Explicamos la tecnología que emplean los vehículos que combinan dos motorizaciones, un motor de combustión interna y uno eléctrico, alimentado por baterías adicionales.
Los automóviles equipados con motores térmicos se han visto bajo presión social y gubernamental debido al indeseable aporte que hacen a la contaminación como fuentes móviles, dada su característica de quemar hidrocarburos para generar potencia y con el subproducto de emisiones nocivas y agresivas con la capa de ozono y el efecto invernadero.
La respuesta a tal desafío han sido las tecnologías eléctrica y de hidrógeno, pero ambas adolecen de la infraestructura necesaria para poderse masificar.
En consecuencia, a mitad de camino han surgido las tecnologías híbridas, que combinan motores térmicos y eléctricos en un mismo vehículo.
Frente a otros sistemas de propulsión alternativa, los híbridos tienen la ventaja de que funcionan con combustibles que se encuentran en cualquier estación de servicio, pero con emisiones y consumo muy inferiores al de un modelo equivalente convencional.
Al combinar las mencionadas tecnologías, normalmente se usan motores de combustión de menor tamaño muy eficientes, más silenciosos, con emisiones muy bajas, cuya potencia y torque se complementan con motores eléctricos ágiles y silenciosos, y baterías de respaldo.
Esta es una tecnología comprobada, sobre todo en Estados Unidos y Japón, al punto que cada vez se ofrecen más opciones en el mercado. Además, en algunos países se está promoviendo la adquisición de vehículos de este tipo, en donde se dan beneficios fiscales.
La garantía y confiabilidad del motor eléctrico y sus baterías es muy superior a la del motor térmico. No requieren un mantenimiento especial y el sistema híbrido dura tanto o más que el vehículo. No obstante, las baterías de los vehículos híbridos tienen un alto impacto ambiental si no se reciclan de forma adecuada.
Los vehículos híbridos son más costosos que sus modelos equivalentes, pero se propone una rentabilización de esta tecnología.
Tipos de híbridos
En función de la configuración de las diferentes motorizaciones, existen diferentes tipologías de híbridos: en serie, en paralelo y combinados.
En los híbridos en serie, el motor de combustión interna no tiene conexión mecánica con las ruedas porque sólo se usa para generar electricidad. Funciona a un régimen óptimo y recarga la batería hasta que se llena, momento en el cual se desconecta temporalmente. La tracción es siempre eléctrica.
En los híbridos en paralelo tanto el motor térmico como el eléctrico se utilizan para dar fuerza de transmisión. Es una solución relativamente sencilla, pero no es la más eficiente.
Finalmente, en los híbridos combinados cualquier combinación de los dos motores sirve para impulsar el vehículo. Es una solución muy eficiente, pero mucho más compleja mecánica y electrónicamente.
Modalidades tecnológicas
El mercado automotor ofrece diversas tecnologías alternativas como medio de propulsión. Así, los hay microhíbridos, semihíbridos (o mild hybrid) e híbridos puros (o full hybrid).
Los microhíbridos se reconocen cuando un vehículo de esta tecnología se detiene, por ejemplo, en un semáforo, el motor de combustión interna se apaga. Cuando se requiere reanudar la marcha, un alternador reversible o motor de arranque forzado enciende el motor térmico utilizando energía recuperada previamente en la detención. En este tipo de vehículos no existe un motor eléctrico que haga de propulsión al vehículo. Algunos modelos cuentan con una batería adicional o un conjunto de supercondensadores para aprovechar la energía de frenada.
Un ejemplo de microhíbridos es el sistema comúnmente llamado “Auto Start /Stop”, diseñado por el autopartista Bosch. La ventaja que ofrece esta tecnología es la reducción del consumo de hasta un 8% según el ciclo ECE 15.1
Para el uso del sistema Auto Start/Stop el sistema eléctrico debe incorporar nuevas baterías que garanticen el constante arranque del motor, como las AGM (Absorbent Glass Mat, un tejido de fibra de vidrio absorbente que contiene el ácido de la batería) o de electrolito gelificado.
Los semihíbridos o mild-hybrid utilizan un motor eléctrico como asistente al motor térmico, que a su vez funciona como generador de energía en las frenadas y detenciones, pero no puede impulsar al vehículo al 100% (con el motor térmico apagado). Cuentan con una batería de alta tensión adicional.
La recuperación de energía en la frenada es uno de los objetivos principales de los fabricantes para acercarse más a la hibridación. Una de las vías de recuperación más sencilla es mediante el alternador: los sistemas de gestión por alternador pilotado permiten controlar la tensión del alternador que alimenta la red eléctrica del vehículo para permitir la recuperación de energía al momento de desacelerar y reducir el consumo de carburante con respecto a un vehículo equipado con alternador clásico.
Un ejemplo de motores semihíbridos es el sistema IMA (Intergrated Motor Assistance), diseñado por Honda, con un sistema híbrido en paralelo (ambos motores están conectados al giro de las ruedas), pues utiliza un motor térmico que, en determinadas situaciones, es apoyado por uno eléctrico. La principal ventaja de este sistema es que desarrolla una potencia y unas prestaciones comparables con las de un motor de gasolina de mayor tamaño pero con bajos consumos de combustible.
Por el contrario, con los híbridos puros o full-hybrids se puede circular en determinadas condiciones con solamente el motor eléctrico, mientras el térmico está totalmente apagado. El cambio, para poner en funcionamiento alguno de los motores, o los dos, puede darse de forma automática o voluntaria.
Por ejemplo, cuando en la ciudad no se requiere de mucha potencia el sistema pone en funcionamiento el motor eléctrico, que es alimentado por las baterías instaladas en el vehículo, con lo cual no se generan emisiones.
Las baterías son recargadas por el motor de combustión interna apoyado con un sistema de frenos regenerativo, que transforma la energía cinética en eléctrica. En carretera el sistema pone en funcionamiento los dos motores, aumentado la potencia; sin embargo, encender el motor de combustión es la última opción y es por esto que este sistema es el más popular entre los híbridos.
Un ejemplo de esta tecnología es el Volkswagen Touareg híbrido, que está pensado para reducir consumos y ofrecer una potencia adicional por medio del motor eléctrico. La configuración de este vehículo incluye un motor eléctrico alojado en la caja de velocidades asociado al motor de combustión que podrá funcionar en conjunto o por separado.
Este sistema puede mantener al vehículo en movimiento, sólo con el motor eléctrico, a una velocidad inferior a 50 km/h. Al momento de pisar el pedal del acelerador, el motor eléctrico se invierte y genera electricidad para recargar la batería, tarea que también la puede realizar cuando el vehículo se mueve a velocidad constante.
Los híbridos conectables o Plug-in Hybrids (PHEV) emplean baterías recargables de energía eléctrica convencional como fuente para el movimiento del motor eléctrico. La recarga de las baterías se realiza enchufándolo a dispositivos que se alimentan de corriente domiciliaria y, con esta, recorre un cierto kilometraje sin necesidad de otro sistema de propulsión.
En esta configuración, el motor de combustión interna no tiene conexión mecánica con las ruedas y sólo se usa para generar electricidad. El motor endotérmico funciona a un régimen de revoluciones óptimo, para recargar al 100% las baterías momento en el cual se desconecta temporalmente.
Un ejemplo de esta tecnología es el Opel Ampera, desarrollado por General Motors, vehículo que cuenta con tres motores (dos eléctricos y uno de combustión interna), pero sólo el delantero es el encargado de mover las ruedas delanteras de tracción: es un motor eléctrico síncrono de imanes permanentes de 150 CV de potencia y 370 Nm de torque desde las cero (0) revoluciones. Este vehículo cuenta con un paquete de baterías de iones de litio y manganeso en forma de T, con un peso de 198 kg.
El vehículo cuenta con varios modos de funcionamiento:
Carga de la batería desde la red eléctrica: el vehículo se conecta a una red eléctrica doméstica en donde se puede recargar de 4 a 10 horas de acuerdo al voltaje suministrado, si es de 240 voltios o 120 voltios, con una autonomía aproximada de 80 km.
Circulando con batería cargada: la batería alimenta el motor impulsor para circular a baja velocidad. Adicionalmente, el motor eléctrico, que funciona como generador, se pone en marcha para circular a altas velocidades.
Circulando con la batería descargada: cuando el nivel de la batería está por debajo del 20%, el motor térmico se pone a funcionar con el objetivo de impulsar el generador para recargar la batería. El motor térmico funciona a un régimen entre 2.200 rpm y 4.800 rpm.
Frenado regenerativo: al actuar sobre el freno, en un principio no funciona el sistema hidráulico si no que el generador para recargar la batería, ofrece una resistencia que reduce la velocidad del vehículo. Naturalmente, si la necesidad de frenado lo requiere, el sistema hidráulico convencional se pone en funcionamiento.
Por último, los vehículos eléctricos de rango extendido, como en el caso del híbrido conectable, son híbridos que cuentan con un motor térmico que puede funcionar en caso de agotar la carga de las baterías.
En la práctica, se les considera automóviles eléctricos porque no necesitan del motor térmico más que para sostener la recarga de las baterías y pueden funcionar sin este al 100%. Esto significa que, cuando se acaban las baterías, el motor térmico se usa sólo para generar electricidad a un régimen constante para aumentar la autonomía a un costo por kilómetro bastante reducido.
– Son denominados REHEV (Range extended Hybrid Electric Vehicle), vehículo eléctrico de rango extendido.
– En las configuraciones híbridas en serie, la tracción siempre es eléctrica.
– En algunos modelos, los vehículos son capaces de prescindir del motor térmico durante una distancia superior a 32 km e inferior a 100 km.
Conclusiones
– La principal meta de implementar este tipo de tecnologías es mejorar el consumo de combustible (menor consumo para mayor distancia recorrida).
– Otro de los factores importantes para la implementación de la tecnología híbrida-eléctrica en el mercado es su sostenibilidad económica y medioambiental.
– Los consumidores están seguros de que mediante la compra de vehículos híbrido-eléctrico podrán tener retorno de inversión con menos gastos de combustible.
– Además de los diferentes conceptos de los sistemas de propulsión, en un futuro próximo se dará una respuesta sobre cuál de estas tecnologías eléctrica, de combustible o híbrida será la dominante. ◣
1 The new European Driving Cycle NEDC is a driving cycle designed to evaluate the emissions levels of car engines and fuel economy in passenger cars.
Fuentes de consulta:
1. Vehículos híbridos y eléctricos./ Cesvimap
2. Configurations of hybrid – electric cars propulsion systems
