Transmisión de vehículo híbrido

Las transmisiones de los vehículos híbridos transmiten potencia a las ruedas motrices de los vehículos híbridos. Un vehículo híbrido tiene múltiples formas de fuerza motriz.

Los híbridos vienen en muchas configuraciones. Por ejemplo, un híbrido puede recibir su energía quemando petróleo, pero alternar entre un motor eléctrico y un motor de combustión.

Los vehículos eléctricos tienen una larga historia que combina la combustión interna y la transmisión eléctrica, como en un tren motriz diésel, aunque se han utilizado principalmente para locomotoras de riel. Un tren motriz diésel-eléctrico falla la definición de híbrido porque la transmisión de la transmisión eléctrica reemplaza directamente a la transmisión mecánica en lugar de ser una fuente complementaria de potencia motriz. Una de las formas más tempranas de vehículos terrestres híbridos es el trolebús “sin rieles” de la década de 1930, que normalmente usaba corriente de tracción entregada por cable. El trolebús generalmente estaba equipado con un motor de combustión interna (ICE) para alimentar directamente el autobús o para generar electricidad de manera independiente. Esto permitió al vehículo maniobrar alrededor de obstáculos y cables de transmisión aéreos rotos.

El tren motriz incluye todos los componentes utilizados para transformar la energía potencial almacenada. Los trenes de potencia pueden usar productos químicos, solares, nucleares o cinéticos y hacerlos útiles para la propulsión. El ejemplo más antiguo es la cocina que usaba velas y remos. Un ejemplo moderno común es la bicicleta eléctrica. Los vehículos eléctricos híbridos combinan una batería o un supercapacitador complementado por un ICE que puede recargar las baterías o alimentar el vehículo. Otros motores híbridos utilizan volantes para almacenar energía.

Entre los diferentes tipos de vehículos híbridos, solo el tipo eléctrico / ICE estaba disponible comercialmente a partir de 2016. Una variedad operada en paralelo para proporcionar simultáneamente energía de ambos motores. Otra operada en serie con una fuente que proporciona exclusivamente la energía y la segunda que proporciona electricidad. Cualquiera de las fuentes puede proporcionar la fuerza motriz primaria, mientras que la otra aumenta la primaria.

Otras combinaciones ofrecen ganancias de eficiencia gracias a la administración y regeneración de energía superior que se compensan con los gastos, la complejidad y las limitaciones de la batería. Los híbridos de combustión eléctrica (CE) tienen paquetes de baterías con una capacidad mucho mayor que un vehículo de solo combustión. Un híbrido de combustión eléctrica tiene baterías que son ligeras que ofrecen una mayor densidad de energía y son mucho más costosas. Los ICE requieren solo una batería lo suficientemente grande para operar el sistema eléctrico y encender el motor.

Tipos por diseño

Híbrido paralelo
Los sistemas híbridos paralelos tienen un motor de combustión interna y un motor eléctrico que pueden conducir individualmente el automóvil o ambos acoplados conjuntamente para dar impulso. Este es el sistema híbrido más común a partir de 2016.

Si se unen en un eje (en paralelo), las velocidades en este eje deben ser idénticas y los pares proporcionados se suman. (La mayoría de las bicicletas eléctricas son de este tipo). Cuando solo una de las dos fuentes está en uso, la otra también debe girar (ralentí), estar conectada mediante un embrague de una vía o una rueda libre.

Con los automóviles, las dos fuentes se pueden aplicar al mismo eje (por ejemplo, con el motor eléctrico conectado entre el motor y la transmisión), girando a velocidades iguales y los pares sumando el motor eléctrico agregando o restando el par al sistema según sea necesario. (El Honda Insight utiliza este sistema.)

Los híbridos paralelos pueden clasificarse aún más por el equilibrio entre los diferentes motores para proporcionar potencia motriz: el ICE puede ser dominante (activar el motor eléctrico solo en circunstancias específicas) o viceversa; mientras que en otros, se puede ejecutar solo con el sistema eléctrico, pero debido a que los híbridos paralelos actuales no pueden proporcionar los modos solo de combustión eléctrica o interna, a menudo se los clasifica como híbridos leves (ver más abajo).

Los híbridos paralelos confían más en el frenado regenerativo y el ICE también puede actuar como un generador para la recarga suplementaria. Esto los hace más eficientes en condiciones urbanas de ‘parar y seguir’. Usan un paquete de baterías más pequeño que otros híbridos. Los híbridos Insight, Civic y Accord de Honda son ejemplos de híbridos paralelos de producción. Los camiones híbridos paralelos (PHT) de General Motors y los híbridos BAS, como los híbridos Saturn VUE y Aura Greenline y Chevrolet Malibu, también emplean una arquitectura híbrida paralela.

A través del camino (TTR) híbrido
Un híbrido alternativo alternativo es el tipo ‘a través de la carretera’. En este sistema, una transmisión convencional acciona un eje, con un motor eléctrico o motores que impulsan otro. Este arreglo fue utilizado por los primeros trolebuses ‘off track’. En efecto, proporciona un tren de potencia de respaldo completo. En los motores modernos, las baterías se pueden recargar mediante el frenado regenerativo o cargando las ruedas eléctricas durante el crucero. Esto permite un enfoque más simple para la administración de energía. Este diseño también tiene la ventaja de proporcionar tracción en las cuatro ruedas en algunas condiciones. (Un ejemplo de este principio es una bicicleta equipada con un motor de cubo delantero, que asiste a la potencia del pedal del ciclista en la rueda trasera). Los vehículos de este tipo incluyen el Audi 100 Duo II, el Subaru VIZIV y el Peugeot 307 Hybrid HDi. Los vehículos del Grupo PSA Peugeot 3008, Peugeot 508, 508 RXH, Citroen DS5, todos con el sistema HYbrid4, el híbrido de conexión Volvo V60, el BMW Serie 2 Active Tourer, el BMW i8 y el Honda NSX de segunda generación.

Serie híbrida
Los híbridos de la serie también se conocen como vehículos eléctricos de rango extendido (EREV) o vehículos eléctricos de rango extendido (REEV). (Los híbridos de la serie con características particulares se clasifican como vehículos eléctricos con batería de rango extendido (BEVx) por la Junta de Recursos del Aire de California).

La transmisión eléctrica ha estado disponible como una alternativa a las transmisiones mecánicas convencionales desde 1903. Por lo general, las transmisiones mecánicas imponen muchas penalidades, incluyendo peso, volumen, ruido, costo, complejidad y un agotamiento de la potencia del motor con cada cambio de marcha, ya sea manual o automáticamente. A diferencia de los ICE, los motores eléctricos no requieren transmisión.

En efecto, toda la transmisión mecánica entre el ICE y las ruedas se elimina y reemplaza por un generador eléctrico, algunos cables y controles, y motores eléctricos de tracción, con el beneficio de que el ICE ya no está directamente conectado a la demanda.

Este es un arreglo híbrido en serie y es común en locomotoras y barcos diesel-eléctricos (el barco ruso del río Vandal, lanzado en 1903, fue el primer barco del mundo con motor diesel y diesel) y Ferdinand Porsche utilizó con éxito este arreglo en A principios del siglo XX en los coches de carreras, incluido el híbrido Lohner-Porsche Mixte. Porsche nombró al sistema System Mixte, que tenía una disposición de motor de cubo de rueda, con un motor en cada una de las dos ruedas delanteras, estableciendo récords de velocidad.

Los argumentos de mayor flexibilidad, mayor eficiencia y menos emisiones en el punto de uso se logran en un sistema híbrido en serie para vehículos de carretera cuando una batería eléctrica intermedia, que actúa como un amortiguador de energía, se encuentra entre el generador eléctrico y los motores eléctricos de tracción.

El ICE enciende un generador y no está conectado mecánicamente a las ruedas motrices. Esto aísla el motor de la demanda, lo que le permite operar constantemente a su velocidad más eficiente. Dado que la potencia motriz primaria es generada por la batería, se puede instalar un generador / motor más pequeño en comparación con un motor de accionamiento directo convencional. Los motores de tracción eléctrica pueden recibir electricidad de la batería, o directamente del motor / generador o ambos. Con frecuencia, los motores de tracción solo funcionan con la batería eléctrica, que se puede cargar desde fuentes externas, como la red eléctrica.

Esto permite un vehículo con un motor / generador que solo funciona cuando es necesario, como cuando la batería está agotada, o para cargar las baterías.

Motores eléctricos de tracción.
Los motores eléctricos son más eficientes que los ICE, con altas relaciones de potencia a peso que proporcionan un par en un amplio rango de velocidad. Los ICE son más eficientes cuando giran a una velocidad constante.

Los ICE pueden funcionar de manera óptima cuando se enciende un generador. Los sistemas híbridos en serie ofrecen una aceleración más suave al evitar los cambios de marcha. Las series-híbridos incorporan:

Solo tracción eléctrica: solo se utilizan motores eléctricos para hacer girar las ruedas.
ICE – enciende solo un generador.
Generador: girado por el ICE para generar electricidad y arrancar el motor.
Batería – buffer de energía.
Frenado regenerativo: el motor de accionamiento se convierte en un generador y recupera energía al convertir la energía cinética en eléctrica, al mismo tiempo ralentizar el vehículo y evitar pérdidas térmicas.

Adicionalmente:

Puede enchufarse a la red para recargar la batería.
Los supercapacitores ayudan a la batería y recuperan la mayor parte de la energía al frenar.

En detalle
El motor eléctrico puede ser alimentado completamente con electricidad de la batería o mediante el generador girado por el ICE, o ambos. Tal vehículo se parece conceptualmente a una locomotora diésel-eléctrica con la adición de una batería que puede impulsar el vehículo sin ejecutar el ICE y actuar como un búfer de energía que se utiliza para acelerar y lograr una mayor velocidad; el generador puede cargar simultáneamente la batería y alimentar el motor eléctrico que mueve el vehículo.

Cuando se detiene el vehículo, el ICE se apaga sin ralentí, mientras que la batería proporciona la energía necesaria para el reposo. Los vehículos en los semáforos, o en tránsito lento de parada-arranque no necesitan quemar combustible cuando están estacionados o en movimiento lento, reduciendo las emisiones.

Los híbridos en serie se pueden equipar con un supercapacitador o un volante para almacenar la energía de frenado regenerativa, que puede mejorar la eficiencia al recuperar la energía perdida como calor a través del sistema de frenos. Debido a que un híbrido en serie no tiene un enlace mecánico entre el ICE y las ruedas, el motor puede funcionar a una velocidad constante y eficiente independientemente de la velocidad del vehículo, logrando una mayor eficiencia (37%, en lugar del promedio de ICE del 20%) y bajo o velocidades mixtas, esto podría resultar en un aumento de alrededor del 50% en la eficiencia general (19% frente a 29%).

Lotus ofreció un diseño de conjunto motor / generador que funciona a dos velocidades, con 15 kW de potencia eléctrica a 1.500 rpm y 35 kW a 3.500 rpm a través del generador eléctrico integrado, utilizado en el concepto de Nissan Infiniti Emerg-e.

Este perfil operativo permite un mayor alcance para diseños de motores alternativos, como una microturbina, un motor de ciclo Atkinson rotativo o un motor de combustión lineal.

El ICE se adapta al motor eléctrico al comparar las tasas de salida a la velocidad de crucero. En general, las velocidades de salida de los motores de combustión se proporcionan para velocidades de salida instantáneas (máximas), pero en la práctica no se pueden utilizar.)

El uso de un motor eléctrico que acciona una rueda elimina directamente los elementos de transmisión mecánicos convencionales: caja de cambios, ejes de transmisión y diferencial, y en ocasiones puede eliminar los acoplamientos flexibles.

En 1997, Toyota lanzó el primer autobús híbrido de serie vendido en Japón. Designline International de Ashburton, Nueva Zelanda, produce autobuses urbanos con un sistema híbrido de serie alimentado por microturbinas. Wrightbus produce autobuses híbridos de la serie que incluyen Gemini 2 y New Routemaster. Los supercapacitores combinados con un banco de baterías de iones de litio han sido utilizados por AFS Trinity en un vehículo Saturn Vue SUV convertido. Usando supercapacitores reclaman hasta 150 millas por galón en un arreglo híbrido en serie.

Los conocidos modelos híbridos de la serie automotriz incluyen la variante del BMW i3 que está equipado con un extensor de rango. Otro ejemplo de un automóvil híbrido de serie es el Fisker Karma. El Chevrolet Volt es casi un híbrido de la serie, pero también incluye un enlace mecánico del motor a las ruedas a más de 70 mph.

Las series híbridas han sido tomadas por la industria aeronáutica. El DA36 E-Star, un avión diseñado por Siemens, Diamond Aircraft y EADS, emplea una serie de motores híbridos con la hélice girada por un motor eléctrico Siemens de 70 kW (94 hp). Se elimina una unidad de reducción de velocidad de la hélice de energía. El objetivo es reducir el consumo de combustible y las emisiones hasta en un 25 por ciento. Un generador y un motor rotativos Austro Engine Wankel de 40 hp (30 kW) a bordo proporcionan la electricidad.

El Wankel fue elegido debido a su pequeño tamaño, bajo peso y gran relación potencia / peso. (Los motores Wankel también funcionan eficientemente a una velocidad constante de aproximadamente 2,000 RPM, lo que es adecuado para el funcionamiento del generador. Mantener una banda constante / estrecha compensa muchas de las desventajas percibidas del motor Wankel en aplicaciones automotrices).

El motor eléctrico de la hélice utiliza la electricidad almacenada en las baterías, con los motores sin funcionar, para despegar y escalar, reduciendo las emisiones de sonido. El tren motriz reduce el peso del avión en 100 kilos con respecto a su predecesor. El DA36 E-Star voló por primera vez en junio de 2013, lo que lo convierte en el primer vuelo de una serie de motores híbridos. Diamond Aircraft afirma que la tecnología es escalable a una aeronave de 100 asientos.

Motores en rueda
Si los motores están unidos a la carrocería del vehículo, se requieren acoplamientos flexibles, pero no si los motores de tracción están integrados en las ruedas. Una desventaja es que la masa no suspendida aumenta y la capacidad de respuesta de la suspensión disminuye, lo que afecta la marcha y la seguridad. Sin embargo, el impacto debe ser mínimo, ya que los motores eléctricos en los cubos de las ruedas, como el Hi-Pa Drive, pueden ser muy pequeños y la luz con relaciones de potencia a peso excepcionalmente altas y los mecanismos de frenado pueden ser más ligeros cuando los motores de las ruedas frenan el vehículo.

Las ventajas de los motores de ruedas individuales incluyen el control de tracción simplificado, la tracción en todas las ruedas si es necesario y un piso inferior (útil para autobuses y otros vehículos especializados (algunos vehículos militares de tracción total 8×8 usan motores de ruedas individuales). Las locomotoras diesel-eléctricas han usado este concepto (motores individuales que accionan los ejes de cada par de ruedas) durante 70 años. [cita completa requerida]

Otras medidas incluyen llantas de aluminio livianas para reducir la masa no suspendida del conjunto de la rueda; los diseños de los vehículos pueden optimizarse para bajar el centro de gravedad al ubicar elementos más pesados ​​(incluida la batería) al nivel del piso; En un vehículo de carretera típico, la configuración de transmisión de potencia puede ser más pequeña y liviana que la configuración de transmisión de potencia mecánica convencional equivalente, liberando espacio; el grupo electrógeno de combustión solo requiere cables para los motores eléctricos de conducción, lo que aumenta la flexibilidad en la distribución de los componentes principales distribuidos en un vehículo, lo que proporciona una distribución de peso superior y maximiza el espacio de la cabina del vehículo y abre la posibilidad de diseños de vehículos superiores que explotan esta flexibilidad.

Power-split o serie-paralelo híbrido
Los híbridos divididos en potencia o híbridos en serie paralela son híbridos paralelos que incorporan dispositivos divididos en potencia, lo que permite rutas de alimentación desde el ICE a las ruedas que pueden ser mecánicas o eléctricas. El principio fundamental es desacoplar la potencia suministrada por la fuente primaria de la potencia demandada por el conductor.

La salida de par de ICE es mínima a menores RPM y los vehículos convencionales aumentan el tamaño del motor para cumplir con los requisitos del mercado para una aceleración inicial aceptable. El motor más grande tiene más potencia de la necesaria para los cruceros. Los motores eléctricos producen un par completo en reposo y son adecuados para complementar la deficiencia de par de ICE a bajas RPM. En un híbrido de división de potencia, se puede usar un motor más pequeño, menos flexible y más eficiente. El ciclo Otto convencional (mayor densidad de potencia, mayor torque a bajas RPM, menor eficiencia de combustible) a menudo se modifica a un ciclo Atkinson o ciclo Miller (menor densidad de potencia, menos torque a bajas revoluciones, mayor eficiencia de combustible; a veces se denomina Atkinson-Miller ciclo). El motor más pequeño, que utiliza un ciclo más eficiente y que a menudo opera en la región favorable del mapa de consumo de combustible específico del freno, contribuye significativamente a la mayor eficiencia general del vehículo.

Las variaciones interesantes del diseño simple (ilustrado a la derecha) encontradas, por ejemplo, en el conocido Toyota Prius son:

segundo engranaje planetario de engranajes fijos como el utilizado en el Lexus RX400h y el Toyota Highlander Hybrid. Esto permite un motor con menos par motor pero con mayor potencia (y mayor velocidad de rotación máxima), es decir, mayor densidad de potencia
Engranaje planetario tipo Ravigneaux (engranaje planetario con 4 ejes en lugar de 3) y dos embragues como se utiliza en el Lexus GS450h. Al cambiar los embragues, se cambia la relación de engranaje de MG2 (el motor de tracción) al eje de la rueda, ya sea para un par más alto o una velocidad más alta (hasta 250 km / h / 155 mph) mientras se mantiene una mejor eficiencia de transmisión. Esto se logra efectivamente en los HSD Prius de la Generación 3 (Prius v, Prius Plug-in y Prius c), aunque el HSD de la Generación 3 tiene este segundo conjunto de engranajes planetarios fijo en 2.5: 1, en lugar de cambiar entre 1: 1 y 2.5: 1 como el “portador” se mantiene fijo.
Dos conjuntos de engranajes planetarios adicionales en combinación con cuatro embragues para crear una configuración híbrida de dos modos capaz de operar en todo eléctrico, eléctrico combinado e ICE, o ICE solo con cuatro engranajes fijos. Los ejemplos de híbridos de dos modos incluyen las camionetas de tamaño completo híbridas de dos modos de General Motors y los SUV, el BMW X6 ActiveHybrid y el Mercedes ML 450 híbrido.

Tipos por grado de hibridación

Tipo Sistema de arranque y parada Frenado regenerativo
Impulso electrico
Modo de agotamiento de carga Recargable
Micro híbrido No No No
Híbrido suave No No
Híbrido completo No
Híbrido enchufable

Micro híbridos
Micro híbrido es un término general dado a los vehículos que utilizan algún tipo de sistema de arranque y parada para apagar automáticamente el motor cuando está inactivo. Estrictamente hablando, los micro híbridos no son vehículos híbridos reales, porque no dependen de dos fuentes de poder diferentes.

Híbridos suaves
Los híbridos suaves son esencialmente vehículos convencionales con algún hardware híbrido, pero con características híbridas limitadas. Por lo general, son un híbrido paralelo con inicio-parada solo o posiblemente con niveles modestos de asistencia del motor o frenado regenerativo. Los híbridos leves generalmente no pueden proporcionar propulsión totalmente eléctrica.

Los híbridos suaves como el Camión híbrido paralelo (PHT) de General Motors 2004 y los híbridos Honda Eco-Assist están equipados con un motor eléctrico trifásico montado dentro de la carcasa de campana entre el motor y la transmisión, lo que permite que el motor se apague siempre que el camión se desplace, frene o se detenga, reinicie rápidamente para proporcionar energía. Los accesorios pueden seguir funcionando con energía eléctrica mientras el motor está apagado, y como en otros diseños híbridos, el frenado regenerativo recupera la energía. El motor eléctrico grande hace girar el motor a velocidades de operación antes de inyectar combustible.

El Chevrolet Silverado PHT 2004–07 era una camioneta de tamaño completo. Chevrolet pudo obtener una mejora de eficiencia del 10% apagando y reiniciando el motor a pedido y utilizando el frenado regenerativo. La energía eléctrica se usaba solo para accionar accesorios como la dirección asistida. El GM PHT utilizó un sistema de 42 voltios a través de tres baterías de plomo-ácido ventiladas de 12 voltios conectadas en serie (36V en total) para suministrar la energía necesaria para el motor de arranque, así como para alimentar los accesorios electrónicos.

Luego, General Motors presentó su sistema BAS Hybrid, otra implementación híbrida suave lanzada oficialmente en la línea verde Saturn Vue 2007. Su funcionalidad de “inicio-parada” funciona de manera similar a la Silverado, aunque a través de una conexión con cinturón a la unidad del motor / generador. Sin embargo, el sistema GM BAS Hybrid también puede proporcionar asistencia modesta durante la aceleración y durante la conducción constante, y captura energía durante el frenado regenerativo (combinado). BAS Hybrid ofreció una mejora de hasta el 27% en la eficiencia combinada del combustible en las pruebas de EPA del Saturn VUE 2009. El sistema también se puede encontrar en el Saturno Aura 2008-09 y en los híbridos Chevrolet Malibu 2008-2010.

Otra forma de ofrecer arranque / parada es mediante el uso de un motor de arranque estático. Un motor de este tipo no requiere un motor de arranque, pero emplea sensores para determinar la posición exacta de cada pistón, y luego sincroniza con precisión la inyección y el encendido del combustible para hacer girar el motor.

Los híbridos leves a veces se denominan híbridos asistidos por potencia, ya que utilizan el ICE como potencia primaria, con un motor eléctrico que aumenta el par de torsión conectado a un tren de potencia convencional (en gran parte). El motor eléctrico está montado entre el motor y la transmisión. Esencialmente, es un motor de arranque grande que funciona cuando el motor necesita girarse y cuando el conductor “pisa el acelerador” y requiere potencia adicional. El motor eléctrico también puede reiniciar el motor de combustión y apagar el motor principal al ralentí, mientras que el sistema de batería mejorado se utiliza para alimentar los accesorios.

Ford ha llamado a los híbridos de Honda “suaves” en su publicidad para el Escape Hybrid, argumentando que el diseño híbrido completo del Escape es más eficiente.

Híbridos completos
Un híbrido completo, a veces también llamado un híbrido fuerte, es un vehículo que puede funcionar solo con el motor, las baterías o una combinación. El Toyota Prius, el Toyota Camry Hybrid, el Ford Escape Hybrid / el Mercury Mariner Hybrid, el Ford Fusion Hybrid / el Lincoln MKZ Hybrid / el Mercury Milan Hybrid, el Ford C-Max Hybrid, el Kia Optima Hybrid, así como los camiones híbridos de 2 modos de General Motors y Los SUV son ejemplos de este tipo de hibridación, ya que pueden funcionar solo con la energía de la batería. Una batería grande y de alta capacidad proporciona funcionamiento solo con batería. Estos vehículos tienen una ruta de potencia dividida que permite una mayor flexibilidad en el tren motriz mediante la conversión de potencia mecánica y eléctrica. Para equilibrar las fuerzas de cada parte, los vehículos utilizan un enlace de estilo diferencial entre el motor y el motor conectado al extremo de la cabeza de la transmisión.

El nombre de la marca Toyota para esta tecnología es Hybrid Synergy Drive, que se utiliza en el Prius, el Highlander Hybrid SUV y el Camry Hybrid. Una computadora supervisa la operación del sistema, determinando cómo mezclar las fuentes de energía. Las operaciones del Prius se pueden dividir en seis regímenes distintos.

Modo de vehículo eléctrico: el ICE está apagado y la batería alimenta el motor (o se carga durante el frenado regenerativo). Se utiliza para el ralentí cuando el estado de carga de la batería (SOC) es alto.
Modo de crucero: el vehículo está en crucero (es decir, no está acelerando) y el ICE puede satisfacer la demanda. La potencia del motor se divide entre la trayectoria mecánica y el generador. La batería también alimenta el motor, cuya potencia se suma mecánicamente con el motor. Si el estado de carga de la batería es bajo, parte de la energía del generador carga la batería.
Modo de sobremarcha: una parte de la energía de rotación produce electricidad, porque no se necesita toda la potencia del ICE para mantener la velocidad. Esta energía eléctrica se utiliza para impulsar el engranaje solar en la dirección opuesta a su rotación habitual. El resultado final tiene la corona dentada girando más rápido que el motor, aunque con un par menor.
Modo de carga de la batería: también se utiliza para ralentí, excepto que, en este caso, el estado de carga de la batería es bajo y requiere carga, que proporciona el motor y el generador.
Modo de aumento de potencia: empleado en situaciones donde el motor no puede mantener la velocidad deseada. La batería alimenta el motor para complementar la potencia del motor.
Modo de división negativa: el vehículo está en crucero y el estado de carga de la batería es alto. La batería proporciona energía tanto al motor (para proporcionar energía mecánica) como al generador. El generador convierte esto a la energía mecánica que dirige hacia el eje del motor, reduciéndolo (aunque sin alterar su par de torsión). El propósito de este “arrastre” del motor es aumentar la economía de combustible del vehículo.

Híbrido enchufable
Un vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV) tiene dos características definitorias. Eso:

Se puede enchufar en un tomacorriente para cargar.
Puede viajar alimentado solo por la batería.

Son híbridos completos, capaces de funcionar con batería. Ofrecen una mayor capacidad de la batería y la capacidad de recarga de la red. Pueden ser diseños paralelos o en serie. También se llaman híbridos opcionales a gas o cuadriculados. Su principal beneficio es que pueden ser independientes de la gasolina para distancias significativas, con el rango extendido de un ICE para viajes más largos. La investigación del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica encontró un menor costo total de propiedad para los PHEV debido a la reducción de los costos de servicio y la mejora gradual de la tecnología de las baterías. La eficiencia y las emisiones de “pozo a rueda” de los PHEV en comparación con los híbridos de gasolina dependen de las fuentes de energía de la red (la red de EE. UU. Es de 30% de carbón; la red de California es principalmente de gas natural, energía hidroeléctrica y energía eólica).
Los prototipos de PHEV, con paquetes de baterías más grandes que se pueden recargar desde la red eléctrica, se construyeron en los Estados Unidos, especialmente en el Centro híbrido de Andy Frank en la Universidad de California, Davis. Uno de los PHEV de producción, el Renault Kangoo, salió a la venta en Francia en 2003. DaimlerChrysler construyó PHEV basados ​​en la camioneta Mercedes-Benz Sprinter. Los camiones ligeros son ofrecidos por Micro-Vett SPA el llamado Daily Bimodale.

Tipos por fuente de energía

Híbrido eléctrico de combustión interna.
Hay muchas formas de crear un híbrido eléctrico-motor de combustión interna (ICE). La variedad de diseños de ICE eléctrico se puede diferenciar por la forma en que se conectan las partes eléctrica y de combustión del sistema de propulsión, en qué momento está en funcionamiento cada parte y qué porcentaje de la energía proporciona cada componente híbrido. Dos categorías principales son los híbridos en serie y los híbridos paralelos, aunque los diseños paralelos son los más comunes hoy en día.

La mayoría de los híbridos, sin importar el tipo específico, utilizan el frenado regenerativo para recuperar energía cuando se ralentiza el vehículo. Esto simplemente implica conducir un motor para que actúe como un generador.

Muchos diseños también apagan el motor de combustión interna cuando no es necesario para ahorrar energía. Ese concepto no es exclusivo de los híbridos; Subaru fue pionero en esta característica a principios de la década de 1980, y el Volkswagen Lupo 3L es un ejemplo de un vehículo convencional que apaga su motor cuando está parado. Sin embargo, se deben hacer algunas provisiones para accesorios como el aire acondicionado que normalmente es accionado por el motor. Además, los sistemas de lubricación de los motores de combustión interna son intrínsecamente menos efectivos inmediatamente después de que arranca el motor; dado que, al arrancar, ocurre la mayor parte del desgaste del motor, el arranque y parada frecuentes de dichos sistemas reducen considerablemente la vida útil del motor. [dudoso – comente] Además, los ciclos de arranque y parada pueden reducir la capacidad del motor para operar en su óptimo estado. Temperatura, reduciendo así la eficiencia del motor.

Célula híbrida de combustible eléctrico.
Los vehículos de pila de combustible a menudo están equipados con una batería o supercapacitador para entregar una potencia de aceleración máxima y para reducir el tamaño y las restricciones de potencia de la celda de combustible (y por lo tanto su costo); Esto es efectivamente también una serie de configuraciones híbridas.

Combustible interno motor hidráulico-hidráulico.
Un vehículo híbrido hidráulico utiliza componentes hidráulicos y mecánicos en lugar de eléctricos. Una bomba de desplazamiento variable reemplaza al motor / generador eléctrico. Un acumulador hidráulico almacena energía. El recipiente normalmente lleva una vejiga flexible de gas nitrógeno presurizado precargado. El fluido hidráulico bombeado se comprime contra la vejiga y almacena la energía en el gas nitrógeno comprimido. Algunas versiones tienen un pistón en un cilindro en lugar de una vejiga presurizada. El acumulador hidráulico es potencialmente más barato y más duradero que las baterías. La tecnología híbrida hidráulica se implementó originalmente en Alemania en la década de 1930. Volvo Flygmotor utilizó híbridos petrohidráulicos experimentalmente en autobuses desde principios de los años ochenta.

El concepto inicial incluía un volante gigante (ver Gyrobus) para el almacenamiento conectado a una transmisión hidrostática. El sistema está siendo desarrollado por Eaton y varias otras compañías, principalmente en vehículos pesados ​​como autobuses, camiones y vehículos militares. Un ejemplo es el concepto del Ford F-350 Mighty Tonka que se muestra en 2002. Cuenta con un sistema Eaton que puede acelerar el camión a velocidades de autopista.

Los componentes del sistema eran caros, lo que impedía la instalación en camiones y automóviles más pequeños. Un inconveniente fue que los motores de potencia no eran lo suficientemente eficientes en carga parcial. Foco cambiado a vehículos más pequeños. Una empresa británica hizo un gran avance al introducir un motor / bomba hidráulico controlado electrónicamente que es eficiente en todos los rangos y cargas, lo que hace que las pequeñas aplicaciones de híbridos petro-hidráulicos sean factibles. La compañía convirtió un automóvil BMW para demostrar la viabilidad. El BMW 530i dio el doble de MPG en conducción en ciudad en comparación con el auto estándar. La prueba utilizó el motor estándar de 3,000 cc. Los híbridos petrohidráulicos permiten reducir el tamaño del motor al promedio de uso de energía, no al uso máximo de energía. La potencia máxima es proporcionada por la energía almacenada en el acumulador.

La tasa de recuperación de energía de frenado cinético es más alta y, por lo tanto, el sistema es más eficiente que los híbridos cargados con baterías de la era 2013, lo que demuestra un aumento de 60% a 70% en la economía en las pruebas de EPA. En las pruebas de la EPA, un híbrido Ford Expedition devolvió 32 mpg-EE. UU. (7.4 L / 100 km) en conducción urbana y 22 mpg-EE. UU. (11 L / 100 km) en la carretera.

El objetivo de una empresa de investigación era crear un diseño nuevo para mejorar el empaque de componentes híbridos hidráulicos y de gasolina. Todos los componentes hidráulicos voluminosos se integraron en el chasis. Un diseño afirmó alcanzar 130 mpg en las pruebas utilizando un gran acumulador hidráulico que también es el chasis estructural. Los motores de accionamiento hidráulico están incorporados dentro de los cubos de las ruedas y se invierten para recuperar la energía de frenado. El objetivo es 170 mpg en condiciones de conducción promedio. La energía creada por los amortiguadores y la energía de frenado cinético que normalmente se perdería ayuda a cargar el acumulador. Un ICE dimensionado para uso de energía promedio carga el acumulador. El acumulador está dimensionado para hacer funcionar el automóvil durante 15 minutos cuando está completamente cargado.

Combustión interna motor-neumático
El aire comprimido puede alimentar un automóvil híbrido con un compresor de gasolina para proporcionar la potencia. Motor Development International en Francia estaba desarrollando este tipo de automóviles con motor de aire. Un equipo liderado por Tsu-Chin Tsao, un profesor de ingeniería aeroespacial y mecánica de UCLA, colaboró ​​con ingenieros de Ford para poner en marcha la tecnología neumática híbrida. El sistema es similar al de un vehículo híbrido eléctrico en el que la energía de frenado se aprovecha y almacena para ayudar al motor según sea necesario durante la aceleración.

Poder humano poder ambiental
Muchos vehículos terrestres y acuáticos utilizan el poder humano combinado con una fuente de energía adicional. Son comunes los híbridos paralelos, por ejemplo, un velero con remos, bicicletas motorizadas o un vehículo híbrido humano-eléctrico como el Twike. Existen algunas series de híbridos. Dichos vehículos pueden ser vehículos tribridos, que combinan tres fuentes de energía, p. Ej. Células solares a bordo, baterías cargadas con rejilla y pedales.

Opciones de posventa
Se puede agregar un vehículo a un vehículo de propulsión / mercado de posventa.

La solución de conmarket se usa cuando el usuario entrega un kit de tren motriz (chasis rodante) y el híbrido (dos motores) o totalmente eléctrico (solo un motor eléctrico) al fabricante de automóviles y recibe el vehículo con la tecnología instalada. Un instalador de posventa puede agregar un tren motriz (eléctrico o híbrido) a un planeador.

En 2013, el equipo de diseño de la Universidad de la Florida Central, On the Green, trabajó para desarrollar un kit de conversión híbrida empernable para transformar un vehículo de modelo más antiguo en un híbrido gas-eléctrico.

Una conversión de un Mustang de 1966 fue demostrada por un ingeniero en California. El sistema reemplazó el alternador con un motor eléctrico sin escobillas de 12 kW (30 kW pico). Gas kilometraje y potencia mejorada.