Que é un sistema de vehículos híbridos?

Recentemente, os vehículos eléctricos están gañando popularidade. Non obstante, os vehículos eléctricos de pleno dereito teñen un inconveniente significativo: unha pequena reserva de enerxía sen recargar. Por esta razón, moitos fabricantes líderes de automóbiles están a equipar algúns dos seus modelos con unidades híbridas.

Basicamente, un coche híbrido é un vehículo cuxo motor principal é un motor de combustión interna, pero funciona cun sistema eléctrico cun ou máis motores eléctricos e unha batería adicional.

Hoxe en día utilízanse varias categorías de híbridos. Algúns só axudan ao ICE ao comezo, outros permítenlle conducir con tracción eléctrica. Considere as características destas centrais eléctricas: cal é a súa diferenza, como funcionan, así como os principais pros e contras dos híbridos.

Historia dos motores híbridos

A idea de crear un coche híbrido (ou un cruce entre un coche clásico e un coche eléctrico) está impulsada polo aumento dos prezos do combustible, as normas de emisións de vehículos máis estritas e un maior confort de condución.

O desenvolvemento dunha central mixta foi realizado por primeira vez pola empresa francesa Parisienne de voitures electriques. Non obstante, o primeiro coche híbrido viable foi a creación de Ferdinand Porsche. Na central eléctrica de Lohner Electric Chaise, un motor de combustión interna servía de xerador de electricidade, que alimentaba os dous motores eléctricos dianteiros (montados directamente nas rodas).

O vehículo presentouse ao público en 1901. En total, vendéronse preto de 300 copias deste tipo de coches. O modelo resultou moi práctico, pero custoso de fabricar, polo que un vehículo deste tipo non podería ser accesible para un motorista común. Ademais, nese momento apareceu un coche máis barato e non menos práctico, desenvolvido polo deseñador Henry Ford.

Os motores de gasolina clásicos obrigaron aos desenvolvedores a abandonar a idea de crear híbridos durante moitas décadas. O interese polo transporte ecolóxico aumentou coa aprobación do proxecto de lei de promoción do transporte eléctrico dos Estados Unidos. Adoptouse en 1960.

Por casualidade, en 1973 estalou a crise mundial do petróleo. Se as leis estadounidenses non animaban aos fabricantes a pensar en desenvolver coches sostibles e accesibles, entón a crise obrigounos a facelo.

TRW desenvolveu o primeiro sistema híbrido completo, cuxo principio básico aínda se usa hoxe en día. Segundo o concepto, xunto co motor eléctrico, era posible empregar un motor de combustión interna máis pequeno, pero a potencia da máquina non se perdeu e o traballo volveuse moito máis suave.

Un exemplo de vehículo híbrido de pleno dereito é o GM 512 Hybrid. Funcionaba cun motor eléctrico, que aceleraba o vehículo ata os 17 km / h. A esta velocidade, activouse o motor de combustión interna, mellorando o rendemento do sistema, debido a que a velocidade do coche aumentou a 21 km / h. Se era necesario ir máis rápido, o motor eléctrico estaba apagado e o coche xa se aceleraba no motor de gasolina. O límite de velocidade era de 65 km / h.

VW Taxi Hybrid, outro exitoso coche híbrido, foi presentado ao público en 1973.

Ata agora, os fabricantes de automóbiles intentan levar os sistemas híbridos e totalmente eléctricos a un nivel que os faga competitivos en comparación cos clásicos motores de combustión interna. Aínda que isto aínda non ocorreu, moitos acontecementos xustificaron os miles de millóns de dólares gastados no seu desenvolvemento.

Co comezo do terceiro milenio, a humanidade viu unha novidade chamada Toyota Prius. A idea do fabricante xaponés converteuse en sinónimo do concepto de "coche híbrido". Moitos desenvolvementos modernos empréstanse deste desenvolvemento. Ata a data, creáronse un gran número de modificacións de instalacións combinadas, o que permite ao comprador elixir a mellor opción por si mesmo.

Como funcionan os vehículos híbridos

Non confunda un motor híbrido cun vehículo completamente eléctrico. A instalación eléctrica intervén nalgúns casos. Por exemplo, no modo de cidade, cando o coche está atascado, o uso dun motor de combustión interna leva ao sobrecalentamento do motor, así como a un aumento da contaminación do aire. Para tales situacións, a instalación eléctrica está activada.

Por deseño, un híbrido consiste en:

• A unidade de potencia principal. É un motor de gasolina ou diésel.
• Motor eléctrico. Pode haber varios deles dependendo da modificación. Polo principio de acción, tamén poden ser diferentes. Por exemplo, algúns pódense empregar como accionamento adicional para as rodas e outros como axudante do motor ao arrancar o coche parado.
• Batería extra. Nalgúns coches ten unha capacidade pequena, cuxa reserva de enerxía é suficiente para activar a instalación eléctrica durante un curto período. Noutros, esta batería ten unha gran capacidade para que os vehículos poidan circular libremente da electricidade.
• Sistema de control electrónico. Sensores sofisticados controlan o funcionamento do motor de combustión interna e analizan o comportamento da máquina, en base ao cal o motor eléctrico está activado / desactivado.
• Inverter. Trátase dun conversor da enerxía necesaria procedente da batería a un motor eléctrico trifásico. Este elemento tamén distribúe a carga a diferentes nodos, dependendo da modificación da instalación.
• Xerador. Sen este mecanismo, é imposible recargar a batería principal ou adicional. Como nos coches convencionais, o xerador é alimentado polo motor de combustión interna.
• Sistemas de recuperación de calor. A maioría dos híbridos modernos están equipados con tal sistema. "Recolle" enerxía adicional de compoñentes do automóbil como o sistema de freada e o chasis (cando o coche baixa, por exemplo, desde un outeiro, o convertedor recolle a enerxía liberada na batería).

Os grupos motrices híbridos pódense operar individualmente ou por parellas.

Esquemas de traballo

Hai varios híbridos exitosos. Hai tres principais:

• consistente;
• paralelo;
• serie-paralelo.

Circuíto en serie

Neste caso, o motor de combustión interna úsase como xerador de electricidade para o funcionamento de motores eléctricos. De feito, un motor de gasolina ou diésel non ten conexión directa coa transmisión do coche.

Este sistema permite a instalación de motores de baixa potencia cun pequeno volume no compartimento do motor. A súa tarefa principal é dirixir o xerador de tensión.

Estes vehículos adoitan estar equipados cun sistema de recuperación, a través do cal a enerxía mecánica e cinética convértese en corrente eléctrica para recargar a batería. Dependendo do tamaño da batería, un coche pode percorrer unha certa distancia exclusivamente en tracción eléctrica sen empregar un motor de combustión interna.

O exemplo máis famoso desta categoría de híbridos é o Chevrolet Volt. Pódese cargar coma un coche eléctrico normal, pero grazas ao motor de gasolina, a autonomía aumenta significativamente.

Circuíto paralelo

En instalacións paralelas, o motor de combustión interna e o motor eléctrico funcionan en tándem. A tarefa do motor eléctrico é reducir a carga da unidade principal, o que leva a un importante aforro de combustible.

Se o motor de combustión interna está desconectado da transmisión, o coche pode percorrer unha certa distancia da tracción eléctrica. Pero a tarefa principal da peza eléctrica é garantir unha aceleración suave do vehículo. A principal unidade de potencia nestas modificacións é un motor de gasolina (ou diésel).

Cando o coche ralentiza ou se move do traballo do motor de combustión interna, o motor eléctrico actúa como xerador para recargar a batería. Grazas ao motor de combustión, estes vehículos non precisan batería de alta tensión.

A diferenza dos híbridos secuenciais, estas unidades teñen un maior consumo de combustible, xa que o motor eléctrico non se usa como unidade de potencia separada. Nalgúns modelos, como o BMW 350E iPerformance, o motor eléctrico está integrado na caixa de cambios.

Unha característica deste esquema de traballo é un alto par a velocidades baixas do cigüeñal.

Circuíto serie-paralelo

Este circuíto foi desenvolvido por enxeñeiros xaponeses. Chámase HSD (Hybrid Synergy Drive). De feito, combina as funcións dos dous primeiros tipos de operación da central eléctrica.

Cando o coche precisa arrancar ou moverse lentamente nun atasco, o motor eléctrico está activado. Para aforrar enerxía a gran velocidade, está conectado un motor de gasolina ou diésel (segundo o modelo do vehículo).

Se precisa acelerar bruscamente (por exemplo, ao adiantar) ou o coche vai cara arriba, a central funciona en modo paralelo: o motor eléctrico axuda ao motor de combustión interna, o que reduce a carga nel e, como resultado, aforra o consumo de combustible.

A conexión planetaria dun motor de combustión interna do automóbil transfire parte da enerxía á engrenaxe principal da transmisión e, en parte, ao xerador para recargar a batería ou o accionamento eléctrico. Neste esquema instálanse electrónicos complexos que distribúen a enerxía segundo a situación.

O exemplo máis destacado dun híbrido con propulsión en serie paralela é o Toyota Prius. Non obstante, algunhas modificacións de coñecidos modelos de fabricación xaponesa xa recibiron tales instalacións. Un exemplo disto é o Toyota Camry, o Toyota Highlander Hybrid, o Lexus LS 600h. Esta tecnoloxía tamén foi comprada por algunhas preocupacións estadounidenses. Por exemplo, o desenvolvemento atopou o seu camiño no Ford Escape Hybrid.

Tipos de agregados híbridos

Todos os grupos motrices híbridos clasifícanse en tres tipos:

• híbrido brando;
• híbrido medio;
• híbrido completo.

Cada un deles ten a súa propia función e características únicas.

Tren motriz híbrido micro

Estas centrais adoitan estar equipadas cun sistema de recuperación para que a enerxía cinética se converta en enerxía eléctrica e se devolva á batería.

O mecanismo de accionamento neles é un arranque (tamén pode actuar como xerador). Non hai tracción eléctrica nestas instalacións. O esquema úsase con arranques frecuentes do motor de combustión interna.

Tren motriz híbrido medio

Tales coches tampouco se moven debido ao motor eléctrico. Neste caso, o motor eléctrico serve de auxiliar da unidade de potencia principal cando aumenta a carga.

Estes sistemas tamén están equipados cun sistema de recuperación, que recolle a enerxía libre de volta á batería. As unidades híbridas medias proporcionan un motor térmico máis eficiente.

Tren motriz híbrido completo

Nesas instalacións hai un xerador de alta potencia, que é accionado por un motor de combustión interna. O sistema actívase a baixa velocidade do vehículo.

A eficacia do sistema maniféstase na presenza da función "Start / Stop", cando o coche móvese lentamente nun atasco, pero hai que acelerar bruscamente nos semáforos. Unha característica da instalación híbrida completa é a capacidade de apagar o motor de combustión interna (o embrague está desconectado) e dirixir un motor eléctrico.

Clasificación por grao de electrificación

Na documentación técnica ou no nome dun modelo de coche, poden estar presentes os seguintes termos:

• microhíbrido;
• híbrido suave;
• híbrido completo;
• híbrido enchufable.

Microhíbrido

Nestes coches instálase un motor convencional. Non están accionados eléctricamente. Estes sistemas están equipados cunha función de arranque / parada ou están equipados cun sistema de freado rexenerativo (cando se frea, a batería recárgase).

Algúns modelos están equipados con ambos sistemas. Algúns expertos cren que tales vehículos non se consideran vehículos híbridos, porque só usan unha unidade de potencia a gasolina ou diésel sen integración no sistema de propulsión eléctrica.

Híbrido leve

Tales coches tampouco se moven debido á electricidade. Tamén utilizan un motor térmico, como na categoría anterior. Cunha excepción: o motor de combustión interna está soportado por unha instalación eléctrica.

Estes modelos non teñen volante. A súa función é realizada por un arranque-xerador eléctrico. O sistema eléctrico aumenta o retroceso do motor de baixa potencia durante a aceleración dura.

Híbrido completo

Estes vehículos enténdense como vehículos capaces de cubrir certa distancia na tracción eléctrica. Nestes modelos pódese usar calquera esquema de conexión mencionado anteriormente.

Tales híbridos non se cargan desde a rede eléctrica. A batería recárgase coa enerxía do sistema de freado rexenerativo e do xerador. A distancia que se pode percorrer cunha soa carga depende da capacidade da batería.

Complementos híbridos

Estes coches poden funcionar como un vehículo eléctrico ou funcionar a partir dun motor de combustión interna. Grazas á combinación das dúas centrais, ofrécese un bo consumo.

Dado que é fisicamente imposible instalar unha batería voluminosa (nos vehículos eléctricos substitúe a un tanque de gasolina), un híbrido deste tipo pode cubrir ata 50 km cunha soa carga sen recargar.

Vantaxes e desvantaxes dos coches híbridos

Polo momento, o híbrido pode considerarse un enlace de transición dun motor térmico a un análogo eléctrico ecolóxico. Aínda que o obxectivo final aínda non se alcanzou, grazas á introdución de desenvolvementos innovadores modernos, hai unha tendencia positiva no desenvolvemento do transporte eléctrico.

Dado que os híbridos son unha opción de transición, teñen puntos positivos e negativos. As vantaxes inclúen:

• Economía de combustible. Dependendo do funcionamento do par de potencia, este indicador pode aumentar ata un 30% ou máis.
• Recarga sen usar a rede eléctrica. Isto fíxose posible grazas ao sistema de recuperación de enerxía cinética. Aínda que non se produce unha carga completa, se os enxeñeiros poden mellorar a conversión, os vehículos eléctricos non necesitarán ningunha toma de corrente.
• A capacidade de instalar un motor de menor volume e potencia.
• A electrónica é moito máis económica que a mecánica, distribúe combustible.
• O motor se sobrecalienta menos e o combustible consómese cando se conduce atascos.
• A combinación de motores gasolina / diésel e eléctricos permítelle seguir conducindo se a batería de alta potencia está agotada.
• Grazas ao funcionamento do motor eléctrico, o motor de combustión interna pode funcionar de forma máis estable e con menos ruído.

As instalacións híbridas tamén teñen unha lista decente de desvantaxes:

• A batería faise inutilizable máis rápido debido ao gran número de ciclos de carga / descarga (incluso en sistemas híbridos suaves);
• A batería a miúdo está completamente descargada;
• As pezas para estes coches son bastante caras;
• A auto-reparación é case imposible, xa que iso require un equipo electrónico sofisticado;
• En comparación cos modelos de gasolina ou diésel, os híbridos custan varios miles de dólares máis;
• O mantemento regular é máis custoso;
• A electrónica complexa require un manexo coidadoso e os erros que se producen ás veces poden interromper unha longa viaxe;
• É difícil atopar un especialista que poida axustar correctamente o funcionamento das centrais. Debido a isto, ten que recorrer aos servizos de ateliers profesionais caros;
• As baterías non toleran oscilacións significativas de temperatura e descárganse elas mesmas.
• A pesar da compatibilidade co medio ambiente durante o funcionamento dun motor eléctrico, a produción e eliminación de baterías é altamente contaminante.

Para que os híbridos e os vehículos eléctricos se convertan nun verdadeiro competidor dos motores de combustión interna, é necesario mellorar as fontes de alimentación (para que almacenen máis enerxía, pero ao mesmo tempo non sexan moi voluminosas), así como os sistemas de recarga rápida sen danar a batería.

Preguntas e respostas:

Que é un vehículo híbrido? Este é un vehículo no que máis dunha unidade de potencia está implicada no seu movemento. Basicamente é unha mestura dun coche eléctrico e un coche cun motor clásico de combustión interna.

Que diferenza hai entre un coche híbrido e un convencional? Un coche híbrido ten as vantaxes dun coche eléctrico (funcionamento silencioso do motor e conducción sen utilizar combustible), pero cando a carga da batería cae, actívase a unidade de potencia principal (gasolina).