VEHICULOS HIBRIDOS Y ELECTRICOS LA ALTERNATIVA A LOS COMBUSTIBLES FOSILES
��������� ���� ���� ������� ������ ��� ���� �� �� ���������
������
Historia del vehículo hibrido Vehículos híbridos y eléctricos actuales Introducción al vehículo hibrido - Estructuras del vehículo hibrido Configuración Serie Configuración Paralelo Configuración Combinado -
Componentes del vehículo hibrido (Toyota Prius)
Motor térmico Motor eléctrico Conjunto inversor Batería HV - Sistema de refrigeración de la batería HV - Control del ventilador de refrigeración de la batería HV - Sensor de corriente de la batería HV - SMR (Relé Principal del Sistema HV
Sistema de control hibrido THS (Toyota Hybrid System) - Evolución del Sistema THS -
El transeje hibrido
-
Power Split Device ( Dispositivo Divisor de Potencia )
El freno regenerativo Sensores del control hibrido
Sensor del pedal acelerador Sensor del selector de cambio E-SHIFT Sensor de revoluciones de MG1 – MG2 Sensor de temperat temperatura ura de MG1 – MG2 Sensores de corriente para MG1 – MG2 Sensores de temperatura del inversor y del convertidor Sensores de voltaje antes y después del convertidor
Funcionamiento del Sistema Hibrido - Arranque - Conducción - Aceleración - Deceleració Deceleración n (Freno Regenerativo) - Marcha atrás
El Hidrógeno, ¿combustible del futuro? - La pila de combustib combustible le ( Fuel Cell ) - Motores a hidrógeno celdas de combustibl combustiblee Motor eléctrico con celdas Motor de hidrógeno de combustió combustiónn interna
������
Historia del vehículo hibrido Vehículos híbridos y eléctricos actuales Introducción al vehículo hibrido - Estructuras del vehículo hibrido Configuración Serie Configuración Paralelo Configuración Combinado -
Componentes del vehículo hibrido (Toyota Prius)
Motor térmico Motor eléctrico Conjunto inversor Batería HV - Sistema de refrigeración de la batería HV - Control del ventilador de refrigeración de la batería HV - Sensor de corriente de la batería HV - SMR (Relé Principal del Sistema HV
Sistema de control hibrido THS (Toyota Hybrid System) - Evolución del Sistema THS -
El transeje hibrido
-
Power Split Device ( Dispositivo Divisor de Potencia )
El freno regenerativo Sensores del control hibrido
Sensor del pedal acelerador Sensor del selector de cambio E-SHIFT Sensor de revoluciones de MG1 – MG2 Sensor de temperat temperatura ura de MG1 – MG2 Sensores de corriente para MG1 – MG2 Sensores de temperatura del inversor y del convertidor Sensores de voltaje antes y después del convertidor
Funcionamiento del Sistema Hibrido - Arranque - Conducción - Aceleración - Deceleració Deceleración n (Freno Regenerativo) - Marcha atrás
El Hidrógeno, ¿combustible del futuro? - La pila de combustib combustible le ( Fuel Cell ) - Motores a hidrógeno celdas de combustibl combustiblee Motor eléctrico con celdas Motor de hidrógeno de combustió combustiónn interna
HISTORIA DEL VEHÍCULO HIBRIDO
Los híbridos empezaron siendo un experimento para alargar la autonomía de los coches eléctricos. Una vez iniciada su comercializ comercialización, ación, disfrutaron brevemente de cierto éxito mientras el motor de gasolina seguía su evolución. Ya en 1900 habían aparecido diversos diseños de híbridos en serie y en paralelo. Cada vez más fabricantes f abricantes se empiezan a animar a construir alguna solución híbrida, con mayor o menor m enor violación de las patentes existentes.
En 1903 la Paris Electric Car Company presenta el Krieger Hybrid (imagen Hybrid (imagen superior), en este caso la misión del motor térmico era funcionar con el eléctrico, un híbrido en paralelo. Poco después aparece el Woods Interurban en Interurban en 1905, el primer híbrido puro. Podía funcionar con electricidad o con motor de gasolina bicilíndrico, bicilíndrico, pero el cambio de un modo a otro necesitaba un cuarto de hora, fue un fracaso comercial. También en 1905 se registra r egistra otra patente híbrida en Estados Unidos, firmada f irmada Henri Pieper y admitida en 1909. Su patente describía un vehículo híbrido en paralelo, cuyo motor eléctrico se utilizaba como asistencia al motor de gasolina, permitiéndole alcanzar 40 km/h.
La Woods Motor Vehicle Company de Chicago lanza al mercado en 1917 el Woods Dual Power, el primer híbrido puro con frenada regenerativa, que ofrecía lo mejor de los mundos de la gasolina y la electricidad. El motor de gasolina se usaba tanto como para impulsar como para recargar las baterías. Fue muy avanzado para su época. Su velocidad máxima era de 56 km/h utilizando ambos motores, sólo con propulsión eléctrica alcanzaba 32 km/h. Era una solución ingeniosa, ya que no tenía marchas. El motor de gasolina se engranaba mediante un embrague magnético a 32 km/h, no antes. Para dar marcha atrás sólo se usaba el motor eléctrico.
VEHICULOS HIBRIDOS Y ELECTRICOS ACTUALES En la actualidad son muchas las marcas que tienen en su gama de vehiculos algunos con propulsión hibrida o electrica.
TOYOTA Prius, Auris Hibrid, Yaris Hibrid. Y el nuevo Prius + con sistema Plug-in.
LEXUS RX450h, GS450h, CT200h, LS600h.
HONDA Insight, CR-7 y Jazz entre otros. Con sistema Plug-in Hybrid.
RENAULT Con su nueva gama de vehículos 100% Eléctricos, Zero Emisiones.
Estos son algunos de los modelos más significativos, por historia como TOYOTA y LEXUS o por innovación como RENAULT. Observamos que todos tienden a terminar sustituyendo el motor térmico por la posibilidad de recargar las baterías mediante un sistema directo a la red, (Sistema Plug-in).
Desde los orígenes de los sistemas híbridos allá por 1900, ya se tenían los mismos problemas, la autonomía de las baterías. En la actualidad contamos con nuevas tecnologías y nuevas baterías con mucha más autonomía y menor peso que hacen posible que el todopoderoso motor de combustión interna pueda pasar a la historia por culpa de la contaminación y el calentamiento global. Esta es la batería que llevaba instalada el Woods Dual Power en 1917.
Y esta es la del Toyota Prius de 3ª generación, 2009.
La evolución tecnológica es evidente y esto en gran parte acompañado de las restricciones impuestas a los fabricantes de vehículos en las emisiones de gases y el alto precio de los combustibles han hecho posible la incorporación de los vehículos híbridos y eléctricos al mercado. Todo apunta a que el vehículo hibrido con el tiempo dejará de serlo para convertirse en un eléctrico 100% cuando con la autonomía de las baterías y los sistemas de carga puedan alcanzar la eficiencia y rendimiento de un motor térmico.
INTRODUCCIÓN AL VEHICULO HIBRIDO
Estructuras del vehículo hibrido Dependiendo del sistema estructural de sus componentes nos podemos encontrar con tres configuraciones distintas.
CONFIGURACIÓN SERIE
En el sistema hibrido en serie, el motor de gasolina funciona como un generador y la electricidad generada permite que el motor eléctrico impulse las ruedas. Este tipo de vehículos puede describirse como un automóvil eléctrico que está equipado con un generador impulsado por un motor de gasolina.
Dicho motor de gasolina es de salida baja, el motor se opera a velocidad prácticamente constante en el margen más efectivo para recargar de forma eficiente la batería mientras el vehículo está en movimiento. El Opel Ampera es un vehículo con sistema hibrido en serie.
CONFIGURACIÓN PARALELO
Este sistema emplea conjuntamente el motor de gasolina y el motor eléctrico para impulsar directamente las ruedas. En adición a la ayuda de la fuerza motriz del motor de gasolina, el motor eléctrico de este sistema también puede servir como generador para cargar la batería mientras el vehículo está en movimiento.
El Honda Civic Hybrid IMA (Integrated Motor Assist) es un vehículo con sistema hibrido paralelo.
CONFIGURACIÓN COMBINADO
En este sistema se combinan cuatro elementos: -
Motor térmico de gasolina Motor eléctrico Generador eléctrico Batería HV de Ni-MH
En este sistema combinado, el generador, el motor térmico y el motor eléctrico están unidos mediante un tren epicicloidal de forma que el movimiento se transmita a las ruedas constantemente de forma térmica o eléctrica.
El Toyota Prius es un vehículo con sistema hibrido combinado
Componentes del vehículo hibrido (Toyota Prius)
Motor térmico de gasolina
El motor del Prius funciona según el "ciclo Atkinson", ideado por el ingeniero inglés James Atkinson (1887). El ciclo Atkinson trata de aprovechar las ventajas que supone una alta relación de compresión reduciendo la duración efectiva de la carrera de compresión con respecto a la de expansión del tradicional ciclo Otto. La forma más viable y sencilla de conseguir esta característica es retrasar el cierre de la válvula de admisión, permitiendo un cierto reflujo de gases hacia el colector de admisión mientras el pistón asciende. La mezcla del reflujo se aprovecha en el siguiente ciclo de aspiración.
El motor eléctrico
Ambos motores, MG1 (Motor Generador Nº1) y MG2 (Motor Generador Nº2) son de tipo trifásico de imanes permanentes y altamente eficientes a la hora de alternar la corriente, compactos y de poco peso. Se utilizan como fuente de fuerza motriz suplementaria que proporciona asistencia de potencia al motor de gasolina, el motor eléctrico ayuda al vehículo a alcanzar un rendimiento dinámico excelente, incluyendo unos arranques y deceleraciones suaves. Cuando se activan los frenos regenerativos, el MG2 convierte la energía cinética del vehículo a energía eléctrica, que se almacena en la batería de HV. El MG1 recarga la batería HV y suministra alimentación eléctrica para excitar el MG2 y también sirve como motor de arranque para arrancar el motor de gasolina.
Conjunto inversor
Las funciones del conjunto inversor son: -
Convierte la corriente continua de alta tensión de la batería HV (210,6V CC) a corriente alterna trifásica (max. 500V CA). Suministra alimentación para impulsar el compresor eléctrico del sistema de A/A ya que el motor no dispone de correa auxiliar. Transforma la tensión de 210,6V CC a 12V CC para recargar la batería auxiliar.
Dentro del conjunto inversor podemos destacar, el sistema de voltaje variable y el inversor o inverter. El sistema de voltaje variable eleva la tensión nominal de 210,6V CC que sale de la batería HV a la tensión máxima de 500V CC (antes del inverter). Después de la elevación de la tensión, el inversor convierte la corriente continua en alterna trifásica para impulsar al MG1 y al MG2. Cuando MG1 o MG2 actúa como el generador, el inversor convierte la corriente alterna (500V CA – 500V CC) en continua y luego el sistema de voltaje variable la reduce (210,6V CC) cargando así la batería HV. Aquí se muestra el desglose de las diferentes funciones del conjunto inversor.
Debido a las temperaturas alcanzadas en los motores MG1, MG2 y en el conjunto inversor, estos cuentan con su propio sistema independiente de refrigeración, que está equipado con su propia bomba de agua y radiador, integrado este último en el radiador del motor.
Batería HV
La batería está compuesta por la unión en serie de 28 módulos de 7,2 V, cada modulo está compuesto por seis células de 1,2 V. Por consiguiente un total de 168 células que proporcionan 201,6 V componen la batería HV. La ECU de la batería HV considera 2 módulos como un bloque de batería y controla el voltaje de cada uno de los 14 bloques. Es posible identificar un problema en una sola célula de batería con la detección de la señal de voltaje de un bloque. La batería HV es de hidruro metálico de níquel (Ni-MH), ofrece una gran densidad de energía, poco peso y una larga vida de servicio. El sistema hibrido efectúa el control de carga-descarga para mantener el nivel constante de SOC (state of charge / estado de carga) de la batería HV mientras el vehículo funciona con normalidad, sin necesidad del uso de cargadores externos. La batería HV, la ECU de batería y el SMR (sistem main relay / relé principal del sistema) están encerrados en una caja metálica situada en el maletero.
Clavija de servicio Antes de realizar el servicio de cualquier parte del circuito de alta tensión, asegurarse de extraer la clavija de servicio.
-
Sistema de refrigeración de la batería HV
Un sistema de refrigeración exclusivo para la batería HV, asegura el rendimiento adecuado de la batería HV mientras genera calor durante los ciclos de carga y descarga. Un ventilador aspira el aire de la cabina y lo introduce por la parte superior derecha de la batería circulando entre los módulos de la batería desde la parte superior a la inferior para enfriar la batería. Un conducto permite la circulación del aire hacia el exterior del vehículo. La ECU de la batería controla el funcionamiento del ventilador. La ECU de la batería controla la temperatura de la batería HV a un nivel apropiado de acuerdo con las señales proporcionadas por los sensores de la temperatura que están incorporados en la batería HV, y un sensor de la temperatura del aire de entrada. -
Control del ventilador de refrigeración de la batería HV
La ECU de la batería detecta el aumento de la temperatura de la batería mediante los sensores de temperatura de la batería HV y un sensor de la temperatura del aire de admisión. Entonces, la ECU de la batería manda gradualmente el ventilador de refrigeración, para mantener la temperatura de la batería HV dentro del margen especificado. Cuando el sistema de aire acondicionado está funcionando para enfriar el habitáculo y si hay descenso en la temperatura de la batería HV, la ECU de la batería desactiva el ventilador o lo fija a la velocidad baja. La admisión de aire del sistema de refrigeración se toma de la cabina.
-
Sensor de corrien e de la batería HV
El sensor de corriente, ubi ado en el cable del alto-voltaje de la batería HV, detecta el flujo de corriente eléctrica. (Como una pinza a perimétrica) Genera un voltaje de señal en el terminal IB de la ECU de la batería. E sta señal cambia entre 0 y 5V en pr porción a cambios en el flujo de corriente d carga o descarga de la batería HV. -
Control del estad de la batería HV
La ECU de la batería dete ta el SOC (state of charge/estado de carga) , la temperatura, las fugas y la tensión de la batería HV y envía esta inform ación a la ECU de HV. Mientras el vehículo esta e n movimiento, la batería HV sufre ciclos de arga/descarga, a medida que se descarga mediante el MG2 durante la aceleración y s e carga con los frenos regenerativos duran te la desaceleración. La ECU de la batería calcula el SOC basándose en los niveles de carg a/descarga detectados por el sensor d e corriente y transmite el valor del SOC calc ulado a la ECU de HV. La ECU de HV efectúa el control de carga/descarga basándose en el v alor recibido para estabilizar el SOC en su nivel propuesto (60% aprox.).
-
SMR (Relé Principal del Sistema HV)
Un conjunto de tres relés conectan y desconectan la fuente de potencia del circuito de alto-voltaje basándose en las órdenes de la ECU de HV, dichos relés están localizados en el costado de la batería HV. - Alimentación conectada
El SMR1 y el SMR3 se activan cuando se activa el circuito, a continuación el SMR2 se activa y el SMR1 se desactiva. Puesto que la corriente pasa inicialmente por una resistencia, el punto de contacto en el circuito está protegido contra daños que pudiera causar el aumento brusco de la corriente. - Alimentación desconectada
El SMR2 y el SMR3 de desactivan cuando se desconecta el circuito, en este orden. Entonces, la ECU de HV verifica que los relés respectivos han sido correctamente desactivados. De este modo, la ECU de HV puede determinar si el SMR2 está pegado
������� �� ��������
El SMR conecta y desconecta la fuente de alimentación del circuito de alta-tensión. Un total de tres relés (uno para el lado negativo y dos para el lado positivo) están provistos para asegurar un correcto funcionamiento.
SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO THS (Toyota Hybrid System) La optimación del sistema hibrido se consigue a través de una sinergia entre el motor térmico y el motor eléctrico, así como el trabajo del generador. Aprovechar la energía cinética para realizarla carga de batería y poder aumentar la autonomía eléctrica es una de las principales fuentes de aprovechamiento de la energía.
El sistema hibrido es del tipo tren de potencia, que emplea una combinación de dos fuerzas motrices, la del motor de gasolina y la del motor eléctrico MG2. Este tipo de sistema se caracteriza por su uso inteligente de los dos tipos de f uerzas motrices de acuerdo con las condiciones de la marcha. Utilizando al máximo las fuerzas de cada una de las fuerzas motrices y complementando sus debilidades. Por lo tanto, puede alcanzar un rendimiento de alta respuesta y dinámico así como la gran reducción del consumo de combustible y de las emisiones de los gases de escape.
Evolución del sistema THS En la evolución del THS (THS-II), se ha adoptado un convertidor de elevación de tensión de 500V CA, que en comparativa con la versión anterior (THS-I), era este de 273,6V CA. Esto implica un aumento de rendimiento por la reducción de caídas de tensión debido a una reducción de intensidad en la versión del THS-II. Potencia (P) = Tensión (V) x Intensidad (I) �����
������
El sistema de control de THS II gestiona el vehículo en su máxima eficiencia controlando la energía usada por el vehículo, lo cual incluye la energía para mover el vehículo así como también la energía usada para dispositivos auxiliares, como el aire acondicionado, los calentadores, los focos delanteros y el sistema de navegación. El sistema de control monitorea los requisitos y las condiciones operativas de los componentes del sistema híbrido. El sistema de control también tiene en cuenta las informaciones que recibe del sensor de freno, sensor de velocidad, posición del acelerador, así como cuando el conductor actúa sobre la palanca de cambio.
Aquí se muestra el diagrama del sistema THS-II
El transeje hibrido
El transeje hibrido contiene el MG1, el MG2, la unidad de planetarios (Power Split), la cadena de transmisión junto con la transmisión intermedia y el conjunto piñón-corona. El sistema no dispone de embrague, en su lugar hay un amortiguador en el eje de transmisión entre el motor térmico y el MG1. -
Power Split Device / Dispositivo Divisor de Potencia
El elemento que une mecánicamente al MG1, MG2 y al motor térmico es un tren epicicloidal llamado (Power Split Device / Dispositivo Divisor de Potencia).
La clave del sistema es que el giro del generador eléctrico puede ser mayor o menor, en función de la resistencia que oponga. Si es preciso un desarrollo corto, el generador eléctrico opone una gran resistencia al movimiento, a consecuencia de ello “roba” fuerza al motor térmico y la envía al motor eléctrico, que también impulsa a las ruedas. La fuerza que va a parar al motor es finalmente la misma, si no entran en juego las baterías, pero mediante este método, el engranaje epicicloidal tiene el desarrollo corto por ejemplo para arrancar y largo para alcanzar una velocidad alta, a igualdad de régimen del motor. A medida que el coche gana velocidad, el generador eléctrico opone menos resistencia y su giro aumenta, a causa de ello, el desarrollo se hace más largo. Si las baterías no intervienen en la aceleración, toda la fuerza de la que dispone el coche parte del motor térmico, pero puede llegar a las ruedas bien a través del motor eléctrico, alimentado por el generador, o bien directamente a través del motor térmico, si el generador no actúa. Decir también que en la evolución del Prius de 3ª Generación el Power Split Device está compuesto por dos trenes epicicloidales, uno para reducir la velocidad de salida y aumentar el par del MG2 y el otro para el reparto de potencia de las tres fuerzas motrices.
Tren de reparto de potencia Tren de reducción de velocidad del MG2
El freno regenerativo El sistema de frenado regenerativo funciona cuando queremos disminuir la velocidad del vehículo, cuando desaceleramos o al frenar. En esta situación el motor eléctrico MG2 funciona como un generador, convirtiendo la energía cinética del vehículo en energía eléctrica, la cuál es usada para cargar la batería HV y la batería auxiliar. Este sistema es particularmente efectivo en recobrar energía cuando se circula por ciudad, donde se producen aceleraciones y deceleraciones frecuentes. Cuando se pisa el pedal de freno, el sistema controla la coordinación entre el freno hidráulico del ECB (Electronic Control Braking) y el freno regenerativo y preferentemente usa el freno regenerativo, por consiguiente recobrando energía aun en las velocidades inferiores del vehículo. Con este sistema se consigue una regeneración de energía muy eficiente. Las perdidas por rozamiento en la transmisión son mínimas ya que el movimiento de las ruedas se transmite a través del diferencial y los engranajes intermedios al motor eléctrico que se convierte en este caso en generador. El sistema de frenado regenerativo consigue recuperar un 65% de la energía eléctrica que carga las baterías. Cuando la palanca selectora se encuentra en posición B, la ECU de HV además de gestionar la frenada regenerativa, hace funcionar el motor térmico en vacio como si fuese una bomba de aire, para aumentar la frenada aunque con ello se pierda parte de la regeneración energética. Este modo de selección es muy útil cuando descendemos algún puerto de montaña o cuando necesitamos de una frenada más rápida y contundente.
Sensores del control hibrido El sistema está equipado con un gran numero de sensores que indican a la UCE de HV el estado de los componentes, como por ejemplo: o
Sensor del pedal acelerador
Es un sensor sin contactos que usa dos elementos Hall IC. El anillo magnetico que está montado en la base del pedal del acelerador gira en torno al Hall IC (que está fijado a la tapa del sensor) de acuerdo con la cantidad de esfuerzo aplicado al pedal del acelerador. Cuando el pedal del acelerador cambia de posición, modifica el ángulo y la fuerza del campo magnetico que incide en el elemento Hall. El Hall IC convierte los cambios del flujo magnetico que se producen en ese momento en señales electricas y las emite en forma de esfuerzo del pedal de acelerador a la ECU de HV
o
Sensor de selector de cambio E-SHIFT
El selector de cambio convierte el movimiento de la palanca en señales eléctricas y las envía a la ECU de HV. La ECU de HV determina la posición del selector basandose en las señales recibidas de los sensores. Un sensor (de cambio) detecta el movimiento vertical de la palanca del selector y otro sensor (de selección) detecta el desplazamiento horizontal de la palanca. Se utiliza un elemento Hall para cada sensor (cambio/selección). Cada sensor cuenta con un circuito principal y un circuito secundario.
o
Sensores de revoluciones de MG1 – MG2
Es preciso para la ECU de HV saber con precisión la posición del rotor para mandar correctamente las tres fases de CA (U,V,W). El sensor de revoluciones esta compuesto por tres tipos de bobinados, un bobinado de excitación y dos de información. La posición de los bobinados de información S y C se acuerda a 45º el uno del otro. Puesto que el rotor el oval, la distancia del entrehierro entre el bobinado y el rotor varía con el giro del rotor, así el paso de CA por el bobinado de excitación generará en los enrollamientos S y C diferentes valores de tensión según la posición del rotor. Se puede identificar entonces la posición absoluta del rotor por la diferencia entre las señales de salida, la posición se puede identificar igualmente cuando se detiene el rotor. Además, el calculo realizado por la ECU de HV de la cantidad de variación de posición en un determinado tiempo determina las r.p.m.
o
Sensores de temperatura de MG1 – MG2
Los sensores de temperatura informan a la ECU de HV de la temperatura en el estator de MG1 y MG2. Cuando el valor de temperatura es alto la ECU de HV limita el rendimiento del sistema. Es una resistencia de tipo NTC y se comprueba midiendo la tensión variable de 0 a 5V.
o
Sensores de corriente para MG1 y MG2
Los sensores de corriente para los motores MG1 y MG2 estan integrados en el inversor. El inversor usa señales de potencia procedentes de la ECU de HV para crear CA trifasica, que alimenta al MG1 y al MG2. Los sensores informan a la ECU de HV de la intensidad de corriente que consumen o generan los motores MG1 y MG2. Los sensores se situan en las fases V y W, la corriente de la fase U se puede estimar supervisando la intensidad de las fases V y W.
o
Sensores de temperatura del inversor y del convertidor
Los sensores de temperatura del inversor detectan la temperatura en el area de los transistores de potencia del inversor para los motores MG1 y MG2. En base a la información de la temperatura, la ECU de HV controla la efectividad del sistema de refrigeración y limita el rendimiento del sistema cuando la temperatura es muy alta. El sensor de temperatura del convertidor detecta la temperatura del convertidor en el PCU, cuando el valor de la temperatura es alto, la ECU de HV limita el rendimiento del sistema.
o
Sensores de alto voltaje antes y despues del convertidor
La ECU de HV detecta el voltaje antes y despues de que es amplificado por el conversor. Controla el voltaje en los condensadores antes y despues de que el voltaje es amplificado
Funcionamiento del Sistema Hibrido o
Modo EV
En este modo el vehículo solo funciona de forma electrica, es el motor MG2 quien impulsa al vehículo.
Arranque
o
En la fase de arranque el MG2 permanece clavado y es el MG1 el que impulsa al motor de combustión para su arranque.
Conducción
o
En este modo el motor MG2 colabora con el motor térmico para la propulsión del vehículo. El motor MG1 actua como generador alimentendo al MG2 y regulando la relación de transmisión.
o
Conducción, SOC nivel bajo
El motor térmico genera un exceso de energia, dicha energia es usada para impulsar al MG1 que actua como generador recargando así la bateria HV. El MG2 colabora con el motor térmico en la impulsión del vehículo.
Aceleración
o
En este caso el motor térmico y el MG2 impulsan al vehículo. El MG1 actua como generador alimentando al MG2 junto con la bateria HV para sacar el maximo rendimiento.
o
Deceleración o frenado (Freno Regenerativo)
Si tenemos el selector de cambio en la posición D el motor térmico está parado para regenerar la mayor cantidad de energia posible. En caso de que el selector este en la posicion B el motor gira sin alimentación de combustible para generar tambien freno motor. El motor MG1 controla la reducción y el motor MG2 actua como generador cargando así la bateria.
o
Marcha atrás
El MG2 impulsa al vehículo si las condiciones del SOC y de la temperatura del motor son las adecuadas.
o
Marcha atrás, SOC nivel bajo
En estas condiciones, el motor térmico arranca para hacer girar al MG1 y que este actue como generador para recargar la bateria HV. Una ver restablecido el nivel del SOC, el MG2 impulsa al vehículo.
La ECU de HV gestiona y controla los distintos modos de funcionamiento dependiendo de las condiciones del vehículo y del estado de la marcha.
EL HIDRÓGENO, ¿COMBUSTIBLE DEL FUTURO? El hidrógeno es el más simple de los elementos químicos y el más abundante del universo, en la tierra existe combinado con otros elementos, como en el agua (H 2O). Es más, muchos de los combustibles que actualmente utilizamos con fines energéticos, tienen en su composición al hidrógeno como por ejemplo la bencina, el gas natural (CH 4), el propano (C 3H8), el etanol (CH 3CH2OH), entre otros. La manera más fácil y limpia de obtener hidrogeno es mediante la " electrólisis ". Se sumergen dos electrodos en agua, se aplica electricidad y se obtiene gas hidrógeno del electrodo negativo y oxígeno del positivo. Sin embargo, el hidrógeno puro no es la panacea, pues presenta varios problemas. Para empezar, su producción (la electrólisis) es cara y contaminante, pues requiere mucho consumo eléctrico y la electricidad actualmente se produce a partir de fuentes de energía convencionales, como el petróleo, el gas o las centrales atómicas.
La pila de combustible (Fuel Cell) El dispositivo empleado para combinar el hidrógeno con el oxígeno y generar electricidad, calor y agua, se conoce como celda de combustible. La celda de combustible produce corriente directa como una batería, pero al contrario de una batería, nunca se descarga; la celda sigue produciendo energía mientras se disponga de combustible, es decir, se le inyecte más hidrógeno.
Existen varias clases de celdas de combustible, generalmente clasificadas según el tipo de electrolito que emplean, por ejemplo: -
Celdas de ácido fosfórico (PAFC) Celdas de carbonato fundido (MCFC) Celdas de óxido sólido (SOFC) Celdas del tipo PEM (Membrana de Intercambio Protónico)
La manera en que operan es mediante una celda electroquímica consistente en dos electrodos, un ánodo y un cátodo, separados por un electrólito. El oxígeno proveniente del aire pasa sobre un electrodo y el hidrógeno gas pasa sobre el otro. Cuando el hidrógeno es ionizado en el ánodo se oxida y pierde un electrón; al ocurrir esto, el hidrógeno oxidado (ahora en forma de protón) y el electrón toman diferentes caminos migrando hacia el segundo electrodo llamado cátodo. El hidrógeno lo hará a través del electrólito mientras que el electrón lo hace a través de un material conductor externo (carga). Al final de su camino ambos se vuelven a reunir en el cátodo donde ocurre la reacción de reducción o ganancia de electrones del oxígeno gas para formar agua junto con el hidrógeno oxidado. Así, este proceso produce agua 100% pura, corriente eléctrica y calor útil, por ejemplo, energía térmica.
Para la utilización en vehículos y demás elementos móviles se utilizan las celdas del tipo PEM (Membrana de Intercambio Protónico).
Motores a hidrógeno Cuando hablamos de motores a hidrógeno tenemos que distinguir básicamente a dos tipos de motores. - El basado en "celdas de combustible " de hidrógeno que en sí se trata de un "motor eléctrico" que recibe electricidad de las propias celdas. - El "motor de combustión interna ", similar a los motores convencionales, que logran la fuerza motriz gracias a la ignición del hidrógeno dentro de la cámara de combustión. o
Motor eléctrico con celdas de combustible
El motor a hidrógeno se ha convertido en una de las alternativas más comentadas para los nuevos vehículos no contaminantes. El perfeccionamiento de esta técnica supondrá el ahorro de millones de toneladas de combustible fósil, pero esto no es cuestión de suerte como el poker, sino que requerirá muchísima inversión para conseguir la precisión y estabilidad necesaria. Debido a esto, muchas personas consideran esta solución tecnológica eficiente para los motoristas que se ven agobiados por la crisis. Casi todos los grandes fabricantes están trabajando en nuevos modelos que incluyen motor a hidrógeno, ya sean de combustión interna o de celda de combustible (Honda FCX, BMW 754h, Nissan X-Trail FCV, Toyota HighLander FCHV, Opel Zafira Hydrogen 3 o Mercedes Clase B Fuel Cell). La mayoría de ellos siguen un esquema similar.
El motor eléctrico situado debajo del capó, recibe la alimentación desde las células de combustible, que generan electricidad al mezclar el hidrógeno que contiene el depósito de combustible y el oxígeno del aire. El único residuo que genera esta reacción es vapor de agua.
o
Motor de hidrógeno de combustión interna
Las celdas de combustible son todavía caras y no son lo suficientemente fiables (tiempo de funcionamiento limitado). Por este motivo hay fabricantes de vehículos que se han decidido por quemar el hidrogeno dentro de los motores de combustión interna, estos motores son muy similares a los convencionales. El H2 es altamente inflamable y se quema en concentraciones que van desde el 4% hasta el 74%, produciendo algunos óxidos de nitrógeno (NOx), pero sólo algunas trazas residuales de emisiones de dióxido de carbono e hidrocarburos, debido a que quema la película de aceite de las paredes de los cilindros. El H 2 se quema limpiamente, pero no a estándares de cero emisiones. El uso de hidrógeno alarga la vida del motor y reduce el mantenimiento, ya que no se acumula carbón en la cámara de combustión ni en las bujías y los gases resultantes son tan limpios que casi no se necesita cambiar el aceite del motor (sólo hay que rellenarlo periódicamente). Los fabricantes de vehículos creen que se podrían vender motores duales de combustible y H 2 mientras se desarrolla la infraestructura de surtidores de hidrogeno en los países. BMW apoya la combustión de hidrógeno en motores convencionales, aunque es la ruta más rápida a la economía de hidrógeno, la eficiencia es menor y la contaminación mayor al compararse con las celdas de combustible y el motor eléctrico. El inconveniente es que la combustión interna de hidrógeno está entre las menos eficientes de todas las plantas motrices de tecnología avanzada, principalmente debido a la gran cantidad de energía que se requiere para producir y comprimir, o licuar, el hidrógeno. La más reciente propuesta de BMW, es el Hydrogen 7, este vehículo cuenta con un motor bimodo capaz de funcionar con hidrógeno o gasolina convencional y así poder funcionar sin la preocupación de encontrar un surtidor de hidrógeno.