Vehículo híbrido

Los ciclomotores , las bicicletas eléctricas e incluso los patinetes eléctricos son una forma sencilla de vehículo híbrido, impulsado por un motor de combustión interna o un motor eléctrico y la fuerza muscular del conductor. Los primeros prototipos de motocicletas de finales del siglo XIX utilizaban el mismo principio.

• En una bicicleta híbrida paralela, los pares motor y humano se acoplan mecánicamente en el pedal o en una de las ruedas, por ejemplo, mediante un motor de buje, un rodillo que presiona sobre un neumático o una conexión a una rueda mediante un elemento de transmisión. La mayoría de las bicicletas motorizadas y ciclomotores son de este tipo. ^{[ 1 ]}
• En una bicicleta híbrida en serie ( SHB ) (un tipo de bicicleta sin cadena ), el usuario pedalea un generador, cargando una batería o alimentando el motor, que proporciona todo el par necesario. Están disponibles comercialmente y son sencillas en teoría y fabricación. ^{[ 2 ]}

El primer prototipo publicado de una SHB es de Augustus Kinzel (Patente estadounidense 3'884'317) en 1975. En 1994, Bernie Macdonalds concibió la Electrilite ^{[ 3 ]} SHB con electrónica de potencia que permite el frenado regenerativo y el pedaleo estando parado. En 1995, Thomas Muller diseñó y construyó una "Fahrrad mit elektromagnetischem Antrieb" para su tesis de diploma de 1995. En 1996, Jürg Blatter y Andreas Fuchs de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Berna construyeron una SHB y en 1998 modificaron un triciclo Leitra (patente europea EP 1165188). Hasta 2005 construyeron varios prototipos de triciclos y cuadriciclos SH . ^{[ 4 ]} En 1999, Harald Kutzke describió una "bicicleta activa": el objetivo es acercarse a la bicicleta ideal que no pesa nada y no tiene resistencia mediante compensación electrónica.

• Una bicicleta híbrida eléctrica-gasolina en serie ( SHEPB , por sus siglas en inglés) se alimenta mediante pedales, baterías, un generador de gasolina o un cargador enchufable, lo que proporciona mayor flexibilidad y autonomía que las bicicletas exclusivamente eléctricas.

Un prototipo de SHEPB creado por David Kitson en Australia ^{[ 5 ]} en 2014 utilizaba un motor eléctrico de CC sin escobillas ligero procedente de un dron aéreo y un pequeño motor de combustión interna del tamaño de una herramienta manual , además de un sistema de transmisión impreso en 3D y una carcasa ligera, con un peso total inferior a 4,5  kg. La refrigeración activa evita que las piezas de plástico se ablanden. El prototipo utiliza un puerto de carga estándar para bicicletas eléctricas.

Los sistemas de propulsión híbridos utilizan motores diésel-eléctricos o turboeléctricos para alimentar locomotoras, autobuses, vehículos pesados, maquinaria hidráulica móvil y barcos. Un motor diésel / turbina acciona un generador eléctrico o una bomba hidráulica, que a su vez alimenta motores eléctricos/hidráulicos; estrictamente hablando, se trata de una transmisión eléctrica/hidráulica (no híbrida), a menos que pueda recibir energía externa. En vehículos grandes, las pérdidas por conversión disminuyen y las ventajas de distribuir la energía mediante cables o tuberías en lugar de elementos mecánicos se vuelven más evidentes, especialmente al alimentar múltiples sistemas de propulsión, como ruedas motrices o hélices. Hasta hace poco, la mayoría de los vehículos pesados ​​contaban con escaso almacenamiento secundario de energía, como baterías o acumuladores hidráulicos , a excepción de los submarinos no nucleares , uno de los híbridos de producción más antiguos, que funcionaban con diésel en superficie y con baterías sumergidos. En los submarinos de la Segunda Guerra Mundial se utilizaron configuraciones tanto en serie como en paralelo.

Transporte ferroviario

Europa

El nuevo Autorail à grande capacité (AGC o automotor de alta capacidad) construido por la empresa canadiense Bombardier para su uso en Francia utiliza motores diésel/eléctricos, con una tensión de 1500 o 25 000  V en diferentes sistemas ferroviarios. ^{[ 7 ]} Fue probado en Rotterdam, Países Bajos, con Railfeeding, una empresa de Genesee & Wyoming .

Porcelana

La primera locomotora híbrida de evaluación fue diseñada por el centro de investigación ferroviaria Matrai en 1999 y construida en el año 2000. Se trataba de una locomotora EMD G12 mejorada con baterías, un generador diésel de 200  kW y cuatro motores de corriente alterna.

Japón

El primer tren híbrido de Japón con un almacenamiento de energía significativo es el KiHa E200 , con baterías de iones de litio montadas en el techo . ^{[ 8 ]}

India

En enero de 2015 , los ferrocarriles indios lanzaron un tren híbrido de GNC y diésel único en su tipo. El tren cuenta con un  motor de 1400 hp que utiliza tecnología de fumigación. El primero de estos trenes estaba programado para operar en la  ruta Rewari-Rohtak de 81 km. ^{[ 9 ]} El GNC es una alternativa menos contaminante al diésel y la gasolina, y es popular como combustible alternativo en la India. Muchos vehículos de transporte, como autorickshaws y autobuses, ya funcionan con GNC.

América del norte

En Estados Unidos, General Electric fabricó una locomotora con almacenamiento de baterías de cloruro de sodio-níquel ( Na-NiCl₂ ₎ . Esperan una mejora superior al 10 % en el ahorro de combustible. ^{[ 10 ]}

Entre las variantes de locomotoras diésel-eléctricas se incluyen las locomotoras de maniobras Green Goat (GG) y Green Kid (GK), fabricadas por la empresa canadiense Railpower Technologies , equipadas con baterías de plomo-ácido (PBA), motores eléctricos de 1000 a 2000 hp y un nuevo generador diésel de bajas emisiones de aproximadamente 160 hp. No se desperdicia combustible en ralentí: entre el 60 % y el 85 % del tiempo en este tipo de locomotoras. Se desconoce si se utiliza el frenado regenerativo, pero, en principio, su implementación es sencilla.  

Dado que estos motores normalmente requieren peso adicional para la tracción, el peso del paquete de baterías representa solo una penalización insignificante. El generador diésel y las baterías normalmente se construyen sobre el bastidor de una locomotora de maniobras "retirada". Los motores y el tren de rodaje existentes se reconstruyen y reutilizan. Se afirman ahorros de combustible del 40-60% y reducciones de contaminación de hasta el 80% en comparación con una locomotora de maniobras/de patio "típica" más antigua. Las ventajas que tienen los vagones híbridos para arranques y paradas frecuentes y períodos de inactividad se aplican al uso típico de patios de maniobras. ^{[ 11 ]} Las locomotoras "Green Goat" han sido adquiridas por Canadian Pacific , BNSF , Kansas City Southern Railway y Union Pacific, entre otros.

Transporte por carretera, vehículos comerciales

Los sistemas híbridos se utilizan habitualmente en camiones, autobuses y otros vehículos pesados ​​de carretera. El ahorro de combustible compensa el tamaño reducido de las flotas y los costes de instalación, ^{[ 14 ] [ 15 ]} con avances como una mayor capacidad, un menor coste de las baterías, etc. Toyota, Ford, GM y otras compañías están introduciendo camionetas y SUV híbridas. Kenworth Truck Company presentó recientemente el Kenworth T270 Clase 6, que parece ser competitivo para uso urbano. ^{[ 16 ] [ 17 ]} FedEx y otras compañías están invirtiendo en vehículos de reparto híbridos, especialmente para uso urbano, donde la tecnología híbrida puede resultar rentable primero. ^{[ 18 ]} A diciembre de 2013FedEx está probando dos camiones de reparto equipados con motores eléctricos Wrightspeed y generadores diésel; se afirma que los kits de adaptación se amortizan en pocos años.Los motores diésel funcionan a un régimen de revoluciones constante para lograr la máxima eficiencia. ^{[ 19 ]}

En 1978, estudiantes del Centro Técnico Vocacional Hennepin de Minneapolis, Minnesota, convirtieron un Volkswagen Beetle en un híbrido petrohidráulico con componentes comerciales. Un automóvil con un consumo estimado de 32  mpg alcanzó los 75  mpg con el  motor de 60 hp reemplazado por uno de 16  hp, y llegó a los 70  mph. ^{[ 20 ]}

En la década de 1990, ingenieros del Laboratorio Nacional de Emisiones de Vehículos y Combustibles de la EPA desarrollaron un sistema de propulsión petrohidráulico para un sedán estadounidense típico. El vehículo de prueba alcanzó más de 80  mpg en ciclos de conducción combinados de ciudad/carretera de la EPA. La aceleración fue de 0 a 60  mph en 8 segundos, utilizando un motor diésel de 1.9 litros. No se utilizaron materiales ligeros. La EPA estimó que, producidos en grandes volúmenes, los componentes hidráulicos solo añadirían 700 dólares al costo. ^{[ 21 ]} En pruebas de la EPA, una Ford Expedition híbrida hidráulica obtuvo 32  mpg (7.4  L/100  km) en ciudad y 22 mpg (11  L/100  km) en carretera. ^{[ 21 ] [ 22 ]} UPS actualmente tiene dos camiones en servicio que utilizan esta tecnología. ^{[ 23 ]}

Cuando se utiliza el término vehículo híbrido , generalmente se refiere a un vehículo híbrido eléctrico . Estos incluyen vehículos como el Saturn Vue , Toyota Prius , Toyota Yaris , Toyota Camry Hybrid , Ford Escape Hybrid , Ford Fusion Hybrid , Toyota Highlander Hybrid , Honda Insight , Honda Civic Hybrid , Lexus RX 400h y 450h , Hyundai Ioniq Hybrid , Hyundai Sonata Hybrid , Hyundai Elantra Hybrid , Kia Sportage Hybrid , Kia Niro Hybrid , Kia Sorento Hybrid y otros. Un híbrido de gasolina y electricidad suele utilizar motores de combustión interna (que utilizan diversos combustibles, generalmente gasolina o diésel ) y motores eléctricos para impulsar el vehículo. La energía se almacena en el combustible del motor de combustión interna y en un conjunto de baterías eléctricas . Existen muchos tipos de sistemas de propulsión híbridos de gasolina y electricidad , desde híbridos completos hasta híbridos ligeros , que ofrecen diversas ventajas y desventajas. ^{[ 29 ]}

William H. Patton presentó una solicitud de patente para un sistema de propulsión híbrido gasolina-eléctrico para vagones de ferrocarril a principios de 1889, y para un sistema de propulsión híbrido similar para embarcaciones a mediados de 1889. ^{[ 30 ] [ 31 ]} No hay evidencia de que su embarcación híbrida haya tenido éxito, pero construyó un prototipo de tranvía híbrido y vendió una pequeña locomotora híbrida . ^{[ 32 ] [ 33 ]}

En 1899, Henri Pieper desarrolló el primer automóvil híbrido petroeléctrico del mundo . En 1900, Ferdinand Porsche desarrolló un híbrido en serie que utilizaba dos motores en los cubos de las ruedas con un grupo electrógeno de combustión interna que proporcionaba la energía eléctrica; el híbrido de Porsche estableció dos récords de velocidad. Si bien los híbridos de combustible líquido/eléctricos se remontan a finales del siglo XIX, el híbrido regenerativo de frenado fue inventado por David Arthurs, un ingeniero eléctrico de Springdale, Arkansas, entre 1978 y 1979. Se informó que su Opel GT modificado en casa alcanzaba hasta 75 mpg, y todavía se venden planos de este diseño original, así como de la versión modificada de "Mother Earth News" en su sitio web. ^{[ 34 ]} 

El vehículo eléctrico enchufable (VEP) es cada vez más común. Ofrece la autonomía necesaria en lugares con grandes extensiones de terreno sin servicios. Las baterías se pueden conectar a la red eléctrica doméstica para su carga, además de cargarse mientras el motor está en marcha.

Algunos vehículos eléctricos de batería pueden recargarse mientras el usuario conduce. Dicho vehículo establece contacto con un raíl, placa o catenaria electrificada en la carretera mediante una rueda conductora u otro mecanismo similar (véase captación de corriente por conducto ). Las baterías del vehículo se recargan mediante este proceso —en la carretera— y luego pueden utilizarse con normalidad en otras vías hasta que se agoten. Por ejemplo, algunas de las locomotoras eléctricas de batería utilizadas para los trenes de mantenimiento del metro de Londres son capaces de funcionar de esta manera.

El desarrollo de una infraestructura para vehículos eléctricos de batería ofrecería la ventaja de una autonomía prácticamente ilimitada en carretera. Dado que muchos destinos se encuentran a menos de 100  km de una autopista principal, esta tecnología podría reducir la necesidad de costosos sistemas de baterías. Sin embargo, el uso privado del sistema eléctrico existente está prácticamente prohibido. Además, la tecnología para dicha infraestructura eléctrica está en gran medida obsoleta y, fuera de algunas ciudades, no está ampliamente distribuida (véase Recogida de corriente en conductos , tranvías , ferrocarril eléctrico , trolebuses , tercer carril ). La actualización de los costes eléctricos y de infraestructura necesarios podría financiarse con los ingresos por peajes o con impuestos específicos al transporte.

Además de los vehículos que utilizan dos o más dispositivos diferentes para la propulsión , algunos también consideran híbridos a los vehículos que utilizan fuentes de energía o tipos de entrada distintos (" combustibles ") que utilizan el mismo motor, aunque para evitar confusiones con los híbridos descritos anteriormente y para utilizar correctamente los términos, quizás sea más preciso describirlos como vehículos de modo dual :

• Algunos trolebuses pueden alternar entre un motor diésel a bordo y energía eléctrica aérea según las condiciones (véase autobús de modo dual ). En principio, esto podría combinarse con un subsistema de baterías para crear un verdadero trolebús híbrido enchufable , aunque a partir de 2006No parece haberse anunciado ningún diseño de ese tipo.
• Los vehículos de combustible flexible pueden utilizar una mezcla de combustibles de entrada mezclados en un solo tanque, normalmente gasolina y etanol , metanol o biobutanol .
• Vehículo bifuel : El gas licuado de petróleo y el gas natural son muy diferentes del petróleo o el diésel y no se pueden usar en los mismos tanques, por lo que sería difícil construir un sistema de combustible flexible (GLP o NG). En cambio, los vehículos se construyen con dos sistemas de combustible paralelos que alimentan un solo motor. Por ejemplo, algunas Chevrolet Silverado 2500 HD pueden cambiar fácilmente entre petróleo y gas natural, ofreciendo una autonomía de más de 1000  km (650  millas). ^{[ 35 ]} Si bien los tanques duplicados cuestan espacio en algunas aplicaciones, la mayor autonomía, el menor costo del combustible y la flexibilidad donde la infraestructura de GLP o GNC es incompleta pueden ser un incentivo significativo para la compra. Si bien la infraestructura de gas natural de EE. UU. es parcialmente incompleta, está aumentando y en 2013 contaba con 2600 estaciones de GNC en funcionamiento. ^{[ 36 ]} El aumento de los precios de la gasolina puede impulsar a los consumidores a comprar estos vehículos. En 2013, cuando los precios de la gasolina rondaban los 1,1 dólares estadounidenses por litro (4,0 dólares por galón estadounidense) , el precio de la gasolina era de 95,5 dólares estadounidenses por megavatio-hora (28,00 dólares por millón de unidades térmicas británicas ) , en comparación con los 13,6 dólares por MWh (4,00 dólares por millón de unidades térmicas británicas) del gas natural . ^{[ 37 ]} En términos comparativos por unidad de energía, esto hace que el gas natural sea mucho más barato que la gasolina. 
• Algunos vehículos han sido modificados para utilizar otra fuente de combustible, si está disponible, como por ejemplo los coches modificados para funcionar con autogás (GLP) y los diésel modificados para funcionar con aceite vegetal usado que no ha sido procesado para convertirlo en biodiésel.
• También se incluyen los mecanismos de asistencia eléctrica para bicicletas y otros vehículos impulsados ​​por fuerza humana (véase Bicicleta motorizada ).

Los vehículos híbridos hidráulicos y neumáticos utilizan un motor o el frenado regenerativo (o ambos) para cargar un acumulador de presión que impulsa las ruedas mediante unidades de accionamiento hidráulicas (líquidas) o neumáticas (de gas comprimido). En la mayoría de los casos, el motor está separado del sistema de transmisión y se utiliza exclusivamente para cargar el acumulador de energía. La transmisión es continua. El frenado regenerativo permite recuperar parte de la energía suministrada y almacenarla en el acumulador.

Híbrido petrohidráulico

Peugeot 2008, prototipo híbrido neumático/hidráulico.

Peugeot 2008 Híbrido neumático/hidráulico en sección

Las configuraciones petrohidráulicas han sido comunes en trenes y vehículos pesados ​​durante décadas. La industria automotriz se ha centrado recientemente en esta configuración híbrida, ya que ahora se muestra prometedora para su introducción en vehículos más pequeños.

En los híbridos petrohidráulicos, la tasa de recuperación de energía es alta y, por lo tanto, el sistema es más eficiente que los híbridos cargados con baterías eléctricas que utilizan la tecnología actual de baterías eléctricas, demostrando un aumento del 60% al 70% en la economía de energía en las pruebas de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA). ^{[ 42 ]} El motor de carga solo necesita ser dimensionado para un uso promedio con ráfagas de aceleración utilizando la energía almacenada en el acumulador hidráulico, que se carga cuando el vehículo requiere poca energía. El motor de carga funciona a velocidad y carga óptimas para eficiencia y longevidad. En pruebas realizadas por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA), una Ford Expedition híbrida hidráulica obtuvo 32 millas por galón estadounidense (7,4 L/100 km; 38 mpg _{- imp} ) en ciudad y 22 millas por galón estadounidense (11 L/100 km; 26 mpg _{- imp} ) en carretera. ^{[ 21 ] [ 22 ]} UPS actualmente tiene dos camiones en servicio que utilizan esta tecnología. ^{[ 23 ]}      

Aunque la tecnología híbrida petrohidráulica se conoce desde hace décadas y se utiliza en trenes y vehículos de construcción de gran tamaño, los altos costos del equipo impedían su aplicación en camiones y automóviles más ligeros. En el sentido moderno, un experimento demostró la viabilidad de pequeños vehículos híbridos petrohidráulicos de carretera en 1978. Un grupo de estudiantes del Centro Técnico Vocacional Hennepin de Minneapolis, Minnesota, convirtió un Volkswagen Beetle para que funcionara como un híbrido petrohidráulico utilizando componentes comerciales. Un automóvil con un consumo estimado de ₃₂ mpg ( _7,4 L /100 km; 38 _mpg ) alcanzó un consumo _{de 75} mpg ( 3,1 L/100 km; 90 _mpg ) _con el motor de 60 _hp reemplazado por uno de 16 hp. El automóvil experimental alcanzó los 110 km/h (70 mph ) . ^{[ 20 ]}            

En la década de 1990, un equipo de ingenieros del Laboratorio Nacional de Emisiones de Vehículos y Combustibles de la EPA logró desarrollar un revolucionario sistema de propulsión híbrido petrohidráulico para un sedán estadounidense típico. El vehículo de prueba alcanzó un consumo de más de 80  mpg en ciclos de conducción combinados ciudad/carretera de la EPA. La aceleración de 0 a 60  mph fue de 8 segundos, utilizando un motor diésel de 1.9  L. No se utilizaron materiales ligeros. La EPA estimó que, producidos en grandes volúmenes, los componentes hidráulicos solo añadirían 700 dólares al costo base del vehículo. ^{[ 21 ]}

El sistema híbrido petrohidráulico ofrece un ciclo de carga/descarga más rápido y eficiente que los híbridos petroeléctricos, además de ser más económico de fabricar. El tamaño del acumulador determina la capacidad total de almacenamiento de energía y puede requerir más espacio que un conjunto de baterías eléctricas. El espacio adicional que ocupa un acumulador de mayor tamaño puede compensarse con la necesidad de un motor de carga de menor potencia y tamaño.

Se están realizando investigaciones en grandes corporaciones y pequeñas empresas. El enfoque ahora se ha desplazado a vehículos más pequeños. Los componentes del sistema eran costosos, lo que impedía su instalación en camiones y automóviles más pequeños. Una desventaja era que los motores de potencia no eran suficientemente eficientes a carga parcial. Una empresa británica ( Artemis Intelligent Power ) logró un avance al introducir un motor/bomba hidráulica controlada electrónicamente, el motor/bomba Digital Displacement®. La bomba es altamente eficiente en todos los rangos de velocidad y cargas, lo que hace factible las pequeñas aplicaciones de híbridos petrohidráulicos. ^{[ 43 ]} La empresa convirtió un automóvil BMW como banco de pruebas para demostrar la viabilidad. El BMW 530i dio el doble de mpg en conducción urbana en comparación con el automóvil estándar. Esta prueba se realizó utilizando el  motor estándar de 3000 cc; con un motor más pequeño, las cifras habrían sido más impresionantes. El diseño de los híbridos petrohidráulicos que utilizan acumuladores de tamaño adecuado permite reducir el tamaño de un motor para el uso de potencia promedio, no para el uso de potencia máxima. La potencia máxima es proporcionada por la energía almacenada en el acumulador. Un motor de velocidad constante más pequeño y eficiente reduce el peso y libera espacio para un acumulador más grande. ^{[ 44 ]}

Las carrocerías actuales están diseñadas en torno a la mecánica de los sistemas de motor/transmisión existentes. Resulta restrictivo y poco ideal instalar sistemas petrohidráulicos en carrocerías existentes no diseñadas para sistemas hidráulicos. El objetivo de un proyecto de investigación es crear un automóvil completamente nuevo, desde cero, para maximizar la integración de componentes híbridos petrohidráulicos en el vehículo. Todos los componentes hidráulicos voluminosos están integrados en el chasis. Un diseño ha afirmado alcanzar 130 mpg en pruebas mediante el uso de un gran acumulador hidráulico que también constituye el chasis estructural del automóvil. Los pequeños motores hidráulicos de accionamiento están incorporados en los cubos de las ruedas, impulsando las ruedas y recuperando la energía cinética de frenado. Los motores en los cubos eliminan la necesidad de frenos de fricción, transmisiones mecánicas, ejes de transmisión y juntas universales, reduciendo costes y peso. La transmisión hidrostática sin frenos de fricción se utiliza en vehículos industriales. ^{[ 45 ]} El objetivo es alcanzar 170  mpg en condiciones de conducción promedio. La energía generada por los amortiguadores y la energía cinética de frenado, que normalmente se desperdiciaría, contribuye a cargar el acumulador. Un pequeño motor de pistón de combustible fósil, dimensionado para un consumo de potencia promedio, carga el acumulador. El acumulador está dimensionado para que el coche funcione durante 15 minutos con la carga completa. El objetivo es que, con el acumulador completamente cargado, se logre una  aceleración de 0 a 60 mph en menos de 5 segundos con tracción a las cuatro ruedas. ^{[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]}

En enero de 2011, el gigante industrial Chrysler anunció una asociación con la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) para diseñar y desarrollar un sistema de propulsión híbrido petrohidráulico experimental apto para su uso en automóviles de pasajeros grandes. En 2012, una minivan de producción existente fue adaptada al nuevo sistema de propulsión hidráulico para su evaluación. ^{[ 21 ] [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]}

PSA Peugeot Citroën exhibió un motor experimental "Hybrid Air" en el Salón del Automóvil de Ginebra de 2013. ^{[ 52 ] [ 53 ]} El vehículo utiliza gas nitrógeno comprimido por la energía recuperada del frenado o la desaceleración para alimentar un accionamiento hidráulico que complementa la potencia de su motor de gasolina convencional. Los componentes hidráulicos y electrónicos fueron suministrados por Robert Bosch GmbH . Se estimó que el consumo sería de aproximadamente 118 mpg _{- US} (2 L/100 km; 142 mpg _{- imp} ) en el ciclo de prueba Euro si se instalaba en una carrocería tipo Citroën C3 . ^{[ 54 ] [ 55 ]} Aunque el coche estaba listo para la producción y se había demostrado que era viable y ofrecía los resultados prometidos, Peugeot Citroën no pudo atraer a un fabricante importante para compartir los altos costes de desarrollo y está archivando el proyecto hasta que se pueda concretar una asociación. ^{[ 56 ]}    

Otro tipo de vehículo híbrido son los vehículos eléctricos impulsados ​​por energía humana. Estos incluyen vehículos como el Sinclair C5 , el Twike , bicicletas eléctricas , patinetes eléctricos , motocicletas eléctricas y scooters .

En un vehículo híbrido paralelo, un motor eléctrico y un motor de combustión interna se acoplan de forma que pueden impulsar el vehículo individualmente o en conjunto. Generalmente, el motor de combustión interna, el motor eléctrico y la caja de cambios se acoplan mediante embragues controlados automáticamente. Para la conducción eléctrica, el embrague entre el motor de combustión interna y la caja de cambios está abierto, mientras que el embrague de la caja de cambios está acoplado. En el modo de combustión, el motor y el motor eléctrico funcionan a la misma velocidad.

El primer híbrido paralelo de producción en masa vendido fuera de Japón fue el Honda Insight de primera generación .

El Mercedes-Benz E 300 BlueTEC HYBRID, lanzado en 2012 únicamente en los mercados europeos, es un vehículo híbrido diésel de producción en serie muy exclusivo, propulsado por un motor Mercedes-Benz OM651 que desarrolla 152 kW (204 hp) junto con un motor eléctrico de 20 kW (27 hp) , ubicado entre el motor y la caja de cambios, para una potencia combinada de 170 kW (228 hp) . El vehículo tiene un consumo de combustible de 24–26 km/L (56–62 mpg _{- EE. UU} .; 67–74 mpg _{- imperial} ) . ^{[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]}         

Estos tipos utilizan un motor eléctrico generalmente compacto (normalmente <20  kW) para proporcionar funciones de arranque/parada automáticas y para proporcionar asistencia de potencia adicional ^{[ 60 ]} durante la aceleración y para generar en la fase de desaceleración (también conocido como frenado regenerativo ).

Entre los ejemplos que circulan por carretera se incluyen el Honda Civic Hybrid , el Honda Insight de segunda generación, el Honda CR-Z , el Honda Accord Hybrid , el Mercedes Benz S400 BlueHYBRID , los híbridos de la Serie 7 de BMW, los híbridos BAS de General Motors , el Suzuki S-Cross , el Suzuki Wagon R y el Smart fortwo con sistema de propulsión microhíbrido.

En un sistema de propulsión híbrido eléctrico con reparto de potencia, existen dos motores: un motor eléctrico de tracción y un motor de combustión interna. La potencia de ambos motores se puede distribuir para impulsar las ruedas mediante un dispositivo de reparto de potencia, que consiste en un sencillo conjunto de engranajes planetarios . La distribución de potencia puede variar desde el 100 % para el motor de combustión hasta el 100 % para el motor eléctrico de tracción, o cualquier valor intermedio. El motor de combustión puede funcionar como generador, cargando las baterías.

Las versiones modernas, como la Toyota Hybrid Synergy Drive, cuentan con un segundo motor/generador eléctrico conectado al engranaje planetario. En combinación con el motor/generador de tracción y el dispositivo de reparto de potencia, esto proporciona una transmisión continuamente variable.

En carretera abierta, la principal fuente de energía es el motor de combustión interna. Cuando se requiere la máxima potencia, por ejemplo, para adelantar, se utiliza el motor eléctrico de tracción como apoyo. Esto aumenta la potencia disponible durante un breve periodo, dando la impresión de tener un motor más grande del que realmente está instalado. En la mayoría de los casos, el motor de combustión se apaga cuando el vehículo circula a baja velocidad o está parado, reduciendo así las emisiones contaminantes.

Las instalaciones en turismos incluyen los modelos Toyota Prius , Ford Escape y Fusion, así como los Lexus RX 400h, RX450h, GS450h, LS600h y CT200h.

Un vehículo híbrido en serie se impulsa mediante un motor eléctrico que funciona como tal mientras la batería proporciona suficiente energía, y un motor de combustión que actúa como generador cuando la batería no tiene suficiente autonomía. Normalmente no existe conexión mecánica entre el motor y las ruedas, y la función principal del extensor de autonomía es cargar la batería. Los híbridos en serie también se conocen como vehículos eléctricos de autonomía extendida (EREV/REEV/EVER).

El BMW i3 con extensor de autonomía es un híbrido en serie de producción en serie. Funciona como vehículo eléctrico hasta que la batería se descarga, momento en el que activa un generador accionado por el motor para mantener la potencia. También está disponible sin extensor de autonomía. El Fisker Karma fue el primer vehículo híbrido en serie de producción en serie.

Al describir los automóviles, la batería de un híbrido en serie generalmente se carga al enchufarlo; sin embargo, un híbrido en serie también puede permitir que la batería actúe únicamente como reserva (y para fines de regeneración), y que la potencia del motor eléctrico sea suministrada constantemente por un motor auxiliar. Las configuraciones en serie han sido comunes en locomotoras diésel-eléctricas y barcos. Ferdinand Porsche inventó esta configuración en los autos de carreras que batieron récords de velocidad a principios del siglo XX, como el Lohner-Porsche Mixte Hybrid . Porsche denominó a su configuración "System Mixt" y se trataba de un diseño de motor en el cubo de la rueda , donde cada una de las dos ruedas delanteras era impulsada por un motor independiente. Esta configuración a veces se denominaba transmisión eléctrica , ya que el generador eléctrico y el motor de tracción reemplazaban una transmisión mecánica. El vehículo no podía moverse a menos que el motor de combustión interna estuviera en funcionamiento.

En 1997, Toyota lanzó el primer autobús híbrido en serie vendido en Japón. ^{[ 61 ]} GM presentó el híbrido enchufable en serie Chevrolet Volt en 2010, con el objetivo de alcanzar una autonomía totalmente eléctrica de 40 millas (64 km) , ^{[ 62 ]} aunque este automóvil también tiene una conexión mecánica entre el motor y la transmisión. ^{[ 63 ]} AFS Trinity ha utilizado supercondensadores combinados con un banco de baterías de iones de litio en un vehículo SUV Saturn Vue modificado. Utilizando supercondensadores , afirman alcanzar hasta 150 mpg en una configuración híbrida en serie. ^{[ 64 ]}  

El Nissan Note e-power es un ejemplo de tecnología híbrida en serie desde 2016 en Japón.

Otro subtipo de vehículos híbridos es el vehículo eléctrico híbrido enchufable . El híbrido enchufable suele ser un híbrido convencional de combustible y electricidad (en paralelo o en serie) con mayor capacidad de almacenamiento de energía, generalmente mediante una batería de iones de litio , que permite al vehículo circular en modo totalmente eléctrico durante una distancia que depende del tamaño de la batería y su configuración mecánica (en serie o en paralelo). Puede conectarse a la red eléctrica al final del trayecto para evitar la carga mediante el motor de combustión interna. ^{[ 65 ] [ 66 ]}

Este concepto resulta atractivo para quienes buscan minimizar las emisiones en carretera evitando —o al menos reduciendo al mínimo— el uso de motores de combustión interna durante la conducción diaria. Al igual que con los vehículos eléctricos puros, el ahorro total de emisiones, por ejemplo en términos _de CO₂ , depende de la fuente de energía de la compañía eléctrica.

Para algunos usuarios, este tipo de vehículo también puede resultar atractivo económicamente, siempre y cuando la energía eléctrica utilizada sea más barata que la gasolina o el diésel que habrían consumido de otro modo. Los sistemas tributarios actuales en muchos países europeos utilizan los impuestos sobre los petróleos como principal fuente de ingresos. Este no suele ser el caso de la electricidad, que se grava de forma uniforme para el cliente doméstico, independientemente de su consumo. Algunos proveedores de electricidad también ofrecen precios especiales para los usuarios nocturnos en horas valle, lo que puede aumentar aún más el atractivo de la opción híbrida enchufable para quienes se desplazan a diario al trabajo y para los conductores urbanos.

Un informe de la Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en Carreteras (NHTSA) de 2009 examinó los accidentes de vehículos eléctricos híbridos (VEH) en Estados Unidos que involucraron a peatones y ciclistas, y los comparó con los accidentes que involucraron vehículos con motor de combustión interna (VCI). Los hallazgos mostraron que, en ciertas situaciones de la carretera, los VEH son más peligrosos para los peatones y ciclistas. En accidentes donde un vehículo estaba reduciendo la velocidad o deteniéndose, retrocediendo, entrando o saliendo de un espacio de estacionamiento (cuando la diferencia de sonido entre los VEH y los VCI es más pronunciada), los VEH tenían el doble de probabilidades de verse involucrados en un atropello que los VCI. En los atropellos que involucraron a ciclistas o peatones, hubo una tasa de incidentes más alta para los VEH que para los VCI cuando un vehículo estaba girando en una esquina. Sin embargo, no hubo una diferencia estadísticamente significativa entre los tipos de vehículos cuando circulaban en línea recta. ^{[ 67 ]}

Varios fabricantes de automóviles desarrollaron sonidos de advertencia para vehículos eléctricos diseñados para alertar a los peatones sobre la presencia de vehículos de propulsión eléctrica, como vehículos eléctricos híbridos, vehículos eléctricos híbridos enchufables y vehículos totalmente eléctricos (VE) que circulan a baja velocidad. Su propósito es que los peatones, ciclistas, personas ciegas y otros sean conscientes de la presencia del vehículo cuando opera en modo totalmente eléctrico . ^{[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] [ 71 ]}

Entre los vehículos del mercado que cuentan con este tipo de dispositivos de seguridad se incluyen el Nissan Leaf , el Chevrolet Volt , el Fisker Karma , el Honda FCX Clarity , el Nissan Fuga Hybrid/Infiniti M35 , el Hyundai ix35 FCEV , el Hyundai Sonata Hybrid , el Honda Fit EV de 2012 , el Toyota Camry Hybrid de 2012 , el Lexus CT200h de 2012 y toda la familia de automóviles Prius .

El vehículo híbrido generalmente logra una mayor eficiencia de combustible y menores emisiones que los vehículos convencionales con motor de combustión interna (ICEV), lo que resulta en una menor generación de emisiones. Estos ahorros se logran principalmente mediante tres elementos de un diseño híbrido típico:

1. Al depender tanto del motor de combustión como de los motores eléctricos para cubrir las necesidades de máxima potencia, se opta por un motor de menor tamaño, más adecuado para un uso promedio que para picos de potencia. Un motor más pequeño puede tener menores pérdidas internas y menor peso.
2. Disponer de una importante capacidad de almacenamiento en la batería para guardar y reutilizar la energía recuperada, especialmente en el tráfico intermitente típico del ciclo de conducción urbano .
3. Recuperar cantidades significativas de energía durante el frenado que normalmente se desperdician en forma de calor. Este frenado regenerativo reduce la velocidad del vehículo al convertir parte de su energía cinética en electricidad, dependiendo de la potencia nominal del motor/generador;

Otras técnicas que no son necesariamente características "híbridas", pero que se encuentran con frecuencia en los vehículos híbridos, incluyen:

1. Utilizar motores de ciclo Atkinson en lugar de motores de ciclo Otto para mejorar el consumo de combustible.
2. Apagar el motor durante las paradas de tráfico, al circular por inercia o durante otros períodos de inactividad.
3. Mejorar la aerodinámica (parte del problema del alto consumo de combustible de los SUV radica en la resistencia aerodinámica. Un automóvil o camioneta con forma de caja debe ejercer mayor fuerza para desplazarse por el aire, lo que aumenta el esfuerzo del motor). Mejorar la forma y la aerodinámica de un automóvil es una buena manera de optimizar el consumo de combustible y, al mismo tiempo, mejorar la maniobrabilidad .
4. Utilizar neumáticos de baja resistencia a la rodadura (los neumáticos solían diseñarse para ofrecer una conducción suave y silenciosa, un buen agarre, etc., pero la eficiencia era una prioridad menor). Los neumáticos generan resistencia mecánica , lo que obliga al motor a trabajar más y, por consiguiente, a consumir más combustible. Los coches híbridos pueden usar neumáticos especiales con mayor presión que los neumáticos convencionales y más rígidos, o bien, gracias a la estructura de la carcasa y al compuesto de caucho, presentan una menor resistencia a la rodadura manteniendo un agarre aceptable, mejorando así el consumo de combustible independientemente de la fuente de energía.
5. Al alimentar eléctricamente el aire acondicionado, la dirección asistida y otras bombas auxiliares según sea necesario, se reducen las pérdidas mecánicas en comparación con el accionamiento continuo mediante las correas de motor tradicionales.

Estas características hacen que un vehículo híbrido sea especialmente eficiente para el tráfico urbano, donde se producen paradas frecuentes, periodos de inercia y ralentí. Además, se reducen las emisiones de ruido , sobre todo al ralentí y a bajas velocidades, en comparación con los vehículos con motor convencional. Para el uso continuo a alta velocidad en autopista, estas características resultan mucho menos útiles para la reducción de emisiones.

Las emisiones de los vehículos híbridos actuales se acercan o incluso superan el nivel recomendado por la EPA (Agencia de Protección Ambiental). Los niveles recomendados para un vehículo de pasajeros típico equivalen a 5,5 toneladas métricas de CO₂ . Los tres vehículos híbridos más populares, el Honda Civic , el Honda Insight y el Toyota Prius , elevan aún más los estándares al producir 4,1, 3,5 y 3,5 toneladas, _{respectivamente} , lo que demuestra una mejora significativa en las emisiones de dióxido de carbono. Los vehículos híbridos pueden reducir las emisiones atmosféricas de contaminantes que forman el smog hasta en un 90 % y disminuir las emisiones de dióxido de carbono a la mitad. ^{[ 72 ]}

Se necesita un aumento en el consumo de combustibles fósiles para fabricar vehículos híbridos en comparación con los automóviles convencionales. Este aumento se compensa con creces con la reducción de emisiones durante el funcionamiento del vehículo. ^{[ 73 ]}

_{Las emisiones de} CO₂ de los vehículos híbridos se han subestimado al comparar los ciclos de certificación con la conducción en condiciones reales. En un estudio que utilizó datos de conducción reales, se demostró que utilizan, en promedio, 120 _g de CO₂ por km en lugar de los 44 g por km de las pruebas oficiales. ^{[ 74 ]}  

Toyota afirma que tres vehículos híbridos equivalen a un vehículo eléctrico de batería en cuanto al efecto de reducción de CO₂ desde _el punto de vista de la neutralidad de carbono , lo que significa reducir las emisiones _de CO₂ a cero a lo largo de todo el ciclo de vida de un producto, desde la adquisición de materias primas, la fabricación y el transporte hasta el uso, el reciclaje y la eliminación. ^{[ 75 ]}

Aunque los coches híbridos consumen menos combustible que los coches convencionales, sigue existiendo un problema con respecto al daño ambiental de la batería del coche híbrido. ^{[ 76 ] [ 77 ]} Hoy en día, la mayoría de las baterías de los coches híbridos son de iones de litio , que tienen una mayor densidad de energía que las baterías de níquel-metal hidruro y son más respetuosas con el medio ambiente que las baterías de plomo, que constituyen la mayor parte de las baterías de arranque de los coches de gasolina actuales. ^{[ 78 ]}

Existen muchos tipos de baterías. Algunas son mucho más tóxicas que otras. Las de iones de litio son las menos tóxicas de las mencionadas anteriormente. ^{[ 79 ]}

Según una fuente, los niveles de toxicidad y el impacto ambiental de las baterías de níquel-metal hidruro (NiMH), del tipo utilizado anteriormente en vehículos híbridos, son mucho menores que los de baterías como las de plomo-ácido o níquel-cadmio. ^{[ 80 ]} Otra fuente afirma que las baterías de níquel-metal hidruro son mucho más tóxicas que las de plomo, y que su reciclaje y eliminación segura son difíciles. ^{[ 81 ]} En general, varios compuestos de níquel solubles e insolubles, como el cloruro de níquel y el óxido de níquel, tienen efectos carcinogénicos conocidos en embriones de pollo y ratas. ^{[ 82 ] [ 83 ] [ 84 ]} El principal compuesto de níquel en las baterías NiMH es el oxihidróxido de níquel (NiOOH), que se utiliza como electrodo positivo. Sin embargo, las baterías de níquel-metal hidruro han caído en desuso en los vehículos híbridos a medida que las diversas químicas de iones de litio se han vuelto más maduras en el mercado.

La batería de iones de litio se ha convertido en líder del mercado en este segmento debido a su alta densidad de energía, estabilidad y costo en comparación con otras tecnologías. ^{[ 85 ]} Un líder del mercado en esta área es Panasonic con su asociación con Tesla . ^{[ 86 ] [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]}

Las baterías de iones de litio son atractivas porque tienen la mayor densidad de energía de todas las baterías recargables y pueden producir un voltaje más de tres veces superior al de una celda de batería de níquel-metal hidruro, a la vez que almacenan grandes cantidades de electricidad. ^{[ 78 ]} Estas baterías también producen una mayor potencia (aumentando la potencia del vehículo), una mayor eficiencia (evitando el uso ineficiente de electricidad) y una excelente durabilidad, ya que la vida útil de la batería es prácticamente equivalente a la del vehículo. ^{[ 90 ]} Además, el uso de baterías de iones de litio reduce el peso total del vehículo y también logra una mejora en el consumo de combustible del 30 % en comparación con los vehículos que utilizan gasolina, con la consiguiente reducción de las emisiones de CO₂ _, lo que ayuda a prevenir el calentamiento global. ^{[ 91 ]}

Las baterías de iones de litio también son más seguras para reciclar, y el Grupo Volkswagen es pionero en los procesos de reciclaje de baterías de iones de litio; ^{[ 92 ]} esto también lo están siguiendo otras grandes empresas, como BMW , ^{[ 93 ]} Audi , ^{[ 94 ]} Mercedes-Benz ^{[ 95 ]} y Tesla . ^{[ 96 ]} El objetivo principal de muchas de estas empresas es combatir la desinformación sobre la naturaleza de las baterías de litio, principalmente la idea de que no son reciclables, que proviene principalmente de artículos que discuten las dificultades del reciclaje. ^{[ 97 ] [ 98 ] [ 99 ]}

Hay dos niveles diferentes de carga en los híbridos enchufables. La carga de nivel uno es el método más lento ya que utiliza una  toma de tierra monofásica de 120 V/15 A. El nivel dos es un método más rápido; el equipo de nivel 2 existente ofrece carga desde 208  V o 240  V (a hasta 80 A, 19,2  kW). Puede requerir equipo dedicado e instalación de conexión para unidades domésticas o públicas. ^{[ 100 ]} La ventana de carga óptima para baterías de iones de litio es de 3 a 4,2 V. La recarga con una toma de corriente doméstica de 120 voltios tarda varias horas, un cargador de 240 voltios tarda de 1 a 4 horas, y una carga rápida tarda aproximadamente 30 minutos para alcanzar el 80 % de carga. Tres factores importantes: distancia de carga, costo de carga y tiempo de carga ^{[ 101 ]} Para que los híbridos funcionen con energía eléctrica, el automóvil debe realizar la acción de frenado para generar algo de electricidad. La electricidad luego se descarga de manera más efectiva cuando el automóvil acelera o sube una pendiente. En 2014, las baterías de los coches eléctricos híbridos podían funcionar exclusivamente con electricidad durante 70-130 millas (110-210 km) con una sola carga. La capacidad de la batería híbrida oscila actualmente entre 4,4 kWh y 85 kWh en un coche totalmente eléctrico. En un coche híbrido, los paquetes de baterías oscilan actualmente entre 0,6 kWh y 2,4 kWh, lo que representa una gran diferencia en el consumo de electricidad en los coches híbridos. ^{[ 102 ]}     

Se prevé un aumento en los costos de muchos materiales raros utilizados en la fabricación de automóviles híbridos. ^{[ 103 ]} Por ejemplo, el elemento de tierras raras disprosio es necesario para fabricar muchos de los motores eléctricos avanzados y sistemas de baterías en los sistemas de propulsión híbrida. ^{[ 103 ] [ 104 ]} El neodimio es otro metal de tierras raras que es un ingrediente crucial en los imanes de alta resistencia que se encuentran en los motores eléctricos de imanes permanentes. ^{[ 105 ]}

Casi todos los elementos de tierras raras del mundo provienen de China, ^{[ 106 ]} y muchos analistas creen que un aumento general en la fabricación de productos electrónicos chinos consumirá todo este suministro para 2012. ^{[ 103 ]} Además, las cuotas de exportación de elementos de tierras raras chinos han dado como resultado una cantidad desconocida de suministro. ^{[ 104 ] [ 107 ]}

Algunas fuentes no chinas, como el avanzado proyecto del lago Hoidas en el norte de Canadá y el monte Weld en Australia, se encuentran actualmente en desarrollo; ^{[ 107 ]} sin embargo, las barreras de entrada son altas ^{[ 108 ]} y requieren años para ponerse en marcha.

Los fabricantes de automóviles invierten alrededor de 8 millones de dólares estadounidenses al año en la comercialización de vehículos híbridos. Gracias al esfuerzo conjunto de muchas compañías automovilísticas, la industria de los vehículos híbridos ha vendido millones de ellos.

Empresas de automóviles híbridos como Toyota, Honda, Ford y BMW se han unido para crear un movimiento de venta de vehículos híbridos impulsado por grupos de presión en Washington para reducir las emisiones mundiales y depender menos del consumo de petróleo.

En 2005, las ventas superaron los 200.000 híbridos, pero en retrospectiva eso solo redujo el uso global de gasolina en 200.000 galones por día, una pequeña fracción de los 360 millones de galones que se usan por día. Según Bradley Berman, autor de Driving Change—One Hybrid at a time , "la fría economía muestra que en dólares reales, excepto por un breve pico en la década de 1970, los precios de la gasolina se han mantenido notablemente estables y baratos. El combustible sigue representando una pequeña parte del costo total de poseer y operar un vehículo personal". ^{[ 110 ]} Otras tácticas de marketing incluyen el lavado de imagen verde , que es la "apropiación injustificada de la virtud ambiental". ^{[ 111 ]} Temma Ehrenfeld explicó en un artículo de Newsweek. Los híbridos pueden ser más eficientes que muchos otros motores de gasolina en lo que respecta al consumo de gasolina, pero en lo que respecta a ser ecológicos y buenos para el medio ambiente es completamente inexacto.

Las empresas de automóviles híbridos tienen un largo camino por recorrer si realmente quieren ser ecológicas. Según Theodore Levitt, profesor de negocios de Harvard, para "gestionar productos" y "satisfacer las necesidades de los clientes", "es necesario adaptarse a las expectativas del consumidor y anticipar sus deseos futuros". ^{[ 112 ]} Esto significa que la gente compra lo que quiere; si quiere un coche de bajo consumo, compra un híbrido sin pensar en la eficiencia real del producto. Esta "miopía verde", como la llama Ottman, fracasa porque los profesionales del marketing se centran en la sostenibilidad del producto y no en su eficacia real.

Según investigadores y analistas, la gente se siente atraída por la nueva tecnología, así como por la comodidad de tener que repostar con menos frecuencia. Además, les resulta gratificante poseer un coche mejor, más nuevo, más llamativo y, supuestamente, más ecológico.

En 2019, el término híbrido autorrecargable se popularizó en la publicidad, aunque los vehículos denominados así no ofrecen ninguna funcionalidad diferente a la de un vehículo eléctrico híbrido estándar . El único efecto de autorrecarga se produce en la recuperación de energía mediante el frenado regenerativo, lo cual también se aplica a los híbridos enchufables , los vehículos eléctricos de pila de combustible y los vehículos eléctricos de batería. ^{[ 113 ]}

En enero de 2020, se prohibió el uso de este término en Noruega por publicidad engañosa de Toyota y Lexus . ^{[ 114 ]} «Nuestra afirmación se basa en el hecho de que los clientes nunca tienen que cargar la batería de su vehículo, ya que se recarga durante su uso. No hay intención de engañar a los clientes, al contrario: el objetivo es explicar claramente la diferencia con los vehículos híbridos enchufables».