martes, 22 de noviembre de 2016

Vehículos híbridos - Clasificación

¿CÓMO CLASIFICAR LOS VEHÍCULOS HÍBRIDOS? ¿EN QUÉ SE DIFERENCIAN?

En general, podemos definir los vehículos híbridos como aquellos que están provistos de dos tipos de motores destinados a participar en el sistema de tracción-propulsión. 

Y además, son capaces de generar energía a partir de la deceleración del propio vehículo para acumularla. 

En la mayoría de los casos se trata de combinar un motor térmico con un motor eléctrico. El motor térmico tiene como objetivo aportar la potencia al sistema de tracción aumentando la velocidad del vehículo cuando ya está lanzado, mientras que el motor eléctrico se encarga de aportar el par motor y su misión es comenzar la aceleración del vehículo desde cero.

Aunque el vehículo híbrido se haya puesto actualmente en auge, es necesario recordar que esta idea tecnológica es tan antigua como la historia del propio automóvil. 

El primer vehículo híbrido constatado apareció en el año 1900, fue el Lohner-Porche Mixte hybrid que montaba un motor eléctrico en cada rueda delantera mientras que las traseras eran propulsadas por un motor de explosión.


Este modelo de Porche incorpora una batería de 90 voltios y 20 Amperios, Aportando una potencia máxima de 1.8KW al motor explosión
¿POR QUÉ UN VEHÍCULO HÍBRIDO?

El propósito de combinar un motor térmico con un motor eléctrico es para conseguir una mayor eficiencia, puesto que el sistema eléctrico puede acumular la energía procedente de las frenadas en forma eléctrica y acumularla en una batería. 

Mientras que en los vehículos con motor térmico esta energía se pierde en forma de calor procedente del roce entre las pastillas de freno y los discos, además del calor generado por los rozamientos de las partes móviles del motor térmico cuando éste retiene el vehículo en deceleración.

La energía eléctrica acumulada en la batería procedente de las frenadas servirá para aportar fuerza de tracción durante las aceleraciones. 

Esta estrategia de funcionamiento supone un claro ahorro de energía, sobre todo cuando las condiciones de circulación requieren de múltiples deceleraciones y aceleraciones (circulación en tráfico denso, entre semáforos, glorietas, etc). Sin embargo, deja de ser beneficiosa a velocidades constantes en un escenario de conducción plano y sin desniveles.

CLASIFICACIÓN DE LOS VEHÍCULOS HÍBRIDOS

Los fabricantes de automóviles han optado por diferentes líneas tecnológicas en función del grado de integración eléctrica incorporada en sus vehículos. Estas diferentes líneas tecnológicas dependerán del coste y la complejidad de los sistemas usados. Básicamente las variantes híbridas las podremos clasificar en función del voltaje de trabajo de la batería y su capacidad, y por tanto, de las funciones que sean capaces de aportar al grupo moto-propulsor y al sistema de gestión de energía.

Según estos criterios podemos encontrar en el mercado la siguiente clasificación:


-Microhíbridos (Micro Hybrids)

-Semihíbridos (Mild hybrids)

-Híbridos puros (Full hybrids)

-Híbridos enchufables (Plug-in Hybrids)

A continuación entramos en detalle con cada uno de estos tipos.


-Microhíbridos.


Las exigencias de las normativas anticontaminación han influido fuertemente en los fabricantes para dotar a los vehículos de un sistema Start-Stop de arranque y parada automáticos que reduzca el consumo de combustible y las emisiones en las zonas urbanas. 

La microhibridación es la fórmula tecnológica más barata y generalizada que integran los fabricantes en la mayoría de sus vehículos a partir del año 2010. El sistema de energía aprovecha la red eléctrica a baja tensión de 12 voltios, pero incorpora baterías con tecnología VRLA del tipo AGM dotadas de mayor capacidad energética (100 Ah) capaces de soportar un mayor número de arranques. 

Los vehículos microhíbridos cuentan con un sistema de estrategia de carga que aprovecha mayoritariamente las deceleraciones del vehículo para que el alternador regenere la carga de la batería sin restarle potencia al motor térmico cuando acelera. 

Además, la gestión de energía eléctrica tiene que garantizar el arranque automático del motor térmico según sean las diferentes condiciones de funcionamiento.

Así pues, las funciones destacables de los vehículos microhíbridos son:


1. Arranque y parada automático (Start-Stop).

2. Regeneración durante las frenadas.



-Semihíbridos.

Se trata de ir un paso más allá partiendo de la línea tecnológica de los sistemas Start-Stop tratando de no encarecer demasiado el vehículo. 

Normalmente se incorpora un alternador reversible o motor/generador integrado en el sistema de transmisión del vehículo. Con esto, no solamente se arranca el motor térmico y regenera la carga de la batería, sino que también se puede aportar un grado de asistencia a la tracción del mismo durante las arrancadas iniciales. Lo cual reduce ligeramente las emisiones en la fase de mayor consumo y polución del motor de combustión. 

Para respaldar esta asistencia ocurre que la red eléctrica a 12 voltios del vehículo convencional resulta insuficiente. Por ello, fabricantes como Valeo y Bosch deciden incorporar otra red eléctrica a 42-48 voltios con una batería de iones de litio de mayor capacidad para alimentar directamente al motor/generador eléctrico. Además, mediante un conversor DC-DC se baja la tensión a 12 voltios para cargar la batería convencional y alimentar al resto de consumidores de la red eléctrica del vehículo. 

En este caso el motor/generador no tiene suficiente fuerza para mover por si solo todo el vehículo, pero si logra una grado de asistencia que permite reducir el consumo y las emisiones hasta un 15%.

Las funciones destacadas de los vehículos Semihíbridos son:

1. Arranque y parada automático (Start-Stop).

2. Regeneración durante las frenadas.

3. Asistencia durante las arrancadas y las aceleraciones iniciales (Boost function).



-Híbridos puros.

Se caracterizan por equipar una batería de alta tensión con una capacidad energética suficiente para impulsar el vehículo a través de un motor eléctrico de tracción, pero sujeto a unas condiciones de uso reducidas.

La tecnología que se usa para la batería es normalmente del tipo níquel-metal hidruro. El voltaje nominal de la batería en los vehículos híbridos va desde los 101 Voltios (0.6 kWh) del Honda Insight hasta los 201,6 Voltios (1,3 kWh) del Toyota Prius (como ejemplo).

Sin embargo, las últimas versiones híbridas de Toyota utilizan un conversor DC-DC que eleva la tensión de la batería hasta 650 voltios para alimentar el inversor que controla el motor eléctrico, de esta manera se refuerza la tracción eléctrica del vehículo sin aumentar el peso de la batería. 

Por su parte KIA está incorporando baterías de iones de litio en sus modelos híbridos puros debido a la reciente bajada de precio experimentada en este tipo de baterías, que además cuentan con una mayor densidad energética. Cabe mencionar por ejemplo el KIA Niro, con 1,56 kWh a 240V.

Normalmente, la tracción totalmente eléctrica se utiliza durante el inicio de la marcha y sin dependencia del motor térmico, que son las situaciones donde más consume y contamina. 

Asimismo, durante las fases de deceleración el vehículo híbrido puede revertir el uso del motor eléctrico a modo de generador para transformar su energía cinética en electricidad que se almacena en la batería. Por lo que la energía recuperada será aprovechada para alimentar el motor eléctrico en la siguiente aceleración. 

Esta estrategia consigue reducir significantemente las emisiones contaminantes, no solo durante la parada y los arranques del vehículo, sino también en las aceleraciones asistidas o con impulso eléctrico. Además, hay algunos fabricantes que tienen en cuenta la topografía de la ruta (cuando se usa el navegador) para predecir el control del flujo de energía y así sacarle el máximo provecho a la energía acumulada en la batería producto de las deceleraciones y las cuestas abajo. Lo que contribuye de manera considerable en el ahorro de combustible.

Las funciones destacadas de los vehículos híbridos puros son:


1. Arranque y parada automático (Start-Stop).

2. Regeneración durante las frenadas.

3. Asistencia durante las arrancadas y las aceleraciones iniciales (Boost function).

4. Tracción eléctrica pura reducida (Pure electric drive).




-Híbridos enchufables.


En el caso de los vehículos híbridos enchufables (o también denominados Plug-in Hybrid) el voltaje de trabajo de la batería es, según modelos, similar o superior a la de los vehículos híbridos: 207 Voltios en el caso del Prius Plug-in y 345 Voltios en el caso del VW GTE. Sin embargo, su capacidad energética es significativamente superior (entre 5.2 kWh en el caso del Prius y 8.8 kWh en el caso del VW GTE). 

En este caso la reducción de peso y volumen de la batería cobra mayor importancia y por ello, la tecnología de la batería que más predomina es la de iones de litio que aporta una densidad energética superior con respecto a las baterías de níquel-metal hidruro.

La estrategia de trabajo de estos vehículos es similar a la de los híbridos, con la diferencia de que pueden recorrer mayores distancias en modo totalmente eléctrico (hasta 23 km en el caso del Prius y hasta 50 Km en el caso del VW GTE). Mayor capacidad eléctrica permite que en los trayectos por ciudad puedan alternar más y durante más tiempo con un modo de conducción totalmente eléctrico en comparación con los vehículos híbridos. Pero cuando el trayecto de conducción deja de ser corto y la batería se descarga, la estrategia de trabajo vuelve a ser idéntica a la de los vehículos híbridos, así como los consumos obtenidos, que dejarán de ser ventajosos con respecto a estos. 

La característica principal a destacar en comparación con los híbridos es que se pueden enchufar a la red eléctrica para recargar la batería, lo que reduce significativamente el consumo de combustible cuando se inicia un ciclo de conducción comedido con la batería totalmente cargada. 

Por otro lado, tienen la ventaja sobre un vehículo eléctrico de no tener problemas de autonomía aunque baje el nivel de carga de la batería. 

Sin embargo, la recarga de la batería mediante gasolina o gasóleo a través del motor térmico no es viable, ya que se trataría de un proceso muy poco eficiente. Son ventajosos en distancias cortas no muy superiores a la autonomía que les confieren sus baterías.

Las funciones destacadas de los vehículos Plug-in hybrid son:


1. Arranque y parada automático (Start-Stop).

2. Regeneración durante las frenadas.

3. Asistencia durante las arrancadas y las aceleraciones iniciales (Boost function).

4. Tracción eléctrica pura limitada (Pure electric drive).

5. Carga externa de la batería (Battery external charging).



Como conclusión final simplemente aportar un cuadro para resumir los tipos de vehículos híbridos existentes en el mercado en función de su grado de electrificación:






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