El vehículo híbrido eléctrico (HEV)
Un vehículo híbrido eléctrico es aquel que para su propulsión utiliza una combinación de dos sistemas, que a su vez consumen fuentes de energía diferentes. Uno de los sistemas es el generador de la energía eléctrica, que consiste en un motor de combustión interna de alta eficiencia, combinado con volantes de inercia, ultracondensadores o baterías eléctricas. El otro sistema está compuesto por la batería eléctrica y los moto-generadores instalados en las ruedas. Existen dos diferentes formas de montar los dos sistemas: la configuración en paralelo y la configuración en serie.
Este tipo de vehículos presenta sobre los tradicionales las siguientes ventajas:
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Son capaces de conseguir una eficiencia doble, lo que se consigue por la supresión de la mayor parte de las pérdidas de potencia que se producen en los vehículos tradicionales.
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El sistema de frenado tiene a su vez capacidad regenerativa de la potencia absorbida, lo que reduce las perdidas de eficiencia.
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El motor se dimensiona solo para una potencia promedio, ya los picos de potencia los proporciona la fuente de energía alternativa. Esto además permite que el motor funcione siempre en su punto óptimo o muy cerca de él. Por ello su eficiencia resulta doblada, pudiéndose aligerar el peso y volumen hasta en un 90%.
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El motor puede desactivarse durante la marcha cuando no se necesita
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La eficiencia del combustible se incrementa notablemente, lo que se traduce en reducción de las emisiones.
Los diseñadores de automóviles híbridos pretenden conseguir estas ventajas sin que se produzcan pérdidas sustanciales tanto en el rendimiento del vehículo, como en su autonomía y seguridad.
El sistema de tracción híbrido-eléctrico supone un profundo cambio en relación con los automóviles actuales. El sistema de tracción de un automóvil convencional consiste en un motor de combustión interna mecánicamente acoplado al tren motriz mediante un embrague, una caja de cambios y un diferencial con sus juntas homocinéticas. La eficiencia de este sistema de tracción se ve perjudicada, además de por su peso, porque el motor debe proveer una potencia variable.
La máxima eficiencia de un motor se obtiene en unas determinadas condiciones de funcionamiento, con una carga y una velocidad de giro fijas. Cuando una de estas o las dos varía, este rendimiento baja sensiblemente. Como quiera que en un recorrido convencional las condiciones de velocidad y carga de un vehículo deben variar necesariamente, es necesario sobredimensionar ampliamente el motor, para que sea capaz de responder a estos cambios sin que disminuyan drásticamente las prestaciones.
La eficiencia del sistema de tracción convencional puede mejorarse notablemente incorporando un sistema híbrido – eléctrico, muy parecido al que incorporan los vehículos eléctricos, impulsados por baterías que mueven sus motores eléctricos, pero con la diferencia de que este sistema incorpora un pequeño A.P.U. (del inglés Auxiliary Power Unit) que es un motor de combustión interna u otro dispositivo auxiliar cuya función es generar la electricidad para alimentar estas baterías de forma eficiente. Con esta configuración se obtienen grandes ventajas sobre el vehículo eléctrico, como son:
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Incremento de autonomía, ya que esta depende del combustible almacenado en el tanque
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Alto y uniforme rendimiento incluso a bajas temperaturas
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La unidad auxiliar no funciona continuamente, ya que se desactiva automáticamente cuando no es necesaria
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Se elimina la necesidad de recargar las baterías cuando estas se agotan
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El motor de combustión interna funciona bajo un estrecho margen de carga y velocidad, lo que incrementa su eficiencia
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Este sistema de propulsión pesa alrededor de una cuarta parte como mucho de lo que pesa un vehículo de baterías eléctricas, que debe arrastrar media tonelada de baterías bajo el piso
Los vehículos híbridos ofrecen así las ventajas de la propulsión eléctrica sin las desventajas de las baterías.
Cuando se requiere potencia extra, esta puede ser
proveída por una pequeño buffer eléctrico o
dispositivo de nivelación de cargas –en inglés
Load-Leveling Device (LLD) - . El motor puede acoplarse
directamente a las ruedas, como en un automóvil actual,
o conectarse al generador que produce la electricidad que
alimenta los motores eléctricos, que por separado se
conectan a las ruedas. El primer caso se denomina
paralelo híbrido porque tanto el APU como los motores
eléctricos se conectan simultáneamente a las ruedas. El
segundo caso se denomina híbrido en serie porque la APU,
el motor y las ruedas están conectados en serie (la APU
produce la electricidad para el o los motores y mantiene
el LLD cargado, y estos de forma sincronizada mueven las
ruedas, sin que el motor tenga conexión mecánica con
estas.
Otra ventaja de los híbridos es que pueden recuperar
parte de la energía cinética del vehículo que ahora
acaba derrochándose en los procesos de frenado,
reducción o descenso de pendientes, transformándose en
calor inútil, o lo que es peor, perjudicial, como ocurre
en los frenos. Cuando
se pisa el freno, este actúa como un generador,
convirtiendo el momento de inercia en corriente
eléctrica que recarga las baterías. En el caso de
motogeneradores instalados en las ruedas, a la vez que
las propulsan, recuperan parte de la energía del frenado
(entre un 50% - 70%), transformándola de nuevo en
electricidad, o almacenándola en un
"supervolante" fabricado en fibra de carbono.
Este dispositivo permite el uso inmediato de esta
energía recuperada, al ser aplicada en la aceleración o
subida de cuestas, y se está demostrando muy provechoso
en la conducción por ciudad.
Actualmente muchos fabricantes de automóviles tienen en marcha su propio diseño de vehículo híbrido eléctrico. En suiza se han construido vehículos híbridos experimentales con un peso inferior a los 340 kg. Honda será uno de los primeros fabricantes en poner a la venta vehículos híbridos. Lo hará en el mercado norteamericano en el año 1999, con un vehículo dotado de una unidad híbrida, con componentes del bastidor, suspensión y paneles en plástico y aluminio, y aerodinámica mejorada. Su consumo se situará en menos de 3.4l / 100 km. en recorrido mixto carretera-ciudad. El tren de potencia híbrido será la última versión del tipo IMA (Integrated Motor Assist), empleando un motor VTEC muy aligerado, de combustión pobre y sistema de inyección directa de 1 litro de desplazamiento y 3 cilindros, en combinación con un cambio manual de cinco velocidades, con un moto-generador sin escobillas y un pack de baterías que conjuntamente mejorarán la eficiencia y prestaciones del motor de gasolina. Otra variante estará equipada con una transmisión continuamente variable (CVT) que ayuda a mantener tanto al motor como al moto-generador eléctrico en sus velocidades de rotación más ventajosas, además de ultracondensadores ligeros y de larga duración. Los aspectos relativos a la seguridad, equipamiento, servos, etc, estarán a la altura de los automóviles de gama alta.
La unidad de gestión de potencia (PDU) es un dispositivo electrónico integrado que controla la operación de los moto-generadores y el ultracondensador.
Un ultracondesador es un dispositivo que almacena la energía eléctrica que se requiere para operar el motor eléctrico auxiliar. Un condensador está constituido básicamente por dos capas simétricas de metal conectadas en paralelo a un circuito eléctrico, y provee el flujo bidireccional de altas intensidades eléctricas asociadas a los procesos de generación y recuperación de potencia, con la ventaja añadida de su larga duración.
El
dispositivo de par motor asistido ayuda a
minimizar las grandes variaciones de par que se producen
en el motor de combustión interna de cuatro tiempos,
justo en las tres fases que no producen par positivo
(admisión, compresión y escape). En estas fases se
produce automáticamente la asistencia por motor
eléctrico, que consumiendo una limitada cantidad de
potencia eléctrica, anula las perjudiciales variaciones
de par.
Antonio Sánchez 1.999
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VENTAJAS
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POCO DE HISTORIA
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MOTORES
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