Híbrido de plug-in - Plug-in hybrid

O Mitsubishi Outlander PHEV é o híbrido plug-in mais vendido de todos os tempos. As vendas globais atingiram 270.000 unidades até dezembro de 2020.

Um plug-in híbrido veículo eléctrico ( PHEV ) é um veículo eléctrico híbrido cuja bateria pode ser recarregada por ligar um cabo de carregamento para uma externa de energia eléctrica de origem, para além internamente pela sua sobre-placa de motor de combustão interna força a vapor do gerador . A maioria dos PHEVs são automóveis de passageiros , mas também existem versões PHEV de veículos comerciais e vans , caminhões utilitários , ônibus , trens , motocicletas , ciclomotores e até veículos militares .

Semelhante aos veículos totalmente elétricos (BEVs), os PHEVs deslocam as emissões de gases de efeito estufa do escapamento do escapamento do carro para os geradores da estação de energia que alimentam a rede elétrica . Esses geradores centralizados podem ser de energia renovável (por exemplo , solar , eólica ou hidrelétrica ) e amplamente livres de emissões, ou ter uma intensidade de emissão geral mais baixa do que os motores de combustão interna individuais. Em comparação com os veículos elétricos híbridos convencionais (HEVs), os PHEVs têm uma bateria maior que pode ser carregada da rede elétrica, que também é mais eficiente e pode custar menos do que usar apenas o gerador de bordo, e muitas vezes também têm um potente saída elétrica capaz de dirigir no modo EV por mais tempo e com mais frequência , ajudando a reduzir os custos operacionais . A bateria de um PHEV é menor do que veículos totalmente elétricos para o mesmo peso do veículo (devido à necessidade de ainda acomodar seu motor de combustão e transmissão híbrida ), mas tem a opção auxiliar de voltar a usar seu motor a gasolina / diesel como um convencional HEV se a bateria estiver fraca, aliviando a ansiedade de alcance, especialmente em locais que não possuem infraestrutura de carregamento suficiente .

PHEVs produzidos em massa estão disponíveis ao público na China e nos Estados Unidos desde 2010. Até o final de 2017, havia mais de 40 modelos de PHEVs de produção em série legal para rodovias para vendas no varejo e estão disponíveis principalmente na China, Japão , Estados Unidos, Canadá e Europa Ocidental . Os modelos mais vendidos são o Mitsubishi Outlander P-HEV , a família Chevrolet Volt e o Toyota Prius PHV .

Em dezembro de 2019, o estoque global de PHEVs totalizou 2,4 milhões de unidades, representando um terço do estoque de carros de passageiros elétricos plug-in nas estradas do mundo. Em dezembro de 2019, a China tinha o maior estoque mundial de PHEVs com 767.900 unidades, seguida pelos Estados Unidos com 567.740 e pelo Reino Unido com 159.910.

Terminologia

O alcance totalmente elétrico de um híbrido plug-in é designado por PHEV- [milhas] ou PHEV [quilômetros] km, em que o número representa a distância que o veículo pode viajar apenas com a energia da bateria. Por exemplo, um PHEV-20 pode viajar vinte milhas (32 km) sem usar seu motor de combustão, então também pode ser designado como um PHEV32 km.

Para que esses carros funcionem a bateria, eles passam por processos de carregamento que usam correntes diferentes. Essas correntes são conhecidas como corrente alternada (AC), usada para carregadores a bordo, e corrente contínua (DC), usada para carregamento externo.

Outros termos populares às vezes usados ​​para híbridos plug-in são "híbridos conectados à rede", "Veículo elétrico híbrido opcional a gás" (GO-HEV) ou simplesmente "híbridos opcionais a gás". GM chama seu Chevrolet Volt série híbrido plug-in uma "Extended-Range Electric Vehicle".

História

O Lohner-Porsche Mixte Hybrid foi o primeiro automóvel híbrido plug-in gasolina-elétrico

Invenção e interesse inicial

O Lohner-Porsche Mixte Hybrid , produzido já em 1899, foi o primeiro carro elétrico híbrido. Os primeiros híbridos podem ser carregados de uma fonte externa antes da operação. No entanto, o termo "híbrido plug-in" passou a significar um veículo híbrido que pode ser carregado a partir de uma tomada elétrica padrão. O termo "veículo elétrico híbrido plug-in" foi cunhado pelo professor Andrew Frank da UC Davis , que tem sido chamado de "pai do híbrido plug-in moderno".

A edição de julho de 1969 da Popular Science apresentou um artigo sobre o plug-in híbrido XP-883 da General Motors . O conceito de veículo suburbano abrigava seis baterias de chumbo-ácido de 12 volts na área do porta-malas e um motor elétrico DC montado transversalmente com tração dianteira. O carro pode ser conectado a uma tomada CA padrão norte-americana de 120 volts para recarga.

Renascimento de interesse

Conjunto de bateria de íon-lítio , com tampa removida, em um plug-in híbrido CalCars "PRIUS +" convertido Toyota Prius convertido por EnergyCS

Em 2003, a Renault começou a vender o Elect'road , uma versão híbrida em série plug-in de seu popular Kangoo , na Europa. Além de seu motor, ele poderia ser conectado a uma tomada padrão e recarregado até 95% da faixa em cerca de 4 horas. Depois de vender cerca de 500 veículos, principalmente na França, Noruega e Reino Unido, a Elect'road foi redesenhada em 2007.

Com a disponibilidade de veículos híbridos e os preços crescentes da gasolina nos Estados Unidos a partir de 2004, o interesse por híbridos plug-in aumentou. Alguns híbridos de plug-in eram conversões de híbridos existentes; por exemplo, a conversão CalCars de 2004 de um Prius para adicionar baterias de chumbo-ácido e um alcance de até 15 km (9 mi) usando apenas energia elétrica.

Em 2006, a Toyota e a General Motors anunciaram planos para híbridos plug-in. O projeto Saturn Vue da GM foi cancelado, mas o plug-in Toyota foi certificado para uso em estradas no Japão em 2007.

Em 2007, Quantum Technologies e Fisker Coachbuild , LLC anunciaram o lançamento de uma joint venture na Fisker Automotive . Fisker pretendia construir um luxuoso PHEV-50 de US $ 80.000, o Fisker Karma , inicialmente previsto para o final de 2009.

Em 2007, a Aptera Motors anunciou seu Typ-1 de dois lugares. No entanto, a empresa fechou em dezembro de 2011.

Em 2007, a fabricante de automóveis chinesa BYD Auto, de propriedade da maior fabricante de baterias para celulares da China, anunciou que apresentaria um sedã PHEV-60 de produção na China no segundo semestre de 2008. A BYD o exibiu em janeiro de 2008 na North American International Auto Show em Detroit. Baseado no sedã F6 de médio porte da BYD, ele usa baterias baseadas em fosfato de ferro-lítio (LiFeP0 4 ) em vez de íon-lítio e pode ser recarregado até 70% da capacidade em 10 minutos.

Três plug-in convertido Toyota Prius para recarregar na estação de recarga pública da Prefeitura de São Francisco

Em 2007, a Ford entregou o primeiro Ford Escape Plug-in Hybrid de uma frota de 20 PHEVs de demonstração para Southern California Edison . Como parte desse programa de demonstração, a Ford também desenvolveu o primeiro SUV híbrido plug-in de combustível flexível , entregue em junho de 2008. Esta frota de plug-ins de demonstração foi testada em campo com frotas de empresas de serviços públicos nos EUA e Canadá, e durante os primeiros dois anos desde o início do programa, a frota registrou mais de 75.000 milhas. Em agosto de 2009, a Ford entregou o primeiro Escape Plug-in equipado com tecnologia de sistema de controle e comunicação inteligente do veículo para a rede (V2G), e a Ford planeja equipar todos os 21 Escapes híbridos plug-in com a tecnologia de comunicação do veículo para a rede. As vendas do Escape PHEV foram programadas para 2012.

Em 14 de janeiro de 2008, a Toyota anunciou que começaria as vendas de PHEVs de bateria de íon-lítio em 2010, mas no final do ano a Toyota indicou que eles seriam oferecidos a frotas comerciais em 2009.

Em 27 de março, o California Air Resources Board (CARB) modificou seus regulamentos, exigindo que os fabricantes de automóveis produzam 58.000 híbridos plug-in durante 2012 a 2014. Este requisito é uma alternativa solicitada a um mandato anterior para produzir 25.000 emissões puras zero veículos , reduzindo essa necessidade para 5.000. Em 26 de junho, a Volkswagen anunciou que apresentaria plug-ins de produção baseados no compacto Golf . A Volkswagen usa o termo 'TwinDrive' para denotar um PHEV. Em setembro, foi relatado que a Mazda estava planejando PHEVs. Em 23 de setembro, a Chrysler anunciou que havia prototipado um Jeep Wrangler plug-in e uma minivan Chrysler Town and Country , ambos PHEV-40s com motorizações de série e um carro esportivo Dodge totalmente elétrico, e disse que um dos três os veículos entrariam em produção.

Em 3 de outubro, os EUA promulgaram a Lei de Melhoria e Extensão de Energia de 2008 . A legislação previa créditos fiscais para a compra de veículos elétricos plug-in com bateria com mais de 4 quilowatts-hora. Os créditos fiscais federais foram estendidos e modificados pelo American Clean Energy and Security Act de 2009 , mas agora a capacidade da bateria deve ser superior a 5 kWh e o crédito é eliminado após a montadora ter vendido pelo menos 200.000 veículos nos EUA

Produção em série

Lançado na China em dezembro de 2008, o BYD F3DM se tornou o primeiro automóvel híbrido plug-in produzido em massa do mundo .
O BYD Qin , lançado na China em dezembro de 2013, substituiu o F3DM.

Em 15 de dezembro de 2008, a BYD Auto começou a vender seu F3DM na China , tornando-se o primeiro híbrido plug-in de produção vendido no mundo, embora inicialmente estivesse disponível apenas para clientes corporativos e governamentais. As vendas para o público em geral começaram em Shenzhen em março de 2010, mas como o F3DM quase dobra o preço dos carros que funcionam com combustível convencional, a BYD espera subsídios do governo local para tornar o plug-in acessível aos compradores pessoais. A Toyota testou 600 plug-ins Prius de pré-produção na Europa e na América do Norte em 2009 e 2010.

A Volvo Cars construiu duas versões de demonstração dos híbridos plug-in Volvo V70 em 2009, mas não deu continuidade à produção. O plug-in híbrido V60 foi lançado em 2011 e estava disponível para venda.

Em outubro de 2010, a Lotus Engineering apresentou o Lotus CityCar , um carro conceito híbrido plug-in projetado para operação flex-fuel com etanol ou metanol , bem como gasolina comum. A bateria de lítio fornece um alcance totalmente elétrico de 60 quilômetros (37 mi), e o motor flex-fuel de 1,2 litros entra em ação para permitir estender o alcance para mais de 500 quilômetros (310 mi).

A GM lançou oficialmente o Chevrolet Volt nos Estados Unidos em 30 de novembro de 2010, e as entregas no varejo começaram em dezembro de 2010. Seu irmão Opel / Vauxhall Ampera foi lançado na Europa entre o final de 2011 e o início de 2012. As primeiras entregas do Fisker Karma ocorreram em julho de 2011, e as entregas para clientes de varejo começaram em novembro de 2011. O Toyota Prius Plug-in Hybrid foi lançado no Japão em janeiro de 2012, seguido pelos Estados Unidos em fevereiro de 2012. As entregas do Prius PHV na Europa começaram no final de junho de 2012 O Ford C-Max Energi foi lançado nos EUA em outubro de 2012, o Volvo V60 Plug-in Hybrid na Suécia no final de 2012.

O Honda Accord Plug-in Hybrid foi lançado em mercados norte-americanos selecionados em janeiro de 2013, e o Mitsubishi Outlander P-HEV no Japão em janeiro de 2013, tornando-se o primeiro plug-in híbrido SUV do mercado. As entregas do Ford Fusão Energi começou em fevereiro de 2013. BYD Auto parou a produção de seu BYD F3DM, devido às baixas vendas, e seu sucessor, o BYD Qin , começou as vendas na Costa Rica em novembro de 2013, com as vendas em outros países da América Latina programados a começar em 2014. As entregas de Qin começaram na China em meados de dezembro de 2013.

O Toyota Prius Plug-in Hybrid foi lançado no Japão e nos EUA no início de 2012 e na Europa em meados de 2012

As entregas para clientes de varejo da edição limitada do supercarro McLaren P1 começaram no Reino Unido em outubro de 2013, e o Porsche Panamera S E-Hybrid começou a entregar nos EUA em novembro de 2013. As primeiras entregas de varejo do Cadillac ELR ocorreram nos EUA em Dezembro de 2013. O BMW i8 e a edição limitada Volkswagen XL1 foram lançados para clientes de varejo na Alemanha em junho de 2014. O Porsche 918 Spyder também foi lançado na Europa e nos EUA em 2014. As primeiras unidades do Audi A3 Sportback e-tron e O Volkswagen Golf GTE foi registrado na Alemanha em agosto de 2014.

Em dezembro de 2014, a BMW anunciou que o grupo está planejando oferecer versões híbridas plug-in de todos os modelos de sua marca principal usando a tecnologia eDrive desenvolvida para seus veículos plug-in da marca BMW i ( BMW i3 e BMW i8). O objetivo da empresa é usar a tecnologia plug-in para continuar oferecendo veículos de alto desempenho enquanto reduz o CO
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emissões abaixo de 100g / km. No momento do anúncio, a montadora já estava testando um protótipo híbrido plug-in BMW Série 3 . O primeiro modelo disponível para vendas no varejo será o BMW X5 eDrive 2016 , com a versão de produção revelada no Salão Automóvel de Xangai de 2015 . A segunda geração do Chevrolet Volt foi apresentada no Salão Internacional do Automóvel da América do Norte em janeiro de 2015 , e as entregas no varejo começaram nos Estados Unidos e Canadá em outubro de 2015.

Em março de 2015, a Audi disse que planejava fazer uma versão híbrida plug-in de cada série de modelos e que espera que híbridos plug-in, juntamente com veículos a gás natural e sistemas de acionamento elétrico a bateria, tenham uma contribuição fundamental para alcançar os objetivos da empresa CO
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alvos. O Audi Q7 e-tron seguirá o A3 e-tron já existente no mercado. Também em março de 2015, a Mercedes-Benz anunciou que a principal ênfase da empresa em relação a drives alternativos nos próximos anos será em híbridos plug-in. A montadora planeja lançar 10 novos modelos híbridos plug-in até 2017, e seu próximo lançamento foi o Mercedes-Benz C 350 e , o segundo híbrido plug-in da Mercedes depois do S 500 Plug-In Hybrid . Outros híbridos plug-in lançados em 2015 são o BYD Tang , o Volkswagen Passat GTE , o Volvo XC90 T8 e o Hyundai Sonata PHEV .

As vendas globais da família Volt / Ampera combinadas ultrapassaram a marca de 100.000 unidades em outubro de 2015. No final de 2015, mais de 517.000 carros elétricos híbridos plug-in legais para rodovias foram vendidos em todo o mundo desde dezembro de 2008 de um total de vendas globais de mais de 1,25 milhões de luz - carros elétricos plug-in de serviço.

As vendas do Porsche 918 Spyder começaram na Europa em maio de 2014
O BMW i8 foi lançado na Europa em junho de 2014.

Em fevereiro de 2016, a BMW anunciou a introdução da designação de modelo "iPerformance", que será dada a todos os veículos híbridos plug-in BMW a partir de julho de 2016. O objetivo é fornecer um indicador visível da transferência de tecnologia do BMW i para o Marca principal da BMW. A nova designação será usada primeiro nas variantes híbridas plug-in do novo BMW Série 7 , o BMW 740e iPerformance , e o Série 3 , o BMW 330e iPerformance .

A Hyundai Motor Company fez a estreia oficial de sua linha de três modelos Hyundai Ioniq no Salão Automóvel de Genebra de 2016 . A família Ioniq de veículos de tração elétrica inclui o Ioniq Plug-in , que deve atingir uma economia de combustível de 125 mpg-e (28 kW⋅h / 100 mi; 17,1 kW⋅h / 100 km) em modo totalmente elétrico. O Ioniq Plug-in está programado para ser lançado nos Estados Unidos no quarto trimestre de 2017.

O plug-in híbrido Prius de segunda geração, chamado Prius Prime nos EUA e Prius PHV no Japão, foi apresentado no Salão do Automóvel Internacional de Nova York de 2016 . As entregas de varejo do Prius Prime começaram nos Estados Unidos em novembro de 2016 e está programado para ser lançado no Japão no final de 2016. O Prime tem um alcance totalmente elétrico classificado pela EPA de 25 mi (40 km), mais do que o dobro do alcance do modelo de primeira geração e uma economia de combustível classificada pela EPA de 133 mpg-e (25,9 kW⋅h / 100 mi) no modo totalmente elétrico (modo EV), a classificação MPGe mais alta no modo EV de qualquer veículo classificado pela EPA. Ao contrário de seu antecessor, o Prime funciona inteiramente com eletricidade no modo EV. As vendas globais do Mitsubishi Outlander P-HEV ultrapassaram a marca de 100.000 unidades em março de 2016. As vendas da BYD Qin na China atingiram a marca de 50.000 unidades em abril de 2016, tornando-se o quarto híbrido plug-in a ultrapassar essa marca.

Em junho de 2016, a Nissan anunciou que apresentará um carro extensor de alcance compacto no Japão antes de março de 2017. O híbrido plug-in da série usará um novo sistema híbrido, denominado e-Power, que estreou com o crossover de conceito Nissan Gripz apresentado em 2015 Salão do Automóvel de Frankfurt .

Em janeiro de 2016, a Chrysler estreou sua minivan híbrida plug-in, a Chrysler Pacifica Hybrid , com um alcance somente elétrico avaliado pela EPA de 32 milhas. Esta foi a primeira minivan híbrida de qualquer tipo. Foi vendido pela primeira vez nos Estados Unidos, Canadá e México em 2017.

Em dezembro de 2017, a Honda iniciou as entregas de varejo do Honda Clarity Plug-In Hybrid nos Estados Unidos e Canadá, com um alcance elétrico classificado pela EPA de 76 km (47 milhas).

Tecnologia

Powertrains

O Chevrolet Volt opera principalmente como um híbrido em série .

Os PHEVs são baseados nas mesmas três arquiteturas básicas de trem de força dos híbridos convencionais; um híbrido em série é impulsionado apenas por motores elétricos, um híbrido paralelo é impulsionado por seu motor de combustão interna e por motores elétricos operando simultaneamente e um híbrido paralelo em série opera em qualquer um dos modos. Enquanto um veículo híbrido simples carrega sua bateria apenas com o motor, um híbrido plug-in pode obter uma quantidade significativa da energia necessária para recarregar sua bateria de fontes externas.

Sistemas de carregamento

O carregador de bateria pode estar a bordo ou externo ao veículo. O processo para um carregador integrado é melhor explicado como a energia CA sendo convertida em energia CC, resultando no carregamento da bateria. Os carregadores de bordo são limitados em capacidade por seu peso e tamanho, e pela capacidade limitada de tomadas CA de uso geral. Os carregadores não integrados dedicados podem ser tão grandes e poderosos quanto o usuário pode pagar, mas exigem o retorno ao carregador; carregadores de alta velocidade podem ser compartilhados por vários veículos.

O uso do inversor do motor elétrico permite que os enrolamentos do motor atuem como as bobinas do transformador e o inversor de alta potência existente como o carregador CA para CC. Como esses componentes já são necessários no carro e são projetados para lidar com qualquer capacidade prática de energia, eles podem ser usados ​​para criar uma forma muito poderosa de carregador de bordo sem nenhum peso ou tamanho adicional significativo. A propulsão CA usa este método de carga, conhecido como "carga redutiva".

Modos de operação

Um plug-in híbrido opera em carga de empobrecimento e de suporte de carga modos. As combinações desses dois modos são denominadas modo combinado ou modo misto. Esses veículos podem ser projetados para dirigir por uma faixa estendida no modo totalmente elétrico , somente em baixas velocidades ou em todas as velocidades. Esses modos gerenciam a estratégia de descarga da bateria do veículo, e seu uso tem um efeito direto no tamanho e tipo de bateria necessária:

O modo de esgotamento de carga permite que um PHEV totalmente carregado opere exclusivamente (ou dependendo do veículo, quase exclusivamente, exceto durante forte aceleração) com energia elétrica até que o estado de carga da bateria seja esgotado para um nível predeterminado, momento em que a combustão interna do veículo o motor ou a célula de combustível serão engatados . Este período é a faixa totalmente elétrica do veículo. Este é o único modo em que um veículo elétrico a bateria pode operar, daí seu alcance limitado.

O modo misto descreve uma viagem usando uma combinação de vários modos. Por exemplo, um carro pode começar uma viagem no modo de esgotamento de carga de baixa velocidade e, em seguida, entrar em uma rodovia e operar no modo combinado. O motorista pode sair da rodovia e dirigir sem o motor de combustão interna até que a autonomia totalmente elétrica se esgote. O veículo pode reverter para um modo de sustentação de carga até que o destino final seja alcançado. Isso contrasta com uma viagem de esgotamento de carga que seria conduzida dentro dos limites do alcance totalmente elétrico de um PHEV.

Armazenamento de energia elétrica

O tamanho ideal da bateria varia dependendo se o objetivo é reduzir o consumo de combustível, os custos de operação ou as emissões, mas um estudo recente concluiu que "A melhor escolha da capacidade da bateria do PHEV depende criticamente da distância que o veículo será dirigido entre as cargas. Nossos resultados sugerem que para condições de direção urbana e cargas frequentes a cada 10 milhas ou menos, um PHEV de baixa capacidade dimensionado com um AER (alcance totalmente elétrico) de cerca de 7 milhas seria uma escolha robusta para minimizar o consumo de gasolina, custo e efeito de estufa emissões de gases. Para cargas menos frequentes, a cada 20 a 160 milhas, os PHEVs liberam menos GEEs, mas os HEVs são mais econômicos. "

Os PHEVs normalmente requerem ciclos mais profundos de carregamento e descarregamento da bateria do que os híbridos convencionais. Como o número de ciclos completos influencia a vida útil da bateria, isso pode ser menor do que em HEVs tradicionais, que não esgotam totalmente as baterias. No entanto, alguns autores argumentam que os PHEVs logo se tornarão padrão na indústria automobilística. Os problemas de design e as compensações em relação à vida útil da bateria, capacidade, dissipação de calor, peso, custos e segurança precisam ser resolvidos. A tecnologia avançada de bateria está em desenvolvimento, prometendo maiores densidades de energia tanto em massa quanto em volume, e espera-se que a expectativa de vida da bateria aumente.

Os cátodos de algumas baterias de íon-lítio do início de 2007 são feitos de óxido metálico de cobalto-lítio. Esse material é caro e as células feitas com ele podem liberar oxigênio se sobrecarregadas. Se o cobalto for substituído por fosfatos de ferro , as células não queimarão ou liberarão oxigênio sob qualquer carga. Nos preços da gasolina e da eletricidade no início de 2007, o ponto de equilíbrio é alcançado após seis a dez anos de operação. O período de retorno pode ser mais longo para híbridos plug-in, por causa de suas baterias maiores e mais caras.

As baterias de níquel-hidreto metálico e de íon-lítio podem ser recicladas; A Toyota, por exemplo, tem um programa de reciclagem no qual os revendedores recebem um crédito de US $ 200 para cada bateria devolvida. No entanto, os híbridos plug-in geralmente usam baterias maiores do que os híbridos convencionais comparáveis ​​e, portanto, requerem mais recursos. A Pacific Gas and Electric Company (PG&E) sugeriu que as concessionárias poderiam comprar baterias usadas para fins de backup e nivelamento de carga. Eles afirmam que, embora essas baterias usadas possam não ser mais utilizáveis ​​em veículos, sua capacidade residual ainda tem um valor significativo. Mais recentemente, a General Motors (GM) disse que foi "abordada por concessionárias interessadas em usar baterias recicladas do Volt como sistema de armazenamento de energia, um mercado secundário que poderia reduzir o custo do Volt e de outros veículos plug-in para os consumidores" .

Ultracapacitores (ou "supercapacitores") são usados ​​em alguns plug-ins híbridos, como o protótipo do conceito AFS Trinity , para armazenar energia rapidamente disponível com sua alta densidade de potência , a fim de manter as baterias dentro de limites seguros de aquecimento resistivo e estender a vida da bateria . O UltraBattery do CSIRO combina um supercapacitor e uma bateria de chumbo-ácido em uma única unidade, criando uma bateria de carro híbrida que dura mais, custa menos e é mais poderosa do que as tecnologias atuais usadas em veículos elétricos híbridos plug-in (PHEVs).

Conversões de veículos de produção

15 baterias de chumbo-ácido , carregador PFC e reguladores instalados no WhiteBird, uma conversão PHEV-10 de um Toyota Prius

Existem várias empresas que estão convertendo veículos não híbridos de combustível fóssil em híbridos plug-in:

A conversão pós-venda de um híbrido de produção existente em um híbrido plug-in normalmente envolve o aumento da capacidade da bateria do veículo e a adição de um carregador CA para CC a bordo. Idealmente, o software do trem de força do veículo seria reprogramado para fazer uso total da capacidade adicional de armazenamento de energia e da saída de energia da bateria.

Muitas das primeiras conversões de veículos elétricos híbridos plug-in foram baseadas no Toyota Prius . Alguns dos sistemas envolveram a substituição da bateria NiMH original do veículo e sua unidade de controle eletrônico. Outros adicionam uma bateria adicional de volta à bateria original.

Mercado alvo

Nos últimos anos, a demanda por veículos totalmente elétricos, especialmente no mercado dos Estados Unidos, foi impulsionada por incentivos governamentais por meio de subsídios, lobistas e impostos. Em particular, as vendas americanas do Nissan Leaf dependeram de incentivos generosos e tratamento especial no estado da Geórgia , o mercado Leaf mais vendido. De acordo com uma pesquisa de mercado internacional, 60% dos entrevistados acreditam que uma autonomia de bateria de menos de 160 km (99 mi) é inaceitável, embora apenas 2% dirija mais do que essa distância por dia. Entre os veículos totalmente elétricos populares, apenas o Tesla (com a versão mais cara do Modelo S oferecendo um alcance de 265 milhas (426 km) no teste de 5 ciclos da Agência de Proteção Ambiental dos EUA ) excede significativamente esse limite. O Nissan Leaf tem um alcance avaliado pela EPA de 75 milhas (121 km) para o ano modelo de 2013.

Alcance totalmente elétrico , em milhas, para vários modelos populares de híbridos plug-in do ano de 2013, conforme observado em testes pela revista Popular Mechanics . Fornecer maior alcance totalmente elétrico adiciona custos e acarreta compromissos, de modo que diferentes intervalos totalmente elétricos podem atender às necessidades de diferentes clientes.

Os híbridos plug-in fornecem um alcance estendido e potencial para reabastecimento de híbridos convencionais, enquanto permitem que os motoristas usem a energia elétrica da bateria para pelo menos uma parte significativa de sua condução diária típica. A viagem média de ida ou volta do trabalho nos Estados Unidos em 2009 foi de 11,8 milhas (19,0 km), enquanto a distância média comutada para o trabalho na Inglaterra e no País de Gales em 2011 foi ligeiramente menor, 9,3 milhas (15 km). Uma vez que construir um PHEV com um alcance totalmente elétrico mais longo adiciona peso e custo e reduz o espaço para carga e / ou passageiros, não há um alcance totalmente elétrico específico que seja ideal. O gráfico a seguir mostra o alcance totalmente elétrico observado, em milhas, para quatro híbridos plug-in populares do mercado dos EUA, conforme testado pela revista Popular Mechanics .

Um parâmetro-chave do projeto do Chevrolet Volt foi uma meta de 40 milhas (64 km) para a autonomia totalmente elétrica, selecionada para manter o tamanho da bateria pequeno e custos mais baixos, e principalmente porque a pesquisa mostrou que 78% dos passageiros diários nos EUA viajar 40 mi (64 km) ou menos. Este intervalo alvo permitiria que a maior parte das viagens fossem realizadas eletricamente e presumiu-se que o carregamento ocorreria em casa durante a noite. Este requisito traduziu-se no uso de uma bateria de íon-lítio com capacidade de armazenamento de energia de 16 kWh, considerando que a bateria seria utilizada até que o estado de carga (SOC) da bateria atingisse 30%.

Em outubro de 2014, a General Motors relatou, com base em dados coletados por meio de seu sistema de telemática OnStar desde o início das entregas do Volt, e com mais de 1 bilhão de milhas (1,6 bilhão de km) percorridos, que os proprietários do Volt dirigem cerca de 62,5% de suas viagens em modo totalmente elétrico . Em maio de 2016, a Ford relatou, com base em dados coletados de mais de 610 milhões de milhas (976 milhões de km) registrados por seus veículos eletrificados através de seu sistema telemático, que os motoristas desses veículos correm uma média de 13.500 mi (21.700 km) anualmente em seus veículos, com cerca de metade dessas milhas operando em modo totalmente elétrico. Uma análise desses números mostra uma viagem média diária de 42 mi (68 km) para drivers híbridos plug-in do Ford Energi. A Ford observa que, com a gama elétrica aprimorada do modelo do ano modelo 2017, o viajante médio Fusion Energi poderia passar o dia inteiro sem gasolina, se o carro estiver totalmente carregado, antes de sair para o trabalho e antes de sair para casa. De acordo com dados da Ford, atualmente a maioria dos clientes está provavelmente cobrando seus veículos apenas em casa.

A edição de 2015 do relatório anual da EPA " Tecnologia automotiva leve, emissões de dióxido de carbono e tendências de economia de combustível " estima os seguintes fatores de utilidade para híbridos plug-in de ano modelo 2015 para representar a porcentagem de milhas que serão conduzidas usando eletricidade por um motorista médio, seja no modo elétrico ou misto: 83% para o BMW i3 REx , 66% para o Chevrolet Volt, 45% para os modelos Ford Energi , 43% para o McLaren P1 , 37% para o BMW i8 e 29% para o Toyota Prius PHV . Uma análise de 2014 conduzida pelo Laboratório Nacional de Idaho usando uma amostra de 21.600 carros totalmente elétricos e híbridos plug-in, descobriu que os proprietários do Volt viajaram em média 9.112 milhas no modo totalmente elétrico (e-milhas) por ano, enquanto os proprietários do Leaf viajaram 9.697 e-milhas por ano, apesar do menor alcance totalmente elétrico do Volt, cerca de metade do Leaf.

Entre janeiro e agosto de 2014, um período durante o qual as vendas de híbridos convencionais nos EUA desaceleraram, as vendas de híbridos plug-in nos EUA cresceram de 28.241 para 40.748 em comparação com o mesmo período de 2013. As vendas de veículos totalmente elétricos nos EUA também cresceram durante o mesmo período : de 29.917 veículos no período de janeiro a agosto de 2013 para 40.349 em janeiro a agosto de 2014.

Comparação com híbridos não plug-in

Eficiência de combustível e deslocamento de petróleo

Típico etiqueta relativa à economia de combustível para série plug-in veículo híbrido ou elétrico faixa estendida
Etiqueta típica de economia de combustível para híbrido plug-in combinado ou série paralela

Os híbridos plug-in têm o potencial de ser ainda mais eficientes do que os híbridos convencionais porque um uso mais limitado do motor de combustão interna do PHEV pode permitir que o motor seja usado mais próximo de sua eficiência máxima. Embora seja provável que um Toyota Prius converta combustível em energia motriz em média com eficiência de cerca de 30% (bem abaixo da eficiência de pico de 38% do motor), o motor de um PHEV-70 provavelmente operaria com muito mais frequência perto de sua eficiência de pico porque as baterias podem atender às necessidades modestas de energia em momentos em que o motor de combustão seria forçado a funcionar bem abaixo de sua eficiência máxima. A eficiência real alcançada depende das perdas na geração de eletricidade, inversão, carga / descarga da bateria, o controlador do motor e o próprio motor, a forma como o veículo é usado (seu ciclo de trabalho ) e as oportunidades de recarga conectando-se à rede elétrica.

Cada quilowatt-hora de capacidade da bateria em uso deslocará até 50 galões americanos (190 l; 42 imp gal) de combustíveis de petróleo por ano ( gasolina ou diesel ). Além disso, a eletricidade tem várias fontes e, como resultado, oferece o maior grau de resiliência energética .

A economia real de combustível para os PHEVs depende dos modos de operação do trem de força, do alcance totalmente elétrico e da quantidade de condução entre as cargas. Se não for usada gasolina, as milhas por galão de gasolina equivalente (MPG-e) dependem apenas da eficiência do sistema elétrico. O primeiro PHEV de produção em massa disponível no mercado dos EUA, o Chevrolet Volt 2011 , com um alcance totalmente elétrico classificado pela EPA de 35 mi (56 km) e um alcance adicional somente a gasolina estendido de 344 mi (554 km), tem um EPA Economia de combustível combinada de cidade / rodovia de 93 MPG-e no modo totalmente elétrico e 37 mpg -US (6,4 L / 100 km; 44 mpg- imã ) no modo somente gasolina, para uma classificação geral de economia de combustível combinada gás-elétrica de 60 mpg ‑US (3,9 L / 100 km; 72 mpg ‑imp ) equivalente (MPG-e). A EPA também incluiu na etiqueta de economia de combustível do Volt uma tabela mostrando a economia de combustível e a eletricidade consumida em cinco cenários diferentes: 30, 45, 60 e 75 mi (121 km) dirigidos entre uma carga completa e um cenário sem carga. De acordo com esta tabela, a economia de combustível chega a 168 mpg ‑US (1,40 L / 100 km; 202 mpg ‑imp ) equivalente (MPG-e) com 45 mi (72 km) dirigidos entre cargas completas.

Para obter o rótulo ambiental e de economia de combustível mais abrangente que será obrigatório nos EUA a partir do ano modelo 2013, a National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) e a Agência de Proteção Ambiental (EPA) emitiram dois rótulos separados de economia de combustível para híbridos plug-in porque de sua complexidade de projeto, já que o PHEVS pode operar em dois ou três modos de operação: totalmente elétrico, combinado e somente a gasolina. Um rótulo é para veículos híbridos em série ou elétricos de alcance estendido (como o Chevy Volt), com modos totalmente elétricos e somente gasolina; e uma segunda etiqueta para modo combinado ou híbrido em série paralela , que inclui uma combinação de operação a gasolina e elétrica plug-in; e apenas gasolina, como um veículo híbrido convencional.

A Society of Automotive Engineers (SAE) desenvolveu sua prática recomendada em 1999 para testar e relatar a economia de combustível de veículos híbridos e incluiu linguagem para abordar os PHEVs. Um comitê SAE está trabalhando atualmente para revisar os procedimentos para testar e relatar a economia de combustível dos PHEVs. O Toronto Atmospheric Fund testou dez veículos híbridos plug-in adaptados que alcançaram uma média de 5,8 litros por 100 quilômetros ou 40,6 milhas por galão em seis meses em 2008, o que foi considerado abaixo do potencial da tecnologia.

Em testes do mundo real usando drivers normais, algumas conversões Prius PHEV podem não atingir uma economia de combustível muito melhor do que HEVs. Por exemplo, uma frota Prius plug-in, cada uma com um alcance totalmente elétrico de 30 milhas (48 km), teve uma média de apenas 51 mpg ‑US (4,6 L / 100 km; 61 mpg ‑imp ) em 17.000 milhas (27.000 km) ) de teste em Seattle, e resultados semelhantes com o mesmo tipo de modelos de bateria de conversão no Google 's RechargeIT iniciativa. Além disso, a bateria adicional custa US $ 10.000 - US $ 11.000 .

Custos operacionais

Um estudo publicado em 2014 por pesquisadores da Lamar University , Iowa State University e Oak Ridge National Laboratory comparou os custos operacionais de PHEVs de vários intervalos elétricos (10, 20, 30 e 40 milhas) com veículos convencionais a gasolina e híbridos não plug-in veículos elétricos (HEVs) para diferentes períodos de retorno, considerando diferentes níveis de implantação de infraestrutura de carregamento e preços da gasolina. O estudo concluiu que:

  • Os PHEVs economizam cerca de 60% ou 40% em custos de energia, em comparação com os veículos convencionais a gasolina e HEVs, respectivamente. No entanto, para motoristas com milhas percorridas diárias significativas (DVMT), os veículos híbridos podem ser até uma escolha melhor do que os híbridos plug-in com um alcance de 40 mi (64 km), especialmente quando há falta de infraestrutura pública de carregamento.
  • O custo incremental da bateria de híbridos plug-in de bateria grande é difícil de justificar com base na economia incremental dos custos operacionais dos PHEVs, a menos que um subsídio seja oferecido para PHEVs de bateria grande.
  • Quando o preço da gasolina aumenta de US $ 4 por galão para US $ 5 por galão, o número de motoristas que se beneficiam de uma bateria maior aumenta significativamente. Se o preço do gás for US $ 3 , um híbrido plug-in com alcance de 10 mi (16 km) é a opção menos custosa, mesmo se o custo da bateria for US $ 200 / kWh.
  • Embora os carregadores rápidos possam reduzir o tempo de carregamento, eles contribuem pouco para a economia de energia dos PHEVs, ao contrário dos carregadores de nível 2 .

Custo das baterias

As desvantagens dos PHEVs incluem o custo, peso e tamanho adicionais de uma bateria maior . De acordo com um estudo de 2010 do National Research Council , o custo de uma bateria de íon-lítio é de cerca de US $ 1.700 / kW · h de energia utilizável, e considerando que um PHEV-10 requer cerca de 2,0 kW · he um PHEV-40 cerca de 8 kW · h, o custo estimado do fabricante da bateria para um PHEV-10 é de cerca de US $ 3.000 e chega a US $ 14.000 para um PHEV-40. De acordo com o mesmo estudo, embora os custos devam diminuir em 35% até 2020, a penetração no mercado deve ser lenta e, portanto, os PHEVs não devem impactar significativamente o consumo de petróleo ou as emissões de carbono antes de 2030, a menos que um avanço fundamental nas tecnologias de bateria ocorre.

Comparação de custos entre um PHEV-10 e um PHEV-40
(preços para 2010)

Tipo de plug-in por
faixa EV
Modelo de
produção semelhante
Tipo de trem de
força

Custo adicional do fabricante em
comparação com tamanho médio
não híbrido convencional
Custo estimado
da bateria
Custo de atualização do
sistema elétrico
em casa
Economia esperada de
gasolina em comparação com um HEV


Economia anual de
gasolina em comparação com um HEV (2)


PHEV-10
Plug-in Prius (1)
Paralelo
US $ 6.300
US $ 3.300
Mais de US $ 1.000
20%
70 galões
PHEV-40
Chevy Volt
Series
US $ 18.100
US $ 14.000
Mais de US $ 1.000
55%
200 galões
Notas: (1) Considera a tecnologia HEV usada no Toyota Prius com uma bateria maior. O alcance totalmente elétrico estimado do Prius Plug-in é de 14,5 mi (23 km)
(2) Supondo 15.000 milhas por ano.

De acordo com o estudo da NRC de 2010, embora uma milha dirigida com eletricidade seja mais barata do que uma dirigida com gasolina, a economia de combustível ao longo da vida não é suficiente para compensar os altos custos iniciais dos plug-ins, e levará décadas antes que o ponto de equilíbrio seja alcançado . Além disso, centenas de bilhões de dólares em subsídios e incentivos do governo provavelmente serão necessários para alcançar uma rápida penetração no mercado de plug-ins nos Estados Unidos.

Um estudo de 2013 do Conselho Americano para uma Economia com Eficiência Energética relatou que os custos da bateria caíram de US $ 1.300 por quilowatt-hora em 2007 para US $ 500 por quilowatt-hora em 2012. O Departamento de Energia dos EUA definiu metas de custo para sua pesquisa de bateria patrocinada de US $ 300 por quilowatt-hora em 2015 e US $ 125 por quilowatt-hora até 2022. As reduções de custos por meio de avanços na tecnologia de bateria e maiores volumes de produção permitirão que os veículos elétricos plug-in sejam mais competitivos com os veículos convencionais com motor de combustão interna.

Um estudo publicado em 2011 pelo Belfer Center , da Universidade de Harvard , descobriu que a economia com a gasolina dos PHEVs durante a vida útil dos veículos não compensa seus preços de compra mais altos. Essa descoberta foi estimada comparando seu valor presente líquido vitalício aos custos operacionais e de compra de 2010 para o mercado dos EUA, e assumindo que não há subsídios do governo . Pelas estimativas do estudo, um PHEV-40 é US $ 5.377 mais caro que um motor convencional de combustão interna, enquanto um veículo elétrico a bateria (BEV) é US $ 4.819 mais caro. O estudo também examinou como esse equilíbrio mudará nos próximos 10 a 20 anos, supondo que os custos da bateria diminuirão enquanto os preços da gasolina aumentam. Nos cenários futuros considerados, o estudo descobriu que os BEVs serão significativamente mais baratos do que os carros convencionais ( US $ 1.155 a US $ 7.181 mais baratos), enquanto os PHEVs serão mais caros do que os BEVs em quase todos os cenários de comparação, e apenas menos caros do que os carros convencionais em um cenário com custos de bateria muito baixos e preços altos da gasolina. Os BEVs são mais simples de construir e não usam combustível líquido, enquanto os PHEVs têm trens de força mais complicados e ainda têm motores movidos a gasolina.

Emissões deslocadas para usinas elétricas

Prevê-se que o aumento da poluição ocorra em algumas áreas com a adoção de PHEVs, mas a maioria das áreas sofrerá uma diminuição. Um estudo do ACEEE prevê que o uso generalizado de PHEV em áreas fortemente dependentes do carvão resultaria em um aumento nas emissões líquidas locais de dióxido de enxofre e mercúrio , dados os níveis de emissão da maioria das usinas de carvão que atualmente fornecem energia para a rede. Embora as tecnologias de carvão limpo possam criar usinas de energia que fornecem energia à rede a partir do carvão sem emitir quantidades significativas desses poluentes, o custo mais alto da aplicação dessas tecnologias pode aumentar o preço da eletricidade gerada pelo carvão. O efeito líquido sobre a poluição depende da fonte de combustível da rede elétrica (fóssil ou renovável, por exemplo) e do perfil de poluição das próprias usinas. Identificar, regular e atualizar uma fonte de poluição de ponto único, como uma usina elétrica - ou substituir uma usina por completo - também pode ser mais prático. Do ponto de vista da saúde humana, transferir a poluição das grandes áreas urbanas pode ser considerado uma vantagem significativa.

De acordo com um estudo de 2009 da National Academy of Science, "os veículos elétricos e os veículos híbridos dependentes da rede (plug-in) mostraram danos não climáticos um pouco maiores do que muitas outras tecnologias." A eficiência dos híbridos plug-in também é afetada pela eficiência geral da transmissão de energia elétrica . As perdas de transmissão e distribuição nos EUA foram estimadas em 7,2% em 1995 e 6,5% em 2007. Pela análise do ciclo de vida das emissões de poluição do ar, os veículos a gás natural são atualmente os que mais emitem.

Estrutura de taxas escalonadas para contas de energia elétrica

O consumo elétrico adicional para recarregar os veículos plug-in poderia empurrar muitas residências em áreas que não têm tarifas fora do pico para o nível de preço mais alto e anular os benefícios financeiros. Os clientes com essas tarifas poderiam obter economias significativas ao serem cuidadosos sobre quando o veículo era cobrado, por exemplo, usando um cronômetro para restringir a cobrança a horários fora de pico. Assim, uma comparação precisa do benefício requer que cada domicílio avalie seu nível de uso de eletricidade atual e tarifas pesadas em comparação com o custo da gasolina e o custo operacional real observado da operação do veículo no modo elétrico.

Emissão de gases de efeito estufa

O efeito dos PHEVs nas emissões de gases de efeito estufa é complexo. Os veículos híbridos plug-in operando no modo totalmente elétrico não emitem poluentes prejudiciais do tubo de escape da fonte de energia a bordo. O benefício do ar limpo é geralmente local porque, dependendo da fonte de eletricidade usada para recarregar as baterias, as emissões de poluentes atmosféricos são deslocadas para o local das usinas de geração. Da mesma forma, os PHEVs não emitem gases de efeito estufa da fonte de energia a bordo, mas do ponto de vista da avaliação do poço à roda , a extensão do benefício depende também do combustível e da tecnologia utilizada para a geração de eletricidade . Do ponto de vista de uma análise de ciclo de vida completo , a eletricidade usada para recarregar as baterias deve ser gerada a partir de fontes de emissão zero, como renováveis ​​(por exemplo , energia eólica , energia solar ou hidroeletricidade ) ou energia nuclear para PEVs para ter quase nenhum ou zero poço -a-roda emissões. Por outro lado, quando os PEVs são recarregados de usinas movidas a carvão , eles geralmente produzem um pouco mais emissões de gases de efeito estufa do que os veículos com motor de combustão interna . No caso do veículo elétrico híbrido plug-in ao operar no modo híbrido com auxílio do motor de combustão interna, as emissões do tubo de escape e do efeito estufa são menores em comparação com os carros convencionais devido à sua maior economia de combustível .

Avaliações de emissões e energia do ciclo de vida

Argonne

Em 2009, pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne adaptaram seu modelo GREET para realizar uma análise full -to- wheel (WTW) do uso de energia e das emissões de gases de efeito estufa (GHG) de veículos elétricos híbridos plug-in para vários cenários, considerando diferentes combustíveis de bordo e diferentes fontes de geração de energia elétrica para recarga das baterias dos veículos. Três regiões dos Estados Unidos foram selecionadas para a análise, Califórnia , Nova York e Illinois , já que essas regiões incluem grandes áreas metropolitanas com variações significativas em suas combinações de geração de energia. Os resultados da análise do ciclo completo também foram relatados para o mix de geração dos EUA e eletricidade renovável para examinar casos de mixes médios e limpos, respectivamente. Este estudo de 2009 mostrou uma ampla difusão do uso do petróleo e das emissões de GEE entre as diferentes tecnologias de produção de combustível e mixes de geração da rede. A tabela a seguir resume os principais resultados:

PHEV do poço às rodas Uso de energia do petróleo e emissões de gases de efeito estufa
para uma faixa totalmente elétrica entre 16 e 64 km (10 e 40 milhas) com diferentes combustíveis a bordo. (1)
(como uma% em relação a um veículo com motor de combustão interna que usa gasolina de combustível fóssil)
Análise Gasolina reformulada
e diesel com ultra baixo teor de enxofre
Combustível E85 de
milho e switchgrass
Hidrogênio da célula de combustível
Redução do uso de energia do petróleo
40-60%
70–90%
mais de 90%
Redução de emissões de GEE (2)
30-60%
40-80%
10–100%
Fonte: Center for Transportation Research, Argonne National Laboratory (2009). Consulte a Tabela 1. Notas: (1) Simulações para o ano 2020
com o ano modelo PHEV 2015. (2) Nenhuma mudança direta ou indireta no uso da terra incluída na análise WTW para matérias-primas de combustível de biomassa.

O estudo de Argonne descobriu que os PHEVs ofereceram reduções no uso de energia do petróleo em comparação com os veículos elétricos híbridos regulares. Mais economia de energia de petróleo e também mais reduções de emissões de GEE foram realizadas conforme a faixa totalmente elétrica aumentou, exceto quando a eletricidade usada para recarregar foi dominada por carvão ou geração de energia a óleo. Como esperado, a eletricidade de fontes renováveis ​​obteve as maiores reduções no uso de energia do petróleo e nas emissões de GEE para todos os PHEVs à medida que a faixa totalmente elétrica aumentou. O estudo também concluiu que os veículos plug-in que empregam combustíveis baseados em biomassa (biomassa-E85 e -hidrogênio) podem não obter benefícios de emissões de GEE em relação aos híbridos regulares se a geração de energia for dominada por fontes fósseis.

Oak Ridge

Um estudo de 2008 realizado por pesquisadores do Laboratório Nacional de Oak Ridge analisou o uso de óleo e as emissões de gases de efeito estufa (GEE) de híbridos plug-in em relação a veículos elétricos híbridos em vários cenários para os anos 2020 e 2030. O estudo considerou a mistura de fontes de energia para 13 Estados Unidos regiões que seriam usadas durante a recarga de veículos, geralmente uma combinação de carvão, gás natural e energia nuclear e, em menor grau, energia renovável. Um estudo de 2010 conduzido no Laboratório Nacional de Argonne chegou a conclusões semelhantes, concluindo que os PHEVs reduzirão o consumo de petróleo, mas podem produzir emissões de gases de efeito estufa muito diferentes para cada região, dependendo da matriz energética usada para gerar eletricidade para recarregar os híbridos plug-in.

Agência de Proteção Ambiental

Em outubro de 2014, a Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos publicou a edição de 2014 de seu relatório anual " Tecnologia automotiva leve, emissões de dióxido de carbono e tendências de economia de combustível ". Pela primeira vez, o relatório apresenta uma análise do impacto dos veículos de combustível alternativo , com ênfase nos veículos elétricos plug-in, porque como sua participação de mercado está se aproximando de 1%, os PEVs começaram a ter um impacto mensurável no combustível geral dos novos veículos nos EUA economia e CO
2
emissões.

O relatório da EPA incluiu a análise de 12 carros de passageiros totalmente elétricos e 10 híbridos plug-in disponíveis no mercado como ano modelo 2014. Para fins de uma estimativa precisa das emissões, a análise levou em consideração as diferenças de operação entre esses PHEVs, como o Chevrolet Volt que pode operar em modo totalmente elétrico sem usar gasolina, e aqueles que funcionam em modo misto como o Toyota Prius PHV , que usa a energia armazenada na bateria e a energia do tanque de gasolina para impulsionar o veículo, mas pode entregar condução totalmente elétrica substancial no modo combinado. Além disso, uma vez que o alcance totalmente elétrico dos híbridos plug-in depende do tamanho da bateria, a análise introduziu um fator de utilidade como uma projeção, em média, da porcentagem de milhas que serão conduzidas usando eletricidade (em elétrico modos únicos e combinados) por um motorista médio. A tabela a seguir mostra a economia geral de combustível EV / híbrido expressa em termos de milhas por galão de gasolina equivalente (mpg-e) e o fator de utilidade para os dez híbridos plug-in MY2014 disponíveis no mercado dos EUA. O estudo usou o fator de utilidade (uma vez que no modo EV puro não há emissões do tubo de escape) e a melhor estimativa da EPA do CO
2
Emissões do tubo de escape produzidas por esses veículos na operação de cidades e rodovias do mundo real com base na metodologia de etiqueta de 5 ciclos da EPA, usando uma direção ponderada de 55% na cidade / 45% na rodovia. Os resultados são mostrados na tabela a seguir.

Além disso, a EPA foi responsável pelo CO upstream
2
emissões associadas à produção e distribuição de eletricidade necessária para carregar os PHEVs. Uma vez que a produção de eletricidade nos Estados Unidos varia significativamente de região para região, a EPA considerou três cenários / faixas com a extremidade inferior da faixa correspondendo ao fator de emissão do motor da Califórnia, o meio do intervalo representado pelo fator de emissão médio nacional do motor, e a extremidade superior da faixa correspondente ao fator de emissão do motor para as Montanhas Rochosas. A EPA estima que os fatores de emissão de GEE de eletricidade para várias regiões do país variam de 346 g CO2 / kW-hr na Califórnia a 986 g CO2 / kW-hr nas Montanhas Rochosas, com uma média nacional de 648 g CO2 / kW-hr . A tabela a seguir mostra as emissões do tubo de escape e as emissões combinadas do tubo de escape e upstream para cada um dos 10 MY 2014 PHEVs disponíveis no mercado dos EUA.

Comparação do tubo de escape e CO a montante
2
emissões (1) estimadas pela EPA
para os híbridos plug-in MY 2014 disponíveis no mercado dos EUA em setembro de 2014
Veículo Avaliação EPA
combinada
EV / híbrido
( mpg-e )

Fator de utilidade (2)
(compartilhar
milhas EV )
Tubo de escape CO
2

(g / mi)
Tubo de escape + CO2 total a montante
Baixo
(g / mi)
Média
(g / mi)
Alto
(g / mi)
BMW i3 REx (3) 88 0,83 40 134 207 288
Chevrolet Volt 62 0,66 81 180 249 326
Cadillac ELR 54 0,65 91 206 286 377
Ford C-Max Energi 51 0,45 129 219 269 326
Ford Fusion Energi 51 0,45 129 219 269 326
Híbrido de plug-in Honda Accord 57 0,33 130 196 225 257
Toyota Prius Plug-in Hybrid 58 0,29 133 195 221 249
BMW i8 37 0,37 198 303 351 404
Porsche Panamera S E-Hybrid 31 0,39 206 328 389 457
McLaren P1 17 0,43 463 617 650 687
Carro a gasolina médio 24,2 0 367 400 400 400
Notas: (1) Com base em 45% em rodovias e 55% em condução na cidade. (2) O fator de utilidade representa, em média, a porcentagem de milhas que serão dirigidas usando eletricidade (nos modos apenas elétrico e misto) por um motorista médio. (3) A EPA classifica o i3 REx como um plug-in híbrido em série

Escritório Nacional de Pesquisa Econômica

A maioria das análises de emissão usa taxas médias de emissões em todas as regiões, em vez de geração marginal em diferentes momentos do dia. A abordagem anterior não leva em consideração o mix de geração dentro dos mercados de eletricidade interconectados e os perfis de carga variáveis ​​ao longo do dia. Uma análise de três economistas afiliados ao National Bureau of Economic Research (NBER), publicada em novembro de 2014, desenvolveu uma metodologia para estimar as emissões marginais da demanda de eletricidade que variam por local e hora do dia nos Estados Unidos. O estudo usou dados de emissões e consumo de 2007 a 2009 e usou as especificações do Chevrolet Volt (alcance totalmente elétrico de 35 mi (56 km)). A análise descobriu que as taxas de emissão marginal são mais de três vezes maiores no Upper Midwest em comparação com o oeste dos Estados Unidos e, dentro das regiões, as taxas para algumas horas do dia são mais do que o dobro daquelas para outras. Aplicando os resultados da análise marginal a veículos elétricos plug-in, os pesquisadores do NBER descobriram que as emissões dos PEVs de carregamento variam por região e horas do dia. Em algumas regiões, como Oeste dos Estados Unidos e Texas, CO
2
as emissões por milha de dirigir PEVs são menores do que as de dirigir um carro híbrido. No entanto, em outras regiões, como o Upper Midwest, cobrar durante as horas recomendadas da meia-noite às 4 da manhã implica que os PEVs geram mais emissões por quilômetro do que a média de um carro atualmente na estrada. Os resultados mostram uma tensão fundamental entre a gestão da carga de eletricidade e os objetivos ambientais, visto que as horas em que a eletricidade é menos cara para produzir tendem a ser as horas com as maiores emissões. Isso ocorre porque as unidades movidas a carvão, que têm taxas de emissão mais altas, são mais comumente usadas para atender à demanda de eletricidade de nível básico e fora de pico; enquanto as unidades de gás natural, que têm taxas de emissão relativamente baixas, são frequentemente colocadas online para atender aos picos de demanda. Esse padrão de troca de combustível explica por que as taxas de emissão tendem a ser mais altas à noite e mais baixas durante os períodos de pico de demanda pela manhã e à noite.

Produção e vendas

Modelos de produção

O Chevrolet Volt era o híbrido plug-in mais vendido do mundo até setembro de 2018.

Desde 2008, os híbridos plug-in estão disponíveis comercialmente tanto por fabricantes especializados quanto por produtores convencionais de veículos com motor de combustão interna. O F3DM , lançado na China em dezembro de 2008, foi o primeiro plug-in híbrido de produção vendido no mundo. O Chevrolet Volt , lançado nos Estados Unidos em dezembro de 2010, foi o primeiro plug-in híbrido de produção em massa de uma grande montadora.

Vendas e principais mercados

Havia 1,2 milhão de carros híbridos plug-in nas estradas mundiais no final de 2017. O estoque de híbridos plug-in aumentou para 1,8 milhão em 2018, de um estoque global de cerca de 5,1 milhões de carros elétricos plug-in de passageiros . Em dezembro de 2017, os Estados Unidos eram classificados como o maior mercado de carros híbridos plug-in do mundo com um estoque de 360.510 unidades, seguidos pela China com 276.580 veículos, Japão com 100.860 unidades, Holanda com 98.220 e Reino Unido com 88.660.

As vendas globais de híbridos plug-in cresceram de mais de 300 unidades em 2010 para quase 9.000 em 2011, saltaram para mais de 60.000 em 2012 e chegaram a quase 222.000 em 2015. Em dezembro de 2015, os Estados Unidos eram o maior híbrido plug-in do mundo mercado de automóveis com estoque de 193.770 unidades. Cerca de 279.000 híbridos plug-in leves foram vendidos em 2016, elevando o estoque global para quase 800.000 carros elétricos híbridos plug-in legais para rodovias no final de 2016. Um total de 398.210 carros híbridos plug-in foram vendidos em 2017, com A China é o país mais vendido com 111.000 unidades e o estoque global de híbridos plug-in ultrapassou a marca de um milhão de unidades no final de 2017.

Evolução da relação entre as vendas globais de BEVs e PHEVs entre 2011 e 2019.

As vendas globais de veículos elétricos plug-in têm mudado há vários anos para carros totalmente elétricos a bateria. A proporção global entre totalmente elétricos (BEVs) e híbridos plug-in (PHEVs) foi de 56:44 em 2012 para 60:40 em 2015, para 66:34 em 2017 e aumentou para 69:31 em 2018.

Por país

Holanda, Suécia, Reino Unido e Estados Unidos têm as maiores participações nas vendas de híbridos plug-in como porcentagem do total de vendas de veículos elétricos plug-in de passageiros. A Holanda tem a maior fatia do mundo de híbridos plug-in entre o estoque de carros elétricos plug-in de passageiros, com 86.162 híbridos plug-in registrados no final de outubro de 2016, de 99.945 carros elétricos plug-in e vans, representando 86,2% do estoque de veículos elétricos plug-in leves do país.

A Suécia ocupa a próxima posição, com 16.978 carros híbridos plug-in vendidos entre 2011 e agosto de 2016, representando 71,7% do total de registros de vendas de carros elétricos plug-in de passageiros. Os registros de híbridos plug-in no Reino Unido até agosto de 2016 totalizaram 45.130 unidades, representando 61,6% do total de registros de carros plug-in desde 2011. Nos Estados Unidos, os híbridos plug-in representam 47,2% dos 506.450 carros elétricos plug-in vendidos entre 2008 e agosto de 2016.

Em novembro de 2013, a Holanda se tornou o primeiro país onde um híbrido plug-in liderou o ranking mensal de vendas de carros novos. Durante novembro, as vendas foram lideradas pelo Mitsubishi Outlander P-HEV com 2.736 unidades, capturando uma participação de mercado de 6,8% dos automóveis novos de passageiros vendidos naquele mês. Novamente em dezembro de 2013, o Outlander P-HEV foi classificado como o carro novo mais vendido no país, com 4.976 unidades, representando uma participação de mercado de 12,6% nas vendas de carros novos. Essas vendas recordes permitiram que a Holanda se tornasse o segundo país, depois da Noruega, onde os carros elétricos plug-in lideraram o ranking mensal de vendas de carros novos. Em dezembro de 2013, a Holanda era o país com maior concentração de mercado de híbridos plug-in, com 1,45 veículos registrados por 1.000 pessoas.

A tabela a seguir apresenta os países com melhor classificação de acordo com sua participação de mercado no segmento de híbridos plug-in no total de vendas de carros novos em 2013:

Os 10 principais países por participação
de mercado de híbridos plug-in nas vendas de carros novos em 2013
Ranking País PHEV
mercado
share (1)
(%)
Ranking País PHEV
mercado
share (1)
(%)
1  Holanda 4,72% 6  Islândia 0,25%
2  Suécia 0,41% 7  Finlândia 0,13%
3  Japão 0,40% 8  Reino Unido 0,05%
4  Noruega 0,34% 9  França 0,05%
5  Estados Unidos 0,31% 10   Suíça 0,05%
Nota: (1) Participação de mercado de híbridos plug-in com capacidade para rodovias como porcentagem do total de vendas de carros novos no país em 2013.

Por modelo

De acordo com a JATO Dynamics , desde dezembro de 2018 o Mitsubishi Outlander P-HEV é o híbrido plug-in mais vendido de todos os tempos. Desde o início, 270.000 unidades foram vendidas em todo o mundo até dezembro de 2020. A Europa é o mercado líder do Outlander P-HEV com 126.617 unidades vendidas até janeiro de 2019, seguido pelo Japão 42.451 unidades até março de 2018. As vendas europeias são lideradas pelo Reino Unido com 50.000 unidades por Abril de 2020, seguido pela Holanda com 25.489 unidades e pela Noruega com 14.196, ambos até março de 2018.

As vendas globais combinadas do Chevrolet Volt e suas variantes totalizaram cerca de 186.000 unidades até o final de 2018, incluindo cerca de 10.000 Opel / Vauxhall Amperas vendidos na Europa até junho de 2016, e mais de 4.300 Buick Velite 5s vendidos apenas na China (rebatizado Volt de segunda geração ) até dezembro de 2018. As vendas do Volt são lideradas pelos Estados Unidos com 152.144 unidades entregues até dezembro de 2018, seguido pelo Canadá com 17.311 unidades até novembro de 2018. Até setembro de 2018, o Chevrolet Volt era o híbrido plug-in mais vendido do mundo.

Em terceiro lugar está o Toyota Prius Plug-in Hybrid ( Toyota Prius Prime ) com cerca de 174.600 unidades vendidas em todo o mundo de ambas as gerações até dezembro de 2018. Os Estados Unidos são o mercado líder com mais de 93.000 unidades entregues até dezembro de 2018. O Japão ocupa a próxima posição com cerca de 61.200 unidades até dezembro de 2018, seguida pela Europa com quase 14.800 unidades até junho de 2018.

A tabela a seguir apresenta modelos híbridos plug-in com vendas globais cumulativas de cerca de ou mais de 100.000 unidades desde a introdução do primeiro carro híbrido plug-in de produção moderno, o BYD F3DM , em 2008 até dezembro de 2020:

Carros elétricos híbridos plug-in legais mais vendidos
entre 2008 e 2020
Modelo
Lançamento no mercado
Vendas globais
Vendas cumulativas por meio de
Fontes
Desde o início 2018
Mitsubishi Outlander P-HEV Janeiro de 2013 270.000 - Dezembro de 2020
Chevrolet Volt (1) Dezembro de 2010 ~ 186.000 25.108 Dez. 2018
Toyota Prius PHV Janeiro de 2012 174.586 45.686 Dez. 2018
BYD Qin (2) Dez 2013 136.818 47.425 Dez. 2018
BYD Tang (2) Junho de 2015 101.518 37.146 Dez. 2018
Notas: (1) Além do modelo Volt vendido na América do Norte, as vendas combinadas da família Volt / Ampera incluem
cerca de 10.000 Vauxhall / Opel Ampera e 1.750 Volts vendidos na Europa, 246 Holden Volt vendido na Austrália
e 4.317 unidades do Buick Velite 5 vendido apenas na China (rebatizado Volt de segunda geração ).
(2) Vendas apenas na China. O total de BYD Qin não inclui as vendas da variante totalmente elétrica (Qin EV300).

Apoio governamental e implantação pública

Subsídios e incentivos econômicos

Vários países estabeleceram concessões e créditos fiscais para a compra de novos veículos elétricos plug-in (PEVs), incluindo veículos elétricos híbridos plug-in, e geralmente o incentivo econômico depende do tamanho da bateria. Os Estados Unidos oferecem um crédito de imposto de renda federal de até US $ 7.500 e vários estados têm incentivos adicionais. O Reino Unido oferece um Plug-in Car Grant de até GB £ 5.000 ( US $ 7.600 ). Em abril de 2011, 15 dos 27 estados-membros da União Europeia oferecem incentivos fiscais para veículos eletricamente carregados, o que inclui todos os países da Europa Ocidental , mais a República Tcheca e a Romênia . Além disso, 17 países cobram impostos relacionados ao dióxido de carbono em automóveis de passageiros como um desincentivo. Os incentivos consistem em reduções e isenções fiscais, bem como em pagamentos de bônus para compradores de veículos híbridos totalmente elétricos e plug-in, veículos híbridos e alguns veículos com combustível alternativo .

Outro apoio governamental

Estados Unidos
O presidente Bush com o CEO da A123Systems na Casa Branca South Lawn examinando um Toyota Prius convertido em híbrido plug-in com tecnologia Hymotion .

Os incentivos para o desenvolvimento de PHEVs estão incluídos na Lei de Segurança e Independência Energética de 2007 . A Lei de Melhoria e Extensão de Energia de 2008 , sancionada em 3 de outubro de 2008, concede créditos fiscais para a compra de PHEVs. O New Energy for America do presidente Barack Obama pede a implantação de 1 milhão de veículos híbridos plug-in até 2015 e, em 19 de março de 2009, ele anunciou programas direcionando US $ 2,4 bilhões para o desenvolvimento de veículos elétricos.

A Lei Americana de Recuperação e Reinvestimento de 2009 modifica os créditos fiscais, incluindo um novo para kits de conversão de acionamento elétrico plug-in e para veículos de 2 ou 3 rodas. O total final incluído na lei que vai para PHEVs é mais de US $ 6 bilhões.

Em março de 2009, como parte da Lei Americana de Recuperação e Reinvestimento , o Departamento de Energia dos EUA anunciou o lançamento de duas solicitações competitivas de até US $ 2 bilhões em financiamento federal para acordos de custos compartilhados concedidos de forma competitiva para a fabricação de baterias avançadas e componentes de acionamento relacionados bem como até $ 400 milhões para demonstração de eletrificação de transporte e projetos de implantação. Este anúncio também ajudará a cumprir a meta do presidente Barack Obama de colocar um milhão de veículos híbridos plug-in nas estradas até 2015.

O presidente Barack Obama ao volante de um Chevy Volt durante sua visita à fábrica de automóveis da General Motors em Hamtramck , Michigan .

As implantações públicas também incluem:

União Européia

A eletrificação do transporte ( eletromobilidade ) é uma prioridade do Programa de Pesquisa da União Europeia . Também figura de forma proeminente no Plano de Relançamento da Economia Europeia apresentado em novembro de 2008, no âmbito da Green Car Initiative. A DG TREN apoiará um grande projeto europeu de "eletromobilidade" em veículos elétricos e infraestruturas relacionadas com um orçamento total de cerca de € 50 milhões como parte da Green Car Initiative.

Organizações de apoio

As organizações que oferecem suporte a híbridos de plug-in incluem o World Wide Fund for Nature , ", National Wildlife Federation e CalCars .

Outras organizações de apoio são a Plug In America , a Alliance for Climate Protection , a Friends of the Earth , a Rainforest Action Network , o Rocky Mountain Institute (Project Get Ready), o San Francisco Bay Area Council , a Apollo Alliance, a Set America Free Coalition , o Silicon Valley Leadership Group e o Plug-in Hybrid Electric School Bus Project ,

A FPL e a Duke Energy disseram que até 2020 todas as novas compras de veículos da frota serão híbridos plug-in ou totalmente elétricos.

Veja também

Referências

links externos

Livros e estudos