Un vehículo híbrido es un vehículo de propulsión alternativa combinando un motor movido por energía eléctrica proveniente de baterías y un motor de combustión interna. Los modelos más recientes y usados se fundan en patentes del ingeniero Víctor Wouk, llamado el "Padre del coche híbrido".
A nivel mundial en 2009 ya circulaban más de 2,5 millones de vehículos híbridos eléctricos livianos, liderados porEstados Unidos con 1,6 millones,1 seguido por Japón (más de 640 mil)2 3 y Europa (más de 235 mil).2 3 A nivel mundial los modelos híbridos fabricados por Toyota Motor Corporation sobrepasaron la marca histórica de 2 millones de vehículos vendidos en agosto de 2009,2 4 que es seguida por Honda Motor Co., Ltd. con más de 300 mil híbridos vendidos hasta enero de 2009, y Ford Motor Corporation, con más de 122 mil híbridos vendidos hasta finales de 2009.1 5
VENTAJAS
Una de las grandes ventajas de los híbridos es que permiten aprovechar un 30% de la energía que generan, mientras que un vehículo convencional de gasolina tan sólo utiliza un 19%. Esta mejora de la eficiencia se consigue mediante las baterías, que almacenan energía que en los sistemas convencionales de propulsión se pierde, como la energía cinética, que se escapa en forma de calor al frenar. Muchos sistemas híbridos permiten recoger y reutilizar esta energía convirtiéndola en energía eléctrica gracias a los llamados frenos regenerativos. El motor híbrido junto con el diésel o gasolina son una importante opción a tener en cuenta a la hora de comprar un coche. La eficiencia consiste en que duran más, son más limpios o, al menos, menos sucios.
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 los 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. Todos los vehículos eléctricos utilizan baterías cargadas por una fuente externa, lo que les ocasiona problemas de autonomía de funcionamiento sin recargarlas.
Constitución básica
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.
Tipos de trenes de propulsión
El Toyota Prius es un vehículo híbrido paralelo, que tiene tanto una versión regular, como una enchufable.6
El Chevrolet Volt es un vehículo híbrido enchufable de sistema en serie.
Existen numerosos sistemas híbridos, entre los que destacan tres: el sistema paralelo, el sistema combinado y el sistema de secuencia o en serie.
En el 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.
En el sistema combinado, más complejo, 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.
En el sistema en serie, el vehículo se impulsa sólo con el motor eléctrico, que obtiene la energía de ungenerador 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 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.
Cadena energética de un vehículo híbrido
Panel de información del vehículo híbrido Toyota Prius.
El panel digital del Ford Fusion Hybridmantiene registros de las mejorías alcanzadas en el estilo "eco-driving" (arriba) y del tipo de propulsión que está ulizando el vehículo (abajo).
[editar]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.
[editar]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 equipado con un motor de gran potencia consuma, en recorridos urbanos, muchísimo más que uno del mismo peso equipado con un motor más pequeño. En conclusión, el motor ha de ser el idóneo para el uso al que se destina.
[editar]La eficiencia
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Vehículos híbridos en Expo 2005.
Dado que el mayor consumo de los vehículos se da en ciudad, los motores híbridos constituyen un ahorro energético notable, así como elevar la calidad de vida; mientras que un motor térmico necesita incrementar sus revoluciones para aumentar su par, el motor eléctrico en cambio tiene un par (fuerza del motor) constante, es decir produce la misma aceleración al comenzar la marcha que con el vehículo en movimiento.
Otro factor que reduce la eficacia del rendimiento en recorridos muy transitados es la forma de detener el vehículo. Ésta detención se realiza mediante un proceso tan ineficiente cómo es disipar y desaprovechar la energía en forma de movimiento, energía cinética, que lleva el vehículo para transformarla en calor liberado inútilmente al ambiente junto con tóxicos nefastos.
La eficacia y eficiencia del híbrido se nota en esfuerzos tan puntuales como inevitables, tales como adelantamientos y aceleraciones en pendiente: la energía es más limpia y el motor más fácil de arreglar y, como se ha probado, más duradero.
He aquí donde el sistema híbrido toma su mayor interés. Por una parte combina un pequeño motor térmico, suficiente para el uso en la inmensa mayoría de las ocasiones, de buen rendimiento y por tanto bajo consumo y emisiones contaminantes, con un sistema eléctrico capaz de realizar dos funciones vitales.
Por una parte desarrolla el suplemento extra de potencia necesario en contadas, pero inevitables, situaciones como las anteriormente citadas. Por otra, no supone en absoluto ningún consumo extra de combustible. Al contrario, supone un ahorro, puesto que la energía eléctrica es obtenida a base de cargar las baterías en frenadas o retenciones del vehículo al descender pendientes, momentos en los que la energía cinética del vehículo se destruiría (transformaría en calor irrecuperable para ser más exactos) con frenos tradicionales. Además, no sólo aporta potencia extra en momentos de gran demanda de ésta, sino que posibilita emplear solo la propulsión eléctrica en arrancadas tras detenciones prolongadas (semáforos por ejemplo) o aparcamientos y mantener el motor térmico parado en éstas situaciones en las que no es empleado, o se requiere de él una potencia mínima, sin comprometer la capacidad para retomar la marcha instantáneamente. Esto es posible porque tiene la capacidad de arrancar en pocas décimas de segundo el motor térmico en caso de necesidad.
Además de la altísima eficiencia, la posibilidad de emplear los motores eléctricos, exclusivamente, durante un tiempo permite evitar la producción de humos en situaciones molestas, como por ejemplo en garajes.
En conclusión, desde el punto de vista de la eficiencia energética, el vehículo híbrido representa un hito nunca jamás antes alcanzado.
El principal problema al que se enfrenta la industria del automóvil para fabricar vehículos eficientes son las propias exigencias del consumidor. Debido al bajísimo precio (en relación a otras fuentes de energía) de los combustibles fósiles, gracias a que el petróleo es una fuente que la humanidad ha encontrado fácilmente disponible, no contribuye a concienciar a la población para un ahorro energético.
Sin embargo, no son los buenos todos son ventajas actualmente. Los costes actuales de producción de baterías, el peso de las mismas y la escasa capacidad de almacenamiento limitan aún su empleo generalizado.
El almacenamiento en las baterías
La energía eléctrica es un recurso que no se agota. El motor eléctrico, para sustituir al térmico, se considera actualmente un gran avance de economía sostenible. La contaminación, que es muy baja en comparación con la capacidad de acumulación de energía en forma de combustible, si bien los cálculos publicados no tienen en cuenta el escaso aprovechamiento energético de la energía de combustión del recurso agotable, en comparación con un motor eléctrico. Aun así esto supone una barrera tecnológica importante para un motor eléctrico.
Los motores eléctricos han demostrado capacidades de sobra para impulsar otros tipos de máquinas, como trenes y robots de fábricas, puesto que pueden conectarse sin problemas a líneas de corriente de alta potencia. Sin embargo, las capacidades de almacenamiento energético en un vehículo móvil obligan a los diseñadores a usar una complicada cadena energética multidisciplinar, e híbrida, para sustituir a una sencilla y barata cadena energética clásica depósito-motor-ruedas. La electricidad, como moneda de cambio energética, facilita el uso de tecnologías muy diversas, ya que el motor eléctrico consume electricidad, independientemente de la fuente empleada para generarla.
Si bien el sobreprecio de un vehículo híbrido es amortizable durante la vida de un automóvil, el consumidor raramente opta por realizar una fuerte inversión inicial en un vehículo de éste tipo. Además de que los gobiernos no ven conveniente el ccambio de las principales fuentes de energía (combustibles fósiles) por el "golpe" que éste daría a la economía... En cambio, en un futuro a medio plazo,7 en el que el precio del petróleo se dispare por su escasez y la única forma de suplir esta carencia sea aumentar la eficiencia y emplear biocombustibles (de mayor coste de producción que el petróleo en la actualidad) el vehículo híbrido seguramente pase de considerarse un lujo solo para ecologistas convencidos y pudientes, a la única forma viable de transporte por carretera. Gracias al empleo de tecnología híbrida se consiguen reducciones de consumo de hasta el 80% en ciudad y 40% en carretera, en comparación entre vehículos híbridos y convencionales de similares prestaciones. Las emisiones contaminantes tendrán un comportamiento paralelo.
La sonoridad
Diversas asociaciones han alertado sobre el peligro que encierran los vehículos híbridos para los peatones, indica un informe del Ministerio de Transporte de Estados Unidos. “Les preocupa el hecho de que estos vehículos sean más silenciosos que los regulares, situación que dificulta a peatones y ciclistasescuchar los sonidos que normalmente les advierten sobre la presencia de un vehículo en una calle o una intersección.” Dicho informe revela que en ciertas maniobras estos vehículos “tienen el doble de posibilidades que los convencionales de verse involucrados en accidentes con transeúntes”. La Administración Nacional para la Seguridad Vial ha propuesto instalar en los vehículos híbridos y en los eléctricos emisores de sonido que funcionen cuando se desplacen a poca velocidad. 8
Elementos
Elementos que pueden ser utilizados en la configuración de la cadena energética de un vehículo híbrido, y deben estar coordinados mediante un sistema electrónico-informático:
Baterías de alta capacidad para almacenar energía eléctrica como para mover el vehículo.
Pila de combustible, para conseguir almacenar energía eléctrica en forma de combustible y transformarla en el momento de su utilización. De esa forma se consiguen capacidades de almacenamiento energético similares o superiores a las del depósito de combustible fósil.
Paneles fotovoltaicos como ayuda a la recarga de las baterías.
Batería inercial que permite recuperar la energía desprendida en la frenada. Las baterías no se cargan bajo picos de energía cortos y muy altos, así que acelerar un volante de inercia y luego utilizar esa energía cinética para ir cargando lentamente dichas baterías se perfila como una buena opción.
Supercondensadores para poder realizar la misma función que los volantes de inercia usando sólo tecnología eléctrica.
Grupos electrógenos para, en caso de niveles muy bajos de batería, consumir combustible fósil en motores de pistones para generar electricidad.
Grupos turbogen para, en caso de niveles muy bajos de batería, consumir combustible fósil en motores de turbina rotante para generar electricidad.
De esta forma utilizando una mezcla de tecnologías que apoyen al motor eléctrico se consigue un vehículo que pueda competir en prestaciones con la versión clásica.
Ventajas y desventajas
Desventajas
Toxicidad de las baterías que requieren los motores eléctricos.
Utilización importante de materias escasas (neodimio y lantano en el caso del Prius [1]).
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.
Por el momento, también el precio.
Ventajas
Mayor eficiencia en el consumo de combustible
Reducción de las emisiones contaminantes
Menos ruido que un motor térmico.
Más par y más elasticidad que un motor convencional.
Respuesta más inmediata.
Recuperación de energía en desaceleraciones (en caso de utilizar frenos regenerativos).
Mayor autonomía que un eléctrico simple.
Mayor suavidad y facilidad de uso.
Recarga más rápida que un eléctrico (lo que se tarde en llenar el depósito).
Mejor funcionamiento en recorridos cortos y urbanos.
En recorridos cortos, puede funcionar sin usar el motor térmico, evitando que trabaje en frío y disminuyendo el desgaste.
El motor térmico tiene una potencia más ajustada al uso habitual. No se necesita un motor más potente del necesario por si hace falta esa potencia en algunos momentos, porque el motor eléctrico suple la potencia extra requerida. Esto ayuda además a que el motor no sufra algunos problemas deinfrautilización como el picado de bielas.
Instalación eléctrica más potente y versátil. Es muy difícil que se quede sin batería por dejarse algo encendido. La potencia eléctrica extra también sirve para usar algunos equipamientos, como el aire acondicionado, con el motor térmico parado.
Descuento en el seguro, por su mayor nivel de eficiencia y menor grado de siniestralidad.12
En algunos países como México, adquirir un auto híbrido trae consigo beneficios fiscales, como la deducibilidad en el Impuesto sobre la Renta y tasa 0% en el Impuesto de la tenencia o uso de vehículos.
2010 Toyota Prius (tercera generación).
2010 Ford Fusion Hybrid.
Honda Civic Hybrid.
2010 Honda Insight (segunda generación).
Nissan Altima Hybrid.
Ford Escape Hybrid.
2010 Toyota Camry Hybrid.
Incentivos
España
El Plan Integral de Automoción compuesto por el Plan de Competitividad, dotado con 800 millones de euros, el Plan VIVE II y la apuesta por el vehículo híbrido eléctrico, con el objetivo de que en 2014 circulen por las carretas españolas un millón de coches eléctricos. Para ello, se propone poner en marcha un programa piloto denominado Proyecto Movele, consistente en la introducción en 2009 y 2010, y dentro de entornos urbanos, de 2.000 vehículos eléctricos que sustituyan a coches de gasolina y gasóleo.13
Asimismo, el Proyecto Electrobús financia la adquisición de autobuses híbridos eléctricos.14 Existe un modelo híbrido enchufable fabricado en España denominado Castrosua Tempus, financiado por dicho Proyecto.15
Ventas
En España, en 2012 el Toyota Prius mantiene su dominio entre los híbridos, con 3.738 matriculaciones en lo que va de año. Del total, 76 unidades correspondieron al Prius +, la versión monovolumen y ocho al Prius Plug-in, la variante enchufable16 .
El segundo puesto ha correspondido al Toyota Auris HSD, seguido del Toyota Yaris Hybrid con 95 (888) y los Lexus CT17 200h con, el todoterreno Lexus RX450h, y la berlina Lexus GS 450h con 20 (114). A continuación se han situado los híbridos turbodiésel, como el Peugeot 508 Hybrid 4, el Mercedes E300 y elCitroën DS5 Hybrid 4. Y tras ellos, están los Honda Jazz Hybrid, Audi Q5 Hybrid, Honda Insight, Peugeot 3008 Hybrid 4 y el Opel Ampera. A más distancia:BMW Serie 3 Active Hybrid, Infiniti M35h, Audi A6 Hybrid, Audi A8 Hybrid, BMW Serie 5 Active Hybrid, BMW 750 Active Hybrid, BYD F3 DM, Chevrolet Volt,Honda CR-Z, Lexus LS 600h, Mercedes S400 Hybrid, Porsche Cayenne Hybrid, Porsche Panamera Hybrid y VW Touareg Hybrid 18 .
