Asignaturas:
- Introducción
- Formas híbridas
- microhíbrido
- Híbrido suave
- Propulsión híbrida en serie
- Propulsión híbrida paralela
- Híbrido enchufable
- Recuperación de energía
- Descripción general del sistema Toyota Prius
- Descripción general del sistema Mitsubishi Outlander
- Transmisión de un vehículo híbrido.
Introducción:
Cuando se queman combustibles fósiles, se libera dióxido de carbono (CO2). Este CO2 se acumula en la atmósfera. Cuando la luz del sol incide sobre la Tierra, la radiación de calor ya no puede escapar debido a la acumulación de CO2, lo que provoca el "efecto invernadero". 120g CO2/km corresponde a:
- 5,2 litros gasolina / 100 km
- 4,5 l diésel / 100 km
- 4,4 kg de gas natural / 100 km
- 1,0 kg de hidrógeno / 100 km
- 20 kWh de electricidad / 100 km
Con la tecnología híbrida se reduce la reducción de CO2 (emisiones). Actualmente, los fabricantes están ocupados desarrollando cada vez más tecnologías para lograr una transición energética desde una conducción neutra en CO2.
Formas híbridas:
Los vehículos con propulsión híbrida utilizan tanto un motor de combustión como un motor eléctrico. El objetivo de la hibridación es principalmente reducir el consumo de combustible y las emisiones de escape. Los beneficios adicionales gracias a los motores eléctricos son un mayor par y más comodidad.
En el caso de la propulsión híbrida, se distingue entre vehículos microhíbridos, semihíbridos y totalmente híbridos.
Un vehículo con propulsión totalmente eléctrica no entra en la categoría "híbrido". Un vehículo equipado con un extensor de autonomía puede clasificarse como un “híbrido en serie”.
El siguiente diagrama muestra las diferentes formas híbridas, desde una forma baja a una alta de soporte eléctrico. conducir.
Microhíbrido:
Un vehículo microhíbrido no tiene un motor eléctrico que apoye al motor de combustión durante la conducción, pero está equipado con diversas tecnologías de ahorro de combustible. Entonces aquí no existe tal cosa. Sistema HV (Alto Voltaje). A través de él se consigue el ahorro de combustible. sistema de arranque/parada, que detiene y arranca automáticamente el motor cuando el vehículo está parado y un sistema de regeneración de la batería. Este sistema de regeneración permite que el alternador se cargue al máximo cuando el vehículo frena. La energía que normalmente se pierde en las pastillas de freno se utiliza ahora en parte para cargar la batería de 12 voltios. Esto significa que, cuando se conduce a velocidad constante, no es necesaria una inyección adicional de combustible debido al aumento de carga en el alternador y se ahorra combustible.
Híbrido suave:
En los vehículos híbridos suaves el motor de combustión apoyado por uno o dos de 48 voltios motor electrico que proporcionan potencia adicional en diferentes condiciones de funcionamiento. El motor eléctrico ayuda al motor de combustión a acelerar. Al conducir a velocidad constante, el motor eléctrico se vuelve a apagar automáticamente. Por lo tanto, el vehículo no puede circular de forma totalmente eléctrica.
El motor eléctrico se encuentra cerca de él. volante, o existe una transmisión por cadena/correa dentada entre el motor eléctrico y el extremo del cigüeñal. La batería relativamente compacta de 48 voltios suele estar situada en el maletero.
La imagen muestra un motor eléctrico en la carcasa del volante del motor de combustión. Este tampoco es un sistema HV. Por lo tanto, un técnico sin certificado NEN también puede realizar trabajos en la transmisión eléctrica.
Un vehículo microhíbrido también puede estar equipado con un generador de motor de arranque de 48 voltios, que es esencialmente una combinación de alternador y motor de arranque. Los fabricantes dan los siguientes nombres a este tipo de generador de motor de arranque:
- Dynastart;
- Generador de arranque;
- Alternador de arranque accionado por correa;
- Generador de arranque integrado con correa (BSG).
Mediante un mecanismo, la correa múltiple se puede tensar en el lado correcto según la carga o el arranque.
Las tres imágenes siguientes muestran las tres posiciones posibles durante la carga (regenerativa) de la batería, el arranque del motor de combustión y el modo de motor eléctrico, donde apoya al motor de combustión. El apoyo a los motores turbo se produce principalmente en el rango de bajas revoluciones, donde el "impulso" del motor eléctrico compensa el llamado turbo lag.
Un alternador de motor de arranque de 48 voltios reemplaza al alternador "normal" de 12 voltios. Además de la batería de 48 voltios, también tenemos la batería de 12 voltios para el sistema eléctrico de a bordo que suministra energía a la iluminación, cerraduras de puertas y accesorios del coche. A Convertidor / convertidor DC-DC (transformador) convierte 48 voltios en 12 voltios para cargar la batería.
Unidad híbrida en serie:
Un vehículo con propulsión híbrida en serie es operado exclusivamente por el Motor eléctrico de alta tensión motorizado. No existe una conexión directa entre el motor de combustión y las ruedas. La siguiente imagen muestra un ejemplo de un automóvil híbrido de serie con tracción trasera.
Existe un acoplamiento (1) entre el motor de combustión (3) y el generador (2). Cuando el motor está en marcha y el embrague está cerrado, el batería de alto voltaje (7) mediante el generador (3) y el inversor cq. inversor (6) cargado. El inversor regula el voltaje de CA suministrado por el generador a un voltaje de CC regulado.
Los componentes eléctricos de la transmisión de un híbrido en serie funcionan con alto voltaje (HV). Esto se puede reconocer por los cables y enchufes de color naranja. Sólo los técnicos certificados pueden realizar trabajos en el sistema HV.
Ventajas del sistema híbrido en serie:
- Construcción sencilla porque el motor de combustión no proporciona directamente el propulsor.
- Adecuado para conducción totalmente eléctrica, si la batería es lo suficientemente grande.
- No se requiere embrague para arrancar desde parado; El motor eléctrico se encarga de esto.
- No es necesaria marcha atrás porque el motor eléctrico puede girar en dos direcciones.
- Adecuado para cargar a través de la red eléctrica (enchufable).
Contras:
- El motor eléctrico debe proporcionar potencia de accionamiento total.
- Mayor masa que un vehículo de tracción paralela.
Propulsión híbrida paralela:
En un vehículo con propulsión híbrida en paralelo puede existir una conexión directa entre el motor de combustión y las ruedas. Cuando los acoplamientos (3 y 5) de la imagen siguiente están cerrados, el vehículo puede funcionar con el motor de combustión. El motor eléctrico (4) sirve tanto para cargar la batería como para accionar las ruedas.
Un híbrido paralelo también puede funcionar únicamente con motor eléctrico. Al abrir el acoplamiento 3 se interrumpe la conexión con el motor de combustión; Éste se puede desconectar para poder conducir de forma puramente eléctrica. El embrague 5 se activa al salir de parado.
Al igual que el híbrido en serie, el híbrido en paralelo está equipado con una instalación de AT con cables y enchufes de color naranja.
Ventajas del sistema híbrido paralelo:
- Adecuado para conducción totalmente eléctrica, siempre que la batería sea lo suficientemente grande y exista un acoplamiento entre el motor de combustión y el motor eléctrico.
- No es necesaria marcha atrás porque el motor eléctrico puede girar en dos direcciones.
- Adecuado para cargar a través de la red eléctrica (enchufable).
- Motor de combustión más pequeño, porque el motor eléctrico ayuda en la aceleración.
- Motor eléctrico más pequeño, porque el motor de combustión puede ayudar en la aceleración.
- Menor masa que un vehículo de propulsión en serie.
Contras:
- Mecánicamente complicado.
- Se requiere embrague para la conducción eléctrica.
- Se necesita caja de cambios.
Híbrido enchufable:
La batería de un vehículo híbrido normalmente se carga mediante frenado regenerativo o dejando que el motor de combustión impulse el motor eléctrico (que luego se utiliza como generador). Evidentemente, esto último no es eficiente.
Con un híbrido enchufable puede convertirse en batería cargado conectando el vehículo con un enchufe de casa a una toma de corriente o a una estación de carga pública y cargándolo con la red eléctrica. Si sale en coche, los primeros kilómetros se pueden recorrer eléctricamente (es decir, sin emisiones). Ideal para conducir de ciudad a carretera. Tan pronto SOC (estado de carga), o el nivel de carga de la batería baja, el motor de combustión arrancará y proporcionará el propulsor principal. Al frenar, el frenado regenerativo recargará parcialmente la batería.
Una ventaja adicional es que la calefacción auxiliar eléctrica y/o el aire acondicionado se pueden programar a una hora preestablecida, para que disfrutes de un clima interior agradable, sin que esto vaya en detrimento de la capacidad de la batería o del combustible.
En la mayoría de los casos, un híbrido enchufable tiene una autonomía eléctrica limitada de 40 a 60 km. Ejemplos son:
- BMW 225XXE Active Tourer (2021): 55 km;
- Hyundai Ioniq (2021): 52 km;
- Mitsubishi Outlander PHEV año modelo 2015: 43 km y año modelo 2021: 54 km;
- Volkswagen Passat GTE Business híbrido enchufable (2021): 55 km.
Tenga en cuenta: estas son las especificaciones del fabricante. En condiciones desfavorables, como bajas temperaturas o un estilo de conducción desfavorable, la autonomía puede reducirse hasta un 30%.
Recuperación de energía:
Al acelerar, la batería suministra energía eléctrica al motor eléctrico. Al desacelerar (frenar), el motor eléctrico tendrá un efecto generador; el motor eléctrico cargará la batería. A esto también se le llama “frenado regenerativo” o “frenado recuperativo”. Puedes encontrar más información al respecto en las páginas sobre inversor y el motor eléctrico encontrar
Descripción general del sistema Toyota Prius:
La batería de un Toyota Prius almacena una tensión continua de aproximadamente 200 voltios. el impulso convertidor convierte el voltaje de la batería de 201,6 en un voltaje directo (CC) más alto de 650 voltios. El convertidor elevador es un convertidor CC/CC; Sigue siendo CC, solo aumenta el voltaje. El voltaje CC de 650 voltios termina en el inversor. El inversor convierte tensión continua (CC) en tensión alterna (CA) y viceversa. Por eso llamamos a este convertidor rectificador CA/CC o convertidor CC/CA. Además de la conversión de CC a CA, el inversor también controla los motores eléctricos mediante IGBT. Los dos motores eléctricos (MG1 y MG2) funcionan con una tensión alterna trifásica de aproximadamente 600 voltios.
El voltaje de la batería no sólo llega al convertidor elevador y al compresor del aire acondicionado, sino también al convertidor CC/CC de la batería de a bordo. El voltaje de 201,6 voltios se convierte a 14 voltios cada dos. Batería de ácido sólido para poder cargar. A esta batería de 14 voltios se conectan los componentes eléctricos del interior y exterior, como la radio, la iluminación, las cerraduras de las puertas, etc.
Descripción general del sistema Mitsubishi Outlander:
La siguiente descripción general muestra los componentes de un Mitsubishi Outlander (año de modelo 2019 >).
Dependiendo de las condiciones de conducción, este híbrido (enchufable) se comporta como un EV, un híbrido en serie o un híbrido en paralelo. Las abreviaturas son las siguientes:
- PDU: Unidad de accionamiento de potencia
- GCU: Unidad de control del generador
- FMCU: Unidad de control del motor delantero
- RMCU: Unidad de control del motor trasero
- GCU: Unidad de control del generador
- OBC: cargador a bordo
Modo EV: cuando se conduce de forma totalmente eléctrica, el embrague húmedo multidisco se desactiva y los motores eléctricos (cada uno con una potencia máxima de 60 kW) proporcionan la propulsión. El motor de gasolina y el generador están apagados.
Modo serie: Con una carga de batería <30% y una demanda de potencia >60%, se ponen en marcha el motor de gasolina y el generador. El embrague permanece desembragado. El motor de gasolina acciona el generador, que proporciona la carga de la batería (y por tanto no la tracción de las ruedas). El sistema ahora se comporta como un híbrido en serie. La velocidad del motor de gasolina es de aproximadamente 1700 revoluciones mientras se conduce. / min Al acelerar y frenar, la velocidad cae a 1100 rpm.
Modo paralelo: Cuando se conduce a más de 65 km/h, hay una mayor demanda de energía o el SOC de la batería es <30%, la transmisión cambia de tal manera que se crea el modo paralelo. El motor de combustión y el motor eléctrico delantero accionan las ruedas. Las velocidades del motor de combustión y del motor eléctrico delantero se sincronizan antes de accionar el embrague. En modo paralelo, el motor eléctrico trasero se controla hasta en un 5% para evitar la resistencia del campo magnético a altas velocidades cuando funciona sin carga.
Transmisión de un vehículo híbrido:
La mayoría de los fabricantes (Ford, Honda, GM) encajan en 2019 Tecnología CVT (Transmisión Continuamente Variable) como transmisión para sus modelos híbridos.
La tecnología CVT del Toyota Prius (ver imagen) no se logra mediante una correa de empuje y poleas de diámetro ajustable, sino mediante una combinación controlada eléctricamente de motor eléctrico, generador y sistema de engranajes planetarios. La ventaja de este tipo de transmisión respecto a la CVT mecánica es que no está sujeta a desgaste y tiene mucho menos peso.
El sistema de propulsión representado del Prius consta de:
- motor de combustión (motor de gasolina);
- motor eléctrico MG1 (funciona como generador/dinamo durante el frenado regenerativo);
- motor eléctrico MG2 (el motor de accionamiento);
- sistema de engranajes planetarios (Power Split Device) que puede conectar y desconectar el motor de combustión y el motor eléctrico de la transmisión;
- Transmisión por cadena sobre ruedas dentadas conectadas al diferencial.
