Como os Veículos Híbridos Funcionam: Combinando Motores Elétricos e Motores a Gasolina

Um veículo elétrico híbrido (HEV) combina um motor a gasolina de ignição por centelha com um ou mais motores elétricos que obtêm energia de um pacote de baterias, de acordo com o Centro de Dados de Combustíveis Alternativos (AFDC) do Departamento de Energia dos EUA. Ao contrário dos híbridos plug-in, a bateria de um híbrido convencional não pode ser carregada a partir de uma tomada elétrica; é recarregada apenas através do motor a gasolina e através da frenagem regenerativa.

Os componentes principais

O AFDC lista as peças principais do sistema de potência de um HEV: um motor de combustão interna, um motor de tração elétrica, um gerador elétrico, um pacote de bateria de tração, um controlador de eletrônica de potência que regula a corrente e a velocidade do motor, um conversor CC/CC que reduz a tensão para acessórios a bordo, e uma transmissão que envia a potência mecânica do motor e do motor para as rodas.

Como as duas fontes de energia compartilham o trabalho

De acordo com fueleconomy.gov, o motor a gasolina e o motor elétrico são gerenciados automaticamente pelo sistema de controle do veículo, que continuamente decide quanto cada um deve contribuir. Em baixas velocidades e aceleração leve, muitos híbridos podem funcionar apenas com o motor elétrico. Em velocidade de cruzeiro, o motor de combustão normalmente faz a maior parte do trabalho. Sob aceleração forte ou em subidas, o motor e o motor podem combinar sua potência, e quando o carro para, o motor desliga para não desperdiçar combustível em marcha lenta.

A descrição oficial da Toyota de seu sistema Hybrid Synergy Drive, utilizado em toda sua gama híbrida, fornece um exemplo concreto dessa lógica: em marcha lenta ou parado, a Toyota diz que 'ambos os motores são desligados automaticamente para que nenhuma energia seja desperdiçada', enquanto em subidas ou ao ultrapassar a empresa afirma que 'ambos os motores alimentam o veículo para entregar o máximo desempenho'. A Toyota também diz que seu sistema permite aos motoristas acelerar até 50 km/h apenas com energia elétrica no modo EV, sem produzir emissões do escapamento durante essa fase.

Frenagem regenerativa: recuperando energia que seria perdida

A frenagem regenerativa é a tecnologia que permite que um híbrido recarregue sua bateria sem plugue. Fueleconomy.gov explica que o sistema 'usa o movimento para frente das rodas para girar o motor', que gera eletricidade ao mesmo tempo que ajuda a desacelerar o carro, em vez de dissipar essa energia puramente como calor através dos freios de fricção convencionais. O AFDC confirma que um gerador elétrico captura a energia das rodas de frenagem e a redireciona para a bateria de tração.

Configurações em série, paralelo e plug-in

Os híbridos plug-in não estão todos conectados da mesma forma. A descrição da fueleconomy.gov de veículos elétricos híbridos plug-in (PHEVs) distingue PHEVs paralelos, ou 'mistos', nos quais tanto o motor quanto o motor elétrico estão mecanicamente conectados às rodas e podem acioná-las diretamente, dos PHEVs em série, nos quais apenas o motor elétrico gira as rodas enquanto o único trabalho do motor a gasolina é gerar eletricidade para aquele motor. Fueleconomy.gov observa que os PHEVs em série também são conhecidos como veículos elétricos de autonomia estendida (EREVs).

Os veículos elétricos híbridos plug-in (PHEVs) adicionam uma bateria maior e recarregável externamente ao mesmo conceito básico. Fueleconomy.gov afirma que os PHEVs 'podem armazenar eletricidade suficiente para reduzir significativamente o uso de petróleo em condições típicas de direção', e que, dependendo do modelo, usam aproximadamente 30% a 60% menos petróleo que os veículos convencionais. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) afirma que os PHEVs carregam tanto uma bateria quanto um motor elétrico junto com um tanque de gasolina e um motor de combustão interna, e que 'produzem emissões de escapamento quando a gasolina está sendo usada como fonte de combustível', tornando-os mais limpos do que os carros convencionais a gasolina, mas não livres de emissões como os veículos elétricos de bateria.

Por que combinar as duas fontes economiza combustível

O AFDC explica que a transmissão dupla permite aos fabricantes de automóveis instalar um motor a gasolina menor do que um carro convencional comparável precisaria, porque o motor elétrico pode fornecer torque extra quando necessário, como durante aceleração ou subida de colina. O AFDC afirma que isso 'pode potencialmente permitir um motor menor', e que a combinação de carregamento regenerativo, assistência do motor e marcha lenta reduzida resulta em melhor economia de combustível sem sacrificar o desempenho. Os próprios números da Toyota ilustram o efeito no nível do modelo: a empresa lista o consumo de combustível de seu modelo Auris Hybrid Synergy Drive em 3,8 litros por 100 km em direção normal, com emissões de CO2 de 87 gramas por km.