Quando alguém diz: “Tenho um híbrido”, muitas vezes imaginamos um Toyota Prius. . . ou talvez seu irmão RAV4 Hybrid. Há uma razão para isso: a Toyota já vendeu a grande maioria dos mais de 25 milhões de híbridos gasolina-elétricos nas estradas do mundo, a maioria dos quais usa seu clássico sistema híbrido paralelo de dois motores e potência dividida.
Mas o que essa sequência de palavras realmente significa? A maneira mais útil de distinguir entre sistemas híbrido-elétricos é perguntar se o sistema híbrido pode alimentar o veículo apenas com a eletricidade da bateria ou se o motor a gasolina deve estar sempre ligado. Tanto os híbridos paralelos quanto os em série podem fazer isso; o mesmo acontece com os híbridos plug-in. Por outro lado, os híbridos moderados não podem.
Vamos analisar os diferentes tipos de sistemas híbridos usados nos veículos que as pessoas dirigem no dia a dia. Observe que estes não são termos geralmente usados por compradores de carros novos (com a possível exceção de “híbrido plug-in”), mas diferenças técnicas na forma como o hardware funciona para impulsionar o veículo.
Híbridos Paralelos
Num sistema híbrido paralelo, tanto um motor como um motor elétrico podem acionar as rodas, juntos ou separadamente. O sistema da Toyota, introduzido pela primeira vez num Prius no mercado japonês em 1997, utiliza dois motores entre o motor e as rodas dianteiras, alimentados por uma pequena bateria (0,8 a 1,4 quilowatts-hora).
A parte “divisão de potência” da descrição significa que ambas as fontes se unem para fornecer uma única saída de torque às rodas. Sob cargas leves, em velocidades mais baixas, um ou ambos os motores podem alimentar o veículo enquanto o motor está desligado. O motor ligará quando for necessária mais potência; ele pode alimentar o carro sozinho ou a energia pode ser extraída de uma combinação do motor e dos motores.
A chave do sistema é que a travagem regenerativa – utilizando um motor como gerador quando o carro abranda para recarregar a bateria – recupera energia que de outra forma seria desperdiçada como calor dos travões. Em circunstâncias ideais, até 30% da energia gasta para alimentar o carro pode ser recuperada – levando a uma economia de combustível no mundo real de 40 a 55 milhas por galão no Toyota Prius ou no seu irmão Corolla Hybrid (foto acima). A eficiência é mais alta no trânsito pára-e-arranca, o que permite o funcionamento mais elétrico.
Os dois motores elétricos e o motor são conectados por meio de um conjunto de engrenagens planetárias, que substitui uma transmissão convencional. Isto permite relações de transmissão continuamente ajustáveis; muitas vezes por segundo, os algoritmos de controle do veículo variam a energia extraída da bateria e do motor para maximizar o uso da energia elétrica e minimizar o combustível queimado.
Em algumas circunstâncias, um motor pode alimentar o carro enquanto o outro utiliza a potência do motor ou a travagem regenerativa para recarregar a bateria. Com 25 anos de experiência, a Toyota possui algoritmos de software que tornam todas essas transições totalmente perfeitas – e hoje em dia, motoristas e passageiros podem nem perceber o motor sendo ligado e desligado.
Série Híbrida
Um híbrido em série tem um conceito muito mais simples. Sempre que for necessária mais energia do que a bateria pode fornecer, um motor a gasolina é ligado para alimentar um gerador que recarrega o conjunto. A chave aqui é que o torque do motor alimenta apenas o gerador. Isso é não conectado mecanicamente às rodas, que são movidas apenas por motores elétricos.
Esta é a configuração usada pelas locomotivas ferroviárias diesel-elétricas. É melhor em velocidades constantes do veículo, onde o motor pode operar com mais eficiência em velocidades predefinidas. Mas a gama de necessidades de energia de um veículo rodoviário de passageiros abrange mais do que uma ordem de grandeza, desde a velocidade de cruzeiro constante até à aceleração máxima, e isso pode ser difícil para as baterias – o que significa que os híbridos de série normalmente requerem maior capacidade de bateria do que os híbridos convencionais.
Apenas duas séries de veículos híbridos de passageiros foram vendidas nos Estados Unidos. Ambos eram híbridos plug-in (veja abaixo): o BMW i3 REx, que adicionou um motor de dois cilindros de extensão de autonomia ao modelo i3 elétrico a bateria, e o Fisker Karma e seus sucessores, o Karma Revero e GS-6, todos elegantes sedãs de luxo de quatro portas. Nenhum deles está à venda hoje, embora uma versão 2022 do GS-6, o sucessor do Revero, ainda esteja listada no site do Karma.
Híbridos Plug-In (PHEVs)
Um plug-in híbrido pode ser um conceito difícil de explicar. Em termos mais simples, é um híbrido regular com uma bateria muito maior que pode ser conectada para recarregar na rede. Isso permite que ele opere como veículo elétrico por alguma distância, de 16 a 60 milhas.
O híbrido plug-in mais conhecido pode ser o Chevrolet Volt 2011–2018. Muitos condutores descobriram que o Volt de segunda geração, com uma autonomia avaliada pela EPA de 53 milhas, poderia proporcionar uma condução diária exclusivamente com eletricidade, com o motor ligado apenas para viagens mais longas ou subidas extremas. Relatos de mais de 1.600 quilômetros por tanque de gasolina não eram incomuns – se o Volt fosse ligado todas as noites.
O Volt, único entre os PHEVs, ofereceu desempenho quase idêntico, independentemente de estar funcionando apenas com bateria ou agindo como um híbrido regular após a carga da bateria ter se esgotado. Outros híbridos plug-in têm motores mais potentes que os motores elétricos. Quando é necessária mais potência, o motor deve ser ligado. A frequência de utilização do motor diminui à medida que o tamanho da bateria (e, portanto, a autonomia elétrica) aumenta; é necessária uma capacidade de bateria maior para 40 milhas de autonomia elétrica versus, digamos, 10 milhas.
Todos os híbridos plug-in hoje são adaptados de híbridos com divisão de potência, incluindo o Prius Prime e o RAV4 Prime da Toyota e uma variedade de versões PHEV dos híbridos Hyundai e Kia. A Stellantis, no entanto, não oferece híbridos convencionais (sem plug); seu Chrysler Pacifica Hybrid e uma linha crescente de híbridos Jeep 4xe têm plugues.
As montadoras veem os híbridos plug-in como uma forma de atender aos crescentes requisitos de veículos com emissão zero, sem a despesa de projetar carros elétricos a bateria inteiramente novos. Esses EVs requerem baterias de 60,0 a 100,0 kWh, contra 10,0 a 25,0 kWh em um PHEV. O desafio é que os fabricantes recebam crédito por produzirem veículos livres de emissões, mesmo que o PHEV nunca esteja conectado, o que significa que funciona apenas como um híbrido convencional mais pesado e mais caro.
Híbridos suaves
Finalmente, os híbridos moderados têm motores elétricos que não são potentes o suficiente para impulsionar o veículo sozinhos. Eles podem ficar entre o motor e a transmissão ou fazer parte de um sistema integrado de gerador de partida no qual um motor elétrico mais robusto substitui ambos os componentes. Os benefícios da economia de combustível aqui são muito menos dramáticos e podem nem mesmo ser comercializados sob o nome de “híbridos”.
Também neste caso, é necessária uma pequena bateria para armazenar a energia recuperada do excesso de potência do motor e/ou da travagem regenerativa. O motor adiciona efetivamente algum impulso extra ao motor quando necessário, o que significa economia potencial de combustível ao evitar uma redução de marcha.
Os sistemas híbridos moderados recentes geralmente funcionam a 48 volts. Eles fornecem mais potência do que o sistema de 12 volts do veículo, mas são muito mais baratos do que os sistemas totalmente híbridos que operam de 280 a 400 volts.
