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Híbridos blandos en el taller

16.08.2022

El vehículo eléctrico híbrido suave (MHEV) es una de las soluciones más baratas y sencillas incluidas en la gama de propulsión híbrida. En el siguiente texto, examinaremos las características de esta solución y esbozaremos los aspectos prácticos del mantenimiento de automóviles en un sistema híbrido suave.

Clasificación de los vehículos híbridos

Empezaremos presentando una clasificación de los coches híbridos. Se ha desarrollado un gran número de sistemas híbridos que se utilizan en diversos automóviles. El término híbrido se utiliza para describir una serie de automóviles con diferencias significativas en cuanto a diseño y capacidad.

Microhíbridos

Este término suele utilizarse para describir los vehículos equipados con un sistema de arranque-parada. El término híbrido es una exageración en este caso, ya que estos coches funcionan con un motor de combustión interna y no disponen de motor eléctrico. Algunos sistemas intentan recuperar ligeramente la energía de frenado, pero con las baterías tradicionales de plomo-ácido de 12 V este concepto no funciona. Un requisito previo para que llegue más corriente a la batería es que ésta esté parcialmente descargada, lo que a la larga conduce a la sulfatación. Además, la transferencia de más potencia a 12 V genera corrientes muy elevadas, lo que resulta poco práctico.

Híbrido suave

Se trata de una propulsión en la que el motor eléctrico no es capaz de propulsar totalmente el vehículo, sino que tiene una función auxiliar durante la marcha. La esencia del sistema es sustituir el motor de arranque y el alternador por una única máquina eléctrica capaz de realizar ambas funciones (motor de arranque-generador integrado – ISG). Las baterías de 48 V se utilizan como almacenamiento de energía, aunque algunas soluciones (Mazda) utilizan 24 V. La energía recuperada durante el frenado se utiliza para ayudar al motor de combustión. El coche sólo almacena una pequeña cantidad de energía. Comparado únicamente con el motor de combustión interna, el ahorro de aprox. 10% de combustible en condiciones reales. Por tanto, el término híbrido suave se refiere a los coches de combustión interna equipados con un motor/generador eléctrico auxiliar.

Híbrido completo

Un sistema híbrido clásico en el que el vehículo puede ser propulsado tanto por un motor de combustión interna como, de forma limitada, por un motor eléctrico sin el motor de combustión interna. Esto requiere un diseño adecuado de la transmisión que permita que ambos tipos de transmisión funcionen de forma independiente. Durante la conducción típica, la función principal de la propulsión eléctrica es recuperar la energía de frenado y utilizarla para el arranque, lo que permite un importante ahorro de combustible en el tráfico urbano (el consumo de combustible es inferior al de las soluciones híbridas suaves). La electricidad en un sistema híbrido completo se obtiene únicamente de los generadores del vehículo; no tenemos la opción de cargarla de la red. Los coches híbridos de este tipo consiguen una autonomía muy corta con el motor eléctrico, del orden de 2 km.

Híbrido enchufable

Esta variante es una ampliación del sistema híbrido completo con un paquete de baterías para lograr una autonomía útil en modo eléctrico. Los híbridos enchufables pueden cargarse en la red eléctrica y, en teoría, pueden utilizarse como coches eléctricos para trayectos cortos. Los híbridos enchufables son controvertidos porque consiguen muy buenos resultados de emisiones de CO2/km según las normas actuales gracias a que pueden recorrer gran parte del trayecto de prueba en modo eléctrico, rebajando también el consumo medio de combustible. Los conductores suelen utilizar estos coches en trayectos largos sólo con el motor de combustión interna, lo que se traduce en un rendimiento de emisiones mucho menos favorable y un consumo de combustible mucho más elevado de lo declarado. Un híbrido enchufable implica un gran peso del vehículo que, además del motor de combustión total, contiene un paquete de baterías de tamaño considerable, al igual que los coches eléctricos.

Elementos de un sistema híbrido suave

Una configuración típica de un sistema de este tipo en un turismo incluye los siguientes componentes.

  • Una máquina eléctrica (motor/generador) con una potencia típica del orden de 10kW. Existen varias variantes para el montaje de este componente, en la más sencilla está conectado mediante una correa al eje del motor, al igual que el alternador (arquitectura P0 – la mayoría de las soluciones comerciales). Otros sistemas tienen la máquina eléctrica integrada en el cigüeñal (arquitectura P1, por ejemplo Honda IMA, Mercedes BlueHybrid). Hoy en día, hay una tendencia emergente a colocar máquinas eléctricas en el lado de accionamiento, lo que permite un mejor rendimiento, pero requiere un arrancador adicional. En el caso de la ubicación a la entrada de la caja de cambios, estamos hablando de una arquitectura P2 y detrás de la caja de cambios de una arquitectura P3. En este sistema de designación, la arquitectura P4 representa la integración del eje motriz.
  • Una batería de 48V (o 24V) con una capacidad ejemplo de 0,4 kWh – 1kWh. La cantidad de energía almacenada en una batería de este tipo es, por tanto, similar a la energía almacenada en una batería de arranque típica. Este tipo de batería es relativamente pequeña y ligera y a veces se refrigera adicionalmente por líquido.
  • Un sistema electrónico que realiza la carga de la batería (recuperación de energía) o controla el motor eléctrico y, a veces, la turbina eléctrica durante la conducción.

Turbina eléctrica: algunos sistemas utilizan apoyo eléctrico para el turbocompresor. La presión de recarga puede lograrse mediante la potencia extraída de la batería. Es muy posible que el apoyo eléctrico del turbocompresor produzca más aceleración en el arranque que la que puede ofrecer un motor eléctrico unido al cigüeñal.

Híbrido blando – propiedades

  1. Prácticamente cualquier tipo de motor de combustión interna puede convertirse en un híbrido blando reequipándolo con módulos disponibles en el mercado. Los híbridos blandos pueden funcionar tanto con motores de gasolina como diésel. Los fabricantes pueden convertir cualquier modelo de automóvil existente en un híbrido blando sin mucha dificultad.
  2. El sistema no aumenta significativamente el peso del coche y no ocupa mucho espacio, y los costes asociados a él son mucho menores que los de los coches totalmente híbridos. Desgraciadamente, muchos fabricantes ponen precios especialmente altos a las piezas de recambio de estos sistemas (por ejemplo, las baterías), lo que no siempre está justificado por los precios reales de los componentes.
  3. El sistema funciona con una tensión segura de 48 o 24 V. Esto aumenta la seguridad de funcionamiento de los coches y no expone a los mecánicos a la alta tensión cuando trabajan en el vehículo. Al mismo tiempo, al elevar el voltaje, ganamos la capacidad de transferir más potencia, lo que resulta suficiente para las soluciones prácticas.
  4. El sistema puede realizar las funciones del sistema Start-Stop mucho mejor que los sistemas tradicionales de este tipo en los automóviles. La máquina eléctrica tiene una gran reserva de potencia en el arranque y, gracias al control electrónico, puede modelar el par de arranque de forma favorable para el motor. Además, está permanentemente conectado al motor. No tiene escobillas y no se desgasta en función del número de arranques realizados.
  5. El ahorro de combustible del coche en el mundo real puede resultar inferior a lo que afirman los fabricantes, pero no cabe duda de que incluso una recuperación parcial de la energía de frenado tiene sentido, sobre todo en condiciones de conducción urbana.
  6. Los coches híbridos suaves (mild hybrid) reciben un trato preferente, ya que su venta está vinculada a un impuesto especial más bajo, similar al de los híbridos completos.

Mantenimiento de híbridos blandos

A diferencia de los híbridos clásicos y los híbridos enchufables, el mantenimiento de los híbridos blandos no requiere una cualificación eléctrica adicional. Las tensiones presentes en el sistema se consideran seguras. Por supuesto, esto no significa que todos los mecánicos estén inmediatamente preparados para dar servicio a este tipo de vehículos. Como con cualquier tecnología nueva, merece la pena empezar por formarse y adquirir los conocimientos necesarios para dar con seguridad los primeros pasos en el manejo de híbridos de este tipo.

¿Qué puede salir mal?

Entre los componentes más a prueba de fallos del sistema estará sin duda el módulo de la batería, sujeto al desgaste natural y que también puede sufrir como consecuencia de errores en el funcionamiento del coche. Aunque las pilas de litio no necesitan estar totalmente cargadas como las de plomo-ácido, un estado de carga parcial es incluso beneficioso para ellas, ya que se degradan más lentamente en este estado. Sin embargo, tenga cuidado con la descarga: una pila muy descargada puede resultar dañada. En muchos casos, la electrónica integrada en la batería puede impedir que se recargue una batería muy descargada. Por lo tanto, según las recomendaciones de los fabricantes, debe evitar que la batería se descargue arrancando el coche al menos una vez al mes. Tenga cuidado también con las baterías aftermarket. Si han pasado demasiado tiempo dados de baja (por ejemplo, coches accidentados), pueden carecer de valor incluso a pesar de su escasa edad o kilometraje. Cuando hablamos de una batería, nos referimos no sólo a la pila de litio, sino también a la electrónica integrada, normalmente equipada con un conector adicional para la comunicación con el controlador.

El segundo componente problemático es el inversor. Se trata de un componente cargado con altas corrientes y responsable de la transferencia de potencia en el circuito. Al mismo tiempo, existe la necesidad de miniaturizar estos componentes al tiempo que se optimizan los costes. En muchos casos, la tasa de fallos de los inversores se debe probablemente a su vida útil relativamente corta y es de esperar que los problemas se eliminen en las siguientes generaciones de sistemas.

El tercer componente menos seguro de los coches híbridos del tipo que nos ocupa es la máquina eléctrica. Los motores modernos de este tipo, sin escobillas ni colector, son duraderos y no deberían dar problemas siempre que se diseñen y fabriquen correctamente.

Mediciones con osciloscopio

Un ejemplo de medición relativamente sencilla de realizar para ver en la práctica cómo funcionan los coches con un sistema híbrido suave es una medición con osciloscopio utilizando pinzas amperimétricas. Si queremos medir la tensión al mismo tiempo, es importante disponer de un dispositivo al que podamos conectar 48 V de forma segura. Para muchos dispositivos, necesitamos utilizar abrazaderas adecuadas con un divisor. Utilizando el osciloscopio de taller Scope DT, no tenemos que preocuparnos por esto, ya que podemos conectar dicha tensión a cualquiera de las entradas. Además, el diseño de las entradas protege contra la posibilidad de que se produzca un cortocircuito. Al seleccionar las pinzas, debemos utilizar un componente con un rango de corriente adecuado, como 400A. Pinzamos uno de los cables de corriente que van a la batería. Al realizar la prueba en condiciones de dinamómetro, podemos ver cuándo fluye corriente a la batería, cargándola, y cuándo se transfiere potencia adicional al motor eléctrico, que ayuda al motor de combustión.

Tantos fabricantes como variantes

La forma específica de realizar el mantenimiento de un coche híbrido blando concreto depende de la versión del sistema. No hay escasez de ellos en el mercado, y los fabricantes están desarrollando nuevas generaciones de chips que difieren en tecnología y capacidades. Cuando considere sistemas de tipo 48V, consulte siempre los procedimientos de servicio para coches específicos.

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