Sistema de hibridación leve o de 48 V

18 / 05 / 2020

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A diferencia de las configuraciones del híbrido convencional que utilizan el motor y/o el motor eléctrico para propulsar el vehículo, se utiliza un sistema híbrido leve o híbrido de 48 V en un vehículo típico de start/stop con la integración de un motor eléctrico/generador de 48 voltios para complementar el motor, mejorando así la aceleración y el ahorro de combustible.

Además, los componentes eléctricos como el compresor de aire acondicionado, la bomba para la dirección asistida y la bomba de aceite del motor reducen aún más la carga del motor e incrementan el rendimiento del combustible.

mild hybrid vehicle diagram

1 Conjunto de motor eléctrico y generador
2 Inversor CA/CC
3 Batería de 48 voltios
4 Convertidor CC/CC
5 Unidad de distribución de alimentación de 48 voltios

Los vehículos eléctricos con un voltaje superior a 12 voltios no son novedad: el sector de la automoción contempló la utilización de un sistema de 42 voltios en la década de los 90. Idea que se descartó más adelante debido a la preocupación que surgió a partir de su coste, así como por cuestiones prácticas como interruptores y relés que fallaban de manera prematura. Sin embargo, impulsados por el interés hacia la protección por el medio ambiente, la electrónica moderna ha utilizado transistores, diodos y microinterruptores que son más robustos y, por tanto, hacen que esta opción sea más viable.

Entonces, ¿por qué limitarse a 48 voltios? Las normativas actuales establecen que todo lo que sea superior a 60 voltios se convierte oficialmente en un producto «de alto voltaje». Esto supone un coste adicional porque debe utilizarse protección, conectores y conductos que son más caros, como los naranjas que se ven habitualmente en muchos vehículos híbridos y eléctricos. Sin embargo, esto no significa que la arquitectura eléctrica de todo el vehículo se vaya a los 48 voltios. Se sigue utilizando el suministro de 12 voltios convencional para alimentar muchos de los circuitos estándar como las luces, los seguros de las puertas, las ventanas eléctricas y el sistema de información y entretenimiento.

El híbrido leve típico de 48 voltios consta únicamente de un pequeño número de componentes adicionales: un conjunto de motor eléctrico y generador, inversor CA/CC, convertidor CC/CC, una batería de 48 voltios y un e-charger.

Conjunto de motor eléctrico y generador: El motor eléctrico/generador de correa, enfriado por agua, sustituye al alternador habitual y se encarga de reiniciar el motor tras activar el start/stop, mientras que el motor de arranque convencional de 12 voltios se utiliza para un arranque normal a través de una llave.

En ocasiones, el motor eléctrico/generador puede asistir al motor para mejorar la aceleración y reducir la carga de forma estratégica con el fin de maximizar el ahorro de combustible. Además, el motor eléctrico/generador, en modo generador, recarga ambas baterías; tal y como sucede con el alternador convencional, pero también cuando el vehículo rueda en punto muerto o frena.

Inversor CA/CC: El inversor CA/CC puede integrarse o no dentro del motor eléctrico/generador de 48 voltios, y está ahí para llevar a cabo dos funciones.

En primer lugar, convertir la corriente continua (CC) procedente de la batería de 48 voltios a corriente alterna (CA), lo que posteriormente alimenta el motor eléctrico/generador en modo motor.

Y en segundo lugar, convertir la corriente alterna generada por el motor eléctrico/generador mientras se encuentra en modo generador a CC, con lo que se recargan las dos baterías de 12 y 48 voltios.

Convertidor CC/CC: Dado que este vehículo incluye ambos sistemas de 12 y 48 voltios, se instala un convertidor de CC/CC para reducir el voltaje eléctrico de 48 a 12 voltios.

Batería de 48 voltios: La batería de ion-litio de 48 voltios se sitúa normalmente en la parte trasera del vehículo y, al igual que el motor eléctrico/generador, puede utilizar el sistema de refrigeración para disipar el calor.

E-charger: Al turbocompresor convencional lo sustituye una versión eléctrica, que se conoce comúnmente como e-charger. En lugar de esperar a que los gases de escape giren el rotor hasta llegar a la velocidad deseada, se utiliza un motor eléctrico para mover el rotor, lo que ofrece de manera instantánea el impulso necesario sin el retraso habitual que se experimenta normalmente con los motores de turbocompresor. En su defecto, los sobrealimentadores también pueden electrizarse para ofrecer resultados equivalentes en turbocompresores con motor eléctrico.

El sistema de hibridación leve de 48 voltios está en constante evolución para cumplir con la normativa respecto a las emisiones, mejorar el ahorro de combustible y aumentar la aceleración. Por este motivo, los fabricantes de vehículos ya están desarrollando otras mejoras inteligentes para complementar el sistema de 48 voltios, y aquí van solo algunos ejemplos:

Tecnología Dynamic skip fire (DSF): Integra la desactivación de los cilindros con el sistema de hibridación leve de 48 voltios. El sistema DSF aísla un cilindro al desconectar los seguidores del árbol de levas. Esto bloquea las válvulas de admisión y de escape en la posición de cerrado cuando hace falta menos potencia, lo que resulta en un mayor ahorro de combustible.

Tecnología start/stop ampliada: A diferencia de la tecnología convencional de start/stop en la que se apaga el motor cuando el vehículo se detiene por completo, el sistema ampliado de start/stop también apagará el motor cuando se acerque a un stop o cuando el vehículo ruede a una velocidad constante.

Catalizador calentado con electricidad: Con el fin de reducir la cantidad de emisiones tóxicas, el catalizador debe alcanzar su temperatura de funcionamiento lo antes posible. Los sistemas híbridos lo complican debido a la frecuencia con la que se activa el sistema start/stop o se rueda en punto muerto. Sin embargo, esta circunstancia puede solventarse con facilidad al calentar el catalizador con electricidad usando el sistema de 48 voltios.

Electrificar servicios auxiliares accionados por el motor: La bomba de agua y el compresor de aire acondicionado son dos ejemplos de componentes que pueden electrificarse. Esto reduce el arrastre parasitario del motor y, lo que es más importante, permite que los componentes establezcan su propio ciclo de trabajo a partir de las exigencias del vehículo y del conductor.

Por tanto, mientras que el actual sistema de 12 voltios se enfrenta a ciertas dificultades si se compara con otros híbridos reales más caros, la tecnología de hibridación leve de 48 voltios ofrece una solución rentable a la hora de cumplir con las normativas sobre emisiones y de satisfacer la creciente necesidad energética de los componentes eléctricos futuros.

Se espera que el uso de la tecnología de 48 voltios crezca aún más, especialmente con los objetivos tan estrictos de emisiones de CO2 que se están fijando y con el continuo declive de los motores de combustión interna.

Dado el aumento de la popularidad y demanda de vehículos híbridos y eléctricos, en Autodata lanzamos esquemas de los sistemas de transmisión tanto de vehículos eléctricos como híbridos. De esta forma, nos aseguramos de que continuamos siendo la solución principal para el diagnóstico y la reparación de vehículos en circulación.