Un vehículo híbrido eléctrico (VHE) es un vehículo que utiliza de manera combinada tanto un motor de combustión interna como uno eléctrico.
En 2016, a nivel mundial ya circulaban más de híbridos eléctricos livianos, liderados por Estados Unidos, con un total registrados en Estados Unidos hasta diciembre de 2009, de los cuales fueron fabricados por Ford Motor Company; y vendidos en Japón un total fueron fabricados por Honda, fabricados por Toyota hasta agosto de 2009; y vendidos en Europa, ambos hasta enero de 2009. Los modelos híbridos fabricados por Toyota sobrepasaron la marca histórica de vendidos en abril de 2016. En segundo lugar estaba Honda Motor Co., Ltd. con más de vendidos hasta junio de 2014, después de haber vendido en 2013 y durante los primeros seis meses de 2014. Ford vendió más de en los Estados Unidos hasta junio de 2015, después de que, en junio de 2012, ya había vendido en Estados Unidos desde 2004. y Hyundai con ventas acumuladas de hasta marzo de 2014, incluyendo tanto los modelos de la propia Hyundai como los de Kia Motors.
Constitución básica Un motor térmico MT, en un extremo del grupo motor. Un motor eléctrico MG1 situado a continuación de MT. Un motor eléctrico MG2 en el extremo opuesto a MT. Un mecanismo de tracción basado en un tren epicicloidal y una cadena de arrastre situado entre MG1 y MG2.
Funcionamiento MG1 carga la batería de alto voltaje y pone en marcha al motor térmico MT. MG2 es el que arrastra el vehículo en todas las circunstancias, bien solamente o bien cooperando con MT, que hace la función de generador eléctrico durante la frenada. Su alimentación es alterna trifásica. Transmite su par a la corona del tren epicicloidal, la cual es solidaria con el piñón de arrastre de la cadena.
Tipos de tren motriz miniaturadeimagen|izquierda|Motor híbrido 1NZ de Toyota: a la izquierda el motor térmico, a la derecha de la cadena el motor eléctrico, a la izquierda de la misma el generador. miniaturadeimagen|Toyota Prius híbrido con logotipo, en 2008. miniaturadeimagen|izquierda|Toyota Prius de 2010 en exhibición en 2009. miniaturadeimagen|Chevrolet Volt en el Salón del Automóvil de Washington de 2010. Existen numerosos tipos de sistemas de tren motriz híbridos eléctricos, entre los que destacan tres: el sistema paralelo, el sistema combinado y el sistema de secuencia o en serie.
Sistema paralelo: el motor térmico es la principal fuente de energía y el motor eléctrico actúa aportando más potencia al sistema. El motor eléctrico ofrece su potencia en la salida y en la aceleración, cuando el motor térmico consume más. Este sistema destaca por su simplicidad, lo que abre la puerta a la posibilidad de implementarlo en modelos de vehículos ya existentes, sin necesidad de diseños específicos y facilita la equiparación de su coste al de un vehículo convencional. Este es el sistema que utiliza el Honda Insight. Sistema combinado: el motor eléctrico funciona en solitario a baja velocidad, mientras que, a alta velocidad, el motor térmico y el eléctrico trabajan a la vez. El motor térmico combina las funciones de propulsión del vehículo y de alimentación del generador, que provee de energía al motor eléctrico, lo que suele aumentar la eficiencia del sistema, ya que se puede aprovechar la energía generada por el motor térmico, que en ciertas circunstancias puede ser en exceso y, en lugar de desperdiciarla, utilizarla para recargar las baterías del sistema eléctrico. El Toyota Prius utiliza este sistema, ya que es un vehículo híbrido de gasolina y eléctrico paralelo, siendo el modelo híbrido más vendido en el mundo, con más de vendidas hasta abril de 2016, que tiene tanto una versión regular, como una enchufable. Sistema en serie: el vehículo se impulsa solamente con el motor eléctrico, que obtiene la energía de un generador alimentado por el motor térmico. El Opel Ampera, basado en el Chevrolet Volt, es un híbrido eléctrico en serie.
Asimismo, se pueden clasificar en:
Regulares, que utilizan el motor eléctrico como apoyo, pero que no se pueden recargar conectándolo a la red eléctrica. Enchufables, también conocidos por sus siglas en inglés PHEVs, que emplean principalmente el motor eléctrico y que se pueden recargar enchufándolos a la red eléctrica. Un generador de combustión interna recarga las baterías cuando el ordenador de a bordo detecta que estas se han agotado. Ni siquiera se necesita que dicho generador mueva las ruedas, el altísimo par de los motores eléctricos moviendo las ruedas evita incluso el uso de una transmisión y un embrague.
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 tren motriz más eficientes y limpios por parte de algunas marcas del sector automotriz.
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, como transmisiones y palieres a las ruedas, conectada al motor térmico del mismo.
Cadena energética de un vehículo híbrido eléctrico miniaturadeimagen|Panel de información del Toyota Prius. miniaturadeimagen|El panel digital del Ford Fusion Hybrid mantiene registros de las mejorías alcanzadas en el estilo "eco-driving".
La cadena cinemática
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, como por ejemplo la 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 de gasolina, es una alternativa al empleo de vehículos únicamente impulsados por energía fósil procedente de fuentes no renovables. Tradicionalmente, los motores que han equipado a los automóviles han sido sobredimensionados, con respecto a lo estrictamente necesario para un uso habitual.
La potencia
Los automóviles normalmente tienen motores de combustión interna que rondan de 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 .
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 cuando da solamente es muy inferior al de otro motor de menor potencia máxima funcionando a plena potencia y dando esos mismos . 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.
La eficiencia miniaturadeimagen|izquierda|Vehículos híbridos en la Exposición Universal de Aichi de 2005. miniaturadeimagen|Ford Fusion Hybrid Energi SEL en el Salón del automóvil de Washington de 2012. miniaturadeimagen|izquierda|Toyota Camry Hybrid de 2013. miniaturadeimagen|Honda Civic Hybrid de 2009 con logo. 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 solamente la energía eléctrica en arrancadas tras detenciones prolongadas como, por ejemplo, los semáforos, o estacionamientos 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 con 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, que también tiene cuestiones ligadas al cuidado del medio ambiente.
El almacenamiento en las baterías miniaturadeimagen|izquierda|Honda Insight Hybrid de 2009 con emblema.