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Tecnología Híbrida
Toyota/Lexus
Mesa redonda UPM
José Manuel MéndezBrand Senior ManagerToyota España, S.L.U.
12 de marzo de 2009
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Contenido1. Introducción2. Fundamentos tecnología híbrida3. Componentes principales (NG Toyota Prius)4. Resultado práctico5. Extensión a otras plataformas
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Introducción
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• Desarrollando tecnología reducir las emisiones contaminantes en todo el ciclo de vida de los vehículos (producción, uso, reciclaje…)
• Tecnologías para mejorar la seguridad activa y pasiva de nuestros automóviles, ayudando a reducir siniestralidad.
• ITS: Sistemas de control inteligente del tráfico, para conseguir que una movilidad “amiga” de las personas, las sociedades y el Planeta.
“Zeronizar”
Toyota es parte implicada... VisiónTrabajar HOY por MAÑANA
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Satisfacer las necesidades
de los clientesEn el
MOMENTO adecuado
En el LUGAR
adecuado
“Maximizar”
… sin olvidar que hay que…
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El dilema en automoción siglo XXI: Calentamiento vs. Calidad de Aire
Tenemos que ser capaces de mejorar la eficiencia en el consumo energético (CO2) sin olvidar el control de las emisiones contaminantes (NOx, PM)
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La electricidad en los automóviles: Aumentar eficiencia energética
Atención al concepto “Well to Wheel”
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Combust. alternativos
CNG
Comb. Sintéticos
Biocomb.
Common Rail DI
DPNR
Diesel HV
Motores Diesel
VVT-i
Lean Burn
D-4
THS II
Motores Gasolina Energía Eléctrica
FCHV
EV
Hacia el vehículo ecológico definitivo
Temas clave:—Reducción CO2
—Rendimiento energético
—Calidad del aire
La tecnología híbrida aumenta el
rendimiento de todos los sistemas
de propulsiónAlternativefuel HV Plug-in HV
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La hibridación se extiende
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Dentro del Grupo Toyota, actualmente tenemos dos conceptos híbridos
Toyota Hybrid Synergy Drive (HSD)
Lexus Hybrid Drive (LHD)
Prius RX450h GS450h LS600h
Sistema híbrido Toyota (THS)
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Fundamentos de tecnología híbrida
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Definición vehículo híbrido-eléctrico
Vehículo híbrido eléctrico es aquel que utiliza al menos
dos fuentes de energía distintasque tendrán como función
alimentar el tren de transmisión, una de ellas será la electricidad
Lo mejor de 2 mundos
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Idea: Gestión inteligente de la energía
BateríaBatería: Fuerza propulsora: Fuerza propulsora: Fuerza motor térmico: Fuerza motor térmico
Crucero
Deceleración
Aceleración
Ener
gía
+
-
+
-
EV Puro
Arranque vehículoArranque vehículo
Freno RegenerativoDescargando
Carg
ando
Tiempo
Vehículoparado
Arranque térmicoArranque térmico FrenosFrenos
Térmico funciona con mayor rendimiento
—Utilizar 2 propulsores para mejorar el rendimiento de propulsión, combinando las ventajas del motor térmico y el eléctrico
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Tipos de “hibridación” con electricidad
GM Volt / Ampera
Honda Insight / Civic IMA
Toyota Prius / Lexus
1. En Serie (SHEV)
3. Combinado (CHEV)
2. En Paralelo (PHEV)
Tanque Térmico
DC / AC MotorBatería
Tanque
Térmico Generador AC / DC DC / AC Motor
Batería
Tanque Generador AC / DC DC / AC Motor
Batería
Térmico
Posible Red eléctrica
Posible Red eléctrica
Según configuración componentes
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Tipos de “hibridación” con electricidadSegún potencia eléctrica instalada a bordo
1. Micro (Smart mhd)
3. Full (Toyota HSD)
2. Mild (Honda IMA)
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Concepto híbrido de Toyota
—PRIUS es un híbrido “Combinado” + “Full” =— Propulsión del motor térmico y/o del eléctrico— Batería de alta potencia de NiMH (modo EV permitido)— Sin embrague(s) ni caja de cambios
Ruta “Mecánica”Ruta “Eléctrica” Diferencial
Engranaje planetario
PSD
Par motrizTérmico
Motor Térmico
Par motrizEléctrico
Generador
Motor
InversorCircuitoeléctricode alta
potencia
Batería
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¿Por qué un vehículo híbrido es más eficiente a nivel energético?
Arranque Crucero normal Aceleración Deceleración Parada
Motor eléctrico
Motor térmico
Ambos motores Carga batería Motores parados
Recuperación de energía
Sin consumo de energía
Motor térmico funciona en zona de mejor rendimiento
Combustible Batería
Arranque Crucero normal Aceleración Deceleración Parada
Motor eléctrico
Motor térmico
Ambos motores Carga batería Motores parados
Recuperación de energía
Sin consumo de energía
Motor térmico funciona en zona de mejor rendimiento
Combustible Batería
Atención: Híbrido Paralelo NO se beneficia aquí
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Componentes principales
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Componentes principales
Batería alto voltaje (HV)
PCU (sistema de control de potencia = Inversor)
Transmisión híbrida P410
Motor térmico 2ZR-FXE
Cableado alto voltaje
—Nueva generación del premiado THS (denominación comercial Hybrid Synergy Drive)
Potencia: 81kW 100kW (136CV)
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Motor 1.8 2ZR-FXE
— Ciclo Atkinson— Elevada relación de compresión 13:1 y retraso cierre admisión: — Menores pérdidas de escape y bombeo… Mejor rendimiento térmico
— Diseñado para trabajar junto al sistema híbrido— Su menor rendimiento volumétrico (sólo sube hasta 5.300 rpm)
queda compensado por el empuje del motor eléctrico en aceleración
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Mejoras respecto al anterior Prius 1.5— Potencia +30% 73KW (+16) / Par 142Nm (+32)
— Disminución del consumo a velocidad constante por requerir menor nº de rpm (a 120km/h baja 300 rpm hasta 2.180)
— EGR refrigerada para mejora de la zona de máxima eficiencia— Intercambiador de calor en el escape
— Optimizado para reducir consumo combustible— Rediseño cámaras combustión, cigüeñal desplazado, tren de
válvulas con rodamientos y taqués hidráulicos, nuevos segmentos menor fricción, chorro aceite pistones, etc.
— Primer motor sin correa de accesorios, siendo bomba agua y el compresor del aire acondicionado eléctricos
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Esquema de la transmisión P410
Amortiguador vibraciones
MG1 (Generador)
Engranaje Multifunción
MG2(Motor eléctrico)
Engranaje reducción
Engranaje reparto potencia (PSD)Bomba aceite
Engranaje transmisión
Grupo final
Diferencial
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Mejoras en la nueva transmisión
— Caja más compacta y ligera (-12.5mm y -20kg!)— Reducción en las pérdidas por fricción entre 10 y 20%
— Motor eléctrico más pequeño y potente— Más potente 60KW (+10), más rápido y menor par (400 a 207 Nm)— Con engranaje de reducción para multiplicar el par— Sin correa transmisión final (nuevo engranaje múltiple) — 650V (+150V) con nuevo algoritmo de conversión— Refrigeración por aire
NuevoGenerador (MG1)
Motor (MG2)Nuevo
Actual
Actual
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El Inversor o sistema control potencia
— Esta máquina realiza las funciones de transformación de la corriente eléctrica:
1. 201,6V DC batería HV a 201,6V AC trifásica.2. Multiplica estos 201,6V AC trifásica hasta un máximo de 650V
AC trifásica para el motor y generador eléctricos 3. Convierte los 201,6V DC en 201,6V AC para el compresor
eléctrico del aire acondicionado.4. Convierte los 201,6V DC en 12V DC para recargar la batería de
12V, dada la ausencia de alternador.
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Mejoras sistema de control de potencia
— Nueva generación de transistores bipolares IGBT— Respuesta más rápida reduciendo las pérdidas de energía eléctrica— Están refrigerados directamente, mejorando la disipación de calor
— Tamaño reducido— Ahora más compacto (-37%) y ligero (-36%), tamaño de batería 12V — Voltaje de salida máximo 650V (+150) corriente alterna trifásica
Actual NuevoNuevoActual
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Batería de alto voltaje 201,6V
— Mejora en la refrigeración = más eficiencia— Ventilador más potente, caudal 150 m3/h (+80)— Mejora la capacidad de cargar electricidad
— Tamaño optimizado, mejor empaquetado— Nueva ubicación del relé principal— Nuevo diseño de los conductos de ventilación para mayor maletero
Actual
Nueva
Entrada aire
Salida Aire
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El engranaje de reparto potencia (PSD)
Porta-satélites - motor térmico
Corona - Motor eléctrico- a ruedas
Satélites
Sol -Generador
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Múltiples situaciones marcha posibles Marcha crucero suave Fuerte aceleración
Deceleración o frenado Arranque suave seguido arranque motor térmico
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Resultado práctico
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Resumen de beneficios para el cliente
- Consumo (3,9l/100km), rendimiento térmico no superado- Eficiencia energética (A-89 g/kmCO2) = Incentivos CC.AA- Simplicidad: Menor coste de mantenimiento, Garantía- Fiabilidad contrastada, menor nº garantías, alto valor residual
- “Full combinado”: Circulación 100% EV y recuperaciones- Cambio AUTO sin cambios de marcha ni vibraciones- Gestión de potencia, inmediata respuesta del acelerador - Prestaciones sin compromiso (136CV, 0-100km/h en 10,4s)
- Orgullo tecnológico, premios al automóvil más avanzado- Calidad fabricación, sistemas seguridad y equipamiento- Diseño ultra-aerodinámico diferenciado (“ECO-Icono”) - Carrocería óptima por fuera y máxima por dentro
ECONOMÍA
Más de 1,2 millones clientes acumulados, líder satisfacción en Alemania, Francia, UK (JD Power) y en España (OCU)
Sistema Híbrido
MÁXIMA SATISFACCIÓN PROPIETARIO
CONFORT
En el PRIUS
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¿Cómo llegar a 3,9 l/100km en Prius?
Sistema híbrido-Rendimiento térmico, sin correa, escape- Cilindrada 1.8- Ventilación batería
Consumo de homologación
(Teórico)
Consumo Real
-Reducción fricción motor y transmisión-EGR refrigerada-Conversión flexible voltaje motor
-Forma aerodinámica-Neumáticos baja resistencia rodadura-Reducción consumo eléctrico/sistema
-Evaporador ECS-Modo ECO drive
VehículoConductor
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ECO-Monitor para conducción eficiente
Monitor tránsito energía
Indicador Sistema HíbridoConsumo 1min/5min
Histórico de consumo
— Objetivo: Mejorar el consumo real gracias al monitor de ayuda a la conducción eficiente— 4 pantallas operadas desde el volante proporcionan la información
necesaria para que el conductor explore y disfrute los métodos de conducción más respetuosos con el Medio Ambiente
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Indicador del sistema híbrido
— Guía visualmente al conductor del empleo más efectivo del pedal del acelerador— 4 áreas bien diferenciadas más un indicador ECO— Su empleo consigue mejoras importantes del consumo real
RecargaSúper ECO (Híbrida)
ECOPotencia
Indicador
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Botones “ECO” / “PWR” / “EV”
1. Modo ECO— Acelerador retardado— Aire acondicionado suave
2. Modo PWR— Acelerador “deportivo”— Sensación agilidad
Respuesta acelerador más suave
Respuesta del acelerador
Posición pedal (%)
Res
pues
ta a
cele
rado
r (%
)
Respuesta acelerador
incrementada
Respuesta del acelerador
Posición pedal (%)
Res
pues
ta a
cele
rado
r (%
)3. Modo EV
— 100% eléctrico— Hasta 50 km/h y 2 km— Mejora silencio EV
Velocidad alta velocidad
dB
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Extensión del sistema híbrido a otras plataformas
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… Progresión técnica espectacular
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PRIUS FINE-S
Ventaja competitiva: El sistema híbridoToyota es modular!
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Lexus Hybrid Drive … RX450h
299 CV - 148 g CO2/km – 6.3 l/100km Térmico: 245CV / Eléctrico del./tras.: 168CV / 68CV
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4WD con motor eléctrico detrás
Power Split Reductor motor eléctrico
Sol(MG1)
Porta-satélites(Térmico)
Coronaruedas
Porta-satélites(Fijo)
Sol(MG2)
+
-
Par
+
-
rpm
(MG1)
(MG2)
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… GS 450h340 CV - 185 g CO2/km - 7.9 l/100kmTérmico: 292CV / Eléctrico: 200CV
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Disposición FR 2 velocidades
Planetarioprincipal
MG1 MG2
Motor
Ejepropulsor
B1 B2
Planetarioprincipal
MG1 MG2
Motor
Ejepropulsor
B1 B2
Velocidad vehículo
Lo (pares altos)
Hi (velocidad alta)
0V max.
T max.
(MG1) (Motor)
Union-
+
rpm
(MG2)(Lo)(Rueda)
B1
1900
1000
(Hi)
B2
(Rueda)3900
(MG1) (Motor)
Union-
+
rpm
-
+
rpm
(MG2)(Lo)(Rueda)
B1
1900
1000
(Hi)
B2
(Rueda)3900
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… Buque insignia: LS600h445 CV - 219 g CO2/km - 9.3 l/100kmTérmico: 394CV / Eléctrico: 165CV
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Añade tracción integral con diferencial central tipo Torsen®
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Muchas gracias