Cómo funcionan los vehículos híbridos: combinación de motores eléctricos y motores de gasolina

Un vehículo eléctrico híbrido (HEV) combina un motor de gasolina de encendido por chispa con uno o más motores eléctricos que obtienen energía de un paquete de baterías, según el Centro de Datos de Combustibles Alternativos (AFDC) del Departamento de Energía de EE.UU. A diferencia de los híbridos enchufables, la batería de un híbrido convencional no se puede cargar desde una toma de corriente; solo se recarga a través del motor de gasolina y mediante el frenado regenerativo.

Los componentes principales

El AFDC enumera las partes principales de la transmisión de un HEV: un motor de combustión interna, un motor de tracción eléctrica, un generador eléctrico, un paquete de batería de tracción, un controlador de electrónica de potencia que regula la corriente y la velocidad del motor, un convertidor CC/CC que reduce el voltaje para los accesorios a bordo, y una transmisión que envía la potencia mecánica del motor y el motor a las ruedas.

Cómo comparten el trabajo las dos fuentes de energía

Según fueleconomy.gov, el motor de gasolina y el motor eléctrico se manejan automáticamente mediante el sistema de control del vehículo, que continuamente decide cuánto debe contribuir cada uno. A bajas velocidades y con aceleración suave, muchos híbridos pueden funcionar únicamente con el motor eléctrico. A velocidad de crucero, el motor de combustión típicamente hace la mayor parte del trabajo. Con aceleración fuerte o en colinas, el motor y el motor pueden combinar su potencia, y cuando el coche se detiene, el motor se apaga para no desperdiciar combustible en ralentí.

La descripción oficial de Toyota de su sistema Hybrid Synergy Drive, utilizado en toda su gama de híbridos, da un ejemplo concreto de esta lógica: en ralentí o parado, Toyota dice que 'ambos motores se apagan automáticamente para que no se desperdicie energía', mientras que en colinas o al adelantar la empresa establece que 'ambos motores impulsan el vehículo para ofrecer el máximo rendimiento'. Toyota también dice que su sistema permite a los conductores acelerar hasta 50 km/h únicamente con energía eléctrica en modo EV, sin producir emisiones de escape durante esa fase.

Frenado regenerativo: recuperación de energía que de otro modo se perdería

El frenado regenerativo es la tecnología que permite que un híbrido recargue su batería sin enchufarse. Fueleconomy.gov explica que el sistema 'utiliza el movimiento hacia adelante de las ruedas para girar el motor', que genera electricidad mientras ayuda a ralentizar el coche, en lugar de disipar esa energía puramente como calor a través de frenos de fricción convencionales. El AFDC confirma que un generador eléctrico captura la energía de las ruedas de frenado y la redirige a la batería de tracción.

Configuraciones en serie, paralelo y enchufables

Los híbridos enchufables no están todos conectados de la misma manera. La descripción de fueleconomy.gov de vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) distingue entre PHEV paralelos, o 'mezclados', en los que tanto el motor como el motor eléctrico están conectados mecánicamente a las ruedas y pueden conducirlas directamente, de PHEV en serie, en los que solo el motor eléctrico hace girar las ruedas mientras que el único trabajo del motor de gasolina es generar electricidad para ese motor. Fueleconomy.gov señala que los PHEV en serie también se conocen como vehículos eléctricos de rango extendido (EREV).

Los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) agregan una batería más grande y recargable externamente al mismo concepto básico. Fueleconomy.gov establece que los PHEV 'pueden almacenar suficiente electricidad para reducir significativamente su consumo de petróleo en condiciones de conducción típicas', y que, según el modelo, utilizan aproximadamente 30% a 60% menos petróleo que los vehículos convencionales. La Agencia de Protección Ambiental de EE.UU. (EPA) establece que los PHEV llevan tanto una batería como un motor eléctrico junto con un tanque de gasolina y un motor de combustión interna, y que 'producen emisiones de escape cuando la gasolina se utiliza como fuente de combustible', lo que los hace más limpios que los coches de gasolina convencionales pero no sin emisiones como los vehículos eléctricos de batería.

Por qué combinar las dos fuentes ahorra combustible

El AFDC explica que la transmisión dual permite a los fabricantes de automóviles instalar un motor de gasolina más pequeño que el que necesitaría un automóvil convencional comparable, porque el motor eléctrico puede proporcionar torque adicional cuando es necesario, como durante la aceleración o al subir una colina. El AFDC establece que esto 'puede potencialmente permitir un motor más pequeño', y que la combinación de carga regenerativa, asistencia del motor y reducción del ralentí da como resultado una mejor economía de combustible sin sacrificar el rendimiento. Las propias cifras de Toyota ilustran el efecto a nivel de modelo: la empresa lista el consumo de combustible de su modelo Auris Hybrid Synergy Drive en 3,8 litros por 100 km en conducción normal, con emisiones de CO2 de 87 gramos por km.