Parte 2 - Sistemas automotivos híbridos

Esta configuração é também utilizada no Ford Fusion e Ford Escape, entre outros.

Sistema Híbrido Série/Paralelo
A figura 1 apresenta o conjunto do trem de força. A distribuição de torque entre o motor de combustão, MG1 e MG2 é feita através de um trem epicicloidal (conjunto planetário). O motor de combustão está ligado aos satélites, o MG1 ao planetário e o MG2 à roda de coroa (fig.2).

Componentes do Sistema Híbrido Série/Paralelo
Os principais componentes do sistema híbrido série/paralelo são:
- Motor de combustão interna.

No caso do Toyota Prius é um motor a gasolina de 1.5 litros de cilindrada, ciclo Atkinson, com comando variável e acelerador eletrônico.
- Motor/Gerador 1 (MG1). Como gerador recarrega a bateria de alta tensão e fornece energia para o acionamento do MG2, quando necessário. Como motor elétrico opera a partida do motor de combustão. Também, tem a função de controle do conjunto planetário. Dependendo da versão, a tensão de operação é 270 VAC ou 500 VAC.

- Motor/Gerador 2 (MG2). Funciona como motor fornecendo a potência necessária em baixa velocidade e torque suplementar nas altas velocidades. Durante a frenagem regenerativa funciona como gerador carregando a bateria de alta tensão. Dependendo da versão, a tensão de operação é 270 VAC ou 500 VAC.

- Conjunto planetário (trem epicicloidal) - Funciona como elemento distribuidor de torque entre o motor de combustão, MG1 e MG2.

- Inversor/Retificador - Controla o fluxo de energia entre MG1, MG2 e a bateria de alta tensão. Converte a tensão contínua de bateria em tensão alterna trifásica para a alimentação de MG1 e MG2 quando estes funcionam como motores. E retifica a tensão alterna produzida por MG1 e MG2, quando estes funcionam como geradores.

Em modelos mais recentes, este módulo adapta as tensões de trabalho dos MGs (500 V) à tensão da bateria de alta tensão (270 V).

- Bateria de alta tensão Armazena a energia produzida por MG2, quando da frenagem regenerativa, e a produzida por MG1. O conjunto opera com tensão de 270 V.

- Unidade de comando de alta tensão. Controla o inversor/retificador e, através deste, a operação de MG1 e MG2.

Operação do Sistema
As figuras ilustram como se distribui o torque gerado entre o motor de combustão, MG1 e MG2.

1. Início de movimentação e condição de baixa velocidade do veículo (fig.3). O motor de combustão permanece desligado durante o início de movimentação e nas baixas velocidades (até 25 km/h) em função de ser estas condições de baixa eficiência. O veículo se movimenta propulsado por MG2 acionado este, diretamente da bateria [A].

2. Movimentação em condições normais estabilizadas (fig.3). Entre 25 e 70 km/h o motor de combustão funciona e o torque gerado é dividido pelo conjunto planetário:

- Uma parte aciona mecanicamente MG1 que, por sua vez, funcionando como gerador, aciona eletricamente MG2 [B].

- O resto do torque aciona as rodas diretamente [C].
A alocação de potência é controlada de forma a maximizar a eficiência.
3. Aceleração (fig.3). A potência extra necessária é fornecida diretamente pela bateria [A]. Isto complementa a ação do motor de combustão [C] e de MG1 [B].

Nos casos de aceleração ou de velocidade máximas, a bateria fornece energia ao MG1 que passa a funcionar como motor. Gira de forma a gerar uma condição de “sobremarcha” que ajuda a atingir a velocidade máxima.

4. Desaceleração e frenagem (fig.4). Assim que o motorista tira o pé do acelerador, MG2 passa a atuar como gerador impulsionado pelas rodas. Na desaceleração, o motor de combustão é desligado. Este processo é denominado “frenagem regenerativa”. Ao acionar o freio, a força de frenagem inicial é a requerida por MG2 para funcionar como gerador. Esta frenagem e desaceleração regenerativas recuperam a energia cinética (energia de movimento) do veículo convertendo-a em energia elétrica para carga da bateria [D].

5. Recarga da bateria (fig.4). Quando necessário, o motor de combustão aciona o gerador MG1 [E] com o objetivo de manter suficiente reserva de energia elétrica. Esta recarga pode acontecer, por exemplo, durante o funcionamento em condições estabilizadas ou com o veículo parado e o motor de combustão funcionando na marcha lenta.