Embed Size (px)
Citation preview
Termocontrol
en Vehículos híbridos
Servicio Asociado
Electrónica Termocontrol Electricidad Iluminación Apoyocomercial
Serviciotécnico
Ideas parasu éxito.
2
El concepto "accionamiento híbrido" en el ámbito de los vehículos es cada vez más importante. Y es que
esta tecnología en el vehículo también tiene efectos directos en el Termocontrol, es decir, en la climatiza-
ción del vehículo y la refrigeración del motor.
En esta documentación entramos en detalle al tema "Termocontrol en vehículos híbridos". Ofrecemos
una mirada a los cambios que pueden producirse en el ámbito del Termocontrol en el vehículo durante la
reparación debido a esta tecnología.
Explicación del concepto
El concepto "híbrido" como tal signifi ca simplemente mezcla o combinación. En la tecnología automovilís-
tica indica que en un vehículo se ha combinado un motor de combustión interna con los elementos de un
vehículo eléctrico.
Técnicamente, la tecnología híbrida jha evolucionado constantemnte siendo cada vez más exigente, es
decir, desde la tecnología micro, pasando por la semihíbrida, hasta la tecnología completamente híbrida.
A pesar de las diferencias técnicas, todas estas tecnologías tienen en común que la batería empleada se
carga mediante la recuperación de la energía de frenado.
Los micro híbridos están equipados generalmente con un motor de combustión interna convencional
con el sistema automático Start/Stop, y con un sistema de recuperación de la energía de frenado (llama-
da recuperación).
Los semihíbridos por el contrario están equipados adicionalmente con un motor eléctrico pequeño y
una batería más potente. El accionamiento auxiliar eléctrico se emplea únicamente para asistir el arranque
y para conseguir un mayor despliegue de la fuerza al adelantar, es decir, la llamada función "boost".
Los completamente híbridos no solamente pueden utilizar la función "boost", sino que también pue-
den funcionar solamente con energía eléctrica. Para ello, están equipados con un grupo motriz totalmen-
te eléctrico. No obstante, este grupo precisa una batería mucho más potente que los semihíbridos.
Una opción del híbrido completo es el "híbrido enchufable". Este tiene la opción de cargar los acumula-
dores durante la noche. El efecto secundario positivo de este tipo de vehículo es que simultáneamente el
habitáculo de ocupantes se climatiza a la temperatura deseada. De este modo, el vehículo está listo a la
mañana siguiente.
Los vehículos totalmente híbridos representativos actuales son el Toyota Prius, el BMW ActiveHybrid X6
(E72) o el VW Touareg Hybrid. Por su parte, el BMW ActiveHybrid 7 y el Mercedes S400 (F04) son ejem-
plos de semihíbridos.
Micro híbrido Semihíbrido Híbrido total
Potencia del
motor eléctrico /
generador
2 - 3 KW
(recuperación de la
fuerza de frenado
mediante generador)
10 – 15 KW > 15 KW
Intervalo de tensión 12 V 42 – 150 V > 100 V
Ahorro factible en
combustible en
comparación con el
vehículo de accio-
namiento conven-
cional
< 10 % < 20 % > 20 %
Funciones que con-
tribuyen a ahorrar
combustible
! Función Start/Stop
! Recuperación
! Función Start/Stop
! Función "boost"
! Recuperación
! Función Start/Stop
! Función "boost"
! Recuperación
! Conducción
eléctrica
Como se puede ver en la vista general, cada una de las tecnologías dispone de diferentes funciones que
contribuyen a ahorrar combustible. A continuación resumimos brevemente estas cuatro funciones.
Función Start/ Stop
Si el vehículo se detiene, por encontrarse ante un semáforo o por una caravana, el motor de combustión
interna se desconecta. Si se acciona el embrague para arrancar y se pone la primera marcha, el motor
de combustión interna arranca automáticamente. De este modo, el coche está listo para continuar con la
conducción.
El vehículo se detiene: el motor se desconecta automáticamente. Accionar el embrague, poner la marcha: el motor arranca automá-
ticamente
Embrague Marcha RPM Embrague Marcha RPM
Vista general de las tecnologías híbridas
Servicio Asociado
4
Vehículo que frena: carga de la batería con una mayor potencia
Función boost
Durante la fase de aceleración se suman los pares del motor de combustión interna y del motor eléctrico.
De este modo un vehículo híbrido puede acelerarse más rápidamente que un vehículo con accionamiento
convencional similar. La función boost sirve para asistir el arranque y para un mayor despliegue de fuerza
al adelantar. Esta fuerza se genera mediante un accionamiento auxiliar eléctrico, que únicamente está
preparado para estos dos fi nes.
Por ejemplo en el VW Touareg esto se traduce en un plus de potencia de 34 KW.
Función boost: el motor de combustión interna y el motor eléctrico accionan el vehículo
Recuperación
Recuperación es la técnica con la que se recupera una parte de la energía de frenado. Normalmente,
esta energía se perdía al frenar convertida en energía térmica (calor). Por el contrario, en la recuperación
se emplea el generador del vehículo a modo de freno de motor, adicionalmente al frenado normal de las
ruedas. La energía generada por el generador al desacelerar se almacena en el acumulador (batería).
El proceso aumenta directamente el momento de fuerza de arrastre del motor y desacelera así el vehícu-
lo.
Batería Motor/generador
Motor
Cambio de
marchas
Batería
Motor/generador
Conducción eléctrica
Si se precisa poca potencia de accionamiento, como por ejemplo en la conducción por la ciudad,
solamente el motor eléctrico se emplea como grupo de accionamiento. El motor de combustión interna
está desconectado. Las ventajas de este tipo de accionamiento son: ningún consumo de gasolina y cero
emisiones.
Seguridad
En los vehículos híbridos se incorporan necesariamente componentes de alto voltaje. Estos están indica-
dos con rótulos de advertencia e indicación estandarizados. Además, todos los conductos de alto voltaje
son de color naranja luminoso de forma generalizada en todos los fabricantes. Las reglas básicas al
realizar trabajos en los vehículos híbridos son los siguientes modos de proceder:
1. Conexión sin tensión
2. Asegurar contra una reconexión
3. Garantizar que no hay tensión
¡Tenga en cuenta las especifi caciones de los fabricantes de los vehículos!
0 V 12 V 24 V 60 V 120 V 230 V Híbrido total
Margen de voltios
Motor
Motor
Cero emisiones Ningún consumo de gasolina
Conducción eléctrica: accionamiento único mediante el motor eléctrico
Tensiones eléctricas en la red de abordo
Los requisitos y potencias que debe cumplir y producir el equipo electrónico de un vehículo eléctrico no
deben realizar con los intervalos de tensión de 12 o 24 voltios. Aquí son muy importantes los intervalos
de tensión mayores. Es indispensable tener en cuenta que en las tensiones alternas (AC) mayores a 25 V
y las tensiones continuas (DC) mayores a 60 V es donde empieza el rango de alto voltaje. Conforme a la
norma ISO, este intervalo de tensión se considera peligroso para las personas.
Servicio Asociado
6
Evaporador acumulador
En la tecnología híbrida se producen también cambios notables asociados al Termocontrol, tanto en el
circuito del refrigerante como en el circuito de climatización. Describimos a continuación qué componen-
tes del Termocontrol se ven afectados, cómo cambian los modos de funcionamiento y cómo se traduce
esto para su trabajo.
Climatización del interior
En los accionamientos convencionales con motor de combustión interna, la climatización del interior
depende directamente del funcionamiento del motor debido al compresor accionado mecánicamente.
También en los vehículos denominados micro híbridos y que solamente poseen la función Start/Stop se
emplean compresores con accionamiento por correa. Por ello se da la siguiente problemática: cuando el
vehículo está parado y tiene el motor desconectado, transcurridos tan solo 2 segundos, la temperatura
aumenta a la salida del evaporador del climatizador. Los ocupantes del vehículo encuentran molestos el
aumento lento resultante de la temperatura de salida de la ventilación, así como el aumento de la hume-
dad del aire.
Para solucionar este problema, se emplearán en el futuro acumuladores de frío de nuevo desarrollo, los
llamados evaporadores acumuladores.
Ejemplo: rótulos de advertencia en módulos y componentes
¡No realice tareas en los componentes de alto voltaje que tengan tensión!
¡Observe siempre los rótulos de advertencia en los componentes y elementos!
Presentación esquemática: evaporador acumulador
En la fase donde el motor está apagado el compresor no se acciona. El aire caliente que fl uye por el
evaporador se refrigera y se produce un intercambio de calor. Este intercambio dura hasta que el agen-
te activo latente se ha derretido. Al iniciarse de nuevo la conducción, el proceso empieza de nuevo de
modo que ya transcurrido un minuto el evaporador acumulador puede refrigerar con aire.
En los vehículos sin evaporador acumulador y cuando el tiempo es muy caluroso, es necesario tras poco
tiempo volver a arrancar el motor de nuevo. Solamente así se puede mantener la refrigeración en el inte-
rior.
En la climatización del interior del vehículo también se incluye la calefacción. En los vehículos totalmente
híbridos, el motor de combustión interna se desconecta en la fase de la conducción eléctrica. El calor
restante existente en el circuito del agua solo es sufi ciente para calefactar el interior del habitáculo durante
poco tiempo. A modo de ayuda, se conectan entonces elementos calefactores de rtc eléctricos, que se
encargan de calentar. El funcionamiento es similar al de un secador de pelo: el aire aspirado del exterior
se calienta al pasar por los elementos calefactores y luego fl uye al interior.
1 Bloque evaporador con 40 mm de profundidad
2 Bloque acumulador de 15 mm de profundidad
3 Refrigerante
4 Agente activo latente
5 Remache ciego
53
4
1
2
El evaporador acumulador consta de dos bloques: un evaporador y un bloque acumulador Por ambos
bloques circulará refrigerante con el motor en marcha. Un "agente activo" latente que se encuentra en
el evaporador se irá refrigerando mientras tanto hasta congelarse. Así se convierte en un acumulador de
frío.
Servicio Asociado
8
El compresor de alto voltaje
En los vehículos con tecnología completamente híbrida se emplean compresores eléctricos de alto voltaje
que no dependen del funcionamiento del motor de combustión interna. Gracias a este novedoso accio-
namiento son posibles las funciones habituales y un mayor confort en lo relativo al tema de la climatiza-
ción.
Es posible ajustar la temperatura interior deseada, calentado o enfriando el habitáculo antes de entrar en
el vehículo. Es posible controlar esta función con un control remoto.
Esta refrigeración solamente puede efectuarse dependiendo de la capacidad de la batería disponible.
El compresor opera con la menor potencia posible teniendo en cuenta los requisitos necesarios para la
climatización.
En los compresores de alto voltaje empleados actualmente la regulación de la potencia se realiza ajus-
tando el número de revoluciones correspondiente en etapas de 50 min-1. Por ello, no se precisa una
regulación interna.
En contraposición al principio del disco oscilante, que se utiliza preferentemente en los compresores
accionados por correa, en los compresores de alto voltaje se emplea el principio scroll para comprimir el
refrigerante. Las ventajas son una reducción de peso de un 20 % y una menor cilindrada ante el mismo
valor con la misma potencia.
Para generar el par elevado respectivo para el accionamiento del compresor eléctrico, se utiliza una
tensión continua de más de 200 voltios: una tensión muy elevada en este rango de vehículos. El inversor
integrado en la unidad del motor eléctrico transforma esta tensión continua en la tensión alterna trifásica
que precisa el motor eléctrico sin escobillas. Por otro lado se consiguen la dispersion térmica necesaria
del inversor y los bobinados del motor mediante la circulación y retorno del refrigerante hasta el lado de
succión.
Compresor de alto voltaje
Compresor scroll Motor de alto voltaje
Gestión de temperatura de la batería
Para el funcionamiento de un vehículo híbrido lo esencial es la batería. Esta debe proporcionar las
notables cantidades de energía necesarias para el accionamiento rápido y fi able. Principalmente,
estas baterías son baterías de alta tensión híbridas de níquel y metal; no obstante, cada vez es
más común el uso de baterías de alta tensión de iones de litio. Así se siguen reduciendo el tama-
ño y el peso de las baterías de los vehículos híbridos.
Es indispensable que las baterías utilizadas funcionen en un rango de temperaturas determinada.
A partir de una temperatura de funcionamiento de +40° C disminuye la vida útil, mientras que por
debajo de -10° C el grado de efectividad decrece y la potencia disminuye.
Las intensas cargas puntuales en combinación con corrientes elevadas como la recuperación o
el "boost" tienen como resultado un notable calentamiento de las baterías. Además, las tempera-
turas exteriores en los meses de verano contribuyen a que la temperatura alcance rápidamente el
valor crítico de 40° C.
La consecuencia de un exceso de temperatura es el envejecimiento más rápido y el fallo prema-
turo resultante de la batería. Los fabricantes de vehículos aspiran a una vida útil calculada de la
batería que sea igual a la vida de 1 automóvil (aprxo. 8-10 años). De este modo, el proceso de
envejecimiento únicamente puede contrarrestarse con la correspondiente gestión de la tempera-
tura.
Hasta ahora se emplean tres diferentes opciones para gestionar la temperatura.
Compresor eléctrico
Válvula de expansión
CPT de alto voltaje
Evaporador de
alta potencia
Servicio Asociado
10
Opción 1
El aire se aspira del interior del vehículo climatizado y se utiliza para refrigerar la batería.El aire frío aspira-
do del interior del vehículo tiene una temperatura inferior a 40° C. Este aire se utiliza para circular alrede-
dor de las superfi cies de libre acceso del paquete de la batería. Las desventajas de esta opción son:
! La reducida efectividad de refrigeración.
! El aire aspirado del interior no puede emplearse para reducir la temperatura de manera uniforme.
! El notable coste de la conducción del aire.
! Posibles ruidos molestos en el interior por ventilador del habitáculo.
! A través de los canales de aire hay una unión directa entre el espacio del ocupante con la batería.
Esto debe clasifi carse como problemático por motivos de seguridad
(p.ej. desgasifi cación de la batería).
! No debe subestimarse el peligro de la suciedad en el paquete de la baterías, ya que el aire del interior
también tiene polvo. El polvo se acumula entre bloques de baterías y forma una capa conductiva en
combinación con la humedad del aire condensada. Esta capa favorece las corrientes de fuga de la
batería.
Para evitar este peligro, el aire aspirado se fi ltrará. Otra opción es, la refrigeración del aire con un peque-
ño climatizador individual, de modo similar a los climatizadores traseros individuales de los vehículos de
gama superior.
Opción 2
Una placa de evaporación conectada a la célula de la batería se conecta al climatizador existente del
vehículo. El enfriamiento se realiza durante el llamado proceso de evaporación en el lado de la presión
alta y la presión baja a través de las tuberías y una válvulas de expansión. Así el evaporador del interior y
la placa del evaporador de la batería, que funciona como un evaporador convencional, están conectados
al mismo circuito.
A partir de las diferentes tareas de ambos evaporadores, existen exigencias diferentes respectivamente
para la circulación del refrigerante. Mientras que la refrigeración del interior satisface las exigencias de
confort de los ocupantes, la batería de alto voltaje, según la situación de la conducción y la temperatura
ambiente, debe refrigerarse más o menos.
Co
nd
ensad
or
Evap
ora
do
r
Cab
ina
Batería
Circuito del
refrigerante
Compresor
Evap
ora
do
r
de la b
ate
ría
Como consecuencia de estas exigencias, la regulación de la cantidad de refrigerante evaporado es com-
plicado. El diseño especial de la placa de evaporador y con ello su integración junto a la batería propor-
cionan una gran superfi cie de contacto para el intercambio de calor. De este modo puede garantizarse
que no se supere la temperatura crítica o máxima de 40º C.
En caso de temperaturas exteriores muy bajas, sería necesario aumentar la temperatura a la temperatura
ideal de la batería de como mín. 15º C. En este caso, la placa de evaporador no puede hacer nada en
esta situación.
Una batería fría es menos potente que una con la temperatura adecuada y apenas puede cargarse a
temperatura notablemente inferiores al punto de congelación. En el micro híbrido esto se puede tolerar:
en caso extremo, la función híbrida está disponible de forma limitada. No obstante, es posible conducir
con el motor de combustión interna. Por contra, en un vehículo totalmente eléctrico deberá preverse la
calefacción de la batería para poder arrancar el motor y conducir en cualquier situación en invierno.
Nota:
Estas placas de evaporador, están integradas directamente en la baterías, no se pueden utilizar indivi-
dualmente. Para ello y en caso necesario, debe sustituirse la batería por completo.
Opción 3
En las baterías con mayor capacidad, el ajuste térmico juega un papel fundamental. Por ello, en caso de
temperaturas muy bajas es necesaria una calefacción adicional de la batería para llevarla a un rango de
temperaturas ideal. Solo así se puede lograr un estado satisfactorio de la "conducción eléctrica".
Para llevar a cabo esta "calefacción adicional", la batería se integra en un circuito secundario. Este circui-
to garantiza que la temperatura de servicio ideal de 15° C-30° C se mantenga de forma permanente.
Co
nd
ensad
or
Evap
ora
do
r
Batería
Circuito del
refrigerante
Compresor
Pla
ca d
el
evap
ora
do
r
Cond
ensad
or
Refr
igera
dor
de la b
ate
ría
Evap
ora
dor
Batería
CalefacciónCircuito del refrigerante
Circuito del refri-
geranteCompresor
Intercambiador de
calor especial
Pla
ca d
e
refr
igera
ció
n
Placa de evaporador
Servicio Asociado
12
Si el enfriamiento por el refrigerador de la batería no resulta sufi ciente ante temperaturas exteriores eleva-
das, el líquido refrigerante circula a través de un intercambiador de calor especial. En este intercambiador
especial, el refrigerante del circuito de climatización del vehículo se evapora. Con ello, se puede transmitir
el calor de forma muy intensa y con una elevada efectividad desde el circuito secundario al intercam-
biador especial. Con este proceso se efectúa una refrigeración del retorno del refrigerante. Mediante el
uso de un intercambiador especial, la batería puede hacerse funcionar en una ventana de temperaturas
óptima para el grado de efectividad.
Intercambiador de calor especial
Una placa de refrigeración, con líquido refrigerante integrado, que consta de agua y glicol (refrigerante de
motor convencional), atraviesa el bloque de la batería. Con temperaturas más bajas, el refrigerante puede
calentarse rápidamente mediante un calefactor para alcanzar la temperatura ideal. Si durante el uso de
las funciones híbridas aumenta la temperatura de la batería, el calefactor se desconecta. El refrigerante
puede refrigerarse mediante el refrigerador de batería que se encuentra en la parte delantera del vehículo
con el aire de entrada.
Electroventiladores
Bastidor del ventilador
Radiador del refrigerante
Refrigerador del módulo electrónico de potencia
Bastidor del módulo
Condensador
Componentes de la refrigeración
Refrigerador de la batería
Formación continua requerida para la reparación de vehículos híbridos
Para poder realizar el mantenimiento y la reparación de los sistemas de Termocontrol de los vehículos
híbridos, es indispensable una formación continua. Los empleados que realizan tareas en dichos siste-
mas de alto voltaje precisan p. ej. en Alemania una formación adicional de 2 días, llamada "Electricistas
especializados para sistemas de alto voltaje".
Con los conocimientos adquiridos en dicha formación se puede, por un lado, estimar la peligrosidad de
las tareas requeridas en el sistema y, por otro, retirar toda la tensión mientras duren dichos trabajos.
Sin una formación correspondiente queda prohibido realizar tareas en sistemas de alto voltaje.
Mantenimiento de vehículos híbridos
Incluso en las tareas de inspección y reparación generales (como por ejemplo en sistemas de escape,
neumáticos, parachoques, cambio de aceite, cambio de neumáticos, etc.) se trata de una situación
especial.
Estas tareas únicamente las puede efectuar personal que haya sido advertido e instruido como corres-
ponde por un "Electricista especializado para sistemas de alto voltaje" sobre los peligros de estos siste-
mas de alto voltaje.
Además, es indispensable emplear herramientas que cumplan con las especifi caciones de los fabricantes
de vehículos híbridos.
Durante la revisión del climatizador y la asistencia técnica del mismo, debe tenerse en cuenta que los
compresores eléctricos del climatizador no se lubrican con los aceites PAG habituales. No poseen las
propiedades aisladoras necesarias. Por norma general, se emplea aceite POE, que sí posee dichas pro-
piedades.
Por lógica, se recomiendan los equipos de asistencia técnica para climatizadores con una función de
lavado interna y un depósito de aceite nuevo separado para la revisión del climatizador y la asistencia
técnica del mismo. Así se puede excluir la mezcla de aceites nuevos de diferentes clases.
Servicio Asociado
14
Perspectivas de futuro
Concluimos que para el futuro la movilidad mediante motor eléctrico aumentará. Esto conlleva conse-
cuencias directas para el mercado automovilístico.
Que este avance se aproxima, lo demuestran los productores de energía, que desplazan la movilidad
eléctrica en dirección al mercado de masas y amplían generosamente las infraestructuras de estaciones
de carga necesarias respectivamente. Con ello los vehículos híbridos ganan importancia tanto para parti-
culares como en el alquiler de turismos: por ejemplo la empresa de alquiler de coche SIXT, en colabora-
ción con RWE, ofrecen coches eléctricos para alquilar en las grandes ciudades.
Pero esto no solo avanza en el sector de los turismos: por ejemplo el consorcio PSA desarrolla, en cola-
boración con Mitsubishi, vehículos eléctricos para el sector de los vehículos utilitarios.
En conjunto se calcula que hasta el 2020 habrá un fuerte aumento de permisos de circulación para vehí-
culos con accionamiento híbrido o eléctrico. Estos vehículos dispondrán en gran parte de las piezas de
recambio del mercado de posventa (IAM) y los repararán talleres especializados independientes.
Behr Hella Service, como uno de los proveedores líderes de piezas de recambios del Termocontrol, ha
incorporado por ello las primeras piezas de recambio para vehículos híbridos en su catálogo de suminis-
tros.
Un criterio importante para utilizar y usar vehículos híbridos y eléctricos es el radio de alcance. Este
puede aumentarse notablemente utilizando un Range Extender. Con este componente se generará la
corriente eléctrica necesaria para el funcionamiento mediante un motor de combustión interna.
No obstante, la efi ciencia y el radio de alcance de un vehículo no solamente puede verse infl uido de
forma decisiva por componentes adicionales, sino también la capacidad de la batería y la efi ciencia de
todos los consumidores eléctricos, incluido el sistema de climatización. Por ello, la efi ciencia del sistema
de climatización se seguirá optimizando en el futuro, para que así el radio de alcance del vehículo aumen-
te de forma sucesiva.
Solamente con la perfecta combinación de todos los componentes dentro del vehículo, que posee un
accionamiento eléctrico total o parcialmente, se puede conseguir una demanda sostenible de este tipo
de movilidad.
Anotaciones
Servicio Asociado
© H
ella
KG
aA
Hu
ec
k &
Co
., L
ipp
sta
dt
9
Z2
99
9.4
30
-49
3
SC
H/0
2.1
1/0
.25
Pri
nte
d in
Ge
rma
ny
Servicio Asociado
HELLA S.A.
Avda. de los Artesanos, 24
28760 Tres Cantos (Madrid)
Tel.: 91 806 19 00
Fax: 91 803 81 30
Internet: www.hella.es
Delegación Canarias:
C/ Las Adelfas, parcela 168 bis
Poligono Industrial de Arinaga
35118 Agüimes (Las Palmas G. C.)
Tel.: 928 18 80 64
Fax: 928 18 82 30
Delegación Levante
Avda. Tres Forques, 116
46014 Valencia
Tel.: 96 350 15 43
Fax: 96 359 31 50
Delegación Sur
Edificio Arena 2
Avda. de la Innovación, s/n
41020 Sevilla
Tel.: 95 452 05 77
Fax: 95 452 08 37
Delegación Cataluña
Pso. San Juan, 80
08009 Barcelona
Tel.: 93 474 55 63
Fax: 93 474 56 18
Delegación Noroeste
Vía Pasteur 45 A
Pol. Tambre
Santiago de Compostela
15706 La Coruña
Tel.: 981 574483
Fax: 981 577018
