Un vehículo híbrido eléctrico (VHE) es un coche de propulsión mixta combinando un motor eléctrico y un motor de combustión.
A nivel mundial en 2016 ya circulaban más de 58 millones de vehículos híbridos eléctricos livianos, liderados por Estados Unidos, y Japón, seguidos por Europa.; los modelos híbridos fabricados por Toyota Motor Corporation sobrepasaron la marca histórica de 9 millones de vehículos vendidos en abril de 2016. En segundo lugar está Honda Motor Co., Ltd. con más de 1,35 millones de híbridos vendidos hasta junio de 2014, Ford Motor Corporation, con más de 424,000 híbridos vendidos en los Estados Unidos hasta junio de 2015. y el Grupo Hyundai con ventas acumuladas de 200.000 híbridos hasta marzo de 2014, incluyendo tanto los modelos de la Hyundai Motors como los de Kia Motors.
Muchos sistemas híbridos eléctricos permiten recoger y reutilizar la energía cinética, que se escapa en forma de calor al frenar, gracias al uso de frenos regenerativos, aunque actualmente este sistema también se utiliza en algunos vehículos no híbridos de alta gama.
La combinación de un motor de combustión operando siempre a su máxima eficiencia, y la recuperación de energía del frenado (útil especialmente en los tramos cortos), hace que estos vehículos alcancen un mejor rendimiento que algunos vehículos convencionales, especialmente en ciudades muy transitadas, donde se concentra la mayor parte del tráfico, de forma que se reducen significativamente tanto el consumo de combustible como las emisiones contaminantes. Los vehículos eléctricos tradicionales se recargan desde una fuente externa, lo que les ocasiona problemas de autonomía de funcionamiento por ausencia de puntos de recarga. Sin embargo, los vehículos híbridos eléctricos obtienen la energía del motor de combustión y con la recuperación de energía durante el frenado. Esto les da similar autonomía que los de combustión interna a costa de algo de perdida de rendimiento frente a ellos por la continua conversión de energía de un formato a otro y las pérdidas por almacenamiento en la batería.
Sus grandes desventajas son el peso y el coste de construcción. El uso de dos sistemas de propulsión junto con las baterías auxiliares reduce el espacio habitable y su peso hace que las prestaciones empeoren respecto de otro de combustión de potencia equivalente. Por otra parte el usar el motor de combustión para mover un generador, que recarga las baterías, que alimentan un motor eléctrico hace que el rendimiento total del sistema no sea tan eficiente como predican sus constructores. De hecho nunca dan las cifras de coste de combustible por kilómetro en forma de valor moneda comparativo y se limitan a referenciar al uso del combustible fósil sin contar el consumo eléctrico (mucho más elevado).
Otras desventajas:
Existen numerosos tipos de sistemas de propulsión híbridos eléctricos, entre los que destacan tres: el sistema paralelo, el sistema combinado y el sistema de secuencia o en serie.
Asimismo pueden clasificarse en:
Cada uno de estos sistemas tiene sus pros y sus contras, pero todos ellos tienen un importante componente positivo, ya que indican un esfuerzo serio en investigación y desarrollo de sistemas de propulsión más eficientes y limpios por parte de algunas marcas del sector de la automoción.
Una desventaja de los híbridos eléctricos es su peso ligeramente más alto que el convencional, debido al sistema eléctrico adicional, y que la tracción del mismo es mecánica (caja de cambios y palieres a las ruedas) conectada al motor térmico del mismo.
Un vehículo necesita realizar trabajo para desplazarse; para ello debe adquirir energía de alguna fuente y transformarla, con algún tipo de motor (térmico convencional, eléctrico, etc.), en energía cinética para que las ruedas giren y se produzca el desplazamiento.
Un vehículo clásico toma energía que se encuentra almacenada en un combustible fósil (p.e. gasolina) y que es liberada mediante la combustión en el interior de un motor térmico convencional. El par de salida de ese motor térmico se trasmite a las ruedas.
El motor eléctrico, combinado con el motor de gasolina, es una alternativa al empleo de vehículos únicamente propulsados por energía fósil procedente de fuentes no renovables. Tradicionalmente, los motores que han propulsado a los automóviles han sido sobredimensionados con respecto a lo estrictamente necesario para un uso habitual.
Los automóviles normalmente tienen motores de combustión interna que rondan entre los 45 y 240 CV de potencia máxima. Esta potencia se requiere en situaciones particulares, tales como aceleraciones a fondo, subida de grandes pendientes con gran carga del vehículo y a gran velocidad. El hecho de que la mayoría del tiempo dicha potencia no sea requerida supone un despilfarro de energía, puesto que sobredimensionar el motor para posteriormente emplearlo a un porcentaje muy pequeño de su capacidad sitúa el punto de funcionamiento en un lugar donde el rendimiento es bastante malo. Un vehículo medio convencional, si se emplea mayoritariamente en ciudad o en recorridos largos y estacionarios a velocidad moderada, ni siquiera necesitará desarrollar 20 caballos.
El hecho de desarrollar una potencia muy inferior a la que el motor puede dar supone un despilfarro por dos motivos: por una parte se incurre en gastos de fabricación del motor superiores a lo que requeriría realmente, y por otra, el rendimiento de un motor que pueda dar 100 caballos cuando da sólo 20 es muy inferior al de otro motor de menor potencia máxima funcionando a plena potencia y dando esos mismos 20 caballos. Este segundo factor es el principal responsable de que el consumo urbano de un mismo vehículo equipado con un motor de gran potencia consuma, en recorridos urbanos, muchísimo más que uno del mismo peso equipado con un motor más pequeño. En conclusión, el motor ha de ser el idóneo para el uso al que se destina.
Dado que el mayor consumo de los vehículos se da en ciudad debido a las paradas continuas, los motores eléctricos constituyen un ahorro energético notable; mientras que un motor térmico necesita incrementar sus revoluciones para aumentar su par (fuerza del motor), el motor eléctrico en cambio tiene un par constante, es decir, produce la misma aceleración al comenzar la marcha que con el vehículo en movimiento.
Otro factor que reduce la eficacia del rendimiento en recorridos muy transitados es la forma de detener el vehículo. Esta detención se realiza mediante un proceso tan ineficiente como es disipar y desaprovechar la energía en forma de movimiento, energía cinética, que lleva el vehículo para transformarla en calor liberado inútilmente al ambiente junto con materiales de desgaste de las componentes de frenado. Estos componentes están formados por metales pesados y aglomerantes que pueden ser tóxicos, tanto en la manipulación para la fabricación de esos componentes, durante el uso (en forma de polvo desprendido en las frenadas) como durante su vertido final o reciclado. Lamentablemente los híbridos también llevan frenos que usan este sistema.
La eficacia del híbrido eléctrico se nota sobre todo en el uso en ciudad; la energía es más limpia y el motor eléctrico que es más simple mecánicamente, tiene menor consumo de aceite lubricante, y dado que trabaja a bajas temperaturas por no haber combustión puede ser mucho más duradero que un motor de combustión interna, y con pocas piezas de desgaste como pueden ser los rodamientos.
Por una parte dispone del suplemento extra de potencia necesario que aporta el motor de combustión en situaciones como las anteriormente citadas. Por otra, no supone en absoluto ningún consumo extra de combustible. Al contrario, supone un ahorro, puesto que parte de la energía eléctrica es obtenida a base de recargar las baterías en frenadas o retenciones del vehículo o al descender pendientes, momentos en los que la energía cinética del vehículo se disiparía (transformaría en calor irrecuperable para ser más exactos) con frenos tradicionales. Además posibilita emplear solo la propulsión eléctrica en arrancadas tras detenciones prolongadas (semáforos por ejemplo) o aparcamientos y mantener el motor térmico parado en estas situaciones en las que no es empleado, o se requiere de él una potencia mínima, sin comprometer la capacidad para retomar la marcha instantáneamente. Esto es posible porque tiene la capacidad de arrancar en pocas décimas de segundo el motor térmico en caso de necesidad.
Además de la eficiencia, la posibilidad de emplear exclusivamente el motor eléctrico durante un tiempo permite evitar la producción de humos en situaciones molestas, como por ejemplo en garajes.
El principal problema al que se enfrenta la industria del automóvil para fabricar vehículos eficientes son las propias exigencias del consumidor. El bajísimo precio (en relación a otras fuentes de energía) de los combustibles fósiles, gracias a que el petróleo es una fuente que la humanidad ha encontrado fácilmente disponible, no contribuye a concienciar a la población para un ahorro energético.
Sin embargo, no todo son ventajas actualmente. Los costes actuales de producción de baterías, su alto grado contaminante y el peso de las mismas, junto a la escasa capacidad de almacenamiento, limitan aún su empleo generalizado.
También hay que tener en cuenta el material de las baterías que si son de plomo, son de gran impacto ambiental tanto la obtención de plomo metálico y la manipulación para la fabricación de las baterías, como la recuperación de los metales luego de agotado su ciclo de vida. En caso de ser de litio, posee un alto costo ya que la disponibilidad del metal es limitada, y también tiene cuestiones ligadas al cuidado del medio ambiente.
La energía eléctrica es un recurso energético puente (no primario) que almacenado en baterías también se agota. El motor eléctrico, para sustituir al térmico, se considera actualmente un gran avance de economía sostenible. La contaminación en funcionamiento de este es muy baja en comparación con la de funcionamiento del motor de combustible fósil (si bien los cálculos publicados no tienen en cuenta el escaso aprovechamiento energético del recurso agotable primario que generó la electricidad). Actualmente el almacenamiento de la electricidad en baterías supone una barrera tecnológica importante para el uso de un motor eléctrico en automoción.
Los motores eléctricos han demostrado capacidades de sobra para impulsar otros tipos de máquinas, como trenes, máquinas estáticas y robots de fábricas, puesto que pueden conectarse sin problemas a líneas de corriente de alta potencia. Sin embargo, las capacidades de almacenamiento energético en un vehículo móvil, obligan a los diseñadores a usar una complicada cadena energética multidisciplinar, e híbrida, para sustituir a una sencilla y barata cadena energética clásica depósito-motor-ruedas. La electricidad, como moneda de cambio energética, facilita el uso de tecnologías muy diversas, ya que el motor eléctrico consume electricidad, independientemente de la fuente primaria empleada para generarla. Y esta fuente primaria es precisamente la que suele ser el mayor factor contaminante en la cadena energética de los vehículos híbridos y eléctricos.
Si bien el sobreprecio de un vehículo híbrido es teóricamente amortizable durante la vida de un automóvil, el consumidor raramente opta por realizar una fuerte inversión inicial en un vehículo de este tipo. Además de que ningún gobierno ve conveniente el cambio de los combustibles fósiles (gas, petróleo y sus derivados) por el "golpe" que este daría a la economía, debido a la carga impositiva fiscal actual sobre los combustibles. En cambio, en un futuro a medio plazo, en el que el precio del petróleo se dispare por su escasez y la única forma de suplir esta carencia sea aumentar la eficiencia y emplear biocombustibles (de mayor coste de producción que el petróleo en la actualidad), el vehículo híbrido seguramente pase de considerarse un lujo solo para ecologistas convencidos y pudientes, a una forma aceptable de transporte por carretera, pero si el precio del petróleo o los biocombustibles bajan, los consumidores continuarán usando estos combustibles.
Gracias al empleo de tecnología híbrida se pregonan reducciones de consumo de hasta el 80% en ciudad y 40% en carretera, en comparación con vehículos convencionales de similares prestaciones (nótese que se habla únicamente del consumo de combustible fósil y el consumo eléctrico se considera cero). Respecto del gasto monetario comparativo no existen publicaciones (y no olvidemos que la electricidad tiene un coste en euros muy superior a otras energías). Las emisiones de dióxido de carbono tendrán un comportamiento paralelo salvo que se utilice energía nuclear, solar o eólica como fuente primaria.
Diversas asociaciones han alertado sobre el peligro que encierran los vehículos híbridos para los peatones, indica un informe del Ministerio de Transporte de Estados Unidos[cita requerida]. Les preocupa el hecho de que estos vehículos sean más silenciosos que los regulares, situación que dificulta a peatones y ciclistas escuchar los sonidos que normalmente les advierten sobre la presencia de un vehículo en una calle o una intersección. Dicho informe revela que en ciertas maniobras estos vehículos "tienen el doble de posibilidades que los convencionales de verse involucrados en accidentes con transeúntes". La Administración Nacional para la Seguridad Vial de Estados Unidos ha propuesto instalar en los vehículos híbridos y en los eléctricos emisores de sonido que funcionen cuando se desplacen a poca velocidad.
Elementos que pueden ser utilizados en la configuración de la cadena energética de un vehículo híbrido eléctrico, y deben estar coordinados mediante un sistema electrónico-informático:
De esta forma utilizando una mezcla de tecnologías que apoyen al motor eléctrico se consigue un vehículo que pueda competir en prestaciones con la versión clásica.
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Desventajas
Ventajas
El Plan Integral de Automoción compuesto por el Plan de Competitividad, dotado con 800 millones de euros, el Plan PIVE II y la apuesta por el vehículo híbrido eléctrico, con el objetivo de que en 2014 circulen por las carreteras españolas un millón de coches eléctricos. Para ello, se propone poner en marcha un programa piloto denominado Proyecto Movele, consistente en la introducción en 2009 y 2010, y dentro de entornos urbanos, de 2000 vehículos eléctricos que sustituyan a coches de gasolina y gasóleo.
Asimismo, el Proyecto Electrobús financia la adquisición de autobuses híbridos eléctricos. Existe un modelo híbrido enchufable fabricado en España denominado Castrosua Tempus, financiado por dicho Proyecto.
En España, en 2012 el Toyota Prius fue el más vendido entre los híbridos, con 3.738 matriculaciones. Del total, 76 unidades correspondieron al Prius +, la versión monovolumen y ocho al Prius Plug-in, la variante enchufable.
El segundo puesto correspondió al Toyota Auris HSD, seguido del Toyota Yaris Hybrid con 95 (888) y los Lexus CT 200h con, el todoterreno Lexus RX 450h, y la berlina Lexus GS 450h con 20 (114). A continuación se han situado los híbridos turbodiésel, como el Peugeot 508 Hybrid 4, el Mercedes E300 y el Citroën DS5 Hybrid 4. Y tras ellos, están los Honda Jazz Hybrid, Audi Q5 Hybrid, Honda Insight, Peugeot 3008 Hybrid 4 y el Opel Ampera. A más distancia: BMW Serie 3 Active Hybrid, Infiniti M35h, Audi A6 Hybrid, Audi A8 Hybrid, BMW Serie 5 Active Hybrid, BMW 750 Active Hybrid, BYD F3 DM, Chevrolet Volt, Honda CR-Z, Lexus LS 600h, Mercedes S400 Hybrid, Porsche Cayenne Hybrid, Porsche Panamera Hybrid y VW Touareg Hybrid.
El progreso en las ventas de los vehículos híbridos ha sido continuada en los siguientes años. En España, en los primeros 8 meses del año 2018 ya se habían vendido un 45% más de unidades de este tipo con respecto al mismo periodo del año anterior. Esto se explica por el creciente interés de los usuarios y por la cada vez mayor oferta de las marcas de automóviles en el sector de híbridos y eléctricos. En este sentido, marcas como Volvo anunciaron que a partir de 2019 todos sus vehículos que salgan al mercado tienen un motor eléctrico. Otras marcas como Toyota han consolidado su liderazgo en el sector de ventas de coches híbridos situándose en las primeras posiciones.
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