Especial: Autos hibridos

Autos Hibridos:

Todo lo que tenes que saber



¿Qué es un coche híbrido?. Últimamente se está empezando a hablar mucho de diferentes tipos de propulsiones alternativas; pilas de combustible, coches eléctricos, coches que funcionan con gas natural…. y existe un poco de confusión al respecto, en un sector en el que la evolución está día a día, y muchos de ustedes pueden llegar a confundirse. Por eso, en este post se va a intentar explicar que es un coche hibrido.

Especial: Autos hibridos

Un coche híbrido es un vehículo de propulsión alternativa, que combina un motor eléctrico que obtiene su potencia de baterías y de un motor de combustión interna. La combinación de estas dos motorizaciones, tiene como objetivo principal la reducción de gasto de combustible, y de emisiones al exterior del vehículo. Estos vehículos ecológicos, son la solución actualmente más eficaz que hay en términos de vehículos ecológicos.


Tipos de coches híbridos

En un principio, vamos a establecer una diferenciación según el tren de propulsión que tienen estos coches (es decir, según la distribución de ambos motores):

1. Híbridos en paralelo: el motor térmico es la principal fuente de energía, y el motor eléctrico actúa únicamente como apoyo al sistema, aportando más potencia, cuando el sistema lo necesite. Precisamente gracias a esta configuración, el coche consume menos (cuando aceleramos), y de esta forma siendo más eficiente.

2. Híbridos combinados: más complejos, el motor en solitario, funciona a baja velocidad, mientras que a alta velocidad trabajan los dos motores. En este caso el motor térmico provee también de energía al motor eléctrico, para así recargar las baterías.

3. Híbridos en serie: el vehículo se impulsa sólo con el motor eléctrico, y utiliza el motor térmico a modo de generador eléctrico para recargar las baterías.

Para aclarar más estas tres categorías, vamos a poner 3 ejemplos de coches que hay actualmente, para que puedan distinguirlos. Por ejemplo, el Honda Insight, se trata de un coche hibrido en paralelo, y el Toyota Prius de un híbrido combinado.

coches

Mucha gente creerá que el Insight es lo mismo que el Prius, pero esto no es cierto. El Insight es menos híbrido que el Prius, por usar únicamente el motor eléctrico como apoyo al térmico, sin embargo, el Prius puede llegar a rodar en determinadas situaciones sólo con el eléctrico, o con éste como apoyo al térmico en aceleraciones. En teoría el Prius debería ser más eficiente que el Insight. De hecho, todos hemos oído cosas muy buenas del Prius y no tantas del Insight.

Hay que destacar que el punto débil de los híbirdos es el pobre rendimiento que tienen los motores térmicos debido a su naturaleza. Está claro que los motores térmicos son cada vez más eficaces, consumen menos, y tienen menor contaminación. Pero hay algo que no se puede evitar, y son todos los engranajes que llevan estos motores, producen una fricción que se traduce en pérdida de rendimiento, y eso es algo que todos los motores térmicos tienen. Además, hay que contar con el sistema de transmisión de 5, 6, o 7 marchas que hay en el mercado, y ésto los hacen aún más ineficientes.

Por otro lado un motor eléctrico es más simple, sólo tienen 1 marcha, menos engranajes, y por lo tanto, más eficaces que los térmicos.

Dicho esto, queda claro que los coches totalmente eléctricos son más eficaces en rendimiento que los térmicos, sin embargo, hay que tener en cuenta que hoy en día hay que disponer de mejores baterías para el aumento de energia, y además de una infraestructura adecuada para poder recargar de manera más eficaz los coches eléctricos.

Aquí es donde entra un paso más allá en el tema de los híbridos, como son los híbridos en serie. El mejor ejemplo que hay hoy en día el el Chevrolet Volt, el Opel Ampera y quizás el futuro A1 e-tron (si llega a producción). Este coche utiliza únicamente el motor eléctrico como unidad de propulsión, y en caso de quedarse sin batería, el motor térmico genera la suficiente electricidad como para que el motor eléctrico no se apague.

nissan

Estos híbridos son, en teoría, más eficaces por su filosofía de funcionamiento, ya que el motor más eficaz, es el que se encarga de la impulsión del coche, y el de menor rendimiento recarga las baterías del más eficaz.

Aparte estos tres tipos de híbridos, según su funcionamiento hay diferentes catalogaciones:

1. Micro-híbrido: sólo en las paradas se apaga el motor térmico. Cuando se requiere la marcha de nuevo, el alternador del coche revierte la energía recuperada en la detención del coche para arrancarlo de nuevo, y así no gasta la batería del coche.

2. Semi-híbrido: el motor eléctrico da asistencia al motor eléctrico, genera energía a través de las frenadas, pero no puede impulsarse por sí solo.

3. Híbrido-puro: puede circular en determinadas condiciones sólo con el motor eléctrico, mientras que el térmico sólo está apagado. El cambio entre éstos puede producirse según lo requiera la marcha.

4. Híbrido enchufable: pertenece a este grupo sólo si sus baterías son recargables, y recorre al menos 32 km sin necesidad de otro sistema de propulsión. En este caso, por ejemplo, entraría el Toyota Prius Plug-in Hybrid.

5. Híbridos de rango extendido: el mismo que en el caso exterior, pero además, cuando se acaban las baterías el motor térmico se usa sólo para generar electricidad. En este caso, por ejemplo, entraría el A1 e-tron del que hemos hablado antes.

Evidentemente, según la configuración del híbrido ofrecerá unas ventajas e inconvenientes según la filosofía del conjunto. Aunque el esquema básico de los híbridos más comunes es el que muestra la siguiente foto (que suelen ser híbirdos del tipo combinado o en paralelo).

Toyota


Las baterías, el principal problema

Sin duda, las baterías hoy en día (aunque cada vez el problema es menor) son el principal lastre. Los motores eléctricos han demostrado sobradamente su capacidad para impulsar diferentes vehículos a lo largo de la historia, como por ejemplo los trenes. Sin embargo, para hacernos una idea de la situación, 1kg de baterías equivaldría a ¡¡¡18 gramos de combustible!!!. Evidentemente, no estamos teniendo en cuenta la diferencia de rendimiento que existe entre ambos motores.

En cuanto al tema de la durabilidad de las baterías ya hay marcas como Nissan (con el Leaf) que aseguran hasta 8 años en las baterías, con lo cual, esto no debería representar un problema para el comprador.

Para finalizar, una última reflexión. Todos sabemos el problema medioambiental al que nos enfrentamos últimamente. Y el tema de la movilidad es muy importante hoy en día, unida a la crisis reinante en todo el planeta, el sector del automóvil está evolucionando hacia un entorno más ecológico y sostenible.

Lo ideal sería que ya existiesen automóviles totalmente eléctricos, pero diferentes impedimentos, han hecho que el sector del automóvil de un paso evolutivo menos radical, y más lógico como son los híbridos. En estos momentos, los coches híbridos son un paso intermedio que la industria tiene que dar hasta que la infraestructura, economía y tecnología permitan un paso evolutivo mayor.


gas


Híbridos puros o semihíbridos, ¿cuál es mejor?


Chevrolet


Vamos a ir más allá en nuestros conocimientos de coches híbridos, distinguiendo las dos tecnologías principales: híbridos puros (o full hybrid) y semihíbridos (o mild hybrid). Excluimos de esta clasificación cualquier coche con Stop/Start a secas, que solo se consideran microhíbridos si arrancan con energía previamente almacenada, lo que excluye por ejemplo a los Mazda.

Anteriormente vimos que un coche híbrido tiene, además del motor convencional, uno o varios motores eléctricos para ayudar en la tarea de mover el coche, con la energía almacenada en una serie de baterías auxiliares.

¿Qué es mejor, híbrido puro o semihíbrido? Bueno, eso depende de una serie de factores, porque no hay un sistema claramente mejor que el otro. Depende desde el coste, tamaño, peso, I+D necesaria, ganancia de prestaciones o rendimiento… así que hay que verlo por cada caso individual.


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Semihíbridos: ventajas e inconvenientes

Estos coches híbridos usan motores eléctricos de potencia relativamente baja (20 CV o menos), pero con un generoso par máximo (200 Nm o menos). El motor/generador ocupa muy poco espacio y puede integrarse con facilidad en coches que inicialmente no se diseñaron para ser híbridos entre el motor y la transmisión.

El motor térmico y el eléctrico giran solidariamente, pero dependiendo del caso, uno, otro, o ambos empujan, pero siempre girando a la vez. Debido a la escasa potencia del eléctrico, no pueden iniciar la marcha por sí solos, y el motor térmico siempre se usa para arrancar.

Eso sí, el esfuerzo que debe hacer el motor térmico es muy inferior, y así se evita una de sus zonas de mínima eficiencia: el arranque. Cuando el motor eléctrico no está empujando, actúa como generador, y acumula corriente eléctrica en las baterías para un uso posterior.


Diesel


Un semihíbrido puede empujar únicamente con el motor eléctrico en determinadas condiciones, o a baja velocidad y velocidad casi constante, o en pendiente descendente y poco esfuerzo de aceleración. Para mantener la velocidad la potencia necesaria es más pequeña de lo que varios piensan.

Pero mientras el eléctrico empuja, el motor térmico sigue girando, y aunque no consume combustible, todos sus rozamientos internos no dejan de ser un lastre para el eléctrico. En ese ratito, casi no hace ruido y no tiene emisiones contaminantes. Algunos motores, como los Honda, cierran sus válvulas para minimizar las pérdidas por aspiración.

Un experto conductor de híbrido procurará mantener esa impulsión eléctrica el mayor tiempo posible, tendrá que acariciar el acelerador con una pluma, y ese rato mantendrá un consumo de 0 l/100 km. Con el Honda Insight se puede alcanzar una media real de 2,7 l/100 km aprovechando esa característica.


honda


Como son motores de poca potencia, requieren menos energía acumulada y menos capacidad de baterías, así que estas son más pequeñas y más ligeras: es mejor desde el punto de vista del peso. El BMW ActiveHybrid 7 es semihíbrido, pero supera al Lexus LS 600h, híbrido puro, por la diferencia de peso.

A igualdad de peso un semihíbrido es menos eficiente, pero más barato, de modo que se compensa un mayor consumo con un coste de adquisición menor. También es mucho más sencillo, no hay que hacer una transmisión inteligente que desacople los motores independientemente, en principio es más fiable en ese aspecto.

Es también relativamente sencillo hacer semihíbridos de cambio manual, en un híbrido puro no tiene sentido, porque exige una complejidad al conducir que debe resolverse automáticamente. Todos los híbridos manuales que conozco, actuales o pasados, eran semihíbridos.


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Híbridos puros: ventajas e inconvenientes

Esta tecnología es más compleja, porque cada motor puede funcionar de forma independiente, sin molestar al otro en su giro en vacío. Necesitamos una trasmisión más compleja, como engranajes planetarios o multiembragues, y un sofisticado control electrónico que gestione el par que aporta cada motor.

El motor eléctrico es de una potencia superior, y con más par, pero también es más grande y tiene una demanda de energía más alta. Eso implica que necesitamos baterías más voluminosas y pesadas, y si nos pasamos con el peso, anularemos el beneficio prestacional, aunque mejoremos el rendimiento total.

Por ejemplo, el BMW X6 xDrive50i y el híbrido, ActiveHybrid X6, tienen el mismo motor térmico. El híbrido puro no iguala las prestaciones del modelo convencional, son ligeramente inferiores, aunque rebaja el consumo de gasolina notablemente. El híbrido pesa 260 kg más, y eso baja las prestaciones.


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Si nos fijamos en el BMW ActiveHybrid 7, semihíbrido, es más prestacional que el modelo convencional (750i) y también consume menos, en cuanto a la diferencia de peso, el híbrido solo es 100 kg más pesado. A la hora de diseñar un híbrido hay que pensar en esto, igual el beneficio no es tan grande con la “mejor” tecnología.

Luego hay otro aspecto, y es que un híbrido puro es más caro: las baterías son más caras, y el motor eléctrico también, además que requieren más I+D. Por contra, el motor eléctrico proporciona mucha más asistencia y es capaz de mover el coche solito, incluso arrancar desde parado (con aceleración moderada).

Por ejemplo, el Toyota Prius III puede mantener la velocidad constante a unos 80-90 km/h, en llano, solo con energía eléctrica, un semihíbrido no podría con “tanta” velocidad sin gastar gasolina. El motor térmico puede ser de menos potencia, lo cual permite elegir un propulsor más ajustado y que gaste menos.


GNC


Todo coche híbrido tiene una potencia combinada, producto de la mejor combinación térmica/electricidad posible. Para que esa potencia se mantenga, las baterías deben tener un nivel de carga mínimo, o de lo contrario, toda la energía saldría del motor térmico. Para un híbrido puro es más fácil mantener la potencia combinada.

Hay otro beneficio, y es que, al ser las baterías de más capacidad, la energía que se puede recuperar es muy superior, y eso se traslada a que el motor eléctrico puede funcionar más tiempo y aliviar más al térmico. Esa energía se puede usar para el A/C o alimentar grupos auxiliares (como la bomba del agua), sin correas ni uniones al motor térmico.

La experiencia de conducción más satisfactoria la da un híbrido puro, ya que puede rodar más tiempo y a más velocidad sin hacer ruido, ni contaminar (algo relevante para sus usuarios). La frenada eléctrica también es más poderosa, y requiere un uso de frenos muy bajo, extendiendo la vida de las pastillas de freno convencionales más de lo normal.


insight


¿Y qué solución es mejor?

Buena pregunta, insisto, depende de cada coche. Los ingenieros hablan de la relación beneficio/coste, entendiéndose como beneficio para el cliente. Si queremos el mínimo coste posible y un bajo peso, semihíbrido. Si el coste es menos importante y prima la eficiencia, entonces el híbrido puro es más adecuado.

Para competición parece que vale más un semihíbrido, puesto que el peso importa más que la potencia que se gana o el consumo que se reduce. Recuerden los Fórmula 1 con KERS (sí, eran semihíbridos), podían conseguir mejores prestaciones puntualmente pero con un peso superior, y no siempre eso era un beneficio.

Volviendo a la comparación Lexus LS 600h y BMW ActiveHybrid 7, el japonés multiplica por 10 la potencia eléctrica del alemán, pero el peso que suponen las baterías implican que aunque iguala el consumo del BMW, no las prestaciones. Y de potencia combinada andan realmente parejos, 445 CV y 465 CV.


volt


El Honda Insight y el Civic Hybrid tienen motores eléctricos de 14-15 CV. Habrá quien piense que eso es una miseria, pero el Mercedes S y Serie 7 de BMW híbrido solo tienen 5 CV más de motor eléctrico. De todas formas, cualquier híbrido consigue que el motor térmico saque más potencia de la que da por sus propios medios.

La potencia, en realidad, la necesitamos fundamentalmente para acelerar o maniobras especiales (en conducción normal y legal). Pero para mantener velocidad, hace falta mucha menos, por eso el híbrido es tan buena idea. La potencia “extra” se saca cuando hace falta, y la “mínima” sale de un motor térmico más ajustado.

Personalmente me gusta más la solución híbrida pura, porque se acerca más al coche eléctrico, pero admito que es más caro y que no está exento de inconvenientes. Uno de ellos es un mayor sacrificio del baul respecto al modelo convencional, si es que lo hay, porque las baterías suelen estar ahí.


leaf


Ya para finalizar, los híbridos enchufables, por lógica, solo pueden ser basados en híbridos puros. Me explico, un híbrido enchufable acumula energía eléctrica para desplazarse más tiempo y a más velocidad sin usar nafta, y claro, no podemos plantearnos eso con un motor de 14-20 CV, es ridículo.

Un semihíbrido enchufable es un sinsentido, así seguro que queda más claro. No hay que confundir un híbrido enchufable con un coche eléctrico de autonomía extendida. Se considera como el paso siguiente en su evolución, pero no son siempre mejor idea por el beneficio/coste.

Como más de uno habrá deducido, un híbrido enchufable, en modo eléctrico, está limitado por la potencia máxima de su motor eléctrico (y a la energía que puedan dar las baterías). Si hiciese falta más potencia, funcionaría el motor térmico el tiempo que fuese necesario, y luego volvería a apagarse. Si se terminan las baterías, se vuelve a encender.


Prius


Coches híbridos, híbridos enchufables

y eléctricos de rango extendido.



enchufables


Seguimos hablando de coches híbridos refiriéndonos a otras dos aplicaciones concretas de esta tecnología. Entre el coche con motor de combustión y el eléctrico puro tenemos al híbrido, una mezcla de ambos mundos y por eso tiene ese nombre. Los híbridos puros tienen poca autonomía sin el motor de combustión, los semihíbridos nada.

Si nos desplazamos más al lado eléctrico, tenemos el híbrido enchufable, que tiene una capacidad de circular sin petróleo o similares superior, ya que se recargan sus baterías en una toma eléctrica. Pasada dicha autonomía o ante una necesidad de potencia superior, el motor de combustión entra en funcionamiento.

Pero si vamos aún más allá, llegamos al coche eléctrico de rango extendido, en el que el motor de combustión tiene un papel secundario y solo se usa para ganar autonomía, pero no es un propulsor, ni está conectado a las ruedas del coche. En este último caso, la tracción ya es totalmente eléctrica.


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¿Cómo funciona un híbrido convencional?

Partimos del coche híbrido puro, en el que el motor eléctrico es más que una asistencia, es un modo de propulsión en determinadas condiciones, fundamentalmente poca velocidad o poca aceleración. El motor de combustión interna es imprescindible para circular en la mayoría de las situaciones.

Si nos quedamos sin nafta, puede que nos quedemos también a pata, a menos que tengamos la enorme suerte de que la centralita nos da autonomía eléctrica hasta una estacion de servicio, y esto es apurando más que las hormigas. Toda la energía eléctrica que consume el motor eléctrico salió de la gasolina o de la energía potencial (gravedad).

El pobre rendimiento total del motor de combustión se ve mejorado por el motor eléctrico, ya que recupera energía que de otro modo se habría desperdiciado. De todas formas, los híbridos “convencionales” no consiguen llegar al 50% de eficiencia de combustible, así que se puede ir más allá.


coches


¿Cómo funciona un híbrido enchufable?

En este caso, disponemos de un acumulador energético (baterías) de más capacidad, y que puede dar más potencia. Llenar esa batería solo con energía potencial o el sobrante de la gasolina es poco práctico, de modo que se llena con energía eléctrica desde cualquier enchufe. Sus tiempos de recarga son cortos.

La idea de este coche es utilizar primero la energía eléctrica, ya que la mayoría de los desplazamientos se han demostrado de corto recorrido según varios estudios. En estas condiciones es cuando menos eficiente es el motor de combustión interna. Cuando se sobrepasa un límite inferior de carga, el motor de combustión recupera protagonismo.

Llegado a ese punto, se comporta como un híbrido convencional, solo que las baterías son capaces de acumular más energía y por tanto, de aumentar la asistencia del motor eléctrico. Como el peso es superior, no siempre resulta en una ventaja de consumo de gasolina, y puede ser contraproducente.


nissan


¿Cómo funciona un eléctrico de rango extendido?

En los dos casos anteriores, el motor térmico tiene conexión directa con las ruedas, al menos un eje. En el coche eléctrico, solo la motorización eléctrica es la que empuja el coche. Se ahorra así muchas piezas de transmisión, caja de cambios y se reducen todos los rozamientos internos que suponen.

El motor de combustión se usa únicamente para generar electricidad y así evitar que el coche eléctrico se quede parado. La potencia del térmico se dimensiona igual que el eléctrico o por debajo, para poder mantener el nivel de prestaciones, al menos, durante un tiempo razonable.

Se usa principalmente el acumulador eléctrico, hasta que llega a un nivel bajo de carga. Llegados a este punto, el motor térmico no trabaja en su zona de máxima eficiencia como en un híbrido, sino que entrega la potencia que necesita el eléctrico y no tiene la batería. Se puede apagar puntualmente, pero será necesario hasta que se enchufe de nuevo. También puede funcionar el generador de forma constante, almacenando excesos en baterías, es otra posibilidad.


Toyota


Ventajas y desventajas de los distintos enfoques híbridos/eléctricos

El híbrido puro es el más “adicto” a la nafta, porque no puede funcionar sin ella, mientras que el híbrido enchufable o eléctrico “extendido” sí pueden ser independientes del crudo, al menos en distancias cortas. Por otra parte, el híbrido puro es la solución más económica de fabricar, diseñar y vender.

El enchufable y eléctrico son mucho más eficaces a nivel energético, porque cuando se mueven con energía eléctrica tienen rendimientos muy elevados. Además, el coste de mover el coche se desploma, porque la electricidad es muy barata en comparación. No es lo mismo un dolar cada 100 km que 4-6 dolares.

Pero cuando hay que funcionar con gasolina sí o sí, no hay ventajas claras de un sistema sobre otro, las diferencias se notan sobre todo dentro de las autonomías eléctricas. Puede que se gaste menos, pero si hay más peso o el coste ha sido muy superior, puede no haber ni siquiera una ventaja.


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Supongamos, y es mucho suponer, que eliminamos el sobrecoste de estas tecnologías entre ellas y que todas cuestan lo mismo. Para quien haga fundamentalmente mucha ruta, estará más interesado en el coche híbrido normal, porque alcanzará más eficiencia y tendrá más confort (el motor térmico está menos apretado).

Para quien combine ciudad y carretera, más o menos a partes iguales, el híbrido enchufable es muy buena idea, sobre todo cuando se gasta mucho en el inicio del viaje (altura inferior a superior, distancia casa-carretera, etc). Así es como más se ahorraría.

Y para los más urbanos, el coche, cuanto más eléctrico, mejor. El beneficio es múltiple, no solo para el conductor, es que eliminamos el ruido de un coche y su humo, reduciendo el impacto para los habitantes locales. La contaminación se traslada de la ciudad al lugar de producción, que suele estar aislado.


Chevrolet


Ahora mismo, los híbridos enchufables o eléctricos de rango extendido no son competitivos en costes con los híbridos normales o motores diesel de “alta eficiencia”, o motores de gasolina con combustibles alternativos o un petróleo muy barato. Están todavía en una fase de desarrollo más que nada.

General Motors apuesta fuerte por el eléctrico de rango extendido (Chevrolet Volt/Opel Ampera) después de haber estado vendiendo híbridos, aunque ninguno de ellos fue diseñado desde el principio como tal, y el beneficio real no es tan evidente. Y respecto al Volt/Ampera, está por ver.

El precio por el que se vende es claramente superior al de híbridos de su mismo segmento o comparables, luego por razones económicas no se puede justificar. Ahora bien, con un poder adquisitivo más elevado y cuando prime el confort en distancias cortas, pues reconozcámoslo, es difícil de que un híbrido le gane.


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Al final, todo se reduce a lo que es más conveniente para uno. En Europa la dieselización es brutal, por eso se nota más el contraste con coches híbridos o eléctricos en términos de rumorosidad, emisiones contaminantes, ruido, vibraciones, elasticidad o agrado de uso. Donde reina la nafta, se nota menos la diferencia.

No creo que exista un tipo de coche clarísimamente mejor que otro, y creo que inicialmente, no habrá superventas si el precio no está ajustado, aunque sí haya ventas más que suficientes para justificar el gasto en I+D y el tener un modelo en el mercado. 2010 es el año “cero” a tener en cuenta en electrificación de consumo masivo .

Es este año cuando empiezan a aparecer modelos eléctricos utilizables, asequibles, razonables… aunque sigan siendo caros. El coche totalmente eléctrico sigue siendo esclavo de la infraestructura de recarga, mientras que los coches que se mencionaron siguen permitiendo una libertad total de movimientos.


Diesel


¿Y qué hay del hidrógeno? Bueno, de momento esa tecnología no está madura para salir a escala masiva, aunque haya experimentos localizados de mercado que funcionen bien. De momento los dejamos fuera de este análisis, aunque siguen siendo coches eléctricos, pero con un tipo de acumulador energético bien distinto.

Hay muchos factores que determinan el éxito de la tecnología híbrida, la híbrida enchufable y la eléctrica de rango extendido. Influye el precio de la luz, el del combustible, las diferencias de tarifa entre unos y otros, qué se subvenciona más, el grado de aceptación del consumidor…

Tengo la sospecha de que va a pasar como la nafta y el diesel, que llegaron en algunos casos al empate técnico, y que se permite elegir al consumidor. Cada uno tendrá sus adeptos y sus detractores, pero tendrán su hueco en el mercado con total certeza.


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Aspectos básicos para diseñar un coche híbrido


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Si le preguntamos cómo se hace un coche híbrido a un tipo cualquiera, nos diría “le pones un motor eléctrico, una batería gorda y a correr”. Ojalá fuese tan sencillo. Lo cierto es que hay muchos aspectos ingenieriles que no deben dejarse de lado si se quiere vender un buen producto.

Lo primero que hay que preguntarse es ¿qué pretendemos con una versión híbrida? ¿Se priorizará el bajo consumo, las prestaciones, el confort, la economía, el precio o se intentará todo lo demás? Una vez que tengamos claro el objetivo de diseño, habrá que valorar cómo han de ser los distintos componentes.

Este post no pretende ser ningún manual para ingenieros, sino una aproximación a lo que es el diseño de coches, lo complicado que es, y la justificación de los elevados costes que supone meterse en una empresa semejante. Por ello, no nos vamos a meter en detalles demasiado complicados, pretendo que sea para todos los públicos.


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¿Cómo colocamos los distintos elementos?

La mayoría de los coches híbridos que se diseñaron son adaptaciones de coches convencionales, pensados para alojar menos piezas. Eso restringió mucho las posibilidades de diseño, porque hay que buscar espacio para los nuevos componentes e intentar no sacrificar cosas, aunque a veces es inevitable.

Lo más normal es que al ubicar las baterías que exige el sistema híbrido, estas vayan bajo los asientos traseros o en el baul. Una consecuencia directa es que se pierde espacio trasero. Por ejemplo el Lexus GS 450h, que termina con un espacio de carga bastante limitado y que exige el uso de maletas especiales.

No solo importa el dónde, también el peso. El reparto de peso se ve alterado al añadir las baterías (normalmente atrás) y el motor o motores eléctricos (generalmente delante). Eso implicará hacer ajustes específicos para que las características dinámicas del vehículo no se ven alteradas para mal.


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Cómo elegir un buen motor térmico

En un coche híbrido el motor térmico va a hacer menos esfuerzo que una versión convencional equivalente, de modo que se puede ceder un poco en potencia y compensarla de forma eléctrica. Reducir la potencia puede influir positivamente en el consumo de combustible, aunque no es una norma inamovible.

Si el motor térmico va muy sobrado de potencia nos encontramos ante un híbrido más prestacional, véase todos los de gama alta. Cuanta más potencia sobre, más se recargarán las baterías, y más margen de actuación habrá para el motor eléctrico. No obstante, el consumo de combustible no será muy reducido.

Si en cambio nos quedamos cortos de potencia, el motor térmico se verá obligado a hacer mucho esfuerzo en relación a sus posibilidades, y en algunas condiciones su eficiencia será mínima. Por ejemplo, subir pendientes con el Honda Civic Hybrid se hace muy pesado para su motor 1.3 SOHC de 95 CV, y se revoluciona mucho.


insight


Cómo elegir un buen motor eléctrico

En un coche semihíbrido la potencia del motor eléctrico es más bien baja en relación al de combustión, ya que hablamos fundamentalmente de una asistencia. Si el motor es más chico o de menor potencia, pedirá a las baterías un esfuerzo menor, lo cual será un ahorro de peso frente a un híbrido puro: no necesitamos tanta batería.

Lo más probable es que apenas haya espacio para ubicar un motor eléctrico de tamaño “grande”, por eso se suele recurrir a la solución de integrar el motor eléctrico, de tamaño compacto, en la misma transmisión, o en el volante de inercia. Diseñar un semihíbrido es mucho más sencillo.

Por contra, un motor eléctrico grande requerirá tirar más de las baterías, y eso a su vez, es un esfuerzo al motor térmico. Por eso no tiene sentido poner un motor térmico de potencia inferior al eléctrico, o pondríamos un cuello de botella en el sistema. Que yo sepa, en ningún híbrido el eléctrico es más potente que el térmico, como mínimo igual.


volt


Es decir, si ponemos un motor eléctrico de 200 kW (272 CV) necesitaremos que las baterías sean capaces de darle esa potencia, o no rendirá tanto. Cuando la carga de las baterías no sea óptima, ¿de dónde sadrá la potencia? Premio, del motor térmico. Si es un híbrido en paralelo, no podemos robarle al térmico el 100% de su potencia.

¿Por qué? Porque en paralelo, los dos motores mueven las ruedas. Si le pido al térmico que entregue toda su potencia al generador/motor eléctrico no hará fuerza sobre las ruedas. En todo caso tendría sentido en un híbrido en serie, con un motor térmico dedicado exclusivamente a generar electricidad.

También hay que saber aplanar las curvas de par, no puede haber un desfase grande entre la entrega de par del motor térmico y el eléctrico, sino que debe buscarse una combinación lo más plana posible para que un motor complemente la deficiencia del otro, y viceversa.


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La elección de las baterías

Cuando elegimos baterías, debemos considerar los parámetros de coste, tamaño, peso, potencia máxima y durabilidad (entre otros). El cliente no quiere cambiar las baterías en muchísimos kilómetros, la fiabilidad es fundamental, ya que hablamos de un componente muy caro, es más, es lo más caro que hay en un híbrido.

Si elegimos un electrolito más barato (como níquel-sodio o plomo-ácido, prohibidas ya) tendremos más peso, más tamaño, menos potencia, y no más durabilidad. Por eso se suele utilizar en híbridos el níquel, y en menor medida, el litio. El níquel tiene a día de hoy un balance de esos parámetros muy adecuado.

Podemos utilizar litio en vez de níquel para tener una batería más compacta y de más potencia… pero si es mucho más cara, el beneficio puede no verse compensado. Hay que fijarse en todo. Todos los híbridos económicos tienen baterías de níquel, el litio es para coches de gama alta, como el Mercedes-Benz S 400 BlueHYBRID (semihíbrido).


Prius


Visto queda que un poco ya que el beneficio sobre el níquel no está muy claro. Y un poco. Toyota de momento no ha utilizado litio en coches de serie por no poder garantizar Panasonic, su proveedor de baterías, la misma fiabilidad que en las de níquel.

El peso es un aspecto muy importante también. Si metemos demasiada batería, el coche pesará más, luego hará falta más energía para moverlo, solo sería ventajoso cuesta abajo y no bajamos al núcleo terrestre todos los días. En llano y cuesta arriba será contraproducente, es mejor minimizar peso.

Por eso un coche híbrido enchufable en modo Charge Sustaining, es decir, circulando en modo híbrido y no eléctrico, no es más ventajoso por lo general que un híbrido convencional equivalente. Se probó con el Prius Plug-in, cuando se acabó la carga principal, y no mejoró resultados obtenidos con un Prius híbrido normal.


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Una queja frecuente de los conductores novatos de híbridos es que tienen poca autonomía eléctrica. Obviamente, si tuviesen más autonomía tendrían que llevar mucha más batería, más peso, beneficio muy dudoso. La respuesta para esa gente es el híbrido enchufable, pero ni con 100 km de autonomía es suficiente…

Si queremos un híbrido con más de 200 km de autonomía eléctrica o tiene unas baterías muy sofisticadas y caras, o las tiene que llevar en un remolque. Y si queremos que llegue a 1.000 km… no hace falta que siga, ¿no? La autonomía eléctrica en un coche híbrido es una consecuencia de su diseño, no un reemplazo del coche eléctrico.

Supongamos que tenemos todos estos problemas resueltos, fruto de gastar millones de euros en I+D, construir prototipos, tirar muchos papeles a la basura y consumir muchos litros de café. Todo esto será inútil si no gestionamos adecuadamente todo el sistema, y eso implica automatismos y electrónica.


Especial: Autos hibridos


Sistema de gestión y otros aspectos

En los primeros coches híbridos del Siglo XX, alternar de modo eléctrico a térmico podía llevar minutos y con el coche parado. Un híbrido moderno lo hace en milisegundos y sin nuestra intervención. En un semihíbrido podemos permitirnos el “lujo” de la transmisión manual, pero en un híbrido puro no es viable.

De ahí que los híbridos puros usen transmisiones automáticas, fundamentalmente CVT. Querer que los dos motores puedan empujar cada uno a su manera implica el uso de engranajes planetarios, embragues… ingenios muy difíciles de manipular por un conductor humano en condiciones de confort aceptables.

Luego está el tema de la electrónica. Debe ser capaz de lograr siempre la combinación más eficiente. Más asistencia eléctrica o menos, priorizar la recarga o el empuje, cuándo pedir al motor eléctrico que haga todo el trabajo de impulsión y tener el de gasolina en retención o parado… es algo difícil de diseñar.


coches


No olvidemos que cuando se trata de vender coches híbridos, debe ser un producto vendible. De poco nos serviría tener el mejor producto si a cambio nadie nos lo compra o si nuestro comprador objetivo no se lo puede permitir. No hay que precipitarse… ni retrasarse demasiado, o perderemos market share o cuota de mercado.

En los últimos años, muchos se quieren apuntar a la carrera de los híbridos. Lo que pasa es que hay algunos que se dejaron estar, y otros que se apuraron. Si alguna vez fue una moda… ahora es una tendencia industrial totalmente clara.

Quien va con ventaja, véase Toyota, Honda, General Motors y Ford, tienen más facilidad para sacar productos asequibles porque ya tienen tecnología amortizada, y todas estas preguntas que se fueron haciendo durante el post ya tienen respuesta o están muy cerca de conseguirlas. Aca el que no corre, vuela.





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Esto es todo, tambien pueden ver mis otros Post


Toyota

4 comentarios - Especial: Autos hibridos

@matiii_i
buen dato,lo mande a favoritos,seguramente mañana o pasado este leyendo y vuelva por puntos.
buenas vibras
@Torres_Esquen
Este post no tiene comentarios, Soyez le premier!

TOMA 3 ...
@_EMMANUEL_
Este post no tiene comentarios, Soyez le deuxième!

TOMA 4....
@PopeXD +1
Tremendo post, te dejo 10.