Híbrido Ligero Vs. Híbrido Enchufable

En la acelerada carrera hacia la electrificación total del parque automotor, existen actualmente dos tendencias intermedias entre motores térmicos (o de combustión) y los 100% eléctricos, ambos luchando por un mercado cada vez más activo y creciente: Los autos Híbridos enchufables (PHEV por sus siglas en inglés) y los Híbridos ligeros (o HEV). Sus diferencias, como veremos a continuación son más de fondo que de forma. De su buena comprensión depende que usted como posible comprador, tome una decisión informada y acorde con sus expectativas. Es por ello, decidimos inaugurar TurboPress, el nuevo portal de información del mundo automotor, con un interesante análisis de las dos tecnologías, documentadas con pruebas reales y cálculos de costos, lo más aterrizado posible con la realidad.

Estamos seguros que será de gran valor para nuestros exigentes lectores y seguidores. Comencemos:

Definiciones:

¿Qué es?

Automóvil Híbrido

Un auto híbrido es aquel que es impulsado por dos motores que pueden ser de distinta naturaleza: por ejemplo, un motor de combustión interna y uno (o hasta dos) de tipo eléctrico. 

Híbrido ligero (MHEV o HEV. En inglés Mild Hybrid Electric Vehicle ó simplemente Hybrid Electric Vehicle)

Llamamos híbrido ligero o híbrido simple a un auto que tiene motor eléctrico y motor de combustión (gasolina o diésel), pero que no tiene (y no necesita) enchufarse a una fuente de energía. La razón es que la energía eléctrica que los mueve es autogenerada por el motor de combustión. Su propósito es optimizar el uso de energía de acuerdo al momento: Usar el motor de combustión para los momentos de alta potencia y velocidad, y el motor eléctrico para ciertos momentos específicos en donde el motor de combustión sería ineficiente (léase “tragón”) de combustible. No tiene requerimientos de carga ni instalación eléctrica, ya que su fuente de energía son las regeneraciones de las frenadas y bajadas (recuperación) y cuando ellas no son suficientes usa el mismo motor de combustión como generador. Para ello usa un motor/generador o bien un generador, que pueden imaginar como un alternador más grande que el conocido.

Híbrido enchufable (PHEV. Plug-in Hybrid Electric Vehicle)

Un híbrido enchufable, más allá de lo obvio que indica su nombre, es un vehículo que consigue la energía eléctrica desde una fuente externa alternativa. Eso lo diferencia radicalmente de los primeros híbridos mencionados. Tiene igualmente dos motores, (térmico y eléctrico) pero no genera su propia electricidad, lo cual lejos de ser una desventaja es su principal ventaja, ya que no requiere un ineficiente y contaminante motor de combustión, y por el contrario, se nutre de una fuente externa, mucho menos costosa (como veremos) y totalmente limpia, al menos en lo que a su uso refiere.

Este tipo de vehículo puede usar los dos motores de manera alternativa (como los HEV) pero por tiempo prolongado y aún más interesante, de manera abiertamente aditiva, sumando potencia sin generar costos elevados (dado el origen externo de su fuente eléctrica).

Obviamente, para ello necesita una batería que almacene dicha energía, la cual está limitada en tamaño y peso por razones prácticas (de allí depende su autonomía).

¿Cómo funciona?

HEV

Un híbrido ligero, microhíbrido, o híbrido simple, utiliza un motor principal térmico (combustión gasolina o diésel) y un motor eléctrico con una batería pequeña (generalmente de 48v). El propósito es que ambos motores alternan su funcionamiento, de manera tal que el eléctrico funciona en los momentos en los que el de gasolina desperdiciría mucha energía (baja carga, bajas velocidades), por otra parte, el térmico aprovecha los momentos de aceleración fuerte, máxima potencia y velocidad crucero (constante) particularmente alta (más de 40km/h aprox).

La carga del sistema eléctrico se genera de dos maneras:

1. Usando la energía sobrante cuando el motor de combustión tiene carga liviana.

2. Por regeneración, es decir, usando los momentos de frenado y desaceleración, conectando el generador a las ruedas y con la inercia de ellas el auto absorve la energía que se desperdicia en la fricción de los frenos para recargar su propia batería.

La aplicación de potencia es más alternativa que aditiva. Esto debido a que la única fuente de energía para ambos motores la da el motor de combustión.

Algunos fabricantes de modelos HEV estipulan una potencia total, asumiendo que se suma al menos una parte de la potencia. Pero hay que entender que la reserva de potencia eléctrica es pequeña y que su fuente es el mismo motor de combustión.

Por eso hace más sentido que la presenten como alternativa (una o la otra) y no aditiva que en cualquier caso no pasa de más del 20% de la disponible con solo el motor de combustión y que por lógica no podrá estar disponible sino por breves momentos.

PHEV

Utiliza dos motores perfectamente independientes y autónomos pero interconectados entre sí al mismo tren motríz. Generalmente el eléctrico siendo más compacto, está montado dentro del conjunto del embrague, en “sándwich” entre este y la transmisión (general y convenientemente automática). Cada motor tiene su fuente de energía. Tanque de gasolina + paquete de baterías (350v) comparten el espacio debajo del baúl o las sillas traseras.

La batería tiene un sistema de carga con un enchufe exterior, que se puede conectar a un cargador dedicado llamado “wallbox“ que permite carga semi-rápida (de acuerdo a la capacidad, aproximadamente 3 horas). También puede usar un cargador general para cualquier toma de 110-120v, pero estos toman mucho más tiempo. La autonomía eléctrica varía según el uso y el modelo, pero usualmente es alrededor de 40 a 60km.

El sistema puede funcionar de varias maneras:

1. 100% eléctrico.

2. Híbrido normal usando segun las condiciones uno de los dos motores o los dos sumando potencia.

3. Otro modo, limitando el uso de batería (en cuyo caso opera igual que un HEV) y en muchas ocasiones hay un cuarto modo deportivo, que según el caso de uso, puede sumar para potencia máxima, o incluso solo usar el motor térmico (algo que no tiene mucho sentido, pero se puede).

Por supuesto también cuenta con los sistemas de recuperación de energía en frenada y desaceleración como en los HEV e incluso en una carretera larga en bajada podría cargar teóricamente toda la batería en ese modo.

¿Para qué sirve o cual es su beneficio?

HEV

Debido a que el origen de la energía eléctrica no es otro distinto al mismo del motor de combustión, es decir la gasolina o el diésel, (más las posibles recuperaciones) se presenta evidente que el beneficio principal de los híbridos ligeros es la optimización del consumo y emisiones de carburante, pero nunca su sustitución. Es además necesario mencionar que muchos fabricantes han visto HEV como un camino viable para cumplir las más exigentes normas de emisiones, a un costo relativamente bajo.

Todo lo anterior lo cumple de manera transparente de cara el usuario. Es decir, no tiene requerimientos especiales de infraestructura o equipos (como cargadores y wallbox), pero es que finalmente no es un vehículo que use energía alternativa, sino que optimiza el uso de una fuente tradicional. El porcentaje esperado de esas ganancias lo presentamos más adelante en este análisis.

PHEV

Una vez entendido el principio de operación de los híbridos enchufables queda claro que son autos para la transición. Su propuesta es que puedan ser usados en trayectos urbanos diariamente, en modo 90 a 100% eléctrico, porque supone que si su velocidad no supera los 110km/h, asi como una carga motor mayor al 60%, no necesita accionar el motor térmico. En ese sentido son automóviles de energía limpia, porque no producen ningún tipo de emisiones en ese modo. Su fuente de energía es mucho más económica porque, como lo veremos en el análisis, los costos de operación cambian radicalmente.

El objetivo principal de los PHEV es ser vehículos urbanos de “0” emisiones y bajísimos costos de operación.

La versatilidad del doble motor, les permite desplazarse sin las limitaciones de requerir una infraestructura adicional. Naturalmente asumiendo que se cargan en casa.

Además son ideales para versiones deportivas o semi-deportivas porque al acelerarce a fondo, pueden sumar casi la totalidad de su potencia individual de cada motor. Sacando el mejor provecho, por ejemplo del torque en bajas del motor eléctrico y la potencia y torque en altas del motor térmico.

 

¡TECNOLOGIAS HÍBRIDAS A LA PRUEBA!

Para el presente análisis se propuso inicialmente diferentes maneras de hacer comparaciones reales entre modelos de uno y otro tipo, incluyendo un vehículo tradicional con solo motor de combustión, pero dada la variedad de detalles en la tecnología de una y otra marca, las diferencias podían volverse subjetivas, además de prestarse a malinterpretaciones o sesgos. Entonces hicimos el análisis y estudio de datos de la siguiente manera que nos pareció mas objetiva:

Por su naturaleza, todo híbrido enchufable puede portarse como híbrido ligero (una vez agota la batería, genera su propia energía), pero ningún híbrido ligero puede comportarse como híbrido enchufable.

Por ello decidimos usar nuestro demo car recientemente adquirido, con el fin de tener un laboratorio más objetivo para este estudio:

BMW 330e (PHEV) 2.0T + elec de 292hp año 2021. stock 100% al momento de esta prueba.

Por sus modos de operación y opciones de configuración es posible forzar este 330e a operar desde 100% gasolina, a 100% eléctrico, con todo el abanico en la mitad: Modo híbrido ligero (sin precarga de batería), híbrido enchufable (con carga disponible en batería). De tal manera se definió el siguiente escenario de pruebas:

Trayecto urbano en Bogotá 11.5Km. Punto A – Punto B – Punto A. Usado en todas las pruebas. Tráfico mixto urbano, algunos tramos lentos, 5 semáforos. velocidad promedio 30km/h.

Como primera medida usaremos como base de referencia, el modo térmico (motor combustión a gasolina), sin activar motor eléctrico. En otras palabras, este sería el consumo del motor de nuestro auto referente si NO tuviera absolutamente ningún mecanismo o ayuda eléctrica:

Prueba 1: Modo Gasolina 100%

Resultados:

• Un promedio de 7.8 litros cada 100Km.

• Vemos que marca distancia en eléctrico 0Km y consumo neto 0 Kilovatios-hora en 100Km, lo cual confirma el NO uso de los sistemas eléctricos.

Para los que manejan la extraña medida usada en Colombia en que mezclamos unidades métricas con inglesas, Km/Gl, 7.8 l/100km significa 48Km/Galón. (para hacer la conversión divida ud. 378 en la cifra de km/100). Mas adelante veremos en el análisis de costos el impacto de las comparativas.

Esta será nuestra base de comparación, para medir los beneficios y ahorros causados por los sistemas híbridos.

Prueba 2: Modo HEV

Resultados:

• Distancia total 11.5Km, de los cuales 4.9km los hizo en modo eléctrico.

• La prueba de que la energía eléctrica fue auto-generada por el motor a gasolina o bien regenerada al frenar, es que el consumo eléctrico se mantiene en 0 Kilovatios-hora por 100km, porque el sistema de control se encargó de que todo lo consumido fuera debidamente regenerado.

• Consumo de gasolina en la prueba: 6.9l/100km. (54.7km/Gal). Esto significa (haciendo las matemáticas correctas) un ahorro en combustible respecto al modo gasolina (Prueba 1) de 11.5%. Podemos afirmar que las emisiones asociadas se reducen en similar proporción.

Prueba 3: Modo PHEV

Resultados:

• Distancia total 11.5Km. , 11.4Km de ellos en modo eléctrico, consumiendo 16.8Kilovatios hora por 100Km incluyendo las regeneraciones por frenadas y desaceleraciones (restándolas).

• No hay energía auto-generada por el motor a gasolina. Es decir, la fuente de energía eléctrica principal fue siempre la carga de la batería hecha en cargador wallbox antes de la prueba. Más adelante compararemos en la tabla de costos lo que esto representa.

• El motor de gasolina solo se encendió en una corta aceleración brusca, normal en la espontaneidad el tráfico urbano. Generó un consumo de gasolina de 0.2l/100km (sí, 1890Km/Gal).

No enfatizamos el ahorro en gasolina como porcentaje, porque puede verse que la operación fue 99% eléctrica. Cualquier ahorro debe proyectarse entonces en la parte económica a continuación.

Lo que sí podemos afirmar de manera destacada es que las emisiones totales (contaminantes o no) se redujeron en 99%.

Análisis económico de las pruebas

Para hacer el análisis económico tomamos primero las variables que nos deben interesar:

• El costo del galón (convertido a litro) en pesos colombianos, de gasolina Extra usada en la prueba (Terpel 98GT)

• El costo del Kwh (Kilovatio-hora) del sitio en donde enchufamos el cargador

• Los consumos de electricidad y combustible (Kwh/100km y l/100Km) promedios y efectivos para la distancia recorrida.

Haciendo los cálculos correctos, obtenemos:

1. El costo por cada Kilómetro recorrido, usando lo correspondiente de gasolina + electricidad.
2. El costo total para el trayecto o viaje de referencia.
3. Los porcentajes de ahorro en dinero en cada caso comparado a una referencia con solo gasolina, y su correspondiente reducción de emisiones.

Tenemos entonces:

Observamos que al trasponer en dinero el resultado de las pruebas, aparecen diferencias muy notorias a favor de los PHEV, que realmente cambian el juego, porque reducen el costo operativo o el gasto de movilidad de manera muy notoria, además de la reducción casi total de emisiones.

Si a eso le sumamos la facultad que tienen los enchufables de sumar la potencia de los dos motores casi de manera aritmética nos daremos cuenta que los híbridos enchufables son una especie de paraíso terrenal del automóvil en donde potencia y bajo consumo por primera vez van de la mano.

Por supuesto no debemos perder de vista que el objetivo último deben ser los autos 100% eléctricos… Pero falta tiempo y desarrollo.

Necesitamos que los tiempos de carga y los pesos de las baterías se reduzcan de manera importante, además de crecer toda la infraestructura de carga urbana y rural a un punto que por lo menos iguale el nivel de servicio de las gasolineras. Parece que estamos lejos de ese punto.

Así las cosas los autos híbridos, en particular los PHEV se convierten en el verdadero auto eléctrico usable, práctico en la actualidad (y por unos buenos años por venir).

Podemos pensar que su gran talón de Aquiles sea la autonomía eléctrica, de solo unos 40 o 50Km, pero si pensamos que su concepción de uso en este modo es netamente urbana, para que este fuera un limitante serio, tendríamos que hacer trayectos diarios de más de 50km y de manera frecuente, para que el uso del motor térmico consecuente cuando se acaba la batería, nos afectara las expectativas de manera importante… Además hay que tener en cuenta que cuando se acaba la batería no es como un auto de gasolina normal, sino se comporta como híbrido ligero. Recuperando y auto-generando.

Al final, todo depende de nuestra propia disciplina para cargar. Cada vez que salimos con el auto enchufable cargado, estamos cuidando el bolsillo. En otras palabras: no es obligatorio cargar, pero si muy conveniente para el bolsillo (y para el medio ambiente), como vimos en las tablas.

Otra objeción común es la instalación del cargador, que puede ser compleja o costosa de hacer especialmente en conjuntos y edificios. ¡Nuestra consejo sería: Haga el esfuerzo de la instalación. Tramite los permisos.Vale la pena!. Este tipo de instalaciones se está volviendo muy popular. No tiene complejidad ni misterio y cada vez los administradores en conjuntos y edificios están entendiendo la necesidad de tener garajes cableados y listos para este “futuro” que en realidad es más “presente”.

Por su parte los híbridos ligeros se plantean como una evolución tecnológica en la carrera permanente por reducir los consumos y las emisiones, pero es claro que no representan un “cambio de juego”, como quiera que no usan una fuente de energía alternativa, ecológica, externa y de bajo costo, sino el mismo combustible carburante, solo que esta vez optimizando su consumo con ayuda de tecnología eléctrica y electrónica.

Existen otro tipo de aspectos que no consideramos aquí y que podrán ser tema de publicaciones futuras como lo son la potencia con los cambios de altura, las curvas de potencia, los costos mantenimiento, vida de las baterías, garantía etc. Estos y otros temas siendo manejados y sorteados a diario por los fabricantes.

Esperamos este artículo y análisis hayan sido de valor y les sirva para tomar una decisión informada a la hora de escoger un híbrido enchufable  PHEV vs uno ligero (simple) HEV.

ANDRES RIAÑO MENDOZA
Editor
TurboPress