Transmissões híbridas de veículos transmitem potência às rodas motrizes dos veículos híbridos. Um veículo híbrido tem múltiplas formas de força motriz.
Híbridos vêm em muitas configurações. Por exemplo, um híbrido pode receber sua energia queimando petróleo, mas alternar entre um motor elétrico e um motor a combustão.
Veículos elétricos têm uma longa história combinando combustão interna e transmissão elétrica – como em um trem de força diesel-elétrico -, embora eles tenham sido usados principalmente para locomotivas ferroviárias. Um powertrain diesel-elétrico falha a definição de híbrido porque a transmissão de passeio elétrica substitui diretamente a transmissão mecânica em lugar de ser uma fonte adicional de poder de motivo. Uma das formas mais antigas de veículo terrestre híbrido é o trólebus “trackless” dos anos 1930, que normalmente usava corrente de tração fornecida por fio. O trólebus era comumente equipado com um motor de combustão interna (ICE) para alimentar diretamente o barramento ou para gerar eletricidade de forma independente. Isso permitiu que o veículo manobrasse em torno de obstáculos e cabos de transmissão suspensos.
O powertrain inclui todos os componentes usados para transformar a energia potencial armazenada.Os powertrains podem usar produtos químicos, solares, nucleares ou cinéticos e torná-los úteis para a propulsão. O exemplo mais antigo é a galera que usava velas e remos. Um exemplo moderno comum é a bicicleta elétrica. Os veículos elétricos híbridos combinam uma bateria ou um supercapacitor suplementado por um ICE que pode recarregar as baterias ou alimentar o veículo.Outros powertrains híbridos usam volantes para armazenar energia.
Entre os diferentes tipos de veículos híbridos, apenas o tipo elétrico / ICE estava comercialmente disponível a partir de 2016. Uma variedade operou em paralelo para fornecer simultaneamente energia de ambos os motores. Outro operou em série com uma fonte fornecendo exclusivamente a energia e a segunda fornecendo eletricidade. Qualquer das fontes pode fornecer a força motriz primária, enquanto a outra aumenta o primário.
Outras combinações oferecem ganhos de eficiência de gerenciamento e regeneração de energia superiores, que são compensados pela despesa, complexidade e limitações da bateria. Os híbridos de combustão elétrica (CE) têm baterias com capacidade muito maior do que um veículo apenas de combustão. Um híbrido de combustão-elétrica tem baterias que são leves e oferecem maior densidade de energia, que são muito mais caras. Os ICEs requerem apenas uma bateria grande o suficiente para operar o sistema elétrico e acender o motor.
Tipos por design
Híbrido paralelo
Os sistemas híbridos paralelos possuem um motor de combustão interna e um motor elétrico que podem acionar individualmente o carro ou ambos acoplados em conjunto. Este é o sistema híbrido mais comum a partir de 2016.
Se eles estiverem unidos em um eixo (em paralelo), as velocidades nesse eixo devem ser idênticas e os torques fornecidos somam-se. (A maioria das bicicletas elétricas é deste tipo.) Quando apenas uma das duas fontes estiver em uso, a outra deve também girar (inativa), ser conectada por uma embreagem de uma direção ou roda livre.
Com carros, as duas fontes podem ser aplicadas ao mesmo eixo (por exemplo, com o motor elétrico conectado entre o motor e a transmissão), girando em velocidades iguais e os torques somando-se ao motor elétrico adicionando ou subtraindo torque ao sistema conforme necessário. (O Honda Insight usa esse sistema.)
Os híbridos paralelos podem ainda ser categorizados pelo equilíbrio entre os diferentes motores que estão fornecendo força motriz: o ICE pode ser dominante (engajar o motor elétrico apenas em circunstâncias específicas) ou vice-versa; enquanto em outros pode correr no sistema elétrico sozinho, mas porque os híbridos paralelos atuais são incapazes de fornecer modos somente elétricos ou de combustão interna, eles são freqüentemente classificados como híbridos suaves (veja abaixo).
Híbridos paralelos dependem mais da frenagem regenerativa e o ICE também pode atuar como um gerador de recarga suplementar. Isso os torna mais eficientes em condições urbanas de “parada e partida”. Eles usam uma bateria menor do que outros híbridos. Os híbridos Insight, Civic e Accord da Honda são exemplos de produção de híbridos paralelos. O Caminhão Paralelo Híbrido da General Motors (PHT) e o BAS Hybrids, como os híbridos Saturn VUE e Aura Greenline e Chevrolet Malibu, também empregam uma arquitetura híbrida paralela.
Através do híbrido da estrada (TTR)
Um híbrido paralelo alternativo é o tipo ‘através da estrada’. Neste sistema, um sistema de transmissão convencional aciona um eixo, com um motor elétrico ou motores acionando outro. Este arranjo foi usado pelos primeiros trólebus “off track”. Na verdade, ele fornece um trem de força de backup completo. Nos motores modernos, as baterias podem ser recarregadas através de frenagem regenerativa ou carregando as rodas acionadas eletricamente durante o cruzeiro. Isso permite uma abordagem mais simples ao gerenciamento de energia. Esse layout também tem a vantagem de fornecer tração nas quatro rodas em algumas condições. (Um exemplo deste princípio é uma bicicleta equipada com um motor de cubo dianteiro, que auxilia a potência do pedal do ciclista na roda traseira.) Os veículos deste tipo incluem os concept cars Audi 100 Duo II, Subaru VIZIV e Peugeot 307 Hybrid HDi, Os veículos do Grupo PSA Peugeot 3008, Peugeot 508, 508 RXH e Citroën DS5 usam o sistema HYbrid4, o híbrido plug-in Volvo V60, o BMW Série 2 Active Tourer, o BMW i8 e a segunda geração do Honda NSX.
Híbrido da série
Os híbridos da série também são conhecidos como veículos elétricos de alcance estendido (EREV) ou veículos elétricos com extensão de alcance (REEV). (Os híbridos da série com características particulares são classificados como veículo elétrico de bateria com extensão estendida (BEVx) pela California Air Resources Board.)
A transmissão elétrica está disponível como alternativa às transmissões mecânicas convencionais desde 1903. Normalmente, as transmissões mecânicas impõem muitas penalidades, incluindo peso, volume, ruído, custo, complexidade e um dreno na potência do motor com cada troca de marchas, seja realizada manual ou automaticamente. Ao contrário dos ICEs, os motores elétricos não requerem transmissão.
Com efeito, toda a transmissão mecânica entre o ICE e as rodas é removida e substituída por um gerador elétrico, alguns cabos e controles, e motores elétricos de tração, com o benefício de que o ICE não esteja mais diretamente conectado à demanda.
Este é um arranjo híbrido em série e é comum em locomotivas e navios diesel-elétricos (o navio fluvial russo Vandal, lançado em 1903, foi o primeiro navio movido a diesel e diesel-elétrico do mundo) e Ferdinand Porsche usou com sucesso este arranjo em o início do século 20 em carros de corrida, incluindo o Lohner-Porsche Mixte Hybrid. A Porsche nomeou o sistema System Mixte, que tinha um arranjo de motor de cubo de roda, com um motor em cada uma das duas rodas dianteiras, estabelecendo recordes de velocidade.
Os argumentos de maior flexibilidade, maior eficiência e menos emissões no ponto de uso são alcançados em um sistema híbrido em série para veículos rodoviários quando uma bateria elétrica intermediária, atuando como um buffer de energia, fica entre o gerador elétrico e os motores de tração elétrica.
O ICE transforma um gerador e não está mecanicamente conectado às rodas motrizes. Isso isola o motor da demanda, permitindo que ele opere de forma consistente em sua velocidade mais eficiente. Como a energia motriz primária é gerada pela bateria, um gerador / motor menor pode ser instalado em comparação com um motor de acionamento direto convencional. Os motores de tração elétrica podem receber eletricidade da bateria ou diretamente do motor / gerador ou de ambos.Motores de tração freqüentemente são alimentados apenas pela bateria elétrica, que pode ser carregada de fontes externas, como a rede elétrica.
Isso permite que um veículo com um motor / gerador que só funciona quando necessário, como quando a bateria está esgotada, ou para carregar as baterias.
Motores elétricos de tração
Os motores elétricos são mais eficientes que os ICEs, com altas taxas de potência para peso fornecendo torque em uma ampla faixa de velocidade. ICEs são mais eficientes quando se gira a uma velocidade constante.
ICEs podem funcionar otimamente ao girar um gerador. Os sistemas híbridos em série oferecem uma aceleração mais suave, evitando mudanças de marcha. Híbridos em série incorporam:
Somente tração elétrica – usando somente motores elétricos para girar as rodas.
ICE – transforma apenas um gerador.
Gerador – transformado pelo ICE para gerar eletricidade e ligar o motor.
Bateria – buffer de energia.
Frenagem regenerativa – O motor de acionamento torna-se um gerador e recupera energia convertendo energia cinética em energia elétrica, diminuindo a velocidade do veículo e evitando perdas térmicas.
Além do que, além do mais:
Pode ser conectado à rede para recarregar a bateria.
Os supercapacitores auxiliam a bateria e recuperam a maior parte da energia da frenagem.
Em detalhe
O motor elétrico pode ser totalmente alimentado por eletricidade da bateria ou através do gerador ligado pelo ICE, ou ambos. Tal veículo conceitualmente se assemelha a uma locomotiva diesel-elétrica com a adição de uma bateria que pode alimentar o veículo sem executar o ICE e agindo como um tampão de energia que é usado para acelerar e alcançar maior velocidade; o gerador pode carregar simultaneamente a bateria e alimentar o motor elétrico que move o veículo.
Quando o veículo está parado, o ICE é desligado sem interrupção, enquanto a bateria fornece a energia necessária em repouso. Os veículos nos semáforos, ou no tráfego lento de parada e partida, não precisam queimar combustível quando parado ou se movendo lentamente, reduzindo as emissões.
Os híbridos em série podem ser equipados com um supercapacitor ou um volante para armazenar energia de frenagem regenerativa, o que pode melhorar a eficiência pela recuperação de energia perdida como calor através do sistema de frenagem. Como um híbrido em série não tem ligação mecânica entre o ICE e as rodas, o motor pode funcionar a uma taxa constante e eficiente independentemente da velocidade do veículo, alcançando maior eficiência (37%, em vez da média ICE de 20%) e em baixa ou velocidades mistas isso pode resultar em um aumento de ~ 50% na eficiência geral (19% contra 29%).
A Lotus ofereceu um projeto de motor / grupo gerador que opera em duas velocidades, dando 15 kW de energia elétrica a 1.500 rpm e 35 kW a 3.500 rpm através do gerador elétrico integrado, usado no conceito da Nissan Infiniti Emerg-e.
Esse perfil de operação permite um maior escopo para projetos de motores alternativos, como uma microturbina, um motor de ciclo Atkinson rotativo ou um motor de combustão linear.
O ICE é comparado ao motor elétrico comparando as taxas de saída na velocidade de cruzeiro.Geralmente, as taxas de saída para motores de combustão são fornecidas para taxas de saída instantâneas (pico), mas na prática elas não podem ser usadas.
O uso de um motor elétrico acionando uma roda elimina diretamente os elementos convencionais de transmissão mecânica: caixa de câmbio, eixos de transmissão e diferencial, e às vezes pode eliminar acoplamentos flexíveis.
Em 1997, a Toyota lançou o primeiro ônibus híbrido em série vendido no Japão. A Designline International de Ashburton, Nova Zelândia, produz ônibus urbanos com um sistema híbrido em série com microturbinas. A Wrightbus produz ônibus híbridos em série, incluindo o Gemini 2 e o New Routemaster. Supercapacitores combinados com um banco de baterias de iões de lítio foram utilizados pela AFS Trinity num veículo Saturn Vue SUV convertido. Usando supercapacitores, eles reivindicam até 150 mpg em um arranjo híbrido em série.
Os modelos híbridos da série automotiva bem conhecidos incluem a variante do BMW i3 que é equipado com um extensor de alcance. Outro exemplo de um automóvel híbrido em série é o Fisker Karma. O Chevrolet Volt é quase um híbrido em série, mas também inclui um link mecânico do motor para as rodas acima de 70 mph.
Os híbridos da série foram ocupados pela indústria aeronáutica. O DA36 E-Star, uma aeronave projetada pela Siemens, pela Diamond Aircraft e pela EADS, emprega um trem de força híbrido em série com a hélice girada por um motor elétrico Siemens de 70 kW (94 hp). Uma unidade de redução da velocidade da hélice que consome energia é eliminada. O objetivo é reduzir o consumo de combustível e as emissões em até 25%. Um motor rotativo e gerador Austro Engine Wankel de 40 hp (30 kW) fornece a eletricidade.
O Wankel foi escolhido por causa de seu pequeno tamanho, baixo peso e grande relação potência / peso. (Os motores Wankel também funcionam eficientemente a uma velocidade constante de aproximadamente 2.000 RPM, o que é adequado para a operação do gerador. Manter uma banda constante / estreita compensa muitas das desvantagens percebidas do motor Wankel em aplicações automotivas.)
O motor elétrico da hélice usa eletricidade armazenada em baterias, com os motores não operando, para decolar e subir, reduzindo as emissões sonoras. O powertrain reduz o peso do avião em 100 quilos em relação ao seu antecessor. O DA36 E-Star voou pela primeira vez em junho de 2013, tornando este o primeiro voo de um powertrain híbrido em série. A Diamond Aircraft afirma que a tecnologia é escalável para uma aeronave de 100 assentos.
Motores nas rodas
Se os motores estiverem ligados ao corpo do veículo, são necessários acoplamentos flexíveis, mas não se os motores de tração estiverem integrados nas rodas. Uma desvantagem é que a massa não suspensa aumenta e a capacidade de resposta da suspensão diminui, o que causa impacto e potencialmente segurança. No entanto, o impacto deve ser mínimo, pois os motores elétricos nos cubos das rodas, como o Hi-Pa Drive, podem ser muito pequenos e leves, com taxas de potência e peso excepcionalmente altas e os mecanismos de freio mais leves à medida que os motores das rodas freiam o veículo.
Vantagens de motores de rodas individuais incluem controle de tração simplificado, tração nas quatro rodas se necessário e piso inferior (útil para ônibus e outros veículos especializados (alguns veículos militares 8×8 com tração nas quatro rodas usam motores de roda individuais) As locomotivas diesel-elétricas usaram este conceito (motores individuais acionando eixos de cada par de rodas) por 70 anos. [citação completa necessária]
Outras medidas incluem rodas de alumínio leve para reduzir a massa não suspensa do conjunto da roda; projetos de veículos podem ser otimizados para diminuir o centro de gravidade, localizando elementos mais pesados (incluindo bateria) ao nível do chão; Em um veículo rodoviário típico, a configuração de transmissão de potência pode ser menor e mais leve do que a configuração convencional de transmissão de potência mecânica equivalente, liberando espaço; o grupo gerador de combustão requer apenas cabos para os motores elétricos de acionamento, aumentando a flexibilidade no layout do componente principal em um veículo, proporcionando uma distribuição de peso superior e maximizando o espaço da cabine do veículo e abrindo a possibilidade de projetos de veículos superiores que exploram essa flexibilidade.
Híbrido Power-split ou série-paralelo
Híbrido Power-split ou híbrido série-paralelo são híbridos paralelos que incorporam dispositivos de divisão de energia, permitindo caminhos de energia do ICE para as rodas que podem ser mecânicas ou elétricas. O princípio principal é dissociar a energia fornecida pela fonte primária da energia exigida pelo motorista.
A saída de torque do ICE é mínima em RPMs mais baixas e os veículos convencionais aumentam o tamanho do motor para atender às exigências do mercado para uma aceleração inicial aceitável. O motor maior tem mais potência do que o necessário para cruzar. Os motores elétricos produzem torque total na parada e são adequados para complementar a deficiência de torque do ICE em baixas RPMs. Em um híbrido power-split, um motor menor, menos flexível e mais eficiente pode ser usado. O ciclo Otto convencional (maior densidade de potência, menor torque de RPM, menor eficiência de combustível) é frequentemente modificado para um ciclo Atkinson ou ciclo Miller (menor densidade de potência, menor torque de rpm, maior eficiência de combustível; às vezes chamado Atkinson-Miller ciclo). O motor menor, que utiliza um ciclo mais eficiente e geralmente opera na região favorável do mapa de consumo de combustível específico do freio, contribui significativamente para a maior eficiência geral do veículo.
Variações interessantes do design simples (foto à direita) encontradas, por exemplo, no conhecido Toyota Prius são:
Engrenagem planetária de engrenagem fixa segundo o Lexus RX400h e o Toyota Highlander Hybrid. Isso permite um motor com menos torque, mas maior potência (e maior velocidade rotativa máxima), ou seja, maior densidade de potência
Engrenagem planetária tipo Ravigneaux (engrenagem planetária com 4 eixos em vez de 3) e duas embreagens usadas no Lexus GS450h. Comutando as embreagens, a relação de transmissão do MG2 (o motor de tração) para o eixo da roda é comutada, seja para maior torque ou maior velocidade (até 250 km / h / 155 mph) enquanto mantém uma melhor eficiência de transmissão. Isso é efetivamente realizado nos HSDs Prius da Geração 3 (Prius v, Prius Plug-in e Prius c), embora o Generation 3 HSD tenha esse segundo conjunto de engrenagens planetárias fixado em 2,5: 1, em vez de alternar entre 1: 1 e 2,5: 1 como a “transportadora” é mantida fixa.
Dois conjuntos de engrenagens planetárias adicionais em combinação com quatro embreagens para criar uma configuração híbrida de dois modos capaz de operar em elétrico, misturado elétrico e ICE, ou ICE sozinho com quatro engrenagens fixas. Exemplos de híbridos de dois modos incluem os caminhões e SUVs híbridos de dois modos híbridos da General Motors, o BMW X6 ActiveHybrid e o híbrido Mercedes ML 450.
Tipos por grau de hibridização
Tipo Sistema start-stop Frenagem regenerativa
Impulso elétrico Modo de esgotamento de carga Recarregável
Micro híbrido sim Não Não Não
Híbrido suave sim sim Não Não
Híbrido completo sim sim sim Não
Híbrido de plug-in sim sim sim sim
Micro híbridos
Micro híbrido é um termo geral dado a veículos que usam algum tipo de sistema start-stop para desligar automaticamente o motor quando em marcha lenta. Estritamente falando, os micro híbridos não são veículos híbridos reais, porque não dependem de duas fontes diferentes de energia.
Híbridos suaves
Os híbridos leves são essencialmente veículos convencionais com algum hardware híbrido, mas com recursos híbridos limitados. Normalmente, eles são um híbrido paralelo com start-stop apenas ou possivelmente com níveis modestos de assistência do motor ou frenagem regenerativa. Híbridos leves geralmente não podem fornecer propulsão totalmente elétrica.
Híbridos leves como o Hybrid Truck paralelo (PHT) 2004-07 da General Motors e os híbridos Eco-Assist da Honda estão equipados com um motor elétrico trifásico montado dentro da carcaça do sino entre o motor e a transmissão, permitindo que o motor seja desligado. sempre que o caminhão estiver parando, freando ou parando, mas reinicie rapidamente para fornecer energia. Os acessórios podem continuar a funcionar com energia elétrica enquanto o motor está desligado e, como em outros projetos híbridos, a frenagem regenerativa recaptura a energia. O grande motor elétrico gira o motor para velocidades de operação antes de injetar combustível.
O Chevrolet Silverado PHT 2004-2007 era uma picape de tamanho normal. A Chevrolet conseguiu uma melhoria de 10% na eficiência desligando e reiniciando o motor sob demanda e usando a frenagem regenerativa. A energia elétrica foi usada apenas para acionar acessórios como direção hidráulica. O GM PHT usava um sistema de 42 volts através de três baterias de chumbo-ácido de 12 volts conectadas em série (36V no total) para fornecer a energia necessária para o motor de inicialização, bem como para alimentar os acessórios eletrônicos.
A General Motors então introduziu seu sistema BAS Hybrid, outra implementação híbrida moderada oficialmente lançada no Saturn Vue Green Line 2007. Sua funcionalidade “start-stop” opera de forma semelhante ao Silverado, embora por meio de uma conexão com a unidade do motor / gerador. No entanto, o Sistema Híbrido GM BAS também pode fornecer assistência modesta sob aceleração e durante a condução constante e captura energia durante a frenagem regenerativa (misturada). O BAS Hybrid oferece uma melhoria de 27% na eficiência combinada de combustível nos testes da EPA do Saturn VUE 2009. O sistema também pode ser encontrado no Saturn Aura 2008-09 e nos híbridos Chevrolet Malibu 2008-2010.
Outra maneira de oferecer partida / parada é empregando um motor de partida estática. Tal motor não requer nenhum motor de partida, mas emprega sensores para determinar a posição exata de cada pistão, então cronometrando precisamente a injeção e a ignição do combustível para virar o motor.
Os híbridos leves são às vezes chamados de híbridos Power Assist, pois usam o ICE para alimentação primária, com um motor elétrico impulsionador de torque conectado a um trem de força convencional. O motor elétrico é montado entre o motor e a transmissão. É essencialmente um grande motor de partida que opera quando o motor precisa ser virado e quando o motorista “pisa no acelerador” e requer energia extra. O motor elétrico também pode reiniciar o motor de combustão e desligar o motor principal em marcha lenta, enquanto o sistema de bateria aprimorado é usado para alimentar os acessórios.
A Ford apelidou os híbridos da Honda de “suaves” em sua propaganda para o Escape Hybrid, argumentando que o design híbrido completo do Escape é mais eficiente.
Híbridos completos
Um híbrido completo, às vezes também chamado de híbrido forte, é um veículo que pode funcionar apenas com o motor, as baterias ou uma combinação. O Toyota Prius, híbrido Toyota Camry, híbrido Ford Escape Hybrid / Mercury Mariner, híbrido Ford Fusion Hybrid / Lincoln MKZ híbrido / Mercury Milan, híbrido Ford C-Max, Kia Optima Hybrid, bem como os caminhões híbridos de 2 modos General Motors e SUVs, são exemplos desse tipo de hibridização, pois eles podem operar apenas com energia da bateria. Uma bateria grande e de alta capacidade fornece operação apenas com bateria. Esses veículos têm um caminho de energia dividido que permite mais flexibilidade no sistema de transmissão ao interconectar energia mecânica e elétrica. Para equilibrar as forças de cada parte, os veículos usam uma ligação de estilo diferencial entre o motor e o motor conectado à extremidade da cabeça da transmissão.
O nome da marca Toyota para esta tecnologia é o Hybrid Synergy Drive, que é usado no Prius, no Highlander Hybrid SUV e no Camry Hybrid. Um computador supervisiona a operação do sistema, determinando como misturar as fontes de energia. As operações do Prius podem ser divididas em seis regimes distintos.
Modo de veículo elétrico — O ICE está desligado e a bateria alimenta o motor (ou carrega durante a frenagem regenerativa). Usado para marcha lenta quando o estado de carga da bateria (SOC) estiver alto.
Modo de cruzeiro – O veículo está em cruzeiro (ou seja, não está acelerando), e o ICE pode atender à demanda. A potência do motor é dividida entre o caminho mecânico e o gerador. A bateria também alimenta o motor, cuja potência é somada mecanicamente ao motor. Se o estado da bateria estiver baixo, parte da energia do gerador carregará a bateria.
Modo Overdrive – Uma parte da energia rotacional produz eletricidade, porque a potência total do ICE não é necessária para manter a velocidade. Essa energia elétrica é usada para acionar a engrenagem solar na direção oposta à rotação usual. O resultado final tem a coroa girando mais rápido que o motor, embora com torque menor.
Modo de carga da bateria – Também usado para marcha lenta, exceto que, neste caso, o estado de carga da bateria é baixo e requer carga, que é fornecida pelo motor e pelo gerador.
Modo de aumento de potência – Empregado em situações em que o motor não consegue manter a velocidade desejada. A bateria alimenta o motor para complementar a potência do motor.
Modo de divisão negativa – O veículo está em movimento e o estado de carga da bateria é alto. A bateria fornece energia para o motor (para fornecer energia mecânica) e para o gerador. O gerador converte isso em energia mecânica que ele direciona para o eixo do motor, diminuindo a velocidade (embora não alterando sua saída de torque). O objetivo deste mecanismo “arrastar” é aumentar a economia de combustível do veículo.
Híbrido de plug-in
Um veículo elétrico híbrido plug-in (PHEV) tem duas características definidoras. Isto:
Pode ser conectado a uma tomada elétrica a ser carregada.
Pode viajar alimentado apenas pela bateria.
Eles são híbridos completos, capazes de funcionar com energia da bateria. Eles oferecem maior capacidade de bateria e capacidade de recarregar a partir da rede. Eles podem ser projetos paralelos ou em série. Eles também são chamados de híbridos a gás ou opcionais. Seu principal benefício é que eles podem ser independentes da gasolina para distâncias significativas, com o alcance estendido de um ICE para viagens mais longas. A pesquisa do Electric Power Research Institute descobriu um custo total de propriedade mais baixo para os PHEVs, devido aos custos reduzidos do serviço e melhorando gradualmente a tecnologia da bateria. A eficiência e as emissões “bem-à-roda” dos PHEVs em comparação aos híbridos de gasolina dependem das fontes de energia da rede (a rede dos EUA é 30% de carvão; a rede da Califórnia é principalmente gás natural, energia hidroelétrica e energia eólica).
Protótipos de PHEVs, com baterias maiores que podem ser recarregadas da rede elétrica, foram construídos nos EUA, especialmente no Centro Híbrido de Andy Frank, na Universidade da Califórnia, em Davis. Uma produção PHEV, o Renault Kangoo, começou a ser vendido na França em 2003. A DaimlerChrysler construiu PHEVs baseados na van Mercedes-Benz Sprinter.Caminhões leves são oferecidos pela Micro-Vett SPA, o chamado Daily Bimodale.
Tipos por fonte de energia
Híbrido motor elétrico-interno de combustão
Há muitas maneiras de criar um híbrido elétrico-de combustão interna (ICE). A variedade de projetos de ICE elétrico pode ser diferenciada pelo modo como as partes elétrica e de combustão do trem de força se conectam, em que horas cada parte está em operação e qual porcentagem da energia é fornecida por cada componente híbrido. Duas categorias principais são híbridos em série e híbridos paralelos, embora projetos paralelos sejam mais comuns hoje em dia.
A maioria dos híbridos, não importa o tipo específico, usa frenagem regenerativa para recuperar energia ao desacelerar o veículo. Isso envolve simplesmente a condução de um motor para que ele atue como um gerador.
Muitos projetos também desligam o motor de combustão interna quando não são necessários para economizar energia. Esse conceito não é exclusivo dos híbridos; A Subaru foi pioneira nessa característica no início dos anos 80, e o Volkswagen Lupo 3L é um exemplo de um veículo convencional que desliga o motor quando está parado. Algumas disposições devem ser feitas, no entanto, para acessórios como ar condicionado que são normalmente acionados pelo motor. Além disso, os sistemas de lubrificação dos motores de combustão interna são inerentemente menos eficazes imediatamente após o arranque do motor; uma vez que é durante a partida que ocorre a maioria do desgaste do motor, a partida e parada frequentes de tais sistemas reduzem consideravelmente a vida útil do motor. [Duvidoso – discuta] Além disso, os ciclos de partida e parada podem reduzir a capacidade do motor de operar temperatura, reduzindo assim a eficiência do motor.
Híbrido de célula de combustível elétrico
Os veículos movidos a célula de combustível são freqüentemente equipados com uma bateria ou supercapacitor para fornecer potência máxima de aceleração e reduzir o tamanho e as restrições de energia na célula de combustível (e, portanto, seu custo); isso é efetivamente também uma configuração híbrida em série.
Híbrido motor-hidráulico de combustão interna
Um veículo híbrido hidráulico usa componentes hidráulicos e mecânicos em vez de elétricos. Uma bomba de deslocamento variável substitui o motor / gerador elétrico. Um acumulador hidráulico armazena energia. O navio normalmente carrega uma bexiga flexível de gás nitrogênio pressurizado pré-carregado. O fluido hidráulico bombeado é comprimido contra a bexiga, armazenando a energia no gás nitrogênio comprimido. Algumas versões têm um pistão em um cilindro em vez de uma bexiga pressurizada. O acumulador hidráulico é potencialmente mais barato e mais durável do que as baterias. A tecnologia híbrida hidráulica foi originalmente implementada na Alemanha na década de 1930. A Volvo Flygmotor usou experimentalmente híbridos petro-hidráulicos em ônibus no início dos anos 80.
O conceito inicial envolvia um volante gigante (veja Gyrobus) para armazenamento conectado a uma transmissão hidrostática. O sistema está em desenvolvimento pela Eaton e várias outras empresas, principalmente em veículos pesados, como ônibus, caminhões e veículos militares. Um exemplo é o caminhão-conceito Ford F-350 Mighty Tonka mostrado em 2002. Ele possui um sistema Eaton que pode acelerar o caminhão para as velocidades da estrada.
Os componentes do sistema eram caros, o que impedia a instalação em caminhões e carros menores. Uma desvantagem era que os motores de potência não eram suficientemente eficientes em carga parcial. O foco mudou para veículos menores. Uma empresa britânica fez um grande avanço ao introduzir um motor / bomba hidráulica controlada eletronicamente que é eficiente em todas as faixas e cargas, possibilitando pequenas aplicações de híbridos petro-hidráulicos. A empresa converteu um carro da BMW para provar a viabilidade. O BMW 530i deu o dobro do MPG na cidade de condução em comparação com o carro padrão. O teste usou o motor padrão de 3.000 cc. Os híbridos petro-hidráulicos permitem reduzir o tamanho do motor para um uso médio de energia, não para o pico de consumo de energia. A energia máxima é fornecida pela energia armazenada no acumulador.
A taxa de recuperação da energia de frenagem cinética é maior e, portanto, o sistema é mais eficiente do que os híbridos carregados com baterias da era de 2013, demonstrando um aumento de 60% a 70% na economia nos testes da EPA. Nos testes da EPA, um Ford Hydraulic híbrido hidráulico retornou 32 mpg-US (7,4 L / 100 km) em direção urbana e 22 mpg-EUA (11 L / 100 km) na rodovia.
O objetivo de uma empresa de pesquisa era criar um novo design para melhorar o empacotamento dos componentes híbridos gasolina-hidráulicos. Todos os componentes hidráulicos volumosos foram integrados no chassi. Um projeto afirmou atingir 130mpg em testes usando um grande acumulador hidráulico que também é o chassi estrutural. Os motores de acionamento hidráulico são incorporados nos cubos das rodas e revertidos para recuperar a energia de frenagem. O objetivo é 170 mpg em condições de condução médias. A energia criada pelos amortecedores e a energia de frenagem cinética que normalmente seria desperdiçada ajuda a carregar o acumulador. Um tamanho ICE para uso médio de energia carrega o acumulador. O acumulador é dimensionado para rodar o carro por 15 minutos quando totalmente carregado.
Motor de combustão interna-pneumático
O ar comprimido pode alimentar um carro híbrido com um compressor de gasolina para fornecer energia. A Motor Development International, na França, estava desenvolvendo esses carros movidos a ar. Uma equipe liderada por Tsu-Chin Tsao, professor de engenharia mecânica e aeroespacial da UCLA, colaborou com engenheiros da Ford para colocar em funcionamento a tecnologia híbrida pneumática. O sistema é semelhante ao de um veículo híbrido-elétrico em que a energia de frenagem é aproveitada e armazenada para auxiliar o motor conforme necessário durante a aceleração.
Poder humano-ambiental
Muitos veículos terrestres e aquáticos usam energia humana combinada com uma fonte de energia adicional. Comuns são híbridos paralelos, por exemplo, um veleiro com remos, bicicletas motorizadas ou um veículo híbrido humano-elétrico como o Twike. Alguns híbridos de séries existem. Esses veículos podem ser veículos tribridados, combinando três fontes de energia, por exemplo, células solares integradas, baterias carregadas e pedais.
Opções de pós-venda
O powertrain Conmarket / aftermarket pode ser adicionado a um veículo.
A solução conmarket é usada quando o usuário entrega o parapente (chassi de rolamento) e o kit de motorização híbrido (dois motores) ou totalmente elétrico (somente um motor elétrico) para a montadora e recebe o veículo com a tecnologia instalada. Um powertrain (elétrico ou híbrido) pode ser adicionado a um planador por um instalador de aftermarket.
Em 2013, uma equipe de design da University of Central Florida, o On the Green, trabalhou para desenvolver um kit de conversão híbrido para transformar um modelo antigo em um híbrido gás-elétrico.
Uma conversão de um Mustang 1966 foi demonstrada por um engenheiro na Califórnia. O sistema substituiu o alternador por um motor elétrico sem escovas de 12 kW (30 kW de pico). Milhagem de gás e potência melhorada.