Cómo funciona un coche híbrido
¿Sabías que los primeros automóviles híbridos empezaron a desarrollarse a finales del siglo XIX, entre 1896 y 1901, en los albores del siglo XX? Fueron aquellas primeras patentes y prototipos de personas como H. J. Dowsing y L. Epstein, Emilio De la Cuadra, los Hermanos Pieper y Ferdinand Porsche. Sin embargo, la todavía primitiva tecnología de aquellos primeros coches híbridos, no fue suficiente para hacer frente a los automóviles de combustión interna, y en particular de gasolina, que fueron finalmente los triunfadores.
Tuvo que pasar todo un siglo, hasta que en 1997 la industria volviera a desarrollar nuevos y modernos coches híbridos, y esta vez, para quedarse y ayudar en la transición hacia el coche del siglo XXI. Aunque el “recomienzo” fue lento y tímido, hoy en día se venden millones de coches híbridos en todo el mundo. En este artículo vamos a contarte qué es un coche híbrido, cómo funciona, qué tipos y variantes hay, cuáles son sus ventajas, y cómo Volvo cars cuenta ya con varios modelos diferentes de coches híbridos enchufables.
Qué es un coche híbrido
Un coche híbrido es aquel en el que encontramos dos o más motores diferentes que se alimentan, a su vez, de diferentes tipos de energía. Incluso está definido en una directiva de la Unión Europea, que indica que:
Un «vehículo de motor híbrido» es todo vehículo dotado, como mínimo, de dos convertidores de energía distintos y dos sistemas distintos de almacenamiento de energía en el vehículo para su propulsión.
Aquí está la clave: siempre tiene que haber energías distintas. No se debe confundir un coche bifuel, o bicombustible, con un coche híbrido.
Un coche bifuel es aquel que utiliza dos o más combustibles para funcionar. Lo más habitual, por ejemplo, es que sea gasolina y GLP (Gas Licuado del Petróleo) o gasolina y GNC (Gas Natural Comprimido). Si bien hay dos sistemas de almacenamiento de energía distintos (un tanque de gasolina y un tanque de gas), no hay dos convertidores de energía distintos. Sólo hay uno. El mismo motor de combustión interna que utiliza la energía química (que después será térmica) de ese combustible para funcionar y transformarla en energía mecánica, con la que giran las ruedas y se mueve el coche.
Lo más habitual en los coches híbridos es que sean coches híbridos eléctricos, esto es, que se combina un motor de combustión interna con un motor eléctrico (o incluso más de uno). Sin embargo, atendiendo a los tipos de energía que se combinan, también hay otros tipos de automóviles híbridos, donde se asocian, por ejemplo, un motor de combustión con un motor neumático (aire comprimido), o con un motor hidráulico (aceite a presión).
Cómo funciona un coche híbrido eléctrico
En un coche híbrido eléctrico, nos encontramos un sistema de propulsión en el que se han combinado un motor de combustión interna, ya sea de gasolina, ya sea diésel, con uno o más motores eléctricos. El motor eléctrico puede estar dispuesto junto al motor de combustión en el eje delantero (lo más habitual), o bien puede estar dispuesto en el eje posterior (más típico de los coches híbridos con dos motores eléctricos), y que suelen contar además con tracción a las cuatro ruedas, como por ejemplo el Volvo V60 Recharge).
El motor de combustión interna funciona como cualquier otro, gracias al combustible almacenado en un tanque o depósito, que se “quemará” dentro de la cámara de combustión del motor (dentro de cada cilindro). El motor eléctrico funciona gracias a la energía eléctrica almacenada en una batería de tracción. Esta suele ir dispuesta, según el modelo de coche, debajo del maletero, debajo de la banqueta de los asientos traseros o en el túnel central entre los asientos delanteros.
En el caso de los coches híbridos convencionales (HEV, Hybrid Electric Vehicle), esta batería se recarga de manera automática durante el propio funcionamiento del coche, de ahí que en ocasiones se refieran a ellos como coches híbridos “autorrecargables“:
- Cuando se circula a vela y “sobra” potencia del motor de combustión interna, se puede aprovechar para generar electricidad y recargar la batería.
- O bien cuando se decelera y reduce la velocidad, se aprovecha la retención del motor eléctrico para frenar el coche y a la vez generar algo de electricidad con la que recargar la batería (esto es lo que se denomina también frenada regenerativa).
En el caso de los coches híbridos enchufables (PHEV, Plug-in Hybrid Electric Vehicle), además de tener igualmente las dos anteriores posibilidades, también se puede recargar la batería enchufando el coche a una toma de corriente o a un punto de recarga (recargándolo como se recarga un teléfono móvil o cualquier otro dispositivo). En un artículo anterior tuvimos ocasión de hablar acerca de cómo elegir entre coche híbrido o híbrido enchufable.
Debido a la mayor complejidad técnica, y al incorporar más elementos y componentes, los coches híbridos, y en particular los coches híbridos enchufables, son algo más pesados y suelen ser algo más caros, que un coche convencional de motor de combustión. Sin embargo, no suelen ser mayores los costes de mantenimiento, debido a que se reduce el número de horas de uso del motor de combustión interna, aumentando su fiabilidad, y se reduce el desgaste de los discos y pastillas de frenos.
La finalidad primera de un coche híbrido es mejorar la eficiencia del coche, y reducir el consumo de combustible, para el mismo nivel de potencia total conjunta que se considere. En términos generales, un coche híbrido consigue reducir el consumo alrededor de un 30% con respecto al mismo coche, con la misma potencia, que sólo recurriese a un motor de combustión. Obviamente, al reducir el consumo también se reducen las emisiones contaminantes del vehículo. Esto es así por tres motivos principales:
- Se suele reducir la cilindrada del motor de combustión, ya que para conseguir la potencia deseada, no sólo se depende de este motor, sino que se sumará la potencia que aporta el motor eléctrico, y que ayudará al motor de combustión interna en los momentos de mayor aceleración. A menor cilindrada, en general, menor consumo de combustible (además de otras estrategias a las que se puede también recurrir, como un ciclo térmico más eficiente, inyección directa de combustible, sobrealimentación, etc…).
- Se consigue aprovechar energía que de otra manera se desperdiciaría: cuando se circula en llano con baja demanda de potencia y “sobra” potencia del motor de combustión, cuando se baja una pendiente descendente y se aprovecha el “freno motor”, o cuando se frena el vehículo y en lugar de recurrir a un sistema de frenado hidráulico de fricción, se recurre a un sistema de frenada regenerativa.
- Se intenta reducir el tiempo que está en uso el motor de combustión interna, parándolo por completo, y se intenta maximizar el tiempo que está en uso tan sólo el motor eléctrico, y por tanto no se consume combustible, sino la energía eléctrica recuperada. En general, y según el tipo de recorrido, el motor de combustión puede estar parado entre un 35% y un 60% del tiempo. El motor de combustión interna se pondrá en marcha automáticamente en cualquier momento, en cuanto se haga una solicitación importante de potencia al pisar el acelerador de manera decidida, utilizando en la parada y en el re-arranque un sistema stop-start.
Tipos de coches híbridos
Atendiendo a su principio de funcionamiento, se consideran tres tipos de coches híbridos:
- Híbrido en serie: el motor de combustión interna no está conectado a las ruedas y no colabora en su movimiento. Este motor funciona como un generador de electricidad con la que recargar una batería y alimentar al motor eléctrico, que sí está conectado a la transmisión y hace girar las ruedas (este sería el caso de un coche eléctrico de autonomía extendida, EREV, Extended Range Electric Vehicle).
- Híbrido en paralelo: el motor de combustión interna es el que está conectado a la transmisión y hace girar las ruedas, mientras que el motor eléctrico sólo es complementario y ayuda, en ciertos momentos puntuales, al motor principal de combustión (por ejemplo, en una aceleración más contundente).
- Híbrido combinado: es el sistema más complejo, en el que ambos motores están conectados a las transmisión y hacen girar las ruedas, y además pueden funcionar uno u otro solos, o incluso los dos a la vez.
Sin embargo, atendiendo al protagonismo del sistema eléctrico, entonces se consideran estos otros tipos de coches híbridos (que también podríamos considerar niveles de hibridación):
- Semi-híbrido, Mild-hybrid: cuando el motor eléctrico es pequeño y aporta muy poca potencia al conjunto, y en general, no puede iniciar la marcha o mover al coche por sí solo. La finalidad principal del motor eléctrico es la de ayudar al motor de combustión cuando se demanda más potencia. En esta categoría se pueden incluir los coches híbridos de 48 V que se han popularizado en los últimos años. Ese pequeño motor eléctrico suele ser un alternador sobredimensionado, que además de generar más electricidad con la frenada regenerativa, puede ayudar al motor de combustión en ciertas aceleraciones a través de la correa que lo une con la polea del cigüeñal. Como se está generando y almacenando más electricidad, esta se aprovechará para alimentar todos los dispositivos auxiliares de equipamiento y consumo eléctrico del coche, sin tener que sobrecargar al motor de combustión interna, e incluso se puede alimentar también a un turbocompresor eléctrico que mejora la potencia del motor de combustión. Esto sería un híbrido en paralelo.
- Híbrido, Full-Hybrid: cuando el motor eléctrico es más potente y además de apoyar al motor de combustión, puede iniciar la marcha por sí solo e incluso circular a baja velocidad cierta distancia en modo exclusivamente eléctrico. Esto sería un híbrido combinado.
- Híbrido enchufable, Plug-in Hybrid: cuando el motor eléctrico es todavía más potente, y el sistema eléctrico de tracción tiene mayor protagonismo y permite tener mejores prestaciones y alcanzar velocidades más altas. Se incluye también una batería de mayor tamaño y capacidad, que ofrece una autonomía (o rango) de funcionamiento exclusivamente eléctrico notablemente mayor. Si en un coche híbrido convencional se tiene una batería de 1 o 2 kWh de capacidad, que permite tener una autonomía exclusivamente eléctrica de unos 2 a 4 km, en un híbrido enchufable se tiene una batería de 10, 15 kWh, o incluso 20 kWh de capacidad, y una autonomía exclusivamente eléctrica de 25, 50 km y hasta 75 km.