VEHICULOS HIBRIDOS Y ELECTRICOS LA ALTERNATIVA A LOS COMBUSTIBLES FOSILES

Francisco Jos Ares Snchez

I.E.S. San Jos de la Rinconada

INDICE

Historia del vehculo hibrido Vehculos hbridos y elctricos actuales Introduccin al vehculo hibrido

- Estructuras del vehculo hibrido Configuracin Serie Configuracin Paralelo Configuracin Combinado

- Componentes del vehculo hibrido (Toyota Prius) Motor trmico Motor elctrico Conjunto inversor Batera HV

- Sistema de refrigeracin de la batera HV - Control del ventilador de refrigeracin de la batera HV - Sensor de corriente de la batera HV - SMR (Rel Principal del Sistema HV

Sistema de control hibrido THS (Toyota Hybrid System) - Evolucin 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 temperatura de MG1 MG2 Sensores de corriente para MG1 MG2 Sensores de temperatura del inversor y del convertidor Sensores de voltaje antes y despus del convertidor

Funcionamiento del Sistema Hibrido - Arranque - Conduccin - Aceleracin - Deceleracin (Freno Regenerativo) - Marcha atrs

El Hidrgeno, combustible del futuro? - La pila de combustible (Fuel Cell) - Motores a hidrgeno

Motor elctrico con celdas de combustible Motor de hidrgeno de combustin interna

HISTORIA DEL VEHCULO HIBRIDO

Los hbridos empezaron siendo un experimento para alargar la autonoma de los coches elctricos.

Una vez iniciada su comercializacin, disfrutaron brevemente de cierto xito mientras el motor de gasolina segua su evolucin.

Ya en 1900 haban aparecido diversos diseos de hbridos en serie y en paralelo.

Cada vez ms fabricantes se empiezan a animar a construir alguna solucin hbrida, con mayor o menor violacin de las patentes existentes.

En 1903 la Paris Electric Car Company presenta el Krieger Hybrid (imagen superior), en este caso la misin del motor trmico era funcionar con el elctrico, un hbrido en paralelo.

Poco despus aparece el Woods Interurban en 1905, el primer hbrido puro. Poda funcionar con electricidad o con motor de gasolina bicilndrico, pero el cambio de un modo a otro necesitaba un cuarto de hora, fue un fracaso comercial.

Tambin en 1905 se registra otra patente hbrida en Estados Unidos, firmada Henri Pieper y admitida en 1909. Su patente describa un vehculo hbrido en paralelo, cuyo motor elctrico se utilizaba como asistencia al motor de gasolina, permitindole alcanzar 40 km/h.

La Woods Motor Vehicle Company de Chicago lanza al mercado en 1917 el Woods Dual Power, el primer hbrido puro con frenada regenerativa, que ofreca 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 bateras. Fue muy avanzado para su poca.

Su velocidad mxima era de 56 km/h utilizando ambos motores, slo con propulsin elctrica alcanzaba 32 km/h. Era una solucin ingeniosa, ya que no tena marchas.

El motor de gasolina se engranaba mediante un embrague magntico a 32 km/h, no antes.

Para dar marcha atrs slo se usaba el motor elctrico.

VEHICULOS HIBRIDOS Y ELECTRICOS ACTUALES

En la actualidad son muchas las marcas que tienen en su gama de vehiculos algunos con propulsin 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 vehculos 100% Elctricos, Zero Emisiones.

Estos son algunos de los modelos ms significativos, por historia como TOYOTA y LEXUS o por innovacin como RENAULT.

Observamos que todos tienden a terminar sustituyendo el motor trmico por la posibilidad de recargar las bateras mediante un sistema directo a la red, (Sistema Plug-in).

Desde los orgenes de los sistemas hbridos all por 1900, ya se tenan los mismos problemas, la autonoma de las bateras.

En la actualidad contamos con nuevas tecnologas y nuevas bateras con mucha ms autonoma y menor peso que hacen posible que el todopoderoso motor de combustin interna pueda pasar a la historia por culpa de la contaminacin y el calentamiento global.

Esta es la batera que llevaba instalada el Woods Dual Power en 1917.

Y esta es la del Toyota Prius de 3 generacin, 2009.

La evolucin tecnolgica es evidente y esto en gran parte acompaado de las restricciones impuestas a los fabricantes de vehculos en las emisiones de gases y el alto precio de los combustibles han hecho posible la incorporacin de los vehculos hbridos y elctricos al mercado.

Todo apunta a que el vehculo hibrido con el tiempo dejar de serlo para convertirse en un elctrico 100% cuando con la autonoma de las bateras y los sistemas de carga puedan alcanzar la eficiencia y rendimiento de un motor trmico.

INTRODUCCIN AL VEHICULO HIBRIDO

Estructuras del vehculo hibrido

Dependiendo del sistema estructural de sus componentes nos podemos encontrar con tres configuraciones distintas.

CONFIGURACIN SERIE

En el sistema hibrido en serie, el motor de gasolina funciona como un generador y la electricidad generada permite que el motor elctrico impulse las ruedas.

Este tipo de vehculos puede describirse como un automvil elctrico que est equipado con un generador impulsado por un motor de gasolina.

Dicho motor de gasolina es de salida baja, el motor se opera a velocidad prcticamente constante en el margen ms efectivo para recargar de forma eficiente la batera mientras el vehculo est en movimiento.

El Opel Ampera es un vehculo con sistema hibrido en serie.

CONFIGURACIN PARALELO

Este sistema emplea conjuntamente el motor de gasolina y el motor elctrico para impulsar directamente las ruedas.

En adicin a la ayuda de la fuerza motriz del motor de gasolina, el motor elctrico de este sistema tambin puede servir como generador para cargar la batera mientras el vehculo est en movimiento.

El Honda Civic Hybrid IMA (Integrated Motor Assist) es un vehculo con sistema hibrido paralelo.

CONFIGURACIN COMBINADO

En este sistema se combinan cuatro elementos:

- Motor trmico de gasolina - Motor elctrico - Generador elctrico - Batera HV de Ni-MH

En este sistema combinado, el generador, el motor trmico y el motor elctrico estn unidos mediante un tren epicicloidal de forma que el movimiento se transmita a las ruedas constantemente de forma trmica o elctrica.

El Toyota Prius es un vehculo con sistema hibrido combinado

Componentes del vehculo hibrido (Toyota Prius) Motor trmico de gasolina

El motor del Prius funciona segn el "ciclo Atkinson", ideado por el ingeniero ingls James Atkinson (1887). El ciclo Atkinson trata de aprovechar las ventajas que supone una alta relacin de compresin reduciendo la duracin efectiva de la carrera de compresin con respecto a la de expansin del tradicional ciclo Otto.

La forma ms viable y sencilla de conseguir esta caracterstica es retrasar el cierre de la vlvula de admisin, permitiendo un cierto reflujo de gases hacia el colector de admisin mientras el pistn asciende. La mezcla del reflujo se aprovecha en el siguiente ciclo de aspiracin.

El motor elctrico

Ambos motores, MG1 (Motor Generador N1) y MG2 (Motor Generador N2) son de tipo trifsico 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 elctrico ayuda al vehculo a alcanzar un rendimiento dinmico excelente, incluyendo unos arranques y deceleraciones suaves.

Cuando se activan los frenos regenerativos, el MG2 convierte la energa cintica del vehculo a energa elctrica, que se almacena en la batera de HV.

El MG1 recarga la batera HV y suministra alimentacin elctrica para excitar el MG2 y tambin 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 tensin de la batera HV (210,6V CC) a

corriente alterna trifsica (max. 500V CA). - Suministra alimentacin para impulsar el compresor elctrico del sistema de

A/A ya que el motor no dispone de correa auxiliar. - Transforma la tensin de 210,6V CC a 12V CC para recargar la batera auxiliar.

Dentro del conjunto inversor podemos destacar, el sistema de voltaje variable y el inversor o inverter.

El sistema de voltaje variable eleva la tensin nominal de 210,6V CC que sale de la batera HV a la tensin mxima de 500V CC (antes del inverter). Despus de la elevacin de la tensin, el inversor convierte la corriente continua en alterna trifsica para impulsar al MG1 y al MG2.

Cuando MG1 o MG2 acta 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 as la batera HV. Aqu 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 refrigeracin, que est equipado con su propia bomba de agua y radiador, integrado este ltimo en el radiador del motor.

Batera HV

La batera est compuesta por la unin en serie de 28 mdulos de 7,2 V, cada modulo est compuesto por seis clulas de 1,2 V. Por consiguiente un total de 168 clulas que proporcionan 201,6 V componen la batera HV.

La ECU de la batera HV considera 2 mdulos como un bloque de batera y controla el voltaje de cada uno de los 14 bloques. Es posible identificar un problema en una sola clula de batera con la deteccin de la seal de voltaje de un bloque. La batera HV es de hidruro metlico de nquel (Ni-MH), ofrece una gran densidad de energa, poco peso y una larga vida de servicio.

El sistema hibrido efecta el control de carga-descarga para mantener el nivel constante de SOC (state of charge / estado de carga) de la batera HV mientras el vehculo funciona con normalidad, sin necesidad del uso de cargadores externos.

La batera HV, la ECU de batera y el SMR (sistem main relay / rel principal del sistema) estn encerrados en una caja metlica situada en el maletero.

Clavija de servicio Antes de realizar el servicio de cualquier parte del circuito de alta tensin, asegurarse de extraer la clavija de servicio.

- Sistema de refrigeracin de la batera HV

Un sistema de refrigeracin exclusivo para la batera HV, asegura el rendimiento adecuado de la batera 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 batera circulando entre los mdulos de la batera desde la parte superior a la inferior para enfriar la batera. Un conducto permite la circulacin del aire hacia el exterior del vehculo.

La ECU de la batera controla el funcionamiento del ventilador. La ECU de la batera controla la temperatura de la batera HV a un nivel apropiado de acuerdo con las seales proporcionadas por los sensores de la temperatura que estn incorporados en la batera HV, y un sensor de la temperatura del aire de entrada.

- Control del ventilador de refrigeracin de la batera HV

La ECU de la batera detecta el aumento de la temperatura de la batera mediante los sensores de temperatura de la batera HV y un sensor de la temperatura del aire de admisin.

Entonces, la ECU de la batera manda gradualmente el ventilador de refrigeracin, para mantener la temperatura de la batera HV dentro del margen especificado.

Cuando el sistema de aire acondicionado est funcionando para enfriar el habitculo y si hay descenso en la temperatura de la batera HV, la ECU de la batera desactiva el ventilador o lo fija a la velocidad baja. La admisin de aire del sistema de refrigeracin se toma de la cabina.

- Sensor de corriente de la batera HV

El sensor de corriente, ubicadoflujo de corriente elctrica. Genera un voltaje de sealcambia entre 0 y 5V en proporcindescarga de la batera HV.

- Control del estado de

La ECU de la batera detecta el SOC (state of charge/estado de carga), la temperatura, las fugas y la tensin de la batera HV y enva esta informacin a la ECU de HV.

Mientras el vehculo esta en movimiento, la batera HV sufre ciclos de caa medida que se descarga mediante el MG2 durante la aceleracin y se carga con los frenos regenerativos durante la desaceleracin.

La ECU de la batera calcula el SOC basndose en los niveles de carga/descarga detectados por el sensor de corrECU de HV.

La ECU de HV efecta el control de carga/descarga basndose en el valor recibido para estabilizar el SOC en su nivel propuesto (60% aprox.).

Sensor de corriente de la batera HV

ubicado en el cable del alto-voltaje de la batera (Como una pinza a perimtrica)

seal en el terminal IB de la ECU de la batera. Estaproporcin a cambios en el flujo de corriente de

HV.

Control del estado de la batera HV

detecta el SOC (state of charge/estado de carga), la temperatura, las fugas y la tensin de la batera HV y enva esta informacin a la ECU

Mientras el vehculo esta en movimiento, la batera HV sufre ciclos de caa medida que se descarga mediante el MG2 durante la aceleracin y se carga con los frenos regenerativos durante la desaceleracin.

La ECU de la batera calcula el SOC basndose en los niveles de carga/descarga detectados por el sensor de corriente y transmite el valor del SOC calculado a la

control de carga/descarga basndose en el valor recibido para estabilizar el SOC en su nivel propuesto (60% aprox.).

batera HV, detecta el

Esta seal de carga o

detecta el SOC (state of charge/estado de carga), la temperatura, las fugas y la tensin de la batera HV y enva esta informacin a la ECU

Mientras el vehculo esta en movimiento, la batera HV sufre ciclos de carga/descarga, a medida que se descarga mediante el MG2 durante la aceleracin y se carga con los

La ECU de la batera calcula el SOC basndose en los niveles de carga/descarga iente y transmite el valor del SOC calculado a la

control de carga/descarga basndose en el valor recibido

- SMR (Rel Principal del Sistema HV) Un conjunto de tres rels conectan y desconectan la fuente de potencia del circuito de alto-voltaje basndose en las rdenes de la ECU de HV, dichos rels estn localizados en el costado de la batera HV.

- Alimentacin conectada

El SMR1 y el SMR3 se activan cuando se activa el circuito, a continuacin 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 est protegido contra daos que pudiera causar el aumento brusco de la corriente.

- Alimentacin desconectada

El SMR2 y el SMR3 de desactivan cuando se desconecta el circuito, en este orden. Entonces, la ECU de HV verifica que los rels respectivos han sido correctamente desactivados.

De este modo, la ECU de HV puede determinar si el SMR2 est pegado

El SMR conecta y desconecta la fuente de alimentacin del circuito de alta-tensin.

Un total de tres rels (uno para el lado negativo y dos para el lado positivo) estn provistos para asegurar un correcto funcionamiento.

Clavija de servicio

SISTEMA DE CONTROL HIBRIDO THS (Toyota Hybrid System)

La optimacin del sistema hibrido se consigue a travs de una sinergia entre el motor trmico y el motor elctrico, as como el trabajo del generador. Aprovechar la energa cintica para realizarla carga de batera y poder aumentar la autonoma elctrica es una de las principales fuentes de aprovechamiento de la energa.

El sistema hibrido es del tipo tren de potencia, que emplea una combinacin de dos fuerzas motrices, la del motor de gasolina y la del motor elctrico MG2.

Este tipo de sistema se caracteriza por su uso inteligente de los dos tipos de fuerzas motrices de acuerdo con las condiciones de la marcha. Utilizando al mximo las fuerzas de cada una de las fuerzas motrices y complementando sus debilidades.

Por lo tanto, puede alcanzar un rendimiento de alta respuesta y dinmico as como la gran reduccin del consumo de combustible y de las emisiones de los gases de escape.

Evolucin del sistema THS

En la evolucin del THS (THS-II), se ha adoptado un convertidor de elevacin de tensin de 500V CA, que en comparativa con la versin anterior (THS-I), era este de 273,6V CA.

Esto implica un aumento de rendimiento por la reduccin de cadas de tensin debido a una reduccin de intensidad en la versin del THS-II.

El sistema de control de THS II gestiona el vehculo en su mxima eficiencia controlando la energa usada por el vehculo, lo cual incluye la energa para mover el vehculo as como tambin la energa usada para dispositivos auxiliares, como el aire acondicionado, los calentadores, los focos delanteros y el sistema de navegacin.

El sistema de control monitorea los requisitos y las condiciones operativas de los componentes del sistema hbrido.

El sistema de control tambin tiene en cuenta las informaciones que recibe del sensor de freno, sensor de velocidad, posicin del acelerador, as como cuando el conductor acta sobre la palanca de cambio.

Potencia (P) = Tensin (V) x Intensidad (I)

THS-I

THS-II

Aqu 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 transmisin junto con la transmisin intermedia y el conjunto pin-corona. El sistema no dispone de embrague, en su lugar hay un amortiguador en el eje de transmisin entre el motor trmico y el MG1.

- Power Split Device / Dispositivo Divisor de Potencia

El elemento que une mecnicamente al MG1, MG2 y al motor trmico es un tren epicicloidal llamado (Power Split Device / Dispositivo Divisor de Potencia).

La clave del sistema es que el giro del generador elctrico puede ser mayor o menor, en funcin de la resistencia que oponga.

Si es preciso un desarrollo corto, el generador elctrico opone una gran resistencia al movimiento, a consecuencia de ello roba fuerza al motor trmico y la enva al motor elctrico, que tambin impulsa a las ruedas.

La fuerza que va a parar al motor es finalmente la misma, si no entran en juego las bateras, pero mediante este mtodo, el engranaje epicicloidal tiene el desarrollo corto por ejemplo para arrancar y largo para alcanzar una velocidad alta, a igualdad de rgimen del motor.

A medida que el coche gana velocidad, el generador elctrico opone menos resistencia y su giro aumenta, a causa de ello, el desarrollo se hace ms largo.

Si las bateras no intervienen en la aceleracin, toda la fuerza de la que dispone el coche parte del motor trmico, pero puede llegar a las ruedas bien a travs del motor elctrico, alimentado por el generador, o bien directamente a travs del motor trmico, si el generador no acta.

Decir tambin que en la evolucin del Prius de 3 Generacin el Power Split Device est 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 reduccin de velocidad del MG2

Tren de reparto de potencia

El freno regenerativo

El sistema de frenado regenerativo funciona cuando queremos disminuir la velocidad del vehculo, cuando desaceleramos o al frenar.

En esta situacin el motor elctrico MG2 funciona como un generador, convirtiendo la energa cintica del vehculo en energa elctrica, la cul es usada para cargar la batera HV y la batera auxiliar.

Este sistema es particularmente efectivo en recobrar energa cuando se circula por ciudad, donde se producen aceleraciones y deceleraciones frecuentes.

Cuando se pisa el pedal de freno, el sistema controla la coordinacin entre el freno hidrulico del ECB (Electronic Control Braking) y el freno regenerativo y preferentemente usa el freno regenerativo, por consiguiente recobrando energa aun en las velocidades inferiores del vehculo.

Con este sistema se consigue una regeneracin de energa muy eficiente.

Las perdidas por rozamiento en la transmisin son mnimas ya que el movimiento de las ruedas se transmite a travs del diferencial y los engranajes intermedios al motor elctrico que se convierte en este caso en generador.

El sistema de frenado regenerativo consigue recuperar un 65% de la energa elctrica que carga las bateras.

Cuando la palanca selectora se encuentra en posicin B, la ECU de HV adems de gestionar la frenada regenerativa, hace funcionar el motor trmico en vacio como si fuese una bomba de aire, para aumentar la frenada aunque con ello se pierda parte de la regeneracin energtica.

Este modo de seleccin es muy til cuando descendemos algn puerto de montaa o cuando necesitamos de una frenada ms rpida y contundente.

Sensores del control hibrido

El sistema est 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 est montado en la base del pedal del acelerador gira en torno al Hall IC (que est 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 posicin, modifica el ngulo 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 seales 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 seales elctricas y las enva a la ECU de HV.

La ECU de HV determina la posicin del selector basandose en las seales recibidas de los sensores.

Un sensor (de cambio) detecta el movimiento vertical de la palanca del selector y otro sensor (de seleccin) detecta el desplazamiento horizontal de la palanca. Se utiliza un elemento Hall para cada sensor (cambio/seleccin). 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 precisin la posicin 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 excitacin y dos de informacin. La posicin de los bobinados de informacin S y C se acuerda a 45 el uno del otro.

Puesto que el rotor el oval, la distancia del entrehierro entre el bobinado y el rotor vara con el giro del rotor, as el paso de CA por el bobinado de excitacin generar en los enrollamientos S y C diferentes valores de tensin segn la posicin del rotor.

Se puede identificar entonces la posicin absoluta del rotor por la diferencia entre las seales de salida, la posicin se puede identificar igualmente cuando se detiene el rotor. Adems, el calculo realizado por la ECU de HV de la cantidad de variacin de posicin 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 tensin 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 seales 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 informacin de la temperatura, la ECU de HV controla la efectividad del sistema de refrigeracin 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 vehculo solo funciona de forma electrica, es el motor MG2 quien impulsa al vehculo.

o Arranque

En la fase de arranque el MG2 permanece clavado y es el MG1 el que impulsa al motor de combustin para su arranque.

o Conduccin

En este modo el motor MG2 colabora con el motor trmico para la propulsin del vehculo.

El motor MG1 actua como generador alimentendo al MG2 y regulando la relacin de transmisin.

o Conduccin, SOC nivel bajo El motor trmico genera un exceso de energia, dicha energia es usada para impulsar al MG1 que actua como generador recargando as la bateria HV.

El MG2 colabora con el motor trmico en la impulsin del vehculo.

o Aceleracin

En este caso el motor trmico y el MG2 impulsan al vehculo.

El MG1 actua como generador alimentando al MG2 junto con la bateria HV para sacar el maximo rendimiento.

o Deceleracin o frenado (Freno Regenerativo) Si tenemos el selector de cambio en la posicin D el motor trmico est parado para regenerar la mayor cantidad de energia posible.

En caso de que el selector este en la posicion B el motor gira sin alimentacin de combustible para generar tambien freno motor.

El motor MG1 controla la reduccin y el motor MG2 actua como generador cargando as la bateria.

o Marcha atrs

El MG2 impulsa al vehculo si las condiciones del SOC y de la temperatura del motor son las adecuadas.

o Marcha atrs, SOC nivel bajo En estas condiciones, el motor trmico 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 vehculo.

La ECU de HV gestiona y controla los distintos modos de funcionamiento dependiendo de las condiciones del vehculo y del estado de la marcha.

EL HIDRGENO, COMBUSTIBLE DEL FUTURO?

El hidrgeno es el ms simple de los elementos qumicos y el ms abundante del universo, en la tierra existe combinado con otros elementos, como en el agua (H2O). Es ms, muchos de los combustibles que actualmente utilizamos con fines energticos, tienen en su composicin al hidrgeno como por ejemplo la bencina, el gas natural (CH4), el propano (C3H8), el etanol (CH3CH2OH), entre otros. La manera ms fcil y limpia de obtener hidrogeno es mediante la "electrlisis". Se sumergen dos electrodos en agua, se aplica electricidad y se obtiene gas hidrgeno del electrodo negativo y oxgeno del positivo.

Sin embargo, el hidrgeno puro no es la panacea, pues presenta varios problemas. Para empezar, su produccin (la electrlisis) es cara y contaminante, pues requiere mucho consumo elctrico y la electricidad actualmente se produce a partir de fuentes de energa convencionales, como el petrleo, el gas o las centrales atmicas.

La pila de combustible (Fuel Cell) El dispositivo empleado para combinar el hidrgeno con el oxgeno y generar electricidad, calor y agua, se conoce como celda de combustible.

La celda de combustible produce corriente directa como una batera, pero al contrario de una batera, nunca se descarga; la celda sigue produciendo energa mientras se disponga de combustible, es decir, se le inyecte ms hidrgeno.

Existen varias clases de celdas de combustible, generalmente clasificadas segn el tipo de electrolito que emplean, por ejemplo:

- Celdas de cido fosfrico (PAFC) - Celdas de carbonato fundido (MCFC) - Celdas de xido slido (SOFC) - Celdas del tipo PEM (Membrana de Intercambio Protnico)

La manera en que operan es mediante una celda electroqumica consistente en dos electrodos, un nodo y un ctodo, separados por un electrlito. El oxgeno proveniente del aire pasa sobre un electrodo y el hidrgeno gas pasa sobre el otro.

Cuando el hidrgeno es ionizado en el nodo se oxida y pierde un electrn; al ocurrir esto, el hidrgeno oxidado (ahora en forma de protn) y el electrn toman diferentes caminos migrando hacia el segundo electrodo llamado ctodo.

El hidrgeno lo har a travs del electrlito mientras que el electrn lo hace a travs de un material conductor externo (carga). Al final de su camino ambos se vuelven a reunir en el ctodo donde ocurre la reaccin de reduccin o ganancia de electrones del oxgeno gas para formar agua junto con el hidrgeno oxidado. As, este proceso produce agua 100% pura, corriente elctrica y calor til, por ejemplo, energa trmica.

Para la utilizacin en vehculos y dems elementos mviles se utilizan las celdas del tipo PEM (Membrana de Intercambio Protnico).

Motores a hidrgeno

Cuando hablamos de motores a hidrgeno tenemos que distinguir bsicamente a dos tipos de motores.

- El basado en "celdas de combustible" de hidrgeno que en s se trata de un "motor elctrico" que recibe electricidad de las propias celdas.

- El "motor de combustin interna", similar a los motores convencionales, que logran la fuerza motriz gracias a la ignicin del hidrgeno dentro de la cmara de combustin.

o Motor elctrico con celdas de combustible

El motor a hidrgeno se ha convertido en una de las alternativas ms comentadas para los nuevos vehculos no contaminantes.

El perfeccionamiento de esta tcnica supondr el ahorro de millones de toneladas de combustible fsil, pero esto no es cuestin de suerte como el poker, sino que requerir muchsima inversin para conseguir la precisin y estabilidad necesaria.

Debido a esto, muchas personas consideran esta solucin tecnolgica eficiente para los motoristas que se ven agobiados por la crisis.

Casi todos los grandes fabricantes estn trabajando en nuevos modelos que incluyen motor a hidrgeno, ya sean de combustin 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 mayora de ellos siguen un esquema similar.

El motor elctrico situado debajo del cap, recibe la alimentacin desde las clulas de combustible, que generan electricidad al mezclar el hidrgeno que contiene el depsito de combustible y el oxgeno del aire. El nico residuo que genera esta reaccin es vapor de agua.

o Motor de hidrgeno de combustin interna

Las celdas de combustible son todava caras y no son lo suficientemente fiables (tiempo de funcionamiento limitado). Por este motivo hay fabricantes de vehculos que se han decidido por quemar el hidrogeno dentro de los motores de combustin 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 xidos de nitrgeno (NOx), pero slo algunas trazas residuales de emisiones de dixido de carbono e hidrocarburos, debido a que quema la pelcula de aceite de las paredes de los cilindros. El H2 se quema limpiamente, pero no a estndares de cero emisiones.

El uso de hidrgeno alarga la vida del motor y reduce el mantenimiento, ya que no se acumula carbn en la cmara de combustin ni en las bujas y los gases resultantes son tan limpios que casi no se necesita cambiar el aceite del motor (slo hay que rellenarlo peridicamente). Los fabricantes de vehculos creen que se podran vender motores duales de combustible y H2 mientras se desarrolla la infraestructura de surtidores de hidrogeno en los pases.

BMW apoya la combustin de hidrgeno en motores convencionales, aunque es la ruta ms rpida a la economa de hidrgeno, la eficiencia es menor y la contaminacin mayor al compararse con las celdas de combustible y el motor elctrico.

El inconveniente es que la combustin interna de hidrgeno est entre las menos eficientes de todas las plantas motrices de tecnologa avanzada, principalmente debido a la gran cantidad de energa que se requiere para producir y comprimir, o licuar, el hidrgeno.

La ms reciente propuesta de BMW, es el Hydrogen 7, este vehculo cuenta con un motor bimodo capaz de funcionar con hidrgeno o gasolina convencional y as poder funcionar sin la preocupacin de encontrar un surtidor de hidrgeno.

BIBLIOGRAFIA

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