vehiculos hibridos.pdf

ESCUELA POLITECNICA NACIONALMAESTRIA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES

SEMINARIO

VEHICULOS HIBRIDOS

INSTRUCTOR: Ing. Andrs Zumrraga, M.Sc.

CONTENIDO

INTRODUCCIN HISTORIA DE LOS VEHCULOS HBRIDOS FUDAMENTOS DE VEHCULOS HIBRIDOS TIPOS DE SISTEMAS HBRIDOS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS

HBRDOS VEHICULARES AVANCES DE LOS SISTEMAS HBRIDOS MITOS DE LOS SISTEMAS HBRIDOS PRECAUCIONES Y RECOMENDACIONES DE LOS

VEHCULOS HBRIDOS

Introduccin La demanda global de energa ha superado la planificacin de

abastecimiento gradual.

Introduccin

Existen algunos riesgos que pueden afectar la provisin existente:

Infraestructura bsica.

Desastres naturales

Geopoltica

Introduccin Existe una Creciente preocupacin por el calentamiento

global debido al CO2 y dems gases de efecto

invernadero.

Posibles marcos regulatorios que excedan tanto lacapacidad tcnica como la viabilidad comercial de

generacin de energa.

Introduccin

Actualmente el 96% de generacin deenerga proviene del petrleo.

Se necesita diversificar la generacin deenerga para reducir la dependencia de

petrleo.

Incremento Global 2% / ao,71% de incremento al 2030

0

50

100

150

200

250

300

350

400

2003 2030

En Desarrollo

Desarrollado

88

111

195

146

Fuente: DOE - Energy Information Agency

Historia de los vehculos hbridos Los inicios de los vehculos hbridos se remontan hacia principios del siglo

20, cuando Ferdinand Porsche construy un vehculo impulsado por

motores elctricos, las bateras de este modelo eran recargadas por un

motor a gasolina que giraba a revoluciones constantes. Este modelo fue

construido hasta 1920.

Luego de casi 100 aos, se introdujo comercialmente otro vehculo hbridoal mercado. El modelo Prius de Toyota fue lanzado al mercado Japons en

1997.

Fundamentos de vehculos hbridos Se conoce como vehculo hibrido al automotor que opera con una

combinacin de dos fuentes de energa, uno o varios motores

elctricos y un motor de combustin interna.

La ventaja de los sistemas hbridos de propulsin sobre lossistemas tradicionales es la eficiencia en su operacin, ya que

permiten recuperar parte de la energa cintica gracias a los frenos

regenerativos.

Historia de los vehculos hbridos Debido a los problema climticos y a las crecientes restricciones en

el abastecimiento de petrleo, la mayora de fabricantes de

automotores estn desarrollando modelos de energas alternativas

o de uso reducido de combustibles fsiles.

En la actualidad se tiene una oferta amplia de modelos hbridos enel mercado, ya sea que los fabricantes oferten su tecnologa o la

hayan desarrollado sobre plataformas de otras empresas.

Fundamentos de vehculos hbridos Un vehculo hbrido tiene como principal fuente de propulsin un

motor de combustin interna y como auxiliar un motor elctrico. El

motor elctrico opera cuando la demanda de energa o poder es

reducida debido a la poca capacidad de almacenamiento de las

bateras actuales.

0.1

1

10

100

0.1 1 10 100

En

erg

y p

er

Kg

of

Mass (

MJ/k

g)

Energy per Liter of Volume (MJ/L)

H2

Lead-Acid

NiMH

Li-Ion

Gasolina

Diesel ( # 2)

Biodiesel (B100)

Etanol (E100)

Butano

Propano

Metanol

CNG

E85

Tipos de sistemas hbridosLos sistemas hbridos se clasifican de la siguiente manera:

SISTEMA HBRIDO EN PARALELO En el sistema hbrido en paralelo, el motor elctrico funciona en paralelo con el

motor de combustin interna para movilizar el vehculo. Este tipo de sistema es

eficiente en carretera ya que se puede tener una configuracin de motor de

combustin interna conectado directamente a las ruedas generando poder.

Los tipos de sistemas hbridos en paralelo son:

Tipo medio (Mild) Usa el motor elctrico como un apoyo al motor de combustin interna (MCI). Este tipo de sistemas no pueden operar solamente con el sistema

elctrico, siempre tiene que estar activado el motor de combustin interna. Este tipo

de sistema tambin es conocido como sistema de autoencendido (start-stop)

Tipo Autoencendido BAS Utiliza un motor generador en lugar del alternador tradicional para apagar y encender el motor.

Tipo Autoencendido FAS Utiliza un motor generador instalado entre el motor y la caja de cambios para apagar y encender el motor.

Tipos de sistemas hbridos

Los sistemas hbridos se clasifican de acuerdo en los siguientes tipos:

SISTEMA HBRIDO EN SERIE

En este sistema, el motor elctrico es la nica fuente de poder para movilizar elvehculo, este motor recibe el poder desde las bateras del vehculo o desde ungenerador conectado a un motor de combustin interna pequeo. Se considera laconfiguracin mas simple ya qua la el motor de combustin interna funcionasolamente como un generador de electricidad para cargar las bateras o entregarenerga directamente el motor elctrico, el motor de combustin interna nuncaesta contado al tren motriz

Debido a que este sistema funciona principalmente con electricidad las baterasde este sistema son mas grandes que en el sistema en paralelo

Los tipos de sistema en serie son:

Tipo conectable (Plug-in) El motor de combustin interna sirve como un apoyo para recargar las bateras de los motores elctricos. El vehculo se

mueve con el poder de los motores elctricos.

Tipos de sistemas hbridosLos sistemas hbridos se clasifican de acuerdo en los siguientes tipos:

SISTEMA HBRIDO EN SERIE/PARALELO

Este tipo de sistema utiliza las dos tecnologas (serie y paralelo) en unmismo automvil. Cuando el vehculo se encuentra a baja velocidadfunciona como un hbrido en serie utilizando solamente los motoreselctricos para mover el vehculo. Cuando el vehculo llega a velocidadcrucero o se encuentra en carretera se utiliza el motor de combustininterna para movilizar el vehculo y cargar las bateras. Este tipo desistemas es costoso ya que se necesita equipos de control mas finos ybateras mas grandes para satisfacer las demandas de energa de todoslos componentes.

Los tipos de sistemas en serie / paralelo son:

Tipo Total (Full) Este tipo de sistema puede operar independientementecon el motor elctrico o el de combustin o en conjunto ambos para moveral vehculo.

Sistemas hbridos en Paralelo Autoencendido BAS

El sistema Hbrido de autoencendido es el cual el motor se apaga

durante la marcha mnima del motor o en desaceleracin.

Este tipo de sistema esta en desarrollo y es la opcin econmica para

los sistemas hbridos mas complejos.

La ventaja de este tipo de sistema es el bajo precio de transformacin

sobre el modelo estndar y su bajo costo.

La deficiencia que tiene este tipo de sistema es el bajo ahorro de

combustible (alrededor de 10%) y la sensibilidad a la temperatura

ambiente.


El sistema Hbrido de autoencendido de operacin de alternador (Belt

Alternator Starter; BAS) tiene los siguientes componentes:

1. Motor / Generador (MGU). Sirve para generar el voltaje y

recargar las bateras cuando el vehculo esta en marcha o para

encender el motor luego de una autopara.

2. Electro Embrague. Sirve para desacoplar la polea del cigealdel motor de combustin interna del sistema de bandas del

alternador.

3. Juego de poleas para accesorios. Sirve para conectar los

accesorios al MGU cuando el vehculo se encuentra en marcha

mnima.


El sistema Hbrido de autoencendido BAS opera de la siguiente

manera:

1. Cuando el vehculo est operando en rango regular (aceleracin)

el embrague del cigeal esta activado para que la unidad MGU

funcione como alternador para recargar las bateras del sistema

hbrido u operar los accesorios como el acondicionador de aire,

limpia parabrisas, etc.

2. Cuando el vehculo se encuentra en desaceleracin, los sistemas

de diagnostico internos del vehculo envan una seal para que la

unidad de control cambie el sistema a modo de freno regenerativo,

cortando la inyeccin y recargando las bateras.



manera:

3. Cuando el vehculo llega a una semforo o va a realizar una para

en marcha mnima, de desconecta el electro-embrague y la unidad

MGU empieza a utilizar el voltaje de las bateras para funcionar

como motor. Al desacoplar la polea del cigeal, la unidad MGU

no es sobrecargada drenando en demasa las bateras.

4. Cado se encuentra en marcha mnima el (vehculo detenido), los

accesorios son operados por la unidad MGU para no consumir

combustible o emanar gases nocivos al ambiente. La unidad de

control revisa constantemente el nivel de carga de las bateras

para tener suficiente poder de arranque del motor (75%).



manera:

5. Cuando el sistema de control recibe una seal de activacin

(como por ejemplo soltar el pedal de freno), se acopla el electro-

embrague de la polea del cigeal y la unidad MGU enciende el

motor para movilizar el vehculo.

6. Cuando el vehculo necesita rebasar a otro automvil, la unidad de

control desacopla el electro-embrague del motor para que los

sistemas auxiliares operen solamente comandados por la unidad

MGU. Esto permite que todo el poder de motor se concentre en la

maniobra sin consumir demasiado combustible.


Esquema de operacin del sistema Hbrido de autoencendido BAS:

FUENTE: Hyundai Motor Co


Ventajas del sistema Hbrido de autoencendido BAS:

1. El sistema de autoencendido BAS tiene un costo reducido de

instalacin en comparacin a los sistemas totales.

2. Presenta reducciones de hasta el 15% de consumo de

combustible y emisiones de gases contaminantes.

3. Al utilizar la unidad MGU se puede eliminar el uso del motor de

arranque.


Desventajas del sistema Hbrido de autoencendido BAS:

1. El sistema opera con una batera de 36v y un motor de poca

potencia, lo que le obliga a que el sistema no sea muy eficiente.

2. Los valores de reduccin de consumo de combustible y

emanacin de gases de escape no son representativos.

3. El sistema es muy susceptible a la temperatura ambiente,

obligando que en temporadas fras el sistema hbrido no se active.

4. El freno regenerativo tiene una configuracin muy compleja

Sistemas hbridos en Paralelo Autoencendido FAS

El sistema Hbrido medio (Mild) de operacin de volante (Flywheel

alternator starter; FAS) se caracteriza por poseer un motor elctrico

instalado entre el motor de combustin interna y la caja de cambios del

vehculo.

En este tipo de sistema el alternador y el motor de arranque es

reemplazado por un motor compacto constituido por un rotor

empernado directamente sobre la salida del cigeal y un estator

sujeto directamente sobre el bloque del motor.

En este tipo de configuracin se puede poner un motor mas fuerte

(14KW) en lugar del motor de 8KW utilizado en el tipo BAS


Gracias a los nuevos procesos de fabricacin (suelda de bobinas por

laser) los motores del sistema hbrido FAS pueden ser muy compactos

sin alargar el tamao total del tren de transmisin.

El generador ubicado entre el motor y la caja de cambios agrega

ciertas funciones mejoradas sobre el sistema BAS. La entrega de

poder es mas suave durante las fases de arranque de motor y se

puede tener sistemas de frenos regenerativos mas simples.

El sistema opera con una batera de 42V que es recargada con el

funcionamiento del moto de gasolina o con el freno regenerativo.

El sistema de control del generador puede entregar 42VDC, 42VAC,

14VAC y 120 VAC.


Componentes principales del sistema de autoencendido FAS.

1. Unidad motor generador ubicado entre el motor de combustin

interna y la caja de cambios. Este motor - generador se lo conoce

tambin como mquina elctrica y reemplaza al tradicional

alternador y motor de arranque.



2. El mdulo de almacenamiento de carga. Este mdulo esta

compuesto por tres bateras de plomo de 12.6V conectadas en

serie para entregar un total de 37.8V. Cuando el sistema de carga

es adicionado opera alrededor de 42V. Adicional el modulo de

almacenamiento tiene incorporado un ventilador para controlar la

temperatura del sistema.



El mdulo de almacenamiento de carga tambin dispone de unsistema de control del mdulo de almacenamiento (ESCM), queapaga automticamente la unidad de almacenamiento cuandodetecta algn problema para protegerla.

3. El mdulo de control del sistema de motor-generador (SGCM).Este mdulo controla la energa elctrica generada por la unidadmotor-generador trasformando los 42V de corriente alterna en trestipos de voltajes.

42V DC para cargar las bateras del sistema hbrido.

14V DC para cargar la batera del automvil y los sistemasaledaos.

120V AC para tomas de poder (opc.)


A continuacin se presenta el esquema del mdulo de control del

sistema de motor-generador (SGCM).


El sistema hbrido FAS funciona de la siguiente manera:

1. Cuando el vehculo se encuentra detenido en un semforo en

marcha mnima, el sistema de control paga el motor y funciona el

sistema elctrico. En esta condicin los sistemas auxiliares son

operados por el sistema elctrico solamente.

2. Cuando el conductor del vehculo retira el pie del pedal del freno,

el motor elctrico enciende el motor de combustin interna, y

tambin simultneamente entregando un poco de poder al tren

motriz.

3. Cando el motor de combustin interna ya se ha encendido

correctamente el motor elctrico pasa a funcionar como generador

para cargar las bateras.


El sistema hbrido FAS funciona de la siguiente manera:

4. Cuando el vehculo necesita rebasar a otro o se necesita algo de

energa extra (pendiente), el motor elctrico deja su fase de

generador y entrega algo de poder al tren motriz.

5. Cuando el vehculo se encuentra en velocidad crucero o a

velocidad constante, el motor elctrico pasa al modo de carga

inteligente cargando de modo optimo las bateras del sistema

hbrido.

6. Cuando el vehculo empieza a desacelerar el sistema desconecta

la inyeccin del motor de combustin y empieza la fase de freno

regenerativo.


A continuacin se presenta un diagrama de operacin del sistema

hbrido FAS.


A continuacin se presenta el esquema del sistema hbrido FAS.


Ventajas del sistema Hbrido de autoencendido FAS:

1. En el sistema de autoencendido FAS tiene una operacin mas

suave y homognea que el sistema BAS.

2. Presenta reducciones de hasta el 20% de consumo de

combustible y emisiones de gases contaminantes.

3. La utilizacin del sistema FAS pude permitir que el sistema pase

de un sistema medio a total utilizando motores elctricos mas

fuertes y bateras de mayor carga.


Desventajas del sistema Hbrido de autoencendido FAS:

1. En el sistema entrega poco poder de aceleracin en ciertas

circunstancias.

2. Debido al uso de motores elctricos para los accesorios, la

direccin se le siente un poco dura.

3. En este tipo de sistema hbrido el motor tiene que estar girando

siempre ya que el motor elctrico esta unido al volante.

Sistemas hbridos en Serie

En el sistema hbrido es serie, el motor de combustin interna no

entrega directamente poder hacia las ruedas motrices. El motor de

combustin solamente se lo utiliza para mover un generador que

cargar las bateras o energiza los motores que mueven el vehculo.

Este tipo de sistema tiene adicionalmente conectores externos para

recargar las bateras desde la red de distribucin elctrica, esto

permite que el consumo de combustible global del auto sea reducido.

Este tipo de sistema es muy til para ciudades con alto trfico, ya que

su uso principal es para avanzar en el flujo intermitente de autos.


Los sistema en serie tienen sus inicios en los aos 90s del siglopasado, cuando una serie de modelos elctricos aparecieron en elmercado y tuvieron mucha aceptacin.

Los fabricantes de estos modelos los retiraron para destruirlos debidoa las siguientes razones:

Las bateras no estaban completamente desarrolladas y no tenanuna capacidad alta de operacin.

El uso de estos vehculos estaba restringido a la capacidad de lasbateras.

No se tena un sistema de distribucin de energa adecuado parapoder recargar as unidades fuera de casa (falta de estaciones carga)


Los vehculo elctricos introducidos en la dcada de los 90del siglo

pasado fueron:

EV1 de General Motors


Hypermini de Nissan


RAV4 - EV de Toyota


BEV HEVE-REV

Hybrid

Electric Vehicle

Battery

Electric Vehicle Extended Range Electric Vehicle

Rango Limitado de Vehculos

Potenciado con Petrleo

Vehculo ElctricoPrctico


Luego del desarrollo de nuevas bateras mas potentes de mayor

capacidad de almacenamiento (Li-Ion) se revis la posibilidad de tener

un vehculo propulsado con un paquete elctrico y un motor de

combustin interna como complemento para cargar las bateras

cuando estas se agoten.

En estudios realizados en ciudades muy poblabas, se lleg a la

conclusin que la mayora de las personas no viajan mas de 60 Km

(40Mi) al da para llegar a sus trabajos.

Esto evidencio la necesidad de un sistema de transporte que permita a

los usuarios llegar a sus fuentes de empleo sin consumir combustibles

derivados de petrleo.


Resultados de los estudios realizados en el transporte en las ciudadescongestionadas de Los Estados Unidos de Norteamrica


La solucin que se ha venido desarrollando en los ltimos aos es la

de los hbridos conectables o Plug-in.

Este tipo de sistema permite que el vehculo se desplace por una

distancia dada antes de que el motor de combustin interna empiece a

operar.

La mayora de los hbridos conectables se los conoce con las siglas

PHEVx, por sus siglas en ingles. Comnmente el prefijo x indica las

millas que se puede recorrer solamente con el sistema elctrico (p.e.

PHEV20 rodara 20 millas antes de necesitar el motor de gasolina)


Elementos del sistema PHEV.

Motor

Unidad de Conduccin Elctrica

Batera Litio-Ion

Puerto de Carga


Reduccin de consumo de combustible para los sistemas Hbridos e

Hbridos conectables


La manera en que opera en que opera un vehculo hbrido conectable

es la siguiente:

1. El conductor inicia el recorrido desde su casa hasta su sitio de

trabajo. En este momento el vehculo solamente funciona con el

motor elctrico.

2. Si el sitio de trabajo queda a menos de la mitad de la autonoma

elctrica del vehculo no se necesita recarga. (p.e. si es un

PHEV20 debe quedar a menos de 10 millas). Luego de la jornada

de trabajo el conductor puede regresar a su casa sin encender el

motor de combustin interna.


La manera en que opera un vehculo hbrido conectable es la

siguiente:

3. Si el sitio de trabajo queda a mas de la mitad de la autonoma

elctrica, el vehculo se debe en un toma en el sito de trabajo.

4. Si el vehculo no ha sido cargado en el sitio de trabajo, durante el

regreso a casa se deber cargar las bateras luego de que ha

pasado la autonoma elctrica utilizando el motor de combustin

interna como generador.

5. Una vez el vehculo en el garaje, se debe conectar a la red de

distribucin elctrica (plug-in) para que recargue las bateras del

sistema hbrido.


La manera en que opera un vehculo hbrido conectable es la

siguiente:

6. Si el auto es utilizado para movilizarse a otro sitio que no sea la

oficina o un lugar cercano, solamente se ocupar el sistema

elctrico durante la autonoma establecida (p.e. PHEV20 -> 20mi).

7. Luego de sobrepasar la autonoma elctrica, se enciende el motor

de combustin interna para generar la energa necesaria para

cargar las bateras y operar los motores elctricos.


Ventajas del sistema hibrido en serie:

1. Los vehculos hbridos conectables no necesitan consumir

combustible fsil durante la autonoma elctrica.

2. El costo por kilmetro o milla recorridos son bajos debido a

facilidad de poder recargar la unidad desde la red de distribucin

elctrica



3. El consumo de combustible de los vehculo conectables es muy

reducido.



4. Las distancias recorridas pueden ser extendidas con el uso de un

motor de combustin interna. Este motor trabaja en la zona de

mximo poder y bajo consumo.

5. La recarga de las autos conectables se la realizara en las noches

utilizando la red cuando tiene menos demanda.

6. Durante la operacin del vehculo, este tiene sistemas de

recuperacin de carga (frenos regenerativos) que le permiten ser

mas eficientes que los tradicionales hbridos.


Desventajas del sistema hibrido en serie:

1. Los vehculos hbridos conectables todava dependen del

combustible fsil.

2. Debido a la complejidad de los sistemas de control estos vehculos

son muy costosos y estn en fase de experimentacin.

3. Debido a que los vehculos conectables todava tienen un motor

de combutn interna arrojan gases contaminantes al ambiente.


Desventajas del sistema hibrido en serie:

4. Los vehculos hbridos conectables son mas pesados que los

vehculos solamente elctricos (ideal).

5. Las bateras de este tipo de sistema son las mas grandes de todos

los hbridos.

6. La autonoma elctrica se ve afectada por las condiciones

climticas.


A continuacin se presenta un esquema del sistema hbrido en serie:

Sistema hbrido Serie/ParaleloHbrido Total

En los hbridos en serie/paralelo o totales, el vehculo puede movilizarsesolamente con la fuerza del motor elctrico, o solamente con la fuerza delmotor de combustin interna o una combinacin de ambos motores

Bateras de gran capacidad se necesitan para satisfacer las necesidades decorriente del motor elctrico y de los sistemas auxiliares.

Estos vehculos tienen sistemas especiales de transmisin que permitenque la computadora a bordo seleccione el tipo de motorizacin (MCI oElctrico) mas adecuado para la operacin solicitada. Los cambios entrelos dos tipos de motor son rpidos e imperceptibles para el conductor.

Normalmente el motor de combustin se apaga cuando la unidad estadetenida y se enciende cuando se necesita recargar las bateras.


A continuacin se presenta un esquema del sistema hbrido serie/paralelo


A continuacin se presenta las caractersticas del sistema hbridoserie/paralelo


Este tipo de sistema hbrido fue pensado para suplir las deficiencias de lossistemas por separado.

El sistema en serie es eficiente a bajas velocidades, cuando se debearrancar y parar en el trfico normal de las ciudades congestionadas. Peroes deficiente cuando se necesita velocidad mantenida o alto poder, ya quele energa es transformada de mecnica a elctrica y luego a mecnica.

El sistema en paralelo es eficiente a altas velocidades o mximo poder, yaque el motor esta trabajando a rgimen optimo de poder cargando lasbateras y movilizando el vehculo. Pero es deficiente a bajas velocidadesya que el motor debe trabajar en la faja de bajo poder (bajas RPMs).


Modo de operacin del sistema hibrido serie/paralelo:

1. Vehculo detenido. Cuando el vehculo se encuentra detenido, por ejemplo en unsemforo, el motor de combustin interna se apaga para ahorra combustible. Elvehculo en este momento esta operando en modo elctrico. El motor elctrico estaen modo de espera para entregar poder al momento en que el conductor presione elpedal de acelerador. Cuando la unidad se encuentra en trfico pesado este tipo deconduccin puede ahorra mucho combustible.

2. Aceleracin inicial o baja velocidad. Cuando la unidad avanza luego de un semforoo a baja velocidad, el vehculo se desplaza solamente con los motores elctricos y elmotor de combustin interna esta apagado. Este tipo de arranque y para a bajavelocidad se vuelve eficiente ya que los motores elctricos son eficientes en este tipode rgimen. Los motores elctricos se activan solamente cuando el pedal deacelerador es presionado suavemente, si el conductor presiona fondo el pedal(aceleracin mxima) el sistema de control no activa los motores elctricos yenciende a motor de combustin interna para entregar mximo poder.

Durante las fases 1 y 2 el sistema opera como hbrido en serie.



3. Alta aceleracin. Cuando el conductor del vehculo demanda mximo poderdesde la posicin detenida, el sistema activa el motor de combustin inernapara trabajar en conjunto con el motor elctrico para otener el mximaaceleracin.

4. Conduccin en carretera. Cuando el vehculo se encuentra circulando encarretera a velocidad constante, el motor de combustin interna entregatodo el poder necesario para el desplazamiento y la carga de bateras. Eneste tipo de conduccin los vehculos hbridos no representan una mejoraalta de consumo e combustible sobre los modelos no hbridos . Las mejorasen consumo de combustibe se presentan ya que la mayora de modeloshbridos totales trabajan con motores mas eficientes (clclo Miller o Atkinson)o poseen sistemas de control de entrega de poder (AFM).

Durante las fases 3 y 4 el sistema opera como hbrido en paralelo.



5. Desaceleracin y freno. Durante una frenada ligera o desaceleracinutilizando la caja de cambios (freno motor), la energa cintica (que enlos modelos normales es disipada como calor) es utilizada para recargaralas bateras. Esto se debe a que los motores que entregaban poder a lacaja de cambios pasan a trabajar en modo de generacin. Este tipo derecarga permite que estos modelos no necesiten ser conectados a la redde distribucin elctrica.

6. Reversa. Cuando el vehculo debe ser desplazado en reversa utilizasolamente los motores elctricos ya que la potencia necesaria para estetipo de trabajo es baja.


Operacin del sistema hibrido serie/paralelo:


Componentes del sistema hibrido serie/paralelo:

Ventajas de los vehculos hbridos

1. Los vehculos hbridos consumen menos combustible que los

vehculos similares convencionales, emitiendo menos gases

contaminantes a la atmosfera.

2. Los vehculos hbridos tienen plazos de garanta mas largos

debido a los sistemas nuevos que se estn ofreciendo.

3. Los vehculos hbridos tienen impuestos reducidos para su

comercializacin.

4. El uso de vehculos hbridos reduce la dependencia mundial del

petrleo y extiende la vida de las reservas conocidas.

Ventajas de los vehculos hbridos

5. El usos extendido de automviles hbridos en ciudades con altos

ndices de congestin vehicular mejorar la calidad de aire.

6. Gracias al uso de frenos regenerativos (energa cintica), las

bateras de los vehculos hbridos no necesitan ser recargadas por

fuentes externas.

7. Los vehculos hbridos tienen comportamientos similares o

mejores que los modelos iguales convencionales usando menos

combustible y emitiendo menos gases contaminantes.

Desventajas de los vehculos hbridos

1. Los vehculos hbridos tienen precios mayores que los mismos

vehculos convencionales.

2. Los vehculos hbridos dependen todava de combustibles fsiles y

emiten gases de efecto invernadero.

3. La tecnologa utilizada en los vehculos hbridos todava esta en

desarrollo y se tiene que realizar mantenimiento en sitios

especializados.

4. Las bateras de NiMH deben ser recuperadas por organizaciones

especializadas luego de su vida til.

Desventajas de los vehculos hbridos

5. Los vehculos hbridos operan con alto voltaje, por lo que se debe

tener cuidado cando se repara o revisa un automvil de este tipo.

6. Los organismos de socorro deben ser entrenados para realizar

rescates en vehculos hbridos.

Sistema Hbrido Diesel

El sistema Hibrido Diesel es similar al sistema hbrido de gasolina con laparticularidad que los motores de combustin interna de encendido porchispa son reemplazados por motores de encendido por compresin.

Esta tecnologa ha estado disponible por algunos aos pero no se hadesarrollado debido a restricciones de costo t de disponibilidad de Diesel maslimpio.

En la actualidad muchos de los fabricantes de autos est liberando modelosde vehculos pasajeros con tecnologas hbridas debido al desarrollo demotores ms limpios y que pueden funcionar con Biodiesel.

Sistema Hbrido DieselLas polticas ambientales que se estn redactando para controlar la emisinde gases de efecto invernadero, en especial de CO2, ha despertado en intersen desarrollar motores y configuraciones de vehculos ms eficientes.

Eficiencia promedio que los motores de gasolina y Diesel deben alcanzar para satisfacer los diferentes objetivos de emisiones de CO2

Sistema Hbrido DieselUnos de los problemas encontrados durante el desarrollo de tecnologashbridas con motores Diesel ha sido el incremento de emisiones de Oxido deNitrgeno (NOx) debido al incremento a la temperatura en la cmara decombustin.

Debido a esto se deben desarrollar anlisis cuidadosos se requieren porconsiguiente para el desarrollo con xito de vehculos hbridos a Diesel.

Las configuraciones sistemas de tren motriz y acoplamiento del sistemahbrido del motor de combustin interna son similares a los utilizados en losmotores a gasolina con sus diferencias particulares.

Sistema Hbrido DieselA continuacin se presentan algunos de los sistemas propuestos para lasconfiguraciones de vehculos hbridos Diesel.

Sistema Hbrido DieselA continuacin se presentan los resultados de consumo de combustible yemisiones de NOx de algunos de los sistemas propuestos para lasconfiguraciones de vehculos hbridos Diesel.

Sistema Hbrido DieselA continuacin se presenta un esquema del sistema hbrido Diesel deCitron.

Sistema Hbrido DieselVentajas de los vehculos hbridos diesel.

Los vehculos hbridos diesel pueden ser operados con Biodiesel,permitiendo que a dependencia de petrleo se reduzca.

Gracias a los avances en la tecnologa Diesel (CRDi) se pueden tenermotores de combustin interna de encendido por compresin conbuenos valores de consumo de combustible y altos desempeos.

Sistema Hbrido DieselVentajas de los vehculos hbridos diesel.

Debido al alto costo de la gasolina, los vehculos hbridos diesel han sidocatalogados como la solucin futura para la dependencia del petrleo ylas emisiones de gases contaminantes.

Los motores utilizados en los vehculos hbridos Diesel tienen cilindradasinferiores a las utilizadas en los sistemas tradicionales de gasolina.

Sistema Hbrido DieselDesventajas de los vehculos hbridos diesel.

Los costos de produccin de los vehculos hbridos son altos, hacindolostodava no viables para ventas regulares.

Los diseos de los vehculos hbridos Diesel deben contemplar lasemisiones de NOx para que puedan tener un futuro prometedor.

No se ha desarrollado todava motores que operen abiertamente conB100.

Hbrido Diesel de TransporteLos sistemas hbridos Diesel de transporte de pasajeros y de carga vienenoperando desde hace algunos aos en Europa y Estados Unidos deNorteamrica.

La ventaja de estos vehculos es la facilidad de reducir las emisiones de gasescontaminantes y la reduccin de consumo de combustible mientras se realizael transporte de pasajeros y de carga dentro de as ciudades.

Gracias al desarrollo de motores Diesel mas eficientes y ms limpios sepueden desarrollar sistemas de transporte interurbano (pasajeros y carga)eficiente y ambientalmente amigable para las ciudades congestionadas.

Hbrido Diesel de TransporteLas opciones para el desarrollo de los tipos de sistemas de transporte seresumen en el grfico siguiente:

Ciclo de Manejo

Cic

lo d

e C

arga

Trfico Continuo

(Autopista)

Carga Pesada

Carga Liviana

CamionetaDe trabajo

Automvil de Trabajo

Bus Hbrido a Diesel

Camin para carretera

Auto a gasolina, sin remolque, para autopista & SUV (Todo

terreno)

Auto de Ciudad(Hbrido a Gas)

Trfico Intermitente

(Ciudad)

Hbrido Diesel de TransporteConsumo de combustible en funcin del tipo de transporte:

Hbrido Diesel de TransporteLos sistemas planteados para los buses hbridos Diesel son los siguientes:

Hbrido Diesel de TransporteLuego de muchos anlisis desarrollados en ciudades congestionadas y graciasal uso de programas de simulacin se han podido bosquejar las tendenciassobre tipos de configuraciones de sistemas hbridos para trasporte depasajeros.

Los sistemas mas desarrollados hasta la actualidad han sido los sistemas enserie, ya que permiten que el motor Diesel opere en condiciones establespara generar la carga de las bateras.

Otros tipos de configuraciones est todava en desarrollo y podran serutilizadas en futuro para solventar problemas de transporte y contaminacinen ciudades sobrepobladas.

Hbrido Diesel de TransporteA continuacin se presenta el esquema de un bus hbrido Diesel en serie.

Hbrido Diesel de TransporteVentajas de los buses hbridos Diesel.

Los buses hbridos diesel pueden entregar valores de consumo decombustible y emisiones de gases contaminantes inferiores a lasregistradas por modelos similares impulsadas por motores Diesel o CNG.

Debido al uso del sistema hbrido en serie, los motores Diesel trabajanen la franja de mximo poder lo que permite tener un control mejor delos gases contaminantes.

Debido a que los motores Diesel trabajan en RPM constantes ladurabilidad de estos componentes se ve incrementada.

Hbrido Diesel de TransporteVentajas de los buses hbridos Diesel.

Se pueden obtener valores de ahorro de consumo de combustible dehasta 80% en ciudades muy congestionadas donde se un nmero alto dedetenciones debido a los semforos y recoleccin de pasajeros.

Estos tipos de configuraciones pueden ser aplicados para buses detransporte de pasajeros y a vehculos de transporte de carga paraobtener valores de reducciones mayores.

Este tipo de vehculo puede operar en base a Biocombustibles (B5, B10,etc.)

Hbrido Diesel de TransporteDesventajas de los buses hbridos Diesel.

Los costos de los modelos de buses hbridos todava son demasiado altospara flotes pequeas, lo que obliga a que solamente ciudades grandespuedan financiar esta tipo de transporte.

Las ventajas en consumo de combustible y emisiones de gasescontaminantes son similares a las obtenidas por motores que utilizancombustibles alternativos (CNG).

En incremento del peso debido a las bateras representa un problemapara el desarrollo de sistemas de transporte ms eficientes.

Hbrido Diesel de TransporteDesventajas de los buses hbridos Diesel.

La reduccin en emisiones y consumo de combustible depende deldiseo del sistema de transporte de la ciudad (rutas y ciclos).

Vehculos HbridosSistemas de tren motriz para los vehculos Hbridos.

Los sistemas de tren motriz utilizados en los vehculos hbridos dependen deltipo de configuracin que se haya utilizado.

Para los sistemas tipo BAS se puede tener cualquier tipo de configuracin detren motriz debido a que el sistema permite que el motor se detenga cuandoel vehculo esta en reposo.

En el sistema BAS el acople del motor de combustin interna al sistemahbrido se lo realiza por medio de electro embragues lo que permite que eltren motriz pueda tener cualquier configuracin.


Los sistemas de tren motriz utilizados para el sistema FAS son usualmente deltipo de caja automtica controlado por la computadora del sistema hibrido.

Esta configuracin permite que los cambios de marcha se las realice en losmomentos precisos para mantener el mximo desempeo y mnimoconsumo de combustible.

Las configuraciones de caja manual para el sistema FAS no han sidoexploradas debido a la falta de control sobre las marchas y el bajo confortpercibido por el conductor.


A continuacin se presenta un esquema del sistema de trasmisin delsistema FAS:


Este tipo de tren motriz puede funcionar de las siguientes maneras:

Modo solo MCI. En este modo el vehculo solamente opera con el motorde combustin interna. El electro embrague esta activado y el motorelctrico funciona como generador.

Modo solo ME. En este modo el vehculo opera solamente con el motorelctrico. El electro embrague esta desconectado y el MCI esta apagado.El vehculo puede operar a bajas velocidades.



Modo de carga de bateras. En este modo el vehculo opera con el motorde combustin interna girando el motor elctrico que opera comogenerador.

Modo de freno regenerativo. En este modo, el electro embrague estadesconectado y la energa cintica del vehculo mueve el motor elctricopara que opere como generador.



Modo hbrido. En este modo el vehculo opera impulsado con unacombinacin de potencia entre el motor de combustin interna y elmotor elctrico. En esta configuracin se consigue el desempeoptimo.


Existen tambin algunos desarrollos para sistemas hbridos tipos FAS queconsideran tipos de trasmisin continuamente variable (CVT) o del tipo dedoble embrague (DCT) para mejorar los resultados de consumo decombustible.

La ventaja de tener una transmisin del tipo CVT permite que el motortrabaje en rangos de velocidades grandes a RPM constantes.

La ventaja de tener una transmisin del tipo DCT es permitir reducir eltiempo de cambio de marchas al controlar los cambios de las marchas parese impares por medio de a una computadora (AMT)

Vehculos HbridosSistemas de tren motriz para los vehculos Hbridos.A continuacin se presenta el bosquejo del sistema CVT

Vehculos HbridosSistemas de tren motriz para los vehculos Hbridos.Para los vehculos que posen sistemas hbridos serie paralelo se handesarrollados sistemas de transmisin basados en cajas de cambiosautomticas modificadas para poder entregar alto torque durante laoperacin.

Esta condicin es muy til cuando se tienen vehculos con motores grandes ycapacidades de carga alta.

Este tipo de configuracin se la encuentra en modelos SUV de gran tamaoen donde en desempeo y la capacidad de carga son lo objetivos delconsumidor (p.e.: Highlander, Tahoe)


En los sistemas hbridos serie paralelo utilizan cajas automticas controladaspor computadora acopladas a conjuntos de sistemas de engranes planetarios(similares a diferenciales) para permitir que el motor de combustin internatrabaje en conjunto al motor elctrico para entregar la mayor potenciasolicitada.

Este tipo de configuracin permite obtener niveles de eficiencia de sistemasde transmisin elevados dando como resultado valores de consumo decombustible inferiores a los obtenidos por los sistemas de tren motriztradicionales.

Vehculos HbridosSistemas de control para los vehculos Hbridos.

Los vehculos hbridos cuentan con muchos sistemas integrados quecontrolan toda la operacin del conjunto para garantizar valores ptimos deconsumo de combustible y entrega de potencia.

La interaccin entre los diferentes sistemas integrados en los vehculoshbridos son muy complejos debido a que se tiene que maximizar el ahorrode combustible sin gastar demasiada energa o sacrificando confort delocupante.

Este tipo de interaccin obliga a que muchos de los sistemas de control pasenpor extensas fases de verificacin para garantizar su uso.

Vehculos HbridosSistemas de control para los vehculos Hbridos.

A continuacin se presenta un bosquejo de los diferentes sistemas quecontrola la computadora central.

Vehculos Hbridos

Damper

Aux Pump

Planetary Assembly P1

A Motor

Planetary Assembly P2 Planetary Assembly P3

B Motor

C4 Rotating Clutch C3 Clutch C1 Clutch

C2 Rotating Clutch

TEHCM Moduleand Valve Body

Main Pump

A B

Mitos de los Sistemas hbridos

Mito # 1: Los vehculos hbridos actuales necesitan ser conectados a la redde distribucin elctrica para cargarlos.

Los vehculos hbridos actuales no necesitan ser conectados a la red dedistribucin elctrica para recargar las bateras. La recarga de las bateras se larealiza mediante el uso de los generadores elctricos acoplados al motor decombustin interna.

En la actualidad se realizan estudios sobre los sistemas Plug-In y esta enfase de desarrollo vehculos hbridos que sern capaces de ser conectados alsistema de distribucin elctrica para recargar las bateras

Mito #2: Los vehculos hbridos entregan buenos valores de consumo decombustible sin importar el tipo de manejo .

Todo vehculo depende mucho de los hbitos de manejo para ofrecer buenosvalores de consumo de combustible. Los vehculos hbridos siempreentregarn una mejora de consumo de combustible sobre los vehculossimilares normales (igual cilindrada motor, peso bruto, etc.) debido al uso delsistema elctrico bajo ciertas condiciones especiales.

Mitos de los Sistemas hbridos Mito #3: Las bateras recargables de los vehculos hbridos tienes una

duracin de alrededor de dos aos.

La bateras de los sistemas hbridos son de nquel-hidruro metlico (Ni-MH), estas ateras son mas eficientes y durables que las tradicionales dePlomo.

Las bateras con las que cuentan los vehculos hbridos han sido diseadaspara durar por lo menos 10 aos. La mayora de fabricantes ofrecengaranta de sus bateras entre 8 y 10 aos.

Mito #4: Si el vehculo hbrido se queda sin combustible puede operarsolamente con el sistema elctrico.

Los sistemas elctricos de los vehculos hbridos no estn diseados paraoperar como fuente principal de propulsin, por lo que cuando se agotael combustible el vehculo tiende a detenerse como un auto regular. Lossistemas elctricos tienen protecciones para garantizar una vida larga delas bateras NiMH.

Sistemas futuros de propulsinDebido a la necesidad de tener sistema de transporte mas eficientes y menoscontaminantes se han planteado muchas futuras tecnologas para reemplazara las actuales que dependen de derivados de petrleo.

Las tendencia actuales se basan mucho en tecnologas que usan algn tipode energa renovable ya sea elica, solar o de celdas de energa.

Para el transporte de pasajeros la opcin que muchas empresas automotriceshan optado es la de celdas de hidrgeno, ya que pueden ser eficientes y losuficientemente potentes como para poder movilizar a un auto.

Sistemas futuros de propulsinA continuacin se presenta la proyeccin de tecnologas de propulsin.

Mejora Economa de Combustible

& Emisiones

Desplaza alPetrleo

Vehculos Hbridos Elctricos (PHEV)

Mejora del Motor de Combustin Interna

y Transmisin

Pila de Hidrgeno

Petrleo (Convencional & Fuentes Alternativas)

Biocombustibles (Etanol E85, Biodiesel)

Hidrgeno

Electricidad (Convencional & Fuentes Alternativas)

Vehculos de Batera Elctrica (E-REV)

Tiempo

DiversificacinDe Energa

Sistemas futuros de propulsinLas celdas de hidrgeno se han venido desarrollando desde los aos sesentapor muchas compaas cuando vieron la posibilidad de utilizar la tecnologade la era espacial en vehculos comerciales.

Actualmente ciertos modelos se estn estudiando para obtener valores deeficiencia total energtica de hasta el 55% (Honda FCX), mejorando laspropiedades de los vehculos impulsados por celdas de hidrgeno.

Normalmente una celda de hidrgeno entrega 0.7V, por lo que se debentener entre 150 y 200 celdas de hidrgeno en un vehculo para que estepueda operar con facilidad.

Sistemas futuros de propulsinLa reaccin que se genera en la celda de hidrgeno para generar la carga es lasiguiente:

Sistemas futuros de propulsinLos componentes principales de las celdas de hidrgeno son:

Los tanques de reserva de hidrgeno.

Las celdas o pilas de hidrgeno (stack).

Las bateras de almacenamiento.

El motor elctrico.

Sistemas futuros de propulsinEn la actualidad muchas casa matrices han desarrollado prototipos devehculos que operan con celdas de hidrogeno luego de haber atravesado unlargo camino desde los inicios de las celdas.

Sistemas futuros de propulsinUna variedad de diferentes tipos de combustibles se est evaluando para eluso de las celdas de hidrogeno, tomando en cuenta las ventajas y desventajasdel sistema, pero en este momento no se han llegado a un acuerdo general.

La reciente introduccin de proveedores de energa tradicionales en elmbito de la celda de combustible ha trado los recursos necesarios paraempezar a determinar cual es el combustible ptimo para este tipo desistema.

Los vehculos de celdas de combustible sostienen la promesa de permitirnosseguir disfrutando de la libertad y movilidad que nosotros nos hemosacostumbrado y al mismo tiempo tener vehculos con combustibles mseficaces y ambientalmente amigables.

Sistemas futuros de propulsinMitos de las celdas de hidrgeno:

Mito 1: las celdas de hidrgeno siempre costarn mas. Actualmente el costode las celdas de hidrgeno es elevado pero a medida que el uso de este tipode tecnologa se vaya ampliando los costos se reducirn

Mito 2: No hay una manera prctica de guardar hidrgeno en los vehculosactuales. La verdad es que guardar el hidrgeno en los vehculosconvencionales es un reto. Se estn estudiando muchas tecnologas para elalmacenamiento de hidrgeno (comprimido, lquido o slido) y se hanobtenido muy buenos resultados pero hasta el momento no soneconmicamente viables.


Mito 3: La infraestructura necesaria para abastecer de hidrgeno es muycostosa. Al igual que muchas de las nuevas tecnologas, los costos inicialesson altos pero se debe analizar el contexto global del problema.

Mito 4: El hidrgeno es muy peligroso para ser usado como combustible.Como todo combustible debe ser tratado con cuidado, pero en el mundomillones de toneladas de hidrogeno se consume al ao sin representarpeligro inminente. El hidrgeno se consume de manera rpida emitiendo ladcima parte de la radiacin trmica de un combustible fsil y a siete vecesmenor temperatura.


Mito 5: Los vehculos impulsados por celdas de hidrgeno no puedencompetir con los desempeos de los vehculos impulsados porcombustibles fsiles. Actualmente las celdas de hidrgeno no puedendesempearse igual que un vehculo convencional de gasolina o Diesel, peroen el futro cercano se tendr modelos que podrn acercarse mucho aldesempeo de estos y gracias a los avances e inversin en este tipo desistemas se puede esperar mejoras representativas.

Sistemas futuros de propulsinVentajas de las celdas de hidrgeno:

No produce contaminacin ni consume recursos naturales: El hidrgenose toma del agua y luego se oxida y se devuelve al agua. No hayproductos secundarios ni txicos de ningn tipo que puedan producirseen este proceso.

Es muy seguro: Los sistemas de hidrgeno tienen una historia deseguridad muy impresionante. En muchos casos, el hidrgeno es msseguro que el combustible que est siendo reemplazado. Adems dedisiparse rpidamente en la atmsfera si se fuga, el hidrgeno, encontraste con los otros combustibles, no es txico en absoluto


Tiene alta eficiencia: Las celdas de combustible convierten la energaqumica directamente a electricidad con mayor eficiencia que ningnotro sistema de energa.

Tiene un funcionamiento silencioso: En funcionamiento normal, la celdade combustible es casi absolutamente silenciosa.


Larga vida y poco mantenimiento: Aunque las celdas de combustibletodava no han comprobado la extensin de su vida til, probablamentetendrn una vida significativamente ms larga que las mquinas quereemplacen.

Permite la modularidad: Se puede elaborar las celdas de combustible encualquier tamao, tan pequeas como para impulsar una carretilla degolf o tan grandes como para generar energa para una comunidadentera. Esta modularidad permite aumentar la energa de los sistemassegn los crecimientos de la demanda energtica, reduciendodrsticamente los costos iniciales.

Sistemas futuros de propulsinDesventajas de las celdas de hidrgeno:

Generacin de hidrgeno: Todava la tecnologa para la generacin dehidrgeno no se ha desarrollado lo suficiente para poder suplir lademanda mundial.

Materiales de construccin costosos: Los materiales con los cuales sonconstruidas las celda de hidrgeno son muy costosos, lo que hace quetodava las celdas de poder no sean viables.

Sistemas futuros de propulsinDesventajas de las celdas de hidrgeno:

Sistemas de control muy exigentes: Debido a la complejidad del sistemase deben tener equipos de control costosos

Falta de infraestructura para abastecer de hidrgeno: No se tiene lainfraestructura necesaria para poder abastecer al usuario comn.

Poca autonoma: Todava de esta estudiando ciertas configuracionespara poder garantizar autonomas coherentes.

PRECAUCIONES DE LOS VEHCULOS HBRIDOS

Debido a que los vehculos hbridos trabajan con fuentes de poder altas(hasta 300v) de debe tener ciertas precauciones cuando se revise un tipo deestos autos.

Se debe utilizar guantes de aislamiento elctrico tipo O (hasta 1000v) oOO (hasta 500v).

Visualmente inspeccione

los guantes antes de cada

uso.

Use los guantes mientras

trabaje en sistemas de alto

voltaje


Etiquetas de precaucin en vehculos hbridos.


Etiquetas de precaucin en vehculos hbridos.

Rojo indica: NO puede ser desabilitado


Se debe desconectar la fuente de poder para poder realizar cualquierreparacin o inspeccin.


Paso 1: levante la palanca

Paso 2: empuje la palanca hacia abajo

Paso 3: empuje la palanca hacia afuera

NOTA: No force la palanca, Usted sentir unas detenciones especificas.


El recibidor despues de haber sido removido el conector.


Siempre verifique con un DVOM un voltaje > a 12 v. sto le garantiza que el medidor (DVOM) est en buenas condiciones.


Con el medidor conectado entre los terminales revise la presencia de voltaje

Realice la prueba de aislamientoTerminal (+) y (-) a la carcaza.


Pruebe 3 con 1 y 4 con 1 (todas las lecturas deber ser menores que 3 volts)Pruebe 3 con 2 y 4 con 2 (todas las lecturas deber ser menores que 3 volts)

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Tener cuidado de no perforar o cortar los cables conexin de las fuente depoder. De acuerdo la normativa de seguridad elctrica Norteamericana, loscables para el sistema hibrido total deben ser de color naranja (300v) y paralos sistema hbridos medios deben ser de color azul claro (36v 42v)


Utilizar los equipos de proteccin personal adecuados para realizar los trabajode inspeccin o reparacin. A continuacin se presenta un tabla de EPP:

Revisar que la llave no se encuentre en el cilindro de encendido.

Revisara que todos los sistemas de seguridad y control estn operandocorrectamente (interruptor de cap)

MEDIO (BAS O FAS) TOTAL (FULL)

GAFAS DE SEGURIDAD CON

PROTECCIN A LOS COSTADOSOBLIGATORIO OBLIGATORIO

GUANTES DIELCTRICOS CLASE "0"

CON GUANTE DE CUERORECOMENDADO OBLIGATORIO

ROPA DIELCRICA O RETARDANTE DE

LLAMA DE ACUERDO A LA "NFPA"RECOMENDADO OBLIGATORIO

SISTEMA HBRIDO

vehiculos hibridos.pdf

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