que los motores más pequeños hagan el trabajo de motores más grandes en comparación con los sistemas monomodo, porque la potencia eléctrica máxima derivada es proporcional al ancho del rango de variación continua. Las cuatro marchas fijas permiten que el híbrido de dos modos funcione como un híbrido paralelo convencional en regiones de alta potencia continua, como cruceros sostenidos a alta velocidad o remolque. El impulso eléctrico total está disponible en modos de engranaje fijo. [37]
Estos contienen dos sistemas diferentes de recuperación de energía. Esta es una categorización transversal.
Microhíbrido es un término general que se le da a los vehículos que utilizan algún tipo de sistema start-stop para apagar automáticamente el motor cuando está en ralentí . Estrictamente hablando, los microhíbridos no son vehículos híbridos reales porque no dependen de dos fuentes diferentes de energía. [38]
Los híbridos suaves son esencialmente vehículos convencionales con algo de hardware híbrido, pero con características híbridas limitadas. Por lo general, son un híbrido paralelo con arranque-parada y niveles modestos de asistencia del motor o frenado regenerativo. Los híbridos suaves generalmente no pueden proporcionar propulsión totalmente eléctrica.
Los híbridos suaves como el camión híbrido paralelo (PHT) 2004-2007 de General Motors y los híbridos Honda Eco-Assist están equipados con un motor eléctrico trifásico montado dentro de la campana entre el motor y la transmisión, lo que permite apagar el motor. siempre que el camión esté en inercia, frenando o detenido, pero reinicie rápidamente para proporcionar energía. Los accesorios pueden seguir funcionando con energía eléctrica mientras el motor está apagado y, como en otros diseños híbridos, el frenado regenerativo recupera energía. El gran motor eléctrico hace girar el motor a velocidades de funcionamiento antes de inyectar combustible.
La Chevrolet Silverado PHT 2004-2007 era una camioneta pickup de tamaño completo . Chevrolet pudo obtener una mejora de eficiencia del 10% apagando y reiniciando el motor según demanda y usando frenado regenerativo. La energía eléctrica se utilizaba únicamente para accionar accesorios como la dirección asistida. El GM PHT utilizó un sistema de 42 voltios a través de tres baterías de plomo-ácido ventiladas de 12 voltios conectadas en serie (36 V en total) para suministrar la energía necesaria para el motor de arranque, así como para alimentar los accesorios electrónicos.
Luego, General Motors presentó su sistema BAS Hybrid , otra implementación híbrida suave lanzada oficialmente en el Saturn Vue Green Line 2007 . Su funcionalidad de "arranque-parada" funciona de manera similar a la Silverado, aunque a través de una conexión por correa a la unidad de motor/generador. Sin embargo, el sistema híbrido GM BAS también puede proporcionar una asistencia modesta al acelerar y durante una conducción constante, y captura energía durante el frenado regenerativo (combinado). BAS Hybrid ofreció hasta un 27% de mejora en la eficiencia de combustible combinado en las pruebas de la EPA del Saturn VUE 2009. [39] El sistema también se puede encontrar en el Saturn Aura Green Line 2008-2009 y en los híbridos Chevrolet Malibu 2008-2010 .
Otra forma de ofrecer arranque/parada es empleando un motor de arranque estático. Un motor de este tipo no requiere motor de arranque, pero emplea sensores para determinar la posición exacta de cada pistón y luego sincronizar con precisión la inyección y el encendido del combustible para hacer girar el motor. [40]
Los híbridos suaves a veces se denominan híbridos asistidos porque utilizan el motor de combustión interna como energía primaria, con un motor eléctrico que aumenta el par conectado a un tren de potencia (en gran medida) convencional. El motor eléctrico está montado entre el motor y la transmisión. Es esencialmente un gran motor de arranque que funciona cuando es necesario hacer girar el motor y cuando el conductor "pisa el acelerador" y requiere potencia adicional. El motor eléctrico también puede reiniciar el motor de combustión y apagar el motor principal al ralentí, mientras que el sistema de batería mejorado se utiliza para alimentar los accesorios. [ cita necesaria ] GM anunció los híbridos suaves Buick LaCrosse y Buick Regal denominados Eassist.
Antes de 2015, los híbridos de Honda , incluido el Insight , utilizaban este diseño, aprovechando su experiencia en motores de gasolina pequeños y eficientes; su sistema se denomina Integrated Motor Assist (IMA). Los híbridos IMA no pueden proporcionar propulsión únicamente con energía eléctrica. Sin embargo, dado que la cantidad de energía eléctrica necesaria es mucho menor, el tamaño del sistema se reduce.
Otra variación es el sistema Saturn Vue Green Line BAS Hybrid que utiliza un motor eléctrico más pequeño (montado al costado del motor) y una batería que el Honda IMA, pero funciona de manera similar.
Otra variación de este tipo es el sistema e-4WD de Mazda , que se ofrece en el Mazda Demio vendido en Japón. [41] Este vehículo con tracción delantera tiene un motor eléctrico que puede impulsar las ruedas traseras cuando se necesita tracción adicional. El sistema está desactivado en todas las demás condiciones de conducción, por lo que no mejora directamente el rendimiento o la economía, pero permite el uso de un motor más pequeño y económico en relación con el rendimiento total.
Ford ha denominado a los híbridos de Honda "suaves" en su publicidad del Escape Hybrid, argumentando que el diseño totalmente híbrido del Escape es más eficiente.
El Genesis G90 y el Genesis GV80 Coupe ofrecen opciones híbridas suaves con sobrealimentador eléctrico . [42] [43]
Estos contienen dos sistemas diferentes de recuperación de energía.
El Mercedes-Benz Clase C (W206) , el Mercedes-AMG SL 43 (R232) , el Mercedes-AMG CLE 53 y el Mercedes-Benz C254/X254 de gasolina disponen de un turbocompresor asistido eléctricamente / MGU-H . [44] [45]
Un híbrido completo , a veces también llamado híbrido fuerte , es un vehículo que puede funcionar solo con el motor, las baterías o una combinación de ellos. El Toyota Prius , Toyota Camry Hybrid , Ford Escape Hybrid / Mercury Mariner Hybrid , Ford Fusion Hybrid / Lincoln MKZ Hybrid / Mercury Milan Hybrid , Ford C-Max Hybrid , Ford Maverick Hybrid , Kia Optima Hybrid , Toyota Sienna Hybrid , así como el Las camionetas híbridas de 2 modos y los SUV de General Motors son ejemplos de este tipo de hibridación, ya que pueden funcionar únicamente con batería. Una batería grande y de alta capacidad proporciona funcionamiento únicamente con batería. Estos vehículos tienen una ruta de potencia dividida que permite una mayor flexibilidad en el tren motriz al interconvertir energía mecánica y eléctrica. Para equilibrar las fuerzas de cada parte, los vehículos utilizan un vínculo de estilo diferencial entre el motor y el motor conectado al extremo delantero de la transmisión.
La marca Toyota para esta tecnología es Hybrid Synergy Drive , que se utiliza en el Prius, el SUV Highlander Hybrid y el Camry Hybrid . Una computadora supervisa el funcionamiento del sistema y determina cómo mezclar las fuentes de energía. Las operaciones del Prius se pueden dividir en seis regímenes distintos: –
Estos contienen dos sistemas diferentes de recuperación de energía.
Un ejemplo de híbridos duales son los coches de Fórmula Uno . Consulte Motores de Fórmula Uno nº 2014–2021 y Motores de Fórmula Uno nº 2022–2025 .
Otro es el Porsche 919 Hybrid .
El Infiniti Project Black S fue cancelado.
Un vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV) tiene dos características definitorias. Él:
Son híbridos completos, capaces de funcionar con batería. Ofrecen mayor capacidad de batería y posibilidad de recarga desde la red . Pueden ser diseños en paralelo o en serie. También se les llama híbridos de gas opcional o conectables a la red . Su principal beneficio es que pueden ser independientes de la gasolina para distancias significativas, con el alcance extendido de un ICE para viajes más largos. La investigación del Electric Power Research Institute encontró un menor costo total de propiedad para los PHEV debido a la reducción de los costos de servicio y a la mejora gradual de la tecnología de las baterías. La eficiencia y las emisiones de los PHEV en comparación con los híbridos de gasolina dependen de las fuentes de energía de la red (la red estadounidense está compuesta en un 30% por carbón ; la red de California se compone principalmente de gas natural , energía hidroeléctrica y energía eólica ).
En Estados Unidos se construyeron prototipos de PHEV, con paquetes de baterías más grandes que pueden recargarse desde la red eléctrica, especialmente en el Centro Híbrido de Andy Frank [46] en la Universidad de California, Davis . Un PHEV de producción, el Renault Kangoo , salió a la venta en Francia en 2003. DaimlerChrysler construyó PHEV basados en la furgoneta Mercedes-Benz Sprinter . Micro-Vett SPA [47] ofrece camiones ligeros, los llamados Daily Bimodale.
La California Cars Initiative convirtió el Toyota Prius 2004 y más nuevo para convertirlo en un prototipo de lo que llama PRIUS+. Con la adición de 140 kg (300 lb) de baterías de plomo-ácido , el PRIUS+ logró aproximadamente el doble de consumo de gasolina que un Prius estándar y podía realizar viajes de hasta 16 kilómetros (10 millas) utilizando únicamente energía eléctrica. [48]
El fabricante de automóviles y baterías chino BYD Auto lanzó el sedán compacto F3DM al mercado de flotas chino el 15 de diciembre de 2008, [49] [50] luego reemplazado por el híbrido enchufable BYD Qin . [51] [52]
General Motors comenzó las entregas del Chevrolet Volt en los Estados Unidos en diciembre de 2010, [5] y su hermano, el Opel Ampera, se lanzó en Europa a principios de 2012. [53] [54] En noviembre de 2012 [actualizar], otros plug-in Los híbridos disponibles en varios mercados fueron el Fisker Karma , el Toyota Prius Plug-in Hybrid y el Ford C-Max Energi .
En octubre de 2012 [actualizar], el PHEV más vendido es el Volt, con más de 33.000 unidades de la familia Volt/Ampera vendidas en todo el mundo desde diciembre de 2010, liderado por unas ventas en Estados Unidos de 27.306, [55] [56] seguido por los Países Bajos con 2.175 Amperas. vendido hasta octubre de 2012. [57] [58] El Prius Plug-in Hybrid había vendido 21.600 unidades vendidas en todo el mundo hasta octubre de 2012, con ventas en Estados Unidos de 9.623 unidades, seguidas por Japón con 9.500 unidades. [56] [59]
Estos contienen dos sistemas diferentes de recuperación de energía.
El Mercedes-AMG ONE es un híbrido dual enchufable.
El Mercedes-Benz Clase C (W206) y el Mercedes C254/X254 también disponen de un turbocompresor asistido eléctricamente / MGU-H . [60] [45]
Hay muchas formas de crear un híbrido eléctrico-motor de combustión interna (ICE). La variedad de diseños de ICE eléctricos se puede diferenciar por cómo se conectan las partes eléctrica y de combustión del tren motriz, en qué momentos está en funcionamiento cada parte y qué porcentaje de la energía proporciona cada componente híbrido. Dos categorías principales son los híbridos en serie y los híbridos paralelos , aunque los diseños paralelos son los más comunes en la actualidad.
La mayoría de los híbridos, sin importar el tipo específico, utilizan el frenado regenerativo para recuperar energía al frenar el vehículo. Esto simplemente implica accionar un motor para que actúe como generador.
Muchos diseños también apagan el motor de combustión interna cuando no es necesario para ahorrar energía. Ese concepto no es exclusivo de los híbridos; Subaru fue pionero en esta característica a principios de la década de 1980, y el Volkswagen Lupo 3L es un ejemplo de un vehículo convencional que apaga el motor cuando está detenido. Sin embargo, es necesario prever accesorios como el aire acondicionado , que normalmente funcionan con el motor. Además, los sistemas de lubricación de los motores de combustión interna son inherentemente menos efectivos inmediatamente después de que arranca el motor; Dado que es durante el arranque cuando se produce la mayor parte del desgaste del motor, el arranque y parada frecuentes de dichos sistemas reducen considerablemente la vida útil del motor. [ dudoso ] Además, los ciclos de arranque y parada pueden reducir la capacidad del motor para funcionar a su temperatura óptima, reduciendo así la eficiencia del motor.
Los vehículos de pila de combustible suelen estar equipados con una batería o un supercondensador para ofrecer una potencia de aceleración máxima y reducir el tamaño y las limitaciones de potencia de la pila de combustible (y, por tanto, su coste); En la práctica, también se trata de una configuración híbrida en serie.
Un vehículo híbrido hidráulico utiliza componentes hidráulicos y mecánicos en lugar de eléctricos. Una bomba de caudal variable reemplaza el motor/generador eléctrico. Un acumulador hidráulico almacena energía. El recipiente normalmente lleva una vejiga flexible de gas nitrógeno presurizado precargado. El fluido hidráulico bombeado se comprime contra la vejiga y almacena la energía en el gas nitrógeno comprimido. Algunas versiones tienen un pistón en un cilindro en lugar de una vejiga presurizada. El acumulador hidráulico es potencialmente más económico y duradero que las baterías. La tecnología híbrida hidráulica se implementó originalmente en Alemania en la década de 1930. Volvo Flygmotor utilizó híbridos petrohidráulicos de forma experimental en autobuses desde principios de los años 1980.
El concepto inicial implicaba un volante gigante (ver Gyrobus ) para almacenamiento conectado a una transmisión hidrostática. Eaton y varias otras empresas están desarrollando el sistema , principalmente en vehículos pesados como autobuses, camiones y vehículos militares. Un ejemplo es el concepto de camioneta Ford F-350 Mighty Tonka mostrado en 2002. Cuenta con un sistema Eaton que puede acelerar la camioneta a velocidades de autopista.
Los componentes del sistema eran caros, lo que impedía su instalación en camiones y automóviles más pequeños. Un inconveniente fue que los motores de potencia no eran lo suficientemente eficientes a carga parcial. El enfoque cambió a vehículos más pequeños. Una empresa británica, Artemis Intelligent Power , logró un gran avance al introducir un motor/bomba hidráulico controlado electrónicamente que es eficiente en todos los rangos y cargas, haciendo factibles pequeñas aplicaciones de híbridos petrohidráulicos. [61] La empresa transformó un automóvil BMW para demostrar su viabilidad. El BMW 530i daba el doble de MPG en ciudad que el coche estándar. La prueba utilizó el motor estándar de 3.000 cc. Los híbridos petrohidráulicos permiten reducir el tamaño de un motor al uso de energía promedio, no al uso máximo de energía. La potencia máxima la proporciona la energía almacenada en el acumulador. [62]
La tasa de recuperación de energía de frenado cinético es mayor y, por lo tanto, el sistema es más eficiente que los híbridos cargados con batería de la era 2013, lo que demuestra un aumento de economía del 60% al 70% en las pruebas de la EPA. [63] En las pruebas de la EPA, una Ford Expedition híbrida hidráulica arrojó 32 mpg -EE.UU. (7,4 L/100 km) en conducción urbana y 22 mpg -EE.UU. (11 L/100 km) en carretera. [64]
El objetivo de una empresa de investigación era crear un nuevo diseño para mejorar el embalaje de los componentes híbridos hidráulicos de gasolina. Todos los voluminosos componentes hidráulicos estaban integrados en el chasis. Un diseño afirmó alcanzar 130 mpg en las pruebas utilizando un gran acumulador hidráulico que también es el chasis estructural. Los motores de accionamiento hidráulico están incorporados dentro de los cubos de las ruedas y dan marcha atrás para recuperar energía de frenado. El objetivo es 170 mpg en condiciones de conducción promedio. La energía creada por los amortiguadores y la energía de frenado cinético, que normalmente se desperdiciaría, ayuda a cargar el acumulador. Un ICE de tamaño para un uso de energía promedio carga el acumulador. El acumulador está dimensionado para hacer funcionar el coche durante 15 minutos cuando está completamente cargado. [65] [66] [67]
En enero de 2011, Chrysler anunció una asociación con la EPA para diseñar y desarrollar un sistema de propulsión híbrido hidráulico-gasolina experimental adecuado para su uso en turismos. Chrysler adaptó una minivan de producción existente al tren motriz. [68] [69] [70] [71] [72]
NRG Dynamix de EE. UU. afirmó que su enfoque redujo el costo en un tercio en comparación con los híbridos eléctricos y agregó solo 300 libras (136 kg) al peso del vehículo frente a 1000 libras (454 kg) para los híbridos eléctricos. La compañía afirmó que una camioneta estándar propulsada por un motor de 4 cilindros y 2,3 litros alcanzaba 14 mpg (16,8 L/100 km) en conducción urbana. Utilizando la configuración petrohidráulica la economía de combustible alcanzó "mediados de los 20". [73]
El aire comprimido puede impulsar un automóvil híbrido con un compresor de gasolina para proporcionar energía. Motor Development International en Francia estaba desarrollando este tipo de automóviles propulsados por aire. Un equipo dirigido por Tsu-Chin Tsao, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial de UCLA , colaboró con ingenieros de Ford para poner en funcionamiento la tecnología híbrida neumática. El sistema es similar al de un vehículo híbrido-eléctrico en el sentido de que la energía de frenado se aprovecha y almacena para ayudar al motor según sea necesario durante la aceleración.
Muchos vehículos terrestres y acuáticos utilizan fuerza humana combinada con otra fuente de energía. Son comunes los híbridos paralelos, por ejemplo, un velero con remos, bicicletas motorizadas o un vehículo híbrido humano-eléctrico como el Twike . Existen algunas series híbridas. Estos vehículos pueden ser vehículos tríbridos , que combinan tres fuentes de energía, por ejemplo, células solares a bordo, baterías cargadas por la red y pedales.
Los vehículos híbridos se pueden utilizar en diferentes modos. La figura muestra algunos modos típicos para una configuración híbrida paralela.
Se puede agregar un tren motriz no original a un vehículo.
La solución del mercado de accesorios se utiliza cuando el usuario entrega el planeador ( chasis rodante ) y el kit de tren motriz híbrido (dos motores) o totalmente eléctrico (solo un motor eléctrico) al fabricante de automóviles y recibe el vehículo con la tecnología instalada. Un instalador no original puede agregar un sistema de propulsión (eléctrico o híbrido) a un planeador [74] .
En 2013, un equipo de diseño de la Universidad de Florida Central , On the Green , trabajó para desarrollar un kit de conversión híbrida atornillable para transformar un modelo de vehículo más antiguo en un híbrido de gasolina y electricidad. [75]
Un ingeniero en California demostró una conversión de un Mustang de 1966. El sistema reemplazó el alternador con un motor eléctrico sin escobillas de 12 kW (30 kW pico). El consumo de gasolina y la potencia mejoraron. [76]
Hay motores de cubo que se pueden instalar en la rueda [77] o entre la rueda y el rotor de freno [78] de vehículos de combustión interna para convertirlos en IWD híbrido .