Cómo funcionan los coches híbridos
Si abres el capó de un automóvil híbrido, verás que se parece mucho a un automóvil a gasolina, ¡porque en muchos sentidos lo es! Verás un motor, una transmisión, una correa de distribución y otras piezas mecánicas conocidas.
Pero te darás cuenta de que el motor de un coche híbrido puede ser más pequeño de lo habitual y ocupar menos espacio. A coche híbrido complementa la potencia del motor de gasolina con una batería y un motor eléctrico. A veces, el motor eléctrico está integrado en la carcasa de la transmisión; a veces está contenido en su propia carcasa o conectado a un eje diferente.
En ambos casos, el motor o motores eléctricos reducen la necesidad de un motor de gasolina más grande. Los motores eléctricos son compactos, simples y potentes; con solo una parte móvil, pueden producir una gran cantidad de par, lo que complementa el que proviene del motor de gasolina para ofrecer una mejor economía de combustible y reducir las emisiones.
Batería híbrida
El híbrido batería, a veces llamada batería de tracción, es lo que hace que un automóvil híbrido ahorre combustible y acelere mejor. Por lo general, se compone de baterías de iones de litio apiladas y ubicadas cerca del eje trasero para que, en caso de colisión, la batería esté bien protegida.
Quizás se pregunte si la batería es inflamable o explosiva. Los fabricantes de automóviles y las pruebas independientes han indicado que las baterías no son peligrosas, ya que están empaquetadas en una caja segura e ignífuga para proteger a los pasajeros.
En serie o en paralelo, o ambos
El término «transmisión» se usa para describir cómo se entrega la potencia a las ruedas en cualquier tipo de automóvil. Con una transmisión de gasolina, la aceleración requiere combustible de un tanque de gasolina, que alimenta el motor. En los híbridos, no es tan sencillo: un híbrido puede combinar gasolina y electricidad de diferentes maneras. Para ahorrar combustible sin sacrificar el rendimiento, los híbridos utilizan una computadora de a bordo que determina cuánta energía proviene de la batería, de la gasolina y cuándo.
Los dos tipos principales de transmisiones son en serie y en paralelo. Exploremos cada uno de ellos con más detalle.
En un híbrido de serie, el motor eléctrico se encarga de la mayor parte del trabajo de suministro de energía a las ruedas. Puede utilizar la energía del paquete de baterías o de un generador que funciona con un motor de gasolina, pero por lo general no puede usar ambos. Piensa en la serie de nombres: una y luego la otra. Si la batería está completamente cargada, el automóvil puede optar por usar primero la energía de la batería. Cuando la batería esté casi agotada, el vehículo encenderá el motor de gasolina para generar energía adicional y mantener el motor eléctrico en funcionamiento. La transición de una fuente de energía a otra está diseñada para que sea perfecta. Algunos ejemplos de híbridos de serie son el Chevrolet Volt, el Hyundai Ioniq y el BMW i3 con Range Extender.
Los vehículos híbridos de la serie son ideales para la conducción urbana y suburbana; pueden hacer un uso excelente de una batería más grande y un motor eléctrico más potente, mientras que sus motores de gasolina pueden ser más pequeños y eficientes. Sin embargo, tienden a ser más costosos porque tienen baterías más grandes, y no son tan eficientes cuando se conduce en rutas más largas en las que el motor de gasolina funciona más. Para esas situaciones, un híbrido paralelo puede ser mejor.
A diferencia de un híbrido en serie, un híbrido paralelo puede suministrar energía al pavimento a través del motor eléctrico o directamente del motor de gasolina, o una combinación de ambos. Una computadora integrada determinará cuál es la mejor opción para cada situación y elegirá al conductor.
Como hay dos tipos de propulsión, cualquiera de los dos puede propulsar el coche. El ordenador de a bordo monitorea continuamente la necesidad de acelerar y decide qué motor (eléctrico o de gasolina) sería el mejor. Si ya estás en movimiento pero necesitas un impulso de potencia, por ejemplo, para salir a la autopista, un híbrido paralelo podría poner en marcha el motor de gasolina. Pero cuando estás sentado frente a un semáforo en rojo y este cambia a verde, es posible que optes por el motor eléctrico. Además, cuando el motor de gasolina no se usa directamente para alimentar las ruedas, puede encenderse para actuar como un generador para cargar la batería cuando sea necesario.
También existe el concepto de híbrido en serie/paralelo, que permite que el motor eléctrico y el motor de gasolina impulsen las ruedas simultáneamente. Muchos vehículos, como el Toyota Prius, combinan los conceptos de serie y paralelo, lo que significa que pueden funcionar con un motor de gasolina o un motor eléctrico, ¡o ambos simultáneamente! Un conjunto de engranajes planetarios conecta el motor de gasolina, el motor eléctrico y el generador en una sola unidad. Los engranajes se mueven en función de la potencia requerida por el automóvil.
Cómo se cargan los híbridos
Como un automóvil híbrido no se puede conectar, utiliza un proceso llamado frenado regenerativo para recargar la batería. Para entender el frenado regenerativo, debemos dar un paso atrás y entender el principio de la energía cinética. La energía cinética es la energía del movimiento, y los coches en movimiento tienen mucha energía cinética.
Cuando pisas los frenos en un vehículo tradicional, la energía se transfiere del cuerpo del vehículo en movimiento al sistema de frenos. La energía cinética (del movimiento del automóvil) se convierte en fricción y calor a medida que el vehículo reduce la velocidad. Después de un viaje largo, es posible que notes que los frenos están calientes. Si bien es eficaz para detener el vehículo, la fricción provoca el desgaste con el tiempo, por lo que las pastillas de freno y/o los rotores de cualquier automóvil deberán reemplazarse eventualmente.
El sistema de frenos de un coche híbrido es diferente. Tan pronto como pisas el acelerador, incluso antes de pisar el pedal del freno, el frenado regenerativo comienza a recolectar energía de la carrocería en movimiento del automóvil, lo que reduce su velocidad. Para ello, toma la energía mecánica y la convierte en energía eléctrica. Luego, esa energía se envía a la batería para almacenarla, donde se utilizará para alimentar el vehículo más adelante. En un híbrido, en lugar de liberar energía cinética y desperdiciarla en forma de calor, el automóvil la retiene y la usa para recargar su batería.
Los híbridos siguen teniendo las mismas pastillas y discos de freno que los coches convencionales, pero son secundarios al sistema regenerativo. Por lo tanto, los frenos de los híbridos pueden durar mucho más.
No todos los híbridos se pueden cargar
A menos que se trate de un híbrido enchufable, los híbridos como el Prius original no se pueden conectar a una fuente eléctrica para cargarlos. Evitar la necesidad de enchufarse para recargarse hace que los híbridos sean ideales si quieres reducir su consumo de combustible y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero sin depender de un equipo de carga. Si vives en un edificio de apartamentos sin acceso a un equipo de carga o tienes una empresa que hace entregas en áreas urbanas, también puedes beneficiarte de la eficiencia sin complicaciones de un HEV.
(Los vehículos híbridos enchufables ofrecen una eficiencia y una autonomía eléctrica aún mayores que los híbridos convencionales, y sus sistemas de batería y carga funcionan de manera diferente. Tanto es así que les hemos dedicado una sección completa aquí en GreenCars 101.)
