¿Qué es un sistema de automóvil híbrido?
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Recientemente, los vehículos eléctricos han ganado gran popularidad. Sin embargo, los autos eléctricos completos tienen un inconveniente significativo: una pequeña reserva de energía sin recarga. Por esta razón, muchos fabricantes de automóviles líderes están equipando algunos de sus modelos con sistemas híbridos.
De hecho, un automóvil híbrido es un vehículo cuya unidad de potencia principal es un motor de combustión interna, pero está reforzado por un sistema eléctrico con uno o más motores eléctricos y una batería adicional.
Hasta la fecha, se utilizan varias categorías de híbridos. Algunos solo ayudan a ICE al principio, otros te permiten conducir con tracción eléctrica. Considere las características de tales centrales eléctricas: cuál es su diferencia, cómo funcionan, así como las principales ventajas y desventajas de los híbridos.
Historia del motor híbrido
La idea de crear automóviles híbridos (o un cruce entre un automóvil clásico y un automóvil eléctrico) se debe a un aumento en el precio del combustible, endureciendo los estándares para las emisiones de automóviles y brindando una mayor comodidad al conducir.
El desarrollo de una planta de energía mixta fue llevado a cabo por primera vez por la compañía francesa Parisienne de voitures electriques. Sin embargo, el primer automóvil híbrido viable fue la creación de Ferdinand Porsche. En la planta de energía Lohner Electric Chaise, el motor de combustión interna sirvió como generador de electricidad, desde el cual funcionaban los dos motores eléctricos delanteros (montados directamente sobre las ruedas).
El vehículo fue presentado al público en 1901. En total, se vendieron alrededor de 300 copias de tales autos. El modelo resultó ser muy práctico, pero costoso de fabricar, por lo que un automovilista ordinario no podía permitirse ese tipo de vehículo. Además, en ese momento apareció un automóvil más barato y no menos práctico, desarrollado por el diseñador Henry Ford.
Las unidades de potencia de gasolina clásicas obligaron a los desarrolladores durante muchas décadas a abandonar la idea de crear híbridos. El interés en el transporte verde ha aumentado con la aprobación del Proyecto de Ley de Promoción Ciudadana de los Estados Unidos. Fue adoptado en 1960.
Por coincidencia, la crisis mundial del petróleo estalló en 1973. Si las leyes de Estados Unidos no alentaron a los fabricantes a pensar en desarrollar autos ecológicos asequibles, entonces la crisis los obligó a hacerlo.
El primer sistema híbrido completo, cuyo principio básico aún se utiliza, fue desarrollado por TRW en 1968. Según el concepto, era posible utilizar un motor de combustión interna más pequeño junto con un motor eléctrico, pero al mismo tiempo no se perdió la potencia de la máquina y el trabajo se volvió mucho más fluido.
Un ejemplo de un automóvil híbrido completo es el GM 512 Hybrid. Trabajó desde un motor eléctrico, que aceleró el vehículo a 17 km / h. A esta velocidad, se activó el motor de combustión interna, mejorando el rendimiento del sistema, de modo que la velocidad del automóvil aumentó a 21 km / h. Si era necesario ir más rápido, el motor eléctrico estaba apagado y el automóvil ya estaba acelerando con un motor de gasolina. El límite de velocidad fue de 65 km / h.
VW Taxi Hybrid, otra instancia exitosa de un automóvil híbrido, se presentó al público en 1973.
Hasta ahora, los fabricantes de automóviles están tratando de llevar los sistemas híbridos y totalmente eléctricos a un nivel que los haga competitivos en comparación con los ICE clásicos. Aunque esto aún no ha sucedido, muchos de los acontecimientos justificaron los miles de millones de dólares gastados en su desarrollo.
Con el comienzo del tercer milenio, la humanidad vio una novedad llamada Toyota Prius. La creación del fabricante japonés se ha convertido en sinónimo del concepto de "automóvil híbrido". Muchos desarrollos modernos se toman prestados de este desarrollo. Hasta la fecha, se han creado una gran cantidad de modificaciones de instalaciones combinadas, lo que permite al comprador elegir la mejor opción para sí mismo.
El principio de funcionamiento de los automóviles híbridos.
No confunda un motor híbrido con un automóvil eléctrico completo. La instalación eléctrica está involucrada en algunos casos. Por ejemplo, en modo urbano, cuando el automóvil está en el tráfico, el uso de un motor de combustión interna conduce a su sobrecalentamiento, así como a un aumento de la contaminación del aire. Para tales situaciones, se activa una instalación eléctrica.
Por diseño, el híbrido consiste en:
- La unidad de potencia principal. Este es un motor de gasolina o diesel.
- Motor eléctrico. Dependiendo de la modificación, puede haber varios. Por el principio de acción, también pueden ser diferentes. Por ejemplo, algunos se pueden usar como un motor adicional para las ruedas, mientras que otros se pueden usar como ayudantes del motor al arrancar la máquina desde un lugar.
- Batería extra En algunos automóviles, tiene una capacidad pequeña, cuya reserva de energía es suficiente para activarse durante un corto período de instalación eléctrica. En otros, esta batería tiene una gran capacidad para que los vehículos puedan moverse libremente de la electricidad.
- Sistema de control electronico. Los sensores complejos monitorean el funcionamiento del motor de combustión interna y analizan el comportamiento de la máquina, sobre la base de la cual el motor eléctrico se activa / desactiva.
- Inversor. Este es un convertidor de la energía necesaria proveniente de la batería a un motor eléctrico trifásico. Este elemento también distribuye la carga a diferentes nodos dependiendo de la modificación de la instalación.
- Generador. Sin este mecanismo, no es posible recargar la batería primaria o secundaria. Como en los autos comunes, el generador es impulsado por el motor de combustión interna.
- Sistemas de recuperación. La mayoría de los híbridos modernos están equipados con dicho sistema. "Recolecta" energía adicional de componentes del automóvil como el sistema de frenos y el chasis (cuando el automóvil se desplaza, por ejemplo, desde una colina, el convertidor recolecta la energía liberada en la batería).
Las unidades de potencia de la instalación híbrida pueden funcionar tanto individualmente como en parejas.
Esquemas de trabajo
Existen varios esquemas exitosos de operación híbrida. Hay tres principales:
- secuencial;
- paralela;
- paralelo en serie
Circuito secuencial
En este caso, el motor de combustión interna se utiliza como generador de electricidad para el funcionamiento de motores eléctricos. De hecho, un motor de gasolina o diésel no tiene una conexión directa con la transmisión de un automóvil.
Este sistema le permite instalar motores de baja potencia con un pequeño volumen en el compartimiento del motor. Su tarea principal es operar un generador de voltaje.
Dichos automóviles a menudo están equipados con un sistema de recuperación, gracias al cual la energía mecánica y cinética se convierte en corriente eléctrica para recargar la batería. Dependiendo del tamaño de la batería, un automóvil puede cubrir una cierta distancia exclusivamente con tracción eléctrica sin utilizar un motor de combustión interna.
El ejemplo más famoso de esta categoría de híbridos es el Chevrolet Volt. Se puede cargar como un automóvil eléctrico normal, pero gracias al motor de gasolina, la autonomía aumenta significativamente.
Circuito paralelo
En instalaciones paralelas, el motor de combustión interna y el motor eléctrico están emparejados. La tarea del motor eléctrico es reducir la carga en la unidad principal, lo que conduce a un importante ahorro de combustible.
Si desconecta el motor de la transmisión, la máquina puede superar una cierta distancia de la tracción eléctrica. Pero la tarea principal de la parte eléctrica es garantizar una aceleración suave del vehículo. La unidad de potencia principal en tales modificaciones es un motor de gasolina (o diesel).
Cuando un automóvil disminuye la velocidad o se mueve desde el motor de combustión interna, el motor eléctrico actúa como un generador para recargar la batería. Gracias al funcionamiento del motor de combustión interna en tales automóviles, no se requiere una batería de alto voltaje.
A diferencia de los híbridos secuenciales, estas unidades tienen un mayor consumo de combustible, ya que el motor eléctrico no se usa como una unidad de potencia separada. En algunos modelos, como el BMW 350E iPerformance, el motor eléctrico está integrado en la caja de cambios.
Una característica de este esquema de trabajo es una alta tasa de torque a bajas velocidades del cigüeñal.
Circuito paralelo serie
Este esquema fue desarrollado por ingenieros japoneses. Se llama HSD (Hybrid Synergy Drive). De hecho, combina las funciones de los dos primeros tipos de operación de plantas de energía.
Cuando un automóvil necesita arrancar o moverse lentamente en un caramelo, se activa un motor eléctrico. Para ahorrar energía a alta velocidad, se conecta un motor de gasolina o diésel (según el modelo del vehículo).
Si necesita acelerar bruscamente (por ejemplo, al adelantar) o el automóvil va cuesta arriba, la planta de energía funciona en modo paralelo: el motor eléctrico ayuda al motor de combustión interna, lo que reduce la carga y, como resultado, ahorra el consumo de combustible.
La conexión planetaria del motor de combustión interna del automóvil transfiere parte de la energía a la transmisión principal de la transmisión, y parte al generador para recargar la batería o el motor eléctrico. En dicho esquema, se instalan componentes electrónicos complejos que distribuyen energía de acuerdo con la situación.
El ejemplo más destacado de un híbrido con un tren motriz paralelo en serie es el Toyota Prius. Sin embargo, algunas modificaciones de modelos conocidos de fabricación japonesa ya han recibido tales instalaciones. Un ejemplo de esto es el Toyota Camry, Toyota Highlander Hybrid, Lexus LS 600h. Esta tecnología también fue comprada por algunas empresas estadounidenses. Por ejemplo, el desarrollo se ha abierto camino en el Ford Escape Hybrid.
Tipos de agregados híbridos
Todos los motores híbridos se dividen en tres tipos:
- híbrido blando;
- híbrido medio;
- Híbrido completo.
Cada uno de ellos tiene su propia función, así como características únicas.
Tren motriz micro híbrido
Dichas centrales eléctricas a menudo están equipadas con un sistema de recuperación para que la energía cinética se convierta en energía eléctrica y se devuelva a la batería.
El mecanismo de accionamiento en ellos es un motor de arranque (también puede servir como generador). No hay tracción eléctrica en tales instalaciones. El esquema se utiliza para arranques frecuentes de ICE.
Tren motriz híbrido medio
Dichos automóviles tampoco se mueven debido al motor eléctrico. El motor eléctrico en este caso sirve como asistente de la unidad de potencia principal con una carga creciente.
Dichos sistemas también están equipados con un sistema de recuperación, que recolecta energía libre de regreso a la batería. Las unidades híbridas medianas proporcionan una mayor eficiencia para el motor térmico.
Tren motriz híbrido completo
En tales instalaciones, hay un generador de alta potencia, que es impulsado por el motor de combustión interna. El sistema se activa a bajas velocidades del vehículo.
La eficacia del sistema se manifiesta en la presencia de la función "Start / Stop", cuando el automóvil se mueve lentamente en el tráfico, pero en el semáforo necesita acelerar bruscamente. Una característica de la instalación híbrida completa es la capacidad de apagar el motor de combustión interna (el embrague está apagado) y conducir un motor eléctrico.
Clasificación de electrificación
Los siguientes términos pueden aparecer en la documentación técnica o en el nombre del modelo de automóvil:
- microhíbrido;
- híbrido blando;
- híbrido completo;
- híbrido enchufable.
Microhíbrido
En tales autos, se instala un motor convencional. No tienen un accionamiento eléctrico. Dichos sistemas están equipados con una función de "inicio / parada" o están equipados con un sistema de frenado regenerativo (durante el frenado, se produce una recarga adicional de la batería).
Algunos modelos están equipados con ambos sistemas. Algunos expertos creen que dicho transporte no se considera un transporte híbrido, ya que solo utiliza una unidad de energía de gasolina o diésel sin integración en el sistema de accionamiento eléctrico.
Híbrido suave
Dichos automóviles tampoco se mueven debido a la electricidad. También usan un motor térmico, como en la categoría anterior. Con una excepción, el motor de combustión interna es compatible con una instalación eléctrica.
En tales modelos no hay volante. Su función es realizada por un generador de arranque eléctrico. El sistema eléctrico aumenta el retorno de un motor de baja potencia con aceleración brusca.
Híbrido completo
Por estos vehículos se entiende vehículos capaces de cubrir una cierta distancia con tracción eléctrica. En tales modelos, se puede utilizar cualquier esquema de conexión mencionado anteriormente.
Dichos híbridos no se cobran desde la red. La batería se repone con energía debido al trabajo del sistema de frenado regenerativo y el generador. La distancia que se puede cubrir con una sola carga depende de la capacidad de la batería.
Híbridos enchufables
Dichos automóviles pueden funcionar como un automóvil eléctrico o trabajar desde el motor de combustión interna. Gracias a la combinación de dos plantas de energía proporciona una economía de combustible decente.
Dado que es físicamente imposible instalar una batería volumétrica (en vehículos eléctricos toma el lugar de un tanque de gasolina), un híbrido de este tipo puede cubrir hasta 50 km con una sola carga sin recargar.
Ventajas y desventajas de los automóviles híbridos.
Por el momento, el híbrido puede considerarse un enlace de transición de un motor térmico a un análogo eléctrico ecológico. Aunque el objetivo final aún no se ha logrado, gracias a la introducción de desarrollos innovadores modernos, existe una tendencia positiva en el desarrollo de vehículos eléctricos.
Dado que los híbridos son una opción de transición, tienen puntos positivos y negativos. Los pros incluyen:
- Economía de combustible. Dependiendo del esquema de operación del par de potencia, este indicador puede aumentar al 30% o más.
- Recarga sin utilizar una toma de corriente. Esto fue posible gracias al sistema de recuperación de energía cinética. Aunque no se produce una carga completa, si los ingenieros pueden mejorar la conversión, los autos eléctricos dejarán de necesitar una toma de corriente.
- La capacidad de instalar un motor de menor volumen y potencia.
- La electrónica es mucho más económica que la mecánica para distribuir combustible.
- El motor se sobrecalienta menos y se consume combustible al conducir en atascos.
- La combinación de motores de gasolina / diesel y eléctricos le permite continuar conduciendo si la batería de alta potencia está agotada.
- Gracias al funcionamiento del motor eléctrico, el motor de combustión interna puede funcionar de manera más estable y con menos ruido.
Las plantas híbridas también tienen una lista de desventajas decente:
- La batería se vuelve inutilizable más rápido debido a la gran cantidad de ciclos de carga / descarga (incluso en sistemas híbridos suaves);
- La batería a menudo está completamente descargada;
- Las piezas para tales autos son bastante caras;
- La reparación automática es casi imposible, ya que esto requiere equipos electrónicos sofisticados;
- En comparación con los modelos a gas o diesel, los híbridos cuestan varios miles de dólares más;
- El mantenimiento regular es más costoso;
- La electrónica sofisticada requiere un manejo cuidadoso, y los errores que ocurren a veces pueden interrumpir un largo viaje;
- Es difícil encontrar un especialista que pueda configurar adecuadamente el funcionamiento de las centrales eléctricas. Debido a esto, debe recurrir a los servicios de talleres profesionales caros;
- Las baterías no toleran fluctuaciones significativas de temperatura y se descargan por sí mismas.
- A pesar del respeto al medio ambiente durante el funcionamiento del motor eléctrico, la producción y eliminación de baterías contamina mucho el medio ambiente.
Para que los híbridos y los autos eléctricos compitan realmente con los motores de combustión interna, se requiere una mejora en las fuentes de energía (para que acumulen más energía, pero al mismo tiempo no sean muy voluminosas), así como sistemas de carga rápida sin dañar la batería.
Preguntas y respuestas
¿Qué es un vehículo híbrido? Este es un vehículo en el que más de una unidad de potencia está involucrada en su movimiento. Básicamente es una mezcla de un automóvil eléctrico y un automóvil con un motor de combustión interna clásico.
¿Cuál es la diferencia entre un automóvil híbrido y un automóvil convencional? Un automóvil híbrido tiene las ventajas de un automóvil eléctrico (funcionamiento silencioso del motor y conducción sin usar combustible), pero cuando la carga de la batería cae, se activa la unidad de potencia principal (gasolina).
