FORMACIÓN VEHICULOS HÍBRIDOS Y ELÉCTRICOS

 

Autor: Francisco Barbadillo Divassón

 

 

 

 

Tipologías

 

Actualmente existen dos líneas de desarrollo, los vehículos eléctricos (EV) propiamente tal, y los vehículos híbridos eléctricos (HEV). El principio de funcionamiento de los EV se caracteriza por su sencillez, y es prácticamente el mismo que en sus comienzos. Este consiste en una fuente primaria de energía, baterías (Plomo Acido, Zinc Aire, Níquel Metal Hidruro, Litio Ión, de Sodio, etc) o celda de combustible, y un elemento rotatorio motriz: motor de inducción, Brushless DC, etc. Se ha agregado un conversor DC-AC (inversor) para la transformación de la energía proveniente de la fuente y el control de velocidad del vehículo. En la figura se ilustra la dirección de los flujos de energía dentro de un EV.

 

 

TEMARIO DEL CURSO

 

SISTEMAS VEHÍCULOS HÍBRIDOS & ELÉCTRICOS

 

Desarrollo de la Tecnología Híbrida & Eléctrica

- Introducción

- Vehículo eléctrico

- Vehículo hibrido en serie

- Vehículo hibrido en paralelo

 

Tecnología del vehículo microhíbrido

- Función Star/Stop BMW

- Componentes Start/Stop

 

Tecnología de las baterías de alto voltaje

 

Riesgos eléctricos prevención y protección

- Necesidad de la acreditación

- Normativa en vigor

- Riesgos eléctricos

- Prevención y protección

 

Precauciones en los vehículos con baterías de alto voltaje en caso de accidente.

- Seguridad y respuesta de emergencia

- Incendio

- Inmersión

- Remolque

- Arranque en puente

 

 

 

 

Aplicación vehículos híbridos

- Sistema HSD en Prius

- Diagrama principales componente

- Conjunto inversor

- Batería alto voltaje

- Conector de servicio

- Sistema de control de tracción

- Control de tracción modo eléctrico

- Pantalla de información múltiple

- Volkswagen Touareg

- Conector de seguridad

- Conector de mantenimiento  alto voltaje

- Fusible del conector de mantenimiento

- Funcionamiento de la línea de seguridad

- Peugeot Hybrid 4

- Dominios de tensión

- Mediciones eléctricas

-Precauciones: Modo Ready y freno de estacionamiento

- Reparación vehículo y enganche

- Batería de servicio

- Haces de alta tensión

- Batería de tracción

- Componentes  batería: Mando / Calculador

- Batería de tracción: Corta corrientes

- Presentación de los modos Hybrid4

 

 

Aplicación vehículos eléctricos

- Fluence Z.E.

- Esquema

- Disposición general

- Red eléctrica de 14 V.

- Redes multiplexadas

- El calculador EVC

- Gestión interbloqueo

- Red eléctrica de 400 V.

- Caja de conexiones

- Puesta en marcha

- Tipos de carga

- Batería

- Conexión y bloqueo de la batería

- Caja de relés de potencia

- Grupo motopropulsor

- Reductor

- Mantenimiento

- Remolcado y elevación

- Kangoo Z.E.

- Twizy

- Chevrolet Volt y Ampera

- Mitsubishi i MiEV

- Peugeot Ion y Citroën C-Zero

- Nissan Leaf

 

 

 

DESARROLLO DE LA TECNOLOGIA HIBRIDA & ELECTRICA

 

 

Opiniones en torno a los vehículos eléctricos

 

“habrá en el futuro verdaderos coches de ciudad, y estos vehículos eléctricos van a ser indispensables en el tráfico urbano”

 

El parlamento Europeo intenta fomentar el uso de estos coches, con el fin de llegar a tal propósito creó un plan decenal de incentivación con subvenciones estatales, reducciones de impuestos, apertura del carril-bus, etc… al mismo tiempo, pretende endurecer los impuestos, para los vehículos contaminantes.

 

“el coche eléctrico no debería reemplazar al vehículo convencional, sino complementar la oferta. El gasto de energía por kilómetro se reduciría a la mitad, y no habrá más gases de escape en la ciudad”.


 

Su desarrollo está apoyado por las cada vez mayores exigencias de algunas ciudades de la Europa Comunitaria, que empiezan a cerrar sus cascos urbanos al tráfico contaminante. Entre ellas están Ámsterdam, Munich, Friburgo, Eindhoven, Brujas, Bruselas, Tours y La Rochelle o Zermatt, en Suiza que no permite la entrada a ningún vehículo contaminante.

 

Los gobiernos han ofrecido a las empresas la posibilidad de una amortización excepcional de un vehículo eléctrico, del 100% el primer año. Supresión del IVA en los vehículos eléctricos, exención del impuesto de circulación, y la deducción fiscal para los particulares en el sobreprecio del vehículo eléctrico en relación con el térmico.

 

Las características de los vehículos urbanos suelen ser, carrocería ligera, de aluminio, fibra de vidrio o fibra de carbono, de buenas prestaciones en velocidades bajas, que alcanzan sin esfuerzo los 60 – 70 km/h., cuentan con un radio de acción de unos 100 kilómetros y, gracias a su reducido tamaño son fáciles de estacionar en cualquier aparcamiento.

 

Son los suizos quienes demuestran la viabilidad de los vehículos eléctricos en uso cotidiano, teniendo ya 2.000 unidades matriculadas. Son ellos también los más avanzados en la idea de auto producir la energía eléctrica.

 

Sin embargo, los ecologistas dicen que si enchufamos, grandes cantidades de vehículos eléctricos la red convencional, solo trasladaremos la contaminación atmosférica de lugar.

 

 

 

 

Vehículo Eléctrico

Vehículo Híbrido Serie

Vehículo Híbrido Paralelo

 

 

 

Su principal ventajas es que permiten regeneración, es decir, recuperan parte de la energía del vehículo de cada frenada. Si se compara con el vehículo de combustión, los EV son más eficientes y sencillos, poseen menos partes móviles, requieren menos mantenimiento y no liberan emisiones. Sin embargo, son más caros y su autonomía es limitada.

 

Los vehículos híbridos (HEV) combinan el motor de combustión interna de un vehículo convencional con un conjunto de baterías y un motor eléctrico de un EV obteniendo, producto de la combinación de ambos, un ahorro de combustible significativo si lo comparamos con los vehículos convencionales. Esta combinación otorga la amplia autonomía y rápida recarga esperada por los usuarios, además de un gran beneficio ambiental al disminuir significativamente las emisiones y ser notablemente más eficientes.

 

Los beneficios de esta configuración se resumen en:

 

1.     El motor nunca se detiene ya que debe preocuparse de mantener el estado de carga de las baterías.

2.     El motor a combustión se mantiene funcionando en una zona óptima, lo que reduce las emisiones.

3.     No necesita caja de transmisión.

 

Finalmente, una de las desventajas de esta configuración es que el motor a combustión trabaja arduamente en mantener la carga de las baterías.

 

 

Los beneficios de esta configuración se resumen en:

 

1.     El vehículo tiene más potencia debido a que tanto el motor a combustión como el eléctrico proveen la potencia simultáneamente.

2.     No necesitan un generador separado debido a que el motor eléctrico regenera a las baterías.

3.     Debido a que la potencia va acoplada directamente a la transmisión, suelen ser más eficientes.

 

La gran versatilidad de configuraciones de los vehículos híbridos junto a la necesidad de interacción de las distintas fuentes de energía hace necesario un sistema de manejo global de los flujos de energía, de modo que ambas fuentes operen de manera óptima. Esto último agrega un nivel de complejidad no encontrado en los automóviles convencionales.

 

 

 

 

 

TECNOLOGIA DEL VEHICULO MICROHIBRIDO

 

LA FUNCIÓN START/STOP BMW

 

La función Start/Stop (MSA) es fundamental para reducir las emisiones de CO2. Cuando el vehículo se detiene el motor se apaga automáticamente y, apenas las condiciones necesarias vuelven a estar presentes, el sistema vuelve a arrancar sin que el conductor tenga que intervenir. Es posible utilizar la función MSA sólo en determinadas condiciones. El motor se desconecta cuando se cumplen todos estos requisitos:

 

El vehículo está parado o avanza a una velocidad inferior a 3 km/h

Tras el último paro del motor el vehículo ha alcanzado una velocidad superior a 5 km/h

La palanca del cambio tiene que estar en punto muerto

El pedal del embrague no tiene que estar pisado y el volante no se mueve

El número de revoluciones del motor es casi igual al régimen de ralentí

 

 

 

 

 

 

 

Paro del motor con el vehículo detenido delante de un semáforo en rojo

 

Normalmente, cuando el vehículo está en marcha el conductor ha puesto una marcha y está pisando el pedal del acelerador. La función de Start/Stop apaga el motor cuando el vehículo se detiene y se presentan las condiciones descritas anteriormente.

 

Sin embargo, existen determinados criterios de funcionamiento del vehículo que inhiben la parada automática del motor e incluso lo ponen en funcionamiento sin intervención del conductor (sin pisar embrague e insertar marcha).

 

Paro del motor cuando el vehículo se detiene, ejemplo: delante de un semáforo en rojo

 

Al detenerse delante de un STOP, el conductor suelta el acelerador y coloca la palanca del cambio en punto muerto. Al soltar el pedal del embrague el control del motor activa la función Start/Stop, apagando el motor. En el cuadro de instrumentos aparece el aviso de que la función Start/Stop se ha activado.

 


 

Nuevo arranque del motor con el vehículo parado

 

La orden de nuevo arranque del vehículo se transmite al control del motor apenas el conductor vuelve a pisar el pedal del embrague para seleccionar y poner una marcha. El cuadro de instrumentos vuelve a la configuración actual.

 

 

TECNOLOGIA MICROHIBRIDA

TECNOLOGIA SEMIHIBRIDA

TECNOLOGIA HIBRIDA PURA

 

Este concepto consiste en agrupar en un solo componente el motor de arranque eléctrico y el alternador. Con ello se consigue un sistema Star/Stop más eficiente y silencioso que el convencional con motor de arranque reforzado.

 

Parte de la energía cinética se puede transformar en eléctrica para cargar la batería durante las frenadas (freno regenerativo).

 

Los vehículos dotados de esta tecnología no se pueden conducir en modo sólo eléctrico, es decir, siempre es el motor térmico el que mueve las ruedas.

 

Utiliza una batería de 12 voltios de malla de fibra de vidrio absorbente (AGM) de capacidad suficiente para soportar los frecuentes arranques del motor.

 

En estos vehículos el motor eléctrico sirve de apoyo al motor térmico. Normalmente no es posible conducir el vehículo en modo sólo eléctrico o las condiciones del modo exclusivamente eléctrico son muy limitadas.

 

En estos vehículos, gran parte de la energía cinética se recupera durante las deceleraciones y frenadas y se almacena en forma de energía eléctrica en la batería de alto voltaje.

 

Los componentes eléctricos y la batería se han de diseñar para soportar una mayor tensión y potencia.

 

Gracias al apoyo que proporciona el motor eléctrico, el motor térmico puede funcionar en su margen óptimo de eficiencia.

 

En estos vehículos se instala un motor eléctrico más potente en combinación con el térmico. De hecho el motor eléctrico es tan potente que puede desplazar el vehículo en modo exclusivamente eléctrico.

 

El motor eléctrico también sirve de apoyo al motor de combustión cuando las condiciones lo permiten.

 

Trayectos a baja velocidad y sin mucha pendiente pueden realizarse en modo exclusivamente eléctrico.

 

El motor eléctrico asume la función Star/Stop  del motor térmico. Durante la desaceleración y el frenado se recupera la energía para cargar la batería de alto voltaje.

 

 

 

 

TECNOLOGIA DE LAS BATERIAS DE ALTO VOLTAJE

 

 

 

SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO

 

 

 

 

Baterías de plomo-ácido:

 

-       Habitualmente utilizadas en vehículos convencionales (motor de arranque)

-       Baja densidad de potencia y energía

-       Carga/recarga lenta

-       Poco adecuadas para VE

-       Económicas

-       Contienen Plomo (gran contaminante)

-       Actualmente han evolucionado:

-       Plomo-ácido con válvula (VRLA battery). (Permite recargas rápidas (80%-15min)

-       Plomo-ácido con hoja metálica (mayor densidad de potencia, empleo como batería auxiliar para aceleraciones y frenados regenerativos).

 

 

 

Baterías de Níquel-cadmio (NiCd):

Baterías Níquel-hidruro metálico (NiMH):

 

 

-Permiten alta intensidad de carga/descarga.

 

-Admiten recarga rápida (80% en 15 min)) muy experimentadas.

 

-Adecuadas para condiciones de trabajo adversas tanto de tipo eléctrico (sobrecarga/descarga) como de tipo mecánico (alta tª, vibraciones, choque).

 

-Vida útil muy larga.

 

-Su densidad de potencia decrece con la profundidad de descarga.

-        

-       desventajas:      - coste

- tienen efecto memoria

- toxicidad del cadmio

 

-Son una evolución de las de NiCd.

 

-Soportan sobrecarga y sobredescarga.

 

-Pueden cargarse al 80% en 35 minutos.

 

-Tienen “ligero” efecto memoria.

 

-Vida útil prolongada, sin mantenimiento.

 

-Y presentando una gran fiabilidad.

 

-Muy experimentadas en vehículos híbridos

 

 

 


 

ULTRACONDENSADORES

 

Los ultracondenadores son celdas de almacenamiento de energía basadas en el condensador que proporciona masiva energía eléctrica instantánea.

 

Actualmente son utilizados en vehículos con celda de combustible para aumentar puntualmente la potencia en condiciones de aceleración o subida de pendientes.

 

Los ultracondensadores necesitan un mayor espacio para acumular la misma  carga que las baterías.

 

BATERÍAS HÍBRIDOS

BATERIAS ELÉCTRICOS

 

La batería del Prius es de níquel e hidruro metálico; la fabrica Panasonic. Proporciona 202 V, tiene 6,5 Ah de capacidad (3 horas), pesa 42 kg y tiene la densidad de energía más alta del mundo entre las baterías de su tamaño.

 

Esta batería sólo se recarga con el generador, al que impulsa el motor térmico. No tiene ningún tipo de conexión para conectarla a una red o a otro dispositivo de carga.


 

 

 

PRECAUCIONES EN LOS VEHICULOS CON BATERIAS DE ALTO VOLTAJE

 

BATERIA DE ALTO VOLTAJE

 

Para la realizar cualquier intervención en un vehículo híbrido es obligatorio conocer en profundidad su funcionamiento, tomando todas las medidas de seguridad necesarias que los propios fabricantes ponen a su alcance.

Tener en cuenta que las tensiones de trabajo no son compatibles con los sistemas de alimentación habituales en los vehículos convencionales, por lo que hay que tomar medidas de seguridad que hasta ahora no eran  necesarias.

A continuación se muestran básicamente la estructura de los sistemas de alimentación:

 

BATERIA DE TRACCIÓN: Montada normalmente en el maletero del vehículo.

Está compuesta por un número elevado de celdas que producen una tensión comprendida entre 151V a 269V.

La batería es de tipo Ni-MH, tecnología aplicada en las pilas recargables.

Utiliza el Hidruro metálico (compuesto que permite el almacenamiento de hidrógeno) y del oxihidróxido de níquel como electrodos.

La ventaja, en materia medioambiental, de las baterías de acumuladores Ni-MH es la ausencia de cadmio y de plomo, dos materiales muy                  contaminantes. Además, poseen mejore prestaciones y una sensibilidad más baja al efecto memoria.

 

MEDIDAS DE SEGURIDAD

 

 

1. Situar el interruptor de encendido en la posición OFF y apartar la llave fuera de la zona de detección del sistema de entrada y arranque inteligente.

 

 

 

2. Desconectar el cable del terminal negativo de la batería auxiliar.

 

 

 

 

3. Comprobar los guantes de aislamiento.

 

 

 

4. Quitar el interruptor de servicio y mantenerlo en el bolsillo.

 

 

 

 

5. Esperar 10 minutos o más para que se descargue el condensador  dentro del conjunto inversor.

 

 

 

 

6. Medir el voltaje del terminal del inversor (Comprobación de 0V).

 

 

 

7. Aislar el conector de alto voltaje desconectado con cinta aislante de vinilo.

 

 

 

Desactivación del vehículo

 

Precauciones:

 

• Atraiga la atención sobre el vehículo en el que se está comprobando o reparando el sistema HV mediante la colocación de un cartel de:

 

PRECAUCIÓN: alta tensión, no tocar durante el funcionamiento”.

 

• Aviso:

 

– Una vez desactivado el vehículo, la corriente sigue circulando durante:

 

 

- 90 segundos en los airbags del SRS

-10 minutos en el sistema de Alta tensión

 

– Los cables de corriente de alta tensión son de color naranja= ¡peligro!

 

 

 

 

TRATAMIENTO EN COLISIÓN DEL VEHÍCULO O REMOLQUE

 

EXTRICACIÓN: La extricación o excarcelación son términos sinónimos aplicado a las personas que sufren un accidente de tráfico y es necesario rescatarlas del interior del vehículo ya que no pueden liberarse por sí mismas.

En los vehículos híbridos y eléctricos en caso de accidente es muy importante tomar medidas para la excarcelación  de las personas así como para el transporte posterior.

Se muestra a continuación una serie de medidas que se tiene que tomar:

Respuesta de emergencia

 

Las emergencias que afecten a Los vehículos híbridos pueden tratarse como las de otros automóviles, excepto en las situaciones siguientes:

 

• Extricación       • Incendio       • Derrames    • Primeros auxilios  • Inmersión

 

EXTRICACIÓN

 

• Inmovilice el vehículo

 

– Calce las ruedas + aplique el freno de estacionamiento

– Pulse el interruptor P+ confirme luz testigo P encendida

 

 

 

• Desactive el vehículo (batería HV, airbags y bomba de combustible)

 

– Pulse el botón POWER + confirme READY apagada

 

– Desconecte la batería de 12V

 

O si el botón POWER es inaccesible:

 

– Desconecte la batería de 12 V

– Retire el fusible HEV (NHW20) o los fusibles AM2 y IGCT (ZVW30)

 


• Aviso:

 

– Una vez desactivado el vehículo, la corriente sigue circulando durante:

 

- 90 segundos en los airbags del SRS

-10 minutos en el sistema de Alta tensión

 

– Los cables de corriente de alta tensión son de color naranja= ¡peligro!

 

 

 

 

• Estabilice el vehículo

 

– Se pueden utilizar 4 puntos de apoyo situados directamente debajo de los pilares delantero y trasero

 


– No coloque los soportes debajo de los cables de corriente de alta tensión, el escape o el depósito de combustible



 

• Acceso a los heridos

 

– Extracción de lunas: procedimiento normal

– Desmontaje/ desplazamiento de puertas: utilice las herramientas convencionales

– Desplazamiento del salpicadero: utilice las herramientas convencionales

– Desmontaje de techos: no corte el techo, airbags de cortina del SRS

 


– Airbag de rescate: no los sitúe debajo de los cables de alta tensión, el escape o el depósito de combustible

 

 

INCENDIO

 

 

 

Incendio

 

- Agente de extinción

 

- Si se utiliza en gran cantidad, el agua ha demostrado ser un agente de extinción adecuado

 

- Extintor ABC (Aplicable fuegos eléctricos y de aceite)

 

- Ataque inicial del incendio

 

- Efectúe un ataque rápido y agresivo

 

- Incendio de la batería HV

 

 

 

 

Aviso:

 

Electrolito Ni MH, sustancia alcalina cáustica

 

- Hidróxido de potasio (KOH)

- Hidróxido de sodio (NaOH)

 

Módulo batería HV en caja metálica (acceso solo en parte superior)

No retire nunca la tapa (quemaduras eléctricas graves, descargas o electrocución)

 

- Ataque ofensivo del incendio:

 

Inundación del paquete de baterías HV con grandes cantidades de agua

 

 

- Ataque defensivo del incendio:

Retírese a una distancia de seguridad

Se puede utilizar un chorro o una cortina de agua.

 

 

 

 

DERRAMES

 

 

 

• El Prius contiene los mismos fluidos de automoción comunes, con excepción del electrolito NiMH.

• El electrolito NiMH es una sustancia alcalina cáustica (pH 13,5) perjudicial para los tejidos humanos.

• Las placas de los vasos absorben el electrolito NiMH y forman un gel.

• Normalmente, el electrolito NiMH no produce fugas o derrames aunque esté agrietado el módulo de la batería.

 

(Si la batería sufre una sobrecarga, los gases se dirigen hacia el exterior del vehículo a través de un manguito de ventilación conectado a cada módulo de la batería NIMH)


 

 

• Los módulos se encuentran protegidos mediante una caja metálica.

• Para neutralizar un derrame del electrolito NiMH de la batería se utiliza una solución de ácido bórico o vinagre.

 

• Equipo de protección personal:

 

- Pantalla antisalpicaduras o gafas de seguridad

- Guantes de goma, latex o nitrilo

- Delantal adecuado para sustancias alcalinas

- Botas de goma

• Neutralización del electrolito NiMH:

 

– Utilice una solución de ácido bórico o vinagre

 

Solución de ácido bórico: 800 g de ácido bórico+ 20 l de agua

 

– Compruebe con papel tornasol rojo:

 

- Azul= Mal

- Rojo= OK

 


 

 

 

PRIMEROS AUXILIOS

 

 

 

• Absorción:

 

- Lave las zonas afectadas durante 20 minutos

 

• Inhalación

 

– situaciones sin incendio:

 

- No se emiten gases tóxicos en condiciones normales

 

• Inhalación

 

– situaciones de incendio:

 

- Se emiten gases tóxicos como productos derivados de la combustión

 

• Utilice el equipo de protección adecuado

 

• Retire al paciente y adminístrele oxígeno

 

• Ingestión:

 

– No provoque el vómito.


 

- Deje que el paciente beba grandes cantidades de agua ( para diluir el electrolito)

 

Inmersión:

 

Para manejar de, forma segura, un Prius que se encuentra total o parcialmente sumergido en el agua, desactive el sistema eléctrico de alta tensión y los airbags del SRS

 

• Extraiga el vehículo del agua

 

• Vacíe el agua del vehículo, si es posible

 

• Siga el procedimiento de extracción y de desactivación del vehículo (véase el primer procedimiento)

 


Remolque:

 

• Tracción delantera:

 

– Ruedas delanteras separadas del suelo

 


 

 

 

 

APLICACIÓN VEHICULOS HIBRIDOS

 


 

SISTEMA HSD

 

•Componentes principales:

 

-Motor.

-Transeje híbrido: Motor eléctrico, Generador, Tren epicicloidal y diferencial.

-Conjunto Inversor.

-Batería Alto Voltaje.

-Cablerías Alta Tensión.

-Batería 12V.

 

 

 

 

 

NUEVO SISTEMA HSD

 

-Motor

-Transeje del vehículo híbrido

-Tren epicicloidal de reparto de potencia

-Tren epicicloidal de reducción de velocidad del motor

-Conjunto inversor

-Batería

 

 


 

 

Situación Convertidor

Vista Interna Inversor

 

Nuevos motores

 

En los nuevos modelos fabricados a partir del año 2009 han sido cambiados según ilustra la imagen, estos motores.

 

Se consigue una reducción de peso (aproximadamente en un 33%) y la potencia máxima del motor (MG2) se aumenta de 50Kw a 60Kw.

 

Motor mas compacto, diseño de peso más ligero mediante el arrollamiento centralizado de las bobinas.

 

La velocidad de rotación del motor se aumentó considerablemente, mejorando el rendimiento de la potencia.

 

 

 

BATERIA HIBRIDA (HV)

 

Colocada en el maletero, bajo el piso, detrás del asiento trasero.

Permite aún 408 l de capacidad de maletero.

Tiene un peso de 39 Kgs.

 

 

 

BATERIA ALTO VOLTAJE

 

Encargada de acumular energía eléctrica para después suministrarla a los motores-generadores.

 

 

 


 

 

 

BATERIA 12V

 

• Suministra corriente a los faros, el sistema de audio, otros accesorios y todas las ECUs

 

• Especial para habitáculo

 

BATERÍA PEUGEOT 3008

BATERÍA PRIUS II


 

 


En el conjunto: mando y calculador de batería de tracción encontramos:

• la base del corta-corrientes,

• la base del conector de 2 vías alta tensión,

• la base del conector 14 vías negro;

• el calculador

• la caja de conexiones.

Montaje bloque de empalmes:

—Existen tres SMR que son conectores disyuntores y consecuentemente conectan y desconectan la fuente de energía del circuito de alto voltaje al recibir una señal de la ECU power management.

 

 

 

DIAGNÓSTICO UNIDAD DE CONTROL DE BATERÍAS

 

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El control de las baterías se realiza por medio de una unidad electrónica inteligente que permite controlar de forma totalmente fiable el proceso de carga, descarga y diagnóstico del sistema.

En la muestra del diagnóstico se indica en primer lugar el estado de batería con el motor parado y posteriormente se ha realizado también la prueba con el motor en marcha, así se comprueba el funcionamiento durante la carga y descarga de batería.

Se muestran los datos más relevantes de este proceso como son.

-Tensión individual en cada celda.

-Resistencia de celdas.

-Intensidad de descarga.

-Intensidad de carga.

-Estado de carga de batería.

Con estos datos básicamente se puede conocer el estado individual de cada una de las celdas de la batería así como del estado general.

Observar la cantidad de información que suministra el sistema de control de batería que ayuda a un diagnóstico del sistema muy preciso.

 

SISTEMA DE CONTROL

 

 



 

 

• Control de tracción.

 

- Si aparece excesivo patinamiento del motor eléctrico, la ECU de HV controla el par aplicado a MG2 y si fuera necesario la ECU de skid aplica fuerza de frenado en las ruedas para proteger el conjunto planetario.

• Control de asistencia en cuestas.

 

- Iniciando marcha en cuesta, si se detecta contramarcha, se produce un aumento del par en MG2 y aplicación de los frenos traseros.

 

 

 


 

 

• Control del modo de tracción por motor eléctrico (Modo EV).

 

-Se retrasa la activación del motor de gasolina.

 

• El interruptor del modo EV es del tipo momentáneo.

 

• Modo EV:

 

-+/-1 km < 45 km/h en una carretera llana (con un estado de carga de la batería HV estándar).

Condiciones cancelación del modo EV:

 

• Si se pulsa el interruptor de modo EV.

• Si disminuye la carga de la batería HV.

• Si la temp. de la batería HV es baja o alta.

• Si el motor de gasolina está calentando.

• Si la velocidad del vehículo supera la especificada.

• Si el ángulo de la posición del pedal del acelerador supera el valor especificado.

 

 

 

 

 

TECNOLOGÍA VEHÍCULOS SUV

 

En los vehículos SUV la potencia desarrollada por los motores térmicos y eléctricos debe ser superior teniendo en cuenta el peso y prestaciones de los mismos. Se expone a continuación una muestra de alguno de estos vehículos.

 

VOLKSWAGWEN

LEXUS LS600



El propulsor térmico utilizado es un TSI V6 de 3.0L con compresor.

La máquina eléctrica va alojada entre el motor de combustión y la caja de cambios automática.

Se trata de un motor síncrono trifásico, alimentado en corriente alterna a partir de una tensión en continua de 288V.

Utiliza un cambio automático de 8 velocidades similar al cambio 09D de 6 marchas.

Dispone de una bomba eléctrica para mantener la presión de aceite cuando el vehículo circula en eléctrico o está parado.

 

Para satisfacer los objetivos de altas prestaciones del LS600h se necesita un motor compacto con un nivel de alta potencia.

Se utiliza un motor síncrono electromagnético, de imanes permanentes, trifásico muy compacto.

Funciona con una fuente de alimentación de 650V generado por la Unidad de control de Potencia (PCU).

Una de las ventajas de utilizar un motor eléctrico como fuente de energía es que el par máximo se genera a partir de 0 r.p.m. lo cual permite una potente aceleración del vehículo con baja sonoridad.

 

VEHÍCULO SUV TUAREG

 

 

El sistema híbrido desarrollado por Volkswagen, que se utiliza por vez primera en el Touareg, está basado en lo que se conoce como propulsión híbrida paralela. Es decir, que tanto la máquina eléctrica como el motor de combustión se utilizan para generar la tracción mecánica a través de un grupo motopropulsor común.

 

Ambos tipos de motores van alojados en el mismo árbol. El sistema híbrido de Volkswagen precisa muchos menos componentes híbridos de los que necesita un sistema híbrido tipo splits o en serie.

 

 

INVERSOR CONVERSOR

INVERSOR / CONVERSOR

 

El módulo electrónico de potencia es el transformador de energía del sistema de tracción eléctrico. Dentro de la carcasa de aluminio, que va ubicada en el lado del conductor entre el motor y el pasarruedas, van alojados diferentes componentes del sistema de alto voltaje y del sistema de tracción eléctrico.

 

En el módulo electrónico de potencia van integrados dos transformadores de tensión. Son los encargados de transformar la tensión continua de 288 voltios de la batería de alto voltaje para la máquina eléctrica y la red de a bordo de 12 voltios.

 

 

 


BATERIA DE ALTO VOLTAJE

 

 

A la batería de alto voltaje se accede a través de la cubierta del piso del maletero. Viene diseñada en forma de módulo y contiene diferentes componentes del sistema de alto voltaje del Touareg. El módulo entero de la batería de alto voltaje pesa 85 kg y sólo se puede sustituir completo.

 

En la literatura de Servicio, la batería de alto voltaje se denomina “batería híbrida A38”.

 

La batería de alto voltaje no se puede comparar con una convencional de 12 voltios. En el modo normal, la batería de alto voltaje funciona entre los holgados márgenes del estado de carga del 20% y 85%. Esta carga no lo podría soportar continuamente una batería de 12 voltios.

 

REFRIGERACIÓN DE LA BATERÍA

 

 

Cuando se carga una batería se invierten los procesos químicos que se producen de forma espontánea durante la descarga. Durante este proceso termodinámico forzado se libera calor que provoca un calentamiento de la batería. Si no se consigue disipar adecuadamente este calor en el entorno, puede dañarse la batería. Como la batería de alto voltaje del Touareg está sometida a un continuo proceso de descarga y carga, también aquí se pueden generar considerables cantidades de calor. Esta circunstancia originaría sobre todo, aparte de un posible daño de la batería, una mayor resistencia eléctrica de los conductores implicados que provocaría que la energía eléctrica no se transformara en trabajo sino que se emitiera en forma de calor. Por esta razón, la batería de alto voltaje dispone de un sistema de refrigeración eléctrico propio.

 

 

 

Función Start-Stop

 

 

 


La tecnología híbrida ha permitido integrar una función Start-Stop en este concepto de vehículo. En el caso de un vehículo convencional equipado con el sistema Start-Stop, el coche debe estar parado para que se pueda desactivar el motor de combustión.

 

En el caso de un vehículo híbrido puro, sin embargo, es posible conducir el vehículo en el modo eléctrico.

 

Esta característica permite a la función Start-Stop desactivar el motor de combustión incluso cuando el vehículo está en marcha o rueda. El motor se activa en función de las necesidades. Éste puede ser el caso cuando se produce una fuerte aceleración, se conduce a elevada velocidad, a un régimen elevado o cuando el estado de carga de la batería de alto voltaje es bajo. Cuando el estado de carga de la batería de alto voltaje es bajo, el sistema híbrido puede utilizar el motor de combustión con la máquina eléctrica como alternador para recargar la batería.

 

En otros casos es posible conducir el vehículo híbrido puro en el modo eléctrico. El motor de combustión se encontrará entonces en una fase de parada (Stop).

 

Lo mismo ocurre cuando el tráfico circula lentamente, el vehículo se para ante un semáforo en rojo, se encuentra en fase de deceleración en cuesta abajo o en la fase final de la marcha por inercia.

 

Cuando el motor de combustión no está en marcha, tampoco consume combustible y no produce emisiones.

 

La función Start-Stop que va integrada en el sistema híbrido permite incrementar la eficiencia y, por lo tanto, el nivel de compatibilidad medioambiental del vehículo.

 

Durante la fase de parada (Stop) del motor de combustión, el climatizador puede seguir funcionando. El compresor del climatizador forma parte del sistema de alto voltaje.

 

 

 

 

CABLES DE ALTO VOLTAJE

 

 

Los cables del sistema de alto voltaje se diferencian claramente de los cables del resto de la red de a bordo y del sistema eléctrico del vehículo de 12 voltios. Debido a la elevada tensión e intensidades de las corrientes, posee una sección transversal mucho mayor y van conectados por medio de contactos especiales.

 

El sistema de alto voltaje no tiene potencial eléctrico con la carrocería como en el caso de la red de a bordo de 12 voltios.


Para advertir del peligro de alta tensión, todos los cables del sistema de alto voltaje van enteramente de color naranja. Todos los fabricantes de vehículos eléctricos se han puesto de acuerdo para que todos los cables de alto voltaje sean de color naranja. Los cables de alto voltaje van diseñados de tal forma que resulta imposible confundir la polaridad.

 

 

 

Al ir codificados por medio de un color y también mecánicamente, es imposible montarlos incorrectamente.

 

El sistema de alto voltaje lleva un cable de compensación de potencial. Este cable es supervisado por el sistema híbrido.

 

Dentro del sistema de alto voltaje se distinguen las siguientes secciones de cables:

 

-         dos cables de alto voltaje que van de la batería de alto voltaje al módulo electrónico de potencia,

-       tres cables de alto voltaje que van del módulo electrónico de potencia a la máquina eléctrica,

-       un cable de alto voltaje de dos almas que va del módulo electrónico de potencia al compresor de climatización.

 

 

De la batería de alto voltaje al módulo electrónico de potencia

Del módulo electrónico de potencia a la máquina eléctrica

 

Del módulo electrónico de potencia al compresor de climatización

 

Entre la batería de alto voltaje y el módulo electrónico de potencia se produce un intercambio de cargas eléctricas a través de dos cables de alto voltaje de color naranja.

 

Hay aplicada una tensión continua de 288 voltios.

 

Los cables son de un contacto y llevan un apantallamiento.


Dentro del módulo electrónico de potencia, la tensión continua de 288 voltios de la batería de alto voltaje se transforma, por medio de un transformador DC/AC, en una tensión alterna trifásica (corriente trifásica) para poder hacer funcionar la máquina eléctrica.

 

La conexión de la máquina eléctrica al módulo electrónico de potencia se realiza por medio de tres cortos cables de alto voltaje. Los cables trifásicos, al igual que todos los demás, van marcados y codificados mediante un color y de forma mecánica para evitar que puedan confundirse entre sí.

 


El climatizador, a través de su compresor, forma parte del sistema de alto voltaje del Touareg Hybrid.

 

Este novedoso sistema de activación del compresor presenta la ventaja de que permite climatizar también el habitáculo incluso cuando el motor de combustión está parado. El climatizador permanece activado en función del estado de carga de la batería. Si sigue bajando la carga de la batería de alto voltaje, el sistema pone en marcha automáticamente el motor de combustión.

 


 

 

 

 

 

 

 

 

APLICACIÓN VEHICULOS ELECTRICOS

 

INTRODUCCION

 

El desarrollo de los Vehículos Eléctricos se produce mediante un importante empuje de los fabricantes de automóviles.

 

Se está buscando un momento económico favorable para poner en el mercado una Tecnología que es muy cara, muy novedosa y con muy poco respaldo económico por parte de las administraciones. Para que se puedan poner suficientes unidades que justifiquen su producción en el mercado, sería necesaria una bajada de precios que permitiría aumentar la demanda y fabricar más unidades y de esta manera abaratar su coste.

 

De cualquier manera se va a producir un importante cambio en la mentalidad del usuario, cuando este pueda probar un vehículo y entrar en ese nuevo mundo del Vehículo Eléctrico.

 

No obstante, no podemos olvidar que las empresas que controlan las redes de suministro de energía eléctrica tampoco podrán llegar a buen puerto, pues siempre estará frenada la venta de coches al estar limitada la autonomía por los puntos de recarga. La tecnología de las baterías tendrá que evolucionar para reducir el peso, que los materiales aguanten las cargas y descargas durante más tiempo, y acumulen más tensión.

 

El futuro es eléctrico pero hay que ganárselo, y solo si todas estas variables coinciden en un momento determinado, el fabricante que esté listo para salir al mercado será el que tome la delantera. Por ejemplo, como pasa ahora con Toyota con los vehículos Híbridos.

 

 

FLUENCE Z.E.

 

 

 

La Berlina por excelencia, ahora con Tecnología Eléctrica:

 

 

 

 

Cajetín de desconexión de la batería (BDU)

El Fluence Z.E. tiene un BDU (BDU 0) que no dispone de contactor interno. No se acciona mediante la UPC.

 

No hay estrategia de desconexión de la batería cuando el vehículo está en espera.

 

El BDU tiene fusibles internos y distribuye la tensión de la batería de 12 voltios a toda la red eléctrica de 14 voltios. También está conectado al convertidor CC/CC para poder cargar la batería de 12 voltios.

 


 

Calculador UPC

 

La UPC facilita información sobre la tensión de la red de 14 voltios a los otros os calculadores a través de la red multiplexada del vehículo.

 

Una red de 14 voltios para:

 

 

Calculadores

Gestión de las puertas

Iluminación

Batería de 12 voltios

 


EL FLUENCE Z.E. DISPONE DE UNA RED ELECTRICA DE 400 VOLTIOS

RED DE CALCULADORES

En un vehículo eléctrico, la red de 400 voltios es de color naranja.



 

Cargador de la batería de tracción (BCB)

 

Conjunto del convertidor (PEB)

 

Unidad central de gestión del vehículo eléctrico (EVC)

 

Calculador de la batería de tracción (LBC)

El calculador EVC controla las siguientes funciones:

 

Gestión del convertidor CC/CC

Gestión de la red de 14 V

Gestión de la tracción y del regulador/limitador de velocidad

Gestión de la carga

Gestión de la batería de tracción

Gestión de los mensajes del cuadro de instrumentos

Gestión de los interbloqueos

Nivel de aislamiento

Acondicionamiento previo

 

 

El calculador está conectado a:

 


 

 


Cargador:

 

El cargador convierte la tensión alterna de la red eléctrica doméstica externa en tensión continua de 400 voltios para recargar la batería de tracción.

 

Conjunto convertidor CC/CC:

 

El convertidor CC/CC permite convertir la tensión de 400 voltios a 14 voltios para recargar la batería de 12 voltios y suministrar tensión a la red eléctrica clásica.


 

 

Caja de conexiones:

 

La caja de conexiones permite alimentar al conjunto la red de 400 V.

La caja de conexiones contiene el cargador de la batería.

El cargador permite cargar la batería de tracción.

 

 


BATERIA

 

 

 

 

 

La batería está colocada verticalmente en el maletero.

 

La batería está fijada por 4 bloqueos en un marco que está a su vez fijado a la carrocería.

 

El disyuntor garantiza que la batería sea segura. El disyuntor debe extraerse durante una intervención en la cadena de tracción de 400 voltios.

 

Interviene en el proceso de corte de tensión del vehículo. Cuando se extrae el disyuntor, debe sustituirse por el útil de corte de tensión provisto con su candado.

 

 

Bloqueos “Quick drop”

 

El bloqueo “Quick Drop” garantiza la fijación de la batería.

 

Cada bloqueo está compuesto por:

 

- Dos espárragos de retención en los que se coloca el dispositivo de bloqueo.

 

- Arandelas “Belleville” apiladas una encima de la otra.

 

- Un tornillo de bloqueo que garantice el bloqueo y desbloqueo con un cuarto de vuelta. El tornillo de bloqueo encaja en una base que contiene un contactor de posición cerrado o abierto fijado en el marco de soporte de la batería.

 

 

 

SISTEMA DE REFRIGERACION DE LA BATERIA

 

 

 

El circuito caliente  permite que se libere la energía emitida por las células “Peltier”.

 

Una célula “Peltier” sometida a una tensión de alimentación calienta una superficie y refrigera la otra.

 

El ventilador del circuito de aire caliente introduce aire externo y lo libera por un orificio en el maletero.

 

Este circuito permite que se enfríe la superficie caliente de las células “Peltier”. Contribuye a mejorar la salida del circuito frío.

 

El circuito de aire frío hace circular el aire de la batería en un sistema de bucle cerrado.

 

 

El aire frío se produce cuando se aplica tensión a cada célula “Peltier”. Cuando se hace contacto con las células “Peltier”, la temperatura del aire cae gradualmente.

 

El aire frío se hace circular dentro de la batería.

 

El circuito de refrigeración permite bajar la temperatura y mantenerla mientras la batería se está cargando.

 

Condiciones para detener la refrigeración de la batería:

 

- temperatura exterior inferior a 15 ºC,

- duración de funcionamiento de 8 horas,

- diferencia entre la temperatura de la batería y la temperatura exterior superior a 10º C.

 

GRUPO MOTOPROPULSOR

 

 

 

CALCULADOR EVC

 

El sistema eléctrico de impulsión se gestiona mediante el calculador EVC.

 

Al igual que un calculador de inyección, el calculador EVC recibe información de los distintos captadores para alimentar el motor eléctrico.

 

 

 

REDUCTOR

 

El reductor transmite la velocidad de rotación del motor al diferencial.

 

El rotor y el reductor están conectados por medio de un engranaje.

 

 

CONECTORES

 

 

PROHIBIDO REPARAR / OBLIGATORIO SUSTITUIR

 

Si se produce un fallo en el cableado o en un conector de potencia, es indispensable sustituir el conjunto “cableado y conectores”.


RENAULT KANGOO Z.E.

 

PUEDE GESTIONARSE A DISTANCIA DESDE MI ORDENADOR O MI MOVIL

 

-       Estado de carga

-       Autonomía

-       Notificación de carga

-       Historial de carga

-       Aviso de batería baja

-       Recomendaciones para la utilización del vehículo eléctrico

 


CONTROL BATERÍA

ECONÓMETRO

 

 

Zona de apoyo 1

Umbral de carga intermedia.

 

Zona de apoyo 2                                                

Umbral de reserva.                                                        

Indica que la batería ha alcanzado aproximadamente el 12% de carga.      

El testigo se ilumina, acompañado de un pitido.    

 

Zona de apoyo 3

Umbral de inmovilización inminente.

Indica que la batería ha alcanzado aproximadamente el 6% de carga.

La señal acústica se repite cada 20 segundos y el testigo parpadea.

El mensaje de limitación del rendimiento se visualiza en el cuadro de instrumentos. El rendimiento del motor se reduce progresivamente hasta que el vehículo está inmovilizado.

 

Zona de apoyo 1

Posición “punto muerto”

 

Zona de apoyo 2                                                

Zona de recuperación de energía.

Durante la desaceleración (cuesta abajo y soltando el pedal de acelerador), indica que el motor está generando una corriente eléctrica, que se utiliza para recargar la batería

            

Zona de apoyo 3

Zona de “Consumo de energía”

Indica consumo “bajo (zona azul claro) o “alto” (zona roja).

RENAULT TWIZY

 


Batería de tracción consta de 7 módulos con seis células de ión-litio.

Motor eléctrico. El rotor no requiere alimentación eléctrica. En el estator los tres cables de alimentación se sueldan directamente a la bobina.

Reductor. El reductor se acciona directamente mediante una conexión de rotor acanalado. Esta transmisión de una sola marcha. No hay piñón de marcha atrás; la marcha atrás se consigue invirtiendo la alimentación de la fase del estator.

 

 

CHEVROLET VOLT Y OPEL AMPERA

 


El fabricante en vez de vehículo híbrido, prefiere llamarle vehículo eléctrico de autonomía extendida. Dispone de dos motores eléctricos y uno térmico, o mejor dicho, un motor eléctrico para impulsar las ruedas, un generador para cargar la batería, pero que puede funcionar como motor para apoyar al eléctrico y un motor térmico para mover el generador, pero que en ningún caso puede impulsar las ruedas.

 

Además es enchufable, es decir, la batería puede cargarse conectando el vehículo a la red eléctrica. Está pensado para funcionar en modo exclusivamente eléctrico para recorridos cortos, con una autonomía aproximada de 60 Km. Si se supera la autonomía y no es posible conectarlo a la red, el motor térmico se encarga de accionar el generador para cargar la batería y el vehículo puede seguir funcionando durante 500 Km más con los 35 litros de gasolina del depósito.

 

 

CONJUNTO BATERÍAS

 

La batería del Volt es de Ion-Litio en forma de T y colocada en el túnel central, dispone de 228 celdas, almacena 16 Kw/h, mide 168 cm y pesa 198 Kg. Está protegida por una estructura de acero.

 

 

Está dotada de un circuito de refrigeración líquida que mantiene la temperatura dentro de un rango que optimiza sus prestaciones y duración. El líquido circula por unos intercambiadores internos en los módulos de la batería y puede ser calentada o enfriada según convenga para las situaciones de carga y descarga. Está diseñada para un funcionamiento fiable en un margen de temperatura exterior comprendido entre -25ºC y +50ºC.

 

Si la temperatura es fría, la batería se calienta durante la carga para que proporcione la máxima capacidad.

 

Si la temperatura es alta, la batería puede enfriarse para cargar.

 

El sistema de gestión controla en todo momento la temperatura de la batería tanto si se carga desde la red o desde el generador del vehículo. También controla el tiempo real de funcionamiento, para que funcione de forma segura y para mejorar sus prestaciones y duración. Chevrolet da una garantía de 160.000 Km u 8 años.

 

MOTOR TERMICO

 

El motor utilizado es un 1.4 atmosférico de gasolina, similar al que encontramos en el Opel Corsa, con 4 válvulas por cilindro y distribución variable. El bloque es de fundición de hierro y la culata de aluminio. La distribución es por cadena, dispone de inyectores de aceite para refrigerar los pistones. El encendido es mediante bobinas individuales y bujías con electrodo de platino. El fabricante recomienda el cambio de bujías cada 160.000 Km. Desarrolla una potencia de 63 KW (85 CV) y su trabajo consiste en mover el generador.

TRANSMISION, MOTOR ELECTRICO Y GENERADOR

 

El Chevrolet Volt dispone de dos motores eléctricos: uno de impulsión de 111 Kw (150 CV y 368 Nm de par) encargado de impulsar las ruedas y otro de 55 Kw (74 CV) que asume las funciones de generador para cargar la batería, pero también puede apoyar al impulsor para desplazar el vehículo cuando se circula a alta velocidad.

 

El trabajo conjunto de los dos motores es capaz de impulsar el vehículo a una velocidad de 160 Km/h.

 

 

MODO 1.- BATERIA CARGADA, VELOCIDAD BAJA Y MOTOR TERMICO PARADO

En este caso, el vehículo funciona en modo exclusivamente eléctrico, sin generar ruidos ni emisiones. La energía de la batería pasa al inversor y de aquí al motor eléctrico.

 

Se activa el embrague (E1) que bloquea la corona. El motor impulsor gira el planeta. De esta manera, giran los satélites y el portasatélites que da movimiento al diferencial.

 

 

MODO 2.- BATERIA CARGADA, VELOCIDAD ALTA Y MOTOR TERMICO PARADO

Cuando aumenta la velocidad, se activa el embrague (E2) que conecta el generador a la corona. De esta manera el impulsor y el generador, funcionando como motor, trabajan para mover el portasatélites y por tanto las ruedas. Al girar la corona con el generador se consigue que el impulsor reduzca su velocidad. Esto aumenta la eficiencia del sistema ya que en los motores eléctricos baja el rendimiento cuando se acercan al límite máximo de giro.

 

 

 

MODO 3.- BATERIA DESCARGADA, VELOCIDAD BAJA Y MOTOR TERMICO FUNCIONANDO

Se activa el embrague (E1) que bloquea la corona. El motor eléctrico de impulsión es el encargado de hacer la fuerza necesaria para mover las ruedas. El motor térmico funciona para que el generador cree la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento del impulsor que es alimentado a través del inversor.

Para conectar el motor térmico al generador se activa el embrague (E3).

 

 

MODO 4.- BATERIA DESCARGADA, VELOCIDAD ALTA Y MOTOR TERMICO FUNCIONANDO

Cuando aumenta la velocidad se activa el embrague (E2) que conecta el generador a la corona y el embrague (E3) que conecta el motor térmico al generador. Con esto se consigue que el motor térmico mueva al generador para cargar la batería y a la vez gira la corona que suma su fuerza a la del motor impulsor para girar el portasatélites y las ruedas del vehículo.

 

 

 

Bibliografía

En la confección de este documento se han utilizado imágenes diversas de publicaciones técnicas de fabricantes de automóviles. Estas publicaciones están extraídas de los manuales o documentación de los fabricantes que suelen entregar en sus cursos de formación técnica. (Peugeot, Volkswagen, Toyota, Renault, Chevrolet, Opel…).

 

Esto es un resumen de las materias que se imparten en el curso de formación de vehículos híbridos y eléctricos. Para consultas sobre este curso pueden dirigirse a la siguiente dirección www.tecnomovil.com o enviar mail a tecnomovil@tecnomovil.com .

 

 

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Autor:  Francisco Barbadillo Divassón