Historia de la tecnología híbrida

¿Sabías qué? Los primeros híbridos aparecieron en el siglo XIX. Nikolas August Otto (1832-1891), uno de los padres del automóvil, veía “el motor eléctrico como un genial invento que un día complementaría al motor de gasolina”. Tenía razón...

Los vehículos híbridos son una tecnología que nos acompaña desde siglo XIX, durante el auge de los sistemas eléctricos y de vapor. Distintos científicos e industriales de diferentes partes del mundo buscaban generar energía por los medios más asequibles en ese entonces, cuando era sumamente difícil extraer y transportar hidrocarburos como lo hacemos hoy en día.

Todos ellos buscaban complementar la corriente alterna, la forma de transmisión de electricidad que más se utilizaba, con un motor de gasolina, de manera que cuando uno estaba en su etapa de mayor exigencia, el otro pudiera almacenar energía en estado potencial, para luego liberarla cuando fuera necesario.

Esta es una línea cronológica de los desarrolladores de distintos países que pusieron en marcha este grandioso plan:

La invención del primer modelo de vehículo eléctrico es atribuida a diferentes personas. En 1828, Ányos Jedlik en Hungría, inventó un modelo muy básico de motor eléctrico para vehículos, aunque ciertamente no llegó a considerársele un automóvil aún.

En 1834, Thomas Davenport, herrero de Vermont, EEUU, construyó un aparato similar que operaba en una pista corta, circular y electrificada, sin ser necesario aún el motor de combustión interna.

En 1835, el profesor Sibrandus Stratingh de Groningen, en los Países Bajos, y su asistente Christopher Becker crearon un auto eléctrico a pequeña escala, alimentado por baterías.

Entre 1832-1839 se desarrolló el primer carruaje eléctrico (automóvil como lo entendemos ahora) fue obra del escocés Robert Anderson. Poco después, Thomas Davenport y Robert Davidson perfeccionaron el concepto. La invención de la batería recargable consiguió eliminar el problema de las primeras baterías, que al agotarse eran inútiles.

1859, la primera batería recargable

Hasta ese año, todas las baterías tenían que ser vaciadas de forma permanente cuando se agotaban. Pero entonces Gaston Planté, un científico francés, inventó la batería de plomo-ácido, el primer acumulador, o lo que es lo mismo: la primera batería que podía recargarse.

Los primeros autos híbridos

Tras las baterías recargables, se produjeron una serie de hitos en la incipiente industria híbrida, unos con más fortuna que otros:

En 1890 se exhibió en Chicago un tranvía con propulsión híbrida con un motor de gas y otro eléctrico. También en 1890 cuando W.H. Patton tuvo la idea de hacer un tranvía con propulsión híbrida en serie (un motor apoyaba al otro), con un motor de gas y eléctrico.

En 1896, el británico J. H. Dowsing montó en un auto un dínamo que encendía el motor de gasolina, o propulsaba el auto, o recargaba las baterías. Simultáneamente en 1896 H. J. Dowsing y L. Epstein (Reino Unido) patentaron ideas sobre tecnología híbrida en paralelo (ambos motores alimentan la transmisión de las ruedas), que posteriormente fueron utilizadas en Estados Unidos para mover vehículos grandes, como camiones o autobuses. Dowsing llegó a montar en un Arnold un dínamo que o bien arrancaba el motor de gasolina, propulsaba o bien recargaba baterías, tal vez fue el primer híbrido de la Historia.

El español Emilio de la Cuadra, junto a dos investigadores suizos, fabricó en 1898 una gama de cuatro modelos que podían tener un motor de gasolina unido a un generador eléctrico, que se encargaba de recargar las baterías constantemente (lo que hoy llamamos híbrido en serie). No tuvo éxito comercial y quebró.

En 1899 la gama inicial de cuatro modelos constaba de un carruaje biplaza, una camioneta, un camión y un autobús, todos eléctricos. Los hermanos belgas Henri y Nicolás Pieper construyeron su Voiturette, con un motor de gasolina unido a uno eléctrico que se encontraba debajo del asiento. A velocidad de crucero el motor eléctrico generaba electricidad para las baterías, para luego dar potencia adicional al subir pendientes o acelerar. Se dedicaron a su comercialización hasta vender la empresa a Henry Pescatore.

Ferdinand Porsche en 1900 produjo los primeros prototipos de autos híbridos. En Estados Unidos la Batton Motor Vehicle Corp desarrolló un camión híbrido que utilizaba la patente de L. Epstein, pero no se sabe si alguna empresa le dio continuidad al modelo. En 1900 fue presentado el primer autobús híbrido, en el mismo país, por la empresa Fischer. Lamentablemente en esa época, resultaba carísimo y muy aparatoso almacenar la energía. Ferdinand Porsche, de 24 años logró utilizar la energía eléctrica para mover motores eléctricos ubicados en el eje delantero, así logró que la electricidad excedente se almacenara.

Este fue considerado el primer auto híbrido de producción del Mundo y el primer vehículo de tracción delantera, tenía 64 km de autonomía utilizando únicamente la energía eléctrica almacenada en las baterías. El modelo no tenía conexión mecánica entre el motor de combustión y las ruedas, así que no necesitaba transmisión o embrague. Se mostró por primera vez el 14 de abril de 1900 en la Exposición Mundial de París, sorprendiendo gratamente a los entusiastas del automóvil. Se fabricaron 300 unidades del Lohner-Porsche y catapultó a Porsche como ingeniero.

En 1911, el primer vehículo híbrido gasolina- eléctrico fue puesto en circulación por la Woods Motor Vehicle Company de Chicago. El híbrido fue un fracaso comercial, demostrando ser demasiado lento para su precio, y con un mantenimiento complicado.

Los primeros prototipos modernos: Toyota entra en escena

Los autos eléctricos sufrieron una decaída conforme el siglo XX fue avanzando. A pesar de la popularidad que habían obtenido a principios de siglo, para la década de 1920 fueron superados por los vehículos con motor de combustión.

Esto se debió a varios factores, el primero fue que mejoró la infraestructura vial, esto hizo que los automotores tuvieran mayores exigencias en carretera. También el descubrimiento de grandes reservas de petróleo hizo que la gasolina a mayor disposición de la industria automovilística. Logrando así que los vehículos de gasolina fueran más baratos y capaces de operar a través de largas distancias.

Los autos eléctricos y sus prototipos híbridos estaban limitados para el uso urbano por su velocidad lenta (no más de 24 a 32 km/h o de 15-20 mph) y de corto alcance (30-40 millas o 50-65 km), y los autos de gasolina eran ahora capaces de viajar más lejos y más rápido que sus equivalentes eléctricos.

La fabricación de automóviles híbridos se había detenido casi completamente para finales de la década de 1910. Es hasta 1976, en Japón, que Toyota muestra un prototipo de deportivo híbrido en serie movido por turbina de gas (GT) y un motor eléctrico. Se llamaba el Toyota GT Hybrid Concept, basado en el Toyota Sports 800 de 1969. Así es, el Prius no fue el primer híbrido de Toyota.

Pero no es hasta mediados y finales de los años 90 cuando los primeros autos híbridos saltan al mercado. La marca más valiente fue Toyota con (¡ahora sí!) su modelo Prius. Fue el primer híbrido de producción masiva del mundo, reduciendo las emisiones de hidrocarburos gracias a su eficiencia y capacidad. El primer año vendió 18.000 unidades. En la actualidad, Toyota ha vendido más de diez millones de autos híbridos a lo largo y ancho del mundo. El Prius, caracterizado por ser un automóvil híbrido de excelente desempeño, una grandiosa economía en el consumo y amigable con el medio ambiente a un precio accesible, logró cuantificar más de tres millones y medio de ventas.

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¿Qué es un auto híbrido?

Para empezar, vamos a definirlo: Un vehículo híbrido es cualquier vehículo que utiliza dos fuentes motrices. Estos incluyen veleros (viento/motor) o una locomotora (diesel/electrico) En el caso de los vehículos automotores, un híbrido es un vehículo que combina dos motorizaciones, un motor de combustión interna y otro eléctrico alimentado por baterías adicionales a la principal. Muchos de los híbridos son vehículos de gasolina o nafta, con un sistema de ahorro de energía automático, que los convierte en los autos más eficientes del mundo.

Son una realidad desde hace muchos años y poco a poco empiezan a hacerse populares por la crisis petrolera, el alza de combustibles, abaratamiento de la tecnología y concientización ambiental.

Existen una serie de mitos que desincentivan a muchas personas a valorar la maravillosa alternativa que es conducir un vehículo híbrido, afortunadamente la mayoría de los prejuicios que se tienen sobre ellos desaparecen al montarse en uno. No son la solución, pero son una excelente solución a las condiciones actuales y el futuro inmediato, gracias al grandioso aporte que han hecho en sistemas eficaces de uso de energías alternativas.

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Clasificación Los híbridos típicamente no se tienen que conectar a una conexión eléctrica externa, por lo que genera el 100% de su electricidad de forma autónoma.

Atendiendo a su principio de funcionamiento se pueden clasificar en tres tipos:

Híbrido en serie o Extended Range Electric Vehicle (Vehículo Eléctrico de Alcance Extendido o EREV)

El motor eléctrico es el responsable de impulsar el vehículo. El motor de combustión interna no tiene conexión mecánica con las ruedas, por lo que su papel es únicamente generar electricidad. Dicho motor funciona a un régimen óptimo y recarga la batería hasta que se llena, momento en el cual se desconecta temporalmente. La tracción es siempre eléctrica.

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Híbrido en paralelo o Mild Hybrid (Híbrido leve)

Tanto el motor de combustión interna como el eléctrico se utilizan para dar fuerza a la transmisión a la vez. Aquí el motor de combustión interna es el que principalmente impulsa el vehículo, y el eléctrico es responsable de brindar apoyo cuando es necesario, por lo que el auto nunca puede estar en modo 100% eléctrico. Es una solución relativamente sencilla, pero no es la más eficiente.

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Híbrido serie-paralelo

Aquí, tanto el motor eléctrico como el de combustión interna puede impulsar al vehículo (por lo que cuentan con una conexión mecánica a las ruedas), y se hace de forma automática según las condiciones de conducción. Este diseño de avanzada hace que sea una solución muy eficiente a nivel mecánico y electrónico.

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También existen híbridos que se puede enchufar para obtener electricidad de fuentes externas, tales como el Híbrido conectable o PHEV: Pertenece a este grupo si sus baterías son recargables mediante energía eléctrica convencional, es decir, conectándolo a corriente, y recorre al menos 32 kilómetros sin necesidad de otro sistema de propulsión.


Beneficios:

  • Mayor eficiencia: recorre mayores distancias con menor consumo de combustibles
  • Mayor autonomía: sin necesidad de recargar la batería, el ahorro de tiempo y energía es máximo.
  • Más económico: la combinación de sus motores reducen hasta en un 40% el consumo de combustible.
  • Menos piezas = menos desgaste = mantenimiento más económico.
  • Ventajas fiscales en ciertos países que adoptan energías limpias.
  • Suavidad de marcha + conducción más fluida = menos estrés.

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  • Etiqueta ECO, evita las restricciones de circulación por contaminación en mercados selectos.
  • Elimina la “ansiedad de alcance” (Range Anxiety) de los autos eléctricos al no tener que preocuparse por recargar combustible en lugares limitados.
  • Utiliza la infraestructura actual de las gasolineras, lo cual permite hacer la transición a otra tecnología para estaciones de recarga (hidrógeno, eléctrico, etc.) de forma paulatina.
  • Dependiendo del híbrido, se puede circular hasta 110km/h sólo en modo eléctrico.
  • Reduce la contaminación: menor emisión de CO2 y NOX.
  • Frente a otros sistemas de propulsión alternativa, el híbrido tiene la ventaja de funcionar con combustibles que se encuentran en cualquier gasolinera, pero con un consumo muy inferior al de un modelo equivalente no-híbrido. Esto se debe a que un híbrido recupera energía que otros modelos desperdician y a que están muy bien diseñados para hacer esta transición de manera ágil. No requieren un mantenimiento especial.
  • Muy eficientes, más silenciosos, sus emisiones son muy bajas y es una tecnología muy probada

Gracias a sus numerosos avances tecnológicos, el diseño innovador y la eficiencia líder en la categoría del Toyota Prius han ido mejorando una y otra vez durante cuatro generaciones. Los excelentes resultados de las pruebas en el túnel aerodinámico desempeñan un papel clave…

Desde su creación en 1997, Prius ha sido siempre un pionero en el sector de la automoción, rompiendo constantemente los moldes tecnológicos y ampliando los límites.

Al conseguir conjugar el placer de conducción con un renovado respeto al medio ambiente, en los años siguientes Prius ha seguido mejorando su mundialmente famosa eficiencia sin renunciar en ningún momento a su gran respuesta. Y gran parte de ese éxito se deriva de su adelantada aerodinámica.


Eficiencia aerodinámica maximizada


A 100 km/h, el 70 % de la resistencia que se encuentra un vehículo se debe al aire, y esa situación puede afectar drásticamente al consumo de combustible. Cuanta menos resistencia al viento ofrece un vehículo, menos potencia necesita para cortar el aire, lo que significa que consume menos combustible.

En lo que se refiere al diseño, el Prius original presentaba una forma relativamente tradicional con la cabina adelantada, combinada con una estructura de la carrocería de acero de alta resistencia. Con unas proporciones únicas a medio camino entre un vehículo urbano y un pequeño sedán familiar, ofrecía un coeficiente de resistencia increíblemente bajo para la época, de cd 0,29.

La segunda generación –más grande que el modelo al que reemplazaba– adoptó un icónico diseño “Kammback” de cinco puertas, que se mantuvo en la quinta generación, con una forma más similar a una lágrima y un coeficiente de resistencia de cd 0,26, que corta el aire aún con mayor elegancia que su predecesor.



Ajuste preciso del flujo de aire


Para cuando se había desarrollado la tercera encarnación del modelo, no se había pasado por alto ningún aspecto aerodinámico, desde el ángulo del parabrisas hasta la posición y la curva de los retrovisores exteriores. El resultado era uno de los vehículos con menor resistencia aerodinámica del mundo, que se valía de trucos naturales de “moldeo” aerodinámico para burlar el viento –sutiles alerones, un chasis inferior plano– para minimizar el impacto del aire, eliminar el flujo de aire alrededor de las ruedas y mejorar la estabilidad a gran velocidad.

La característica línea de techo prolongada de la tercera generación de Prius presentaba unas aristas aún más marcadas, y su “efecto Kamm” vertical hacía converger los contornos del vehículo en una forma de lágrima más eficiente desde el punto de vista aerodinámico. Esa abrupta caída posterior limitaba la longitud innecesaria de la parte trasera, así como el peso, lo que contribuía a reducir aún más las turbulencias y daba lugar a la emblemática silueta del modelo.

El Prius alcanzó un 14% de reducción de emisiones de CO2 en comparación con la segunda generación, al deslizarse a través del aire con un inaudito coeficiente de resistencia de solo cd 0,25.

Siempre pionero

Del mismo modo que el original cambió las reglas del juego, la cuarta generación actual de Prius vuelve a situar el modelo donde le corresponde: a la cabeza del diseño de vanguardia, la eficiencia y la innovación. A medida que el modelo evoluciona y que nuestros conocimientos aerodinámicos mejoran, el Prius es cada vez más escurridizo y conducirlo más apasionante.

Tras meses de pruebas en el túnel aerodinámico en el Laboratorio aerodinámico de Toyota –que simula el aire que pasa por encima, por debajo y alrededor de nuestros vehículos a velocidades de hasta 250 km/h, suficiente viento para sostener un avión de pasajeros medio en el aire–, la cuarta generación de Prius se presentó con una imagen radicalmente deportiva, potenciada por un techo y un capó más bajos y unas proporciones más esbeltas, para registrar un coeficiente de resistencia líder en la categoría, de cd 0,24.

No cabe duda de que, con nuestra investigación constante y nuestro afán por mejorar la eficiencia, el Prius seguirá cortando el aire con estilo durante muchas generaciones más.


¿Por qué son más eficientes y reducen las emisiones?

Esto se debe a que en las diferentes etapas de la conducción buscan optimizar la energía para suplir de la misma por el método adecuado y de manera eficiente, el sistema híbrido de Toyota es un serie-paralelo, aquí veremos cómo funciona:

Excelente Arranque

Utilizan solo el motor eléctrico alimentado por la energía almacenada en la batería

Conducción normal normal

Utilizan solo el motor eléctrico alimentado por la energía almacenada en la batería

Aceleración fuerte

El motor eléctrico ayuda al motor de combustión interna para dar suplemento de potencia.

Durante la desaceleración

El eléctrico sirve de generador y recarga la batería utilizando el movimiento de las ruedas como un dínamo. El motor de combustión interna no consume.

En baja velocidad

Únicamente opera el motor eléctrico, buscando la eficiencia.

Con el vehículo detenido

El motor de combustión interna y el eléctrico se encuentran apagados, solo se encienden si hay que recargar la batería.

Conducir un Toyota híbrido es el mejor remedio anti estrés. Suave, potente y silencioso, con la satisfacción de saber que reduce el consumo de combustible y emisiones. Toyota fue el primer fabricante de autos en apostar fuertemente por este sistema, y por eso hoy puedes encontrar un híbrido en prácticamente cualquier tipo de modelo de la gama.


Mitos de los híbridosEliminando mitos

Los híbridos necesitan baterías muy grandes para almacenar energía y necesita que el conductor la esté cargando continuamente.

La batería que necesita un auto híbrido en muchos casos es pequeña y cabe en la parte de atrás sin restarle espacio al maletero. La potencia sobrante del motor de combustión es la que la recarga cuando conducimos a velocidad crucero en autopistas o cuando el vehículo se detiene constantemente en entornos urbanos.

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Hay que cambiar constantemente la batería.

La batería tiene la misma vida útil que el vehículo y se utilizan vehículos híbridos Toyota en algunos mercados (como Europa y varias ciudades en los EEUU y Canadá) como taxis, recorriendo más de un millón de kilómetros sin necesidad alguna de mantenimiento para las baterías híbridas.

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Es una tecnología nueva y poco fiable.

Millones de conductores han probado esta tecnología, esta es la cuarta generación de híbridos de Toyota con records de eficiencia. Toyota lleva 20 años comercializando vehículos híbridos y en este tiempo ha vendido más de 10 millones en todo el mundo.

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Es más complicado conducir un híbrido que un vehículo de combustión interna

Para encender un Toyota híbrido tan solo hay que pulsar un interruptor: no se necesita ni girar una llave. La conducción híbrida es igual de sencilla, no tiene marchas pues es igual que un automático. El vehículo automáticamente identifica cuándo puede impulsarse con el motor eléctrico, cuándo necesita utilizar el de combustión o los dos a la vez, e incluso con ninguno para aprovechar la inercia y no gastar gasolina ni siquiera electricidad. A lo que sí puede costar un poco habituarse es a que el auto no emita ningún sonido cuando circule en modo eléctrico, aunque a lo bueno es fácil acostumbrarse. Las baterías están perfectamente aisladas para que ni el frío ni el calor interfieran en su funcionamiento.

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Si se agota la batería eléctrica el auto no arrancará.

Los vehículos híbridos están programados para encender y apagar el motor de gasolina automáticamente con el fin de evitar que se descargue la batería híbrida. Pero en cualquier caso, si las condiciones de la carretera o el estilo de conducción agotan la batería, el motor de gasolina se encargará de dar vida al vehículo. El vehículo nunca fallará por la batería, precisamente porque al ser híbrido, cuenta con una segunda fuente de energía. Y cuando la batería esté baja, a medida que circule propulsado por el motor de gasolina, el sistema híbrido la recargará de nuevo con la energía regenerada por el frenado o rodaje libre.

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Son vehículos poco dinámicos y aburridos de conducir.

Otro miedo infundado: las baterías compactas y el motor eléctrico permiten que el motor de gasolina sea más pequeño y ligero. Si se compara un híbrido con un diésel de potencia similar comprobarás que su peso es muy similar. Además, la combinación del motor de gasolina y el eléctrico generan una respuesta inmediata, aumentando el par motor (Torque), esa cifra que nos da la sensación de fuerza de los diésel. No puede ser aburrida una tecnología capaz de conseguir las ventajas de un diésel con un consumo tan reducido.

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No voy a poder hacer viajes largos.

No hay problema: aunque el consumo no será tan bajo como en ciudad, se pueden recorrer largas distancias con un híbrido, que es exactamente igual que si condujéramos vehículo de motor de combustión tradicional. La única diferencia es que gasta menos dinero en combustible porque el sistema aprovechará cualquier ocasión para funcionar en modo eléctrico o por inercia, es decir, sin que sea necesario el impulso de ninguno de sus motores, ni el de gasolina ni el eléctrico.

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Tengo que recargar el vehículo constantemente y es más costoso el consumo de electricidad/gasolina que sólo gasolina o diesel.

Falso: el sistema en serie-paralelo de los vehículos híbridos Toyota funcionan tanto con el motor eléctrico como el de combustión interna puede impulsar al vehículo y se hace de forma automática según las condiciones de conducción.

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Es más costoso el consumo de electricidad/gasolina que sólo gasolina o diesel.

En realidad el consumo es mucho menor, porque los vehículos híbridos utilizan cada una de las fases de la conducción para generar energía, ya sea eléctrica, recargando la batería con el movimiento de las ruedas, o la inercia, apagando los motores cuando el vehículo no precisa otro impulso.

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