Toyota Prius

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Vehículos híbridos:

acoplamiento sinérgico de motor térmico y eléctrico
Jorge Urdiales Roberto Limón Departamento Técnico TO OT! "#$!%! #&L&U
Segundas Jornadas sobre la energía: La energía asociada al transporte

Vehículos híbridos
'ndice de contenidos
I. Descripción de un vehículo híbrido. Tipos. II. ¿Por qué un híbrido? III. Descripción técnica de los principales componentes
o o o o o Motor Transmisión Batería de alto volta e Inversor !istema de "renos

I#. $uncionamiento de un híbrido.
o $uncionamiento del sistema

2

16:33

Vehículos híbridos
TO OT! $rius ())* +,V-.)/
 %l híbrido mas vendido del mundo  &puesta de To'ota desde ())* con (+* millones de unidades vendidas por To'ota ' ,e-us en el mundo+ ).// en %spa0a  1eciente lan2amiento de la tercera 3eneración

3

16:33

'& Descripción de un 2ehículo híbrido3 tipos
Vehículo híbrido:
"s a0uel 0ue dispone al menos de dos 1uentes de energía&

4

16:33

'& Descripción de un 2ehículo híbrido3 tipos
$uede 1uncionar como un 2ehículo "léctrico 6otor eléctrico ayuda al térmico en aceleraciones $oseen 1reno regenerati2o $arada del motor en sem71oros
#top 4 go 5íbrido medio 5íbrido puro

5

16:33

'& Descripción de un 2ehículo híbrido3 tipos
Vehículo híbrido $aralelo:
4Ambos convertidores de energía impulsan al vehículo pero la unidad secundaria s lo colabora en momentos puntuales!

6

16:33

'& Descripción de un 2ehículo híbrido3 tipos
Vehículo híbrido #erie:
4La unidad primaria de generaci n de energía alimenta a la unidad secundaria #ue es la #ue impulsa al vehículo! 4$l motor t%rmico nunca mueve el vehículo directamente!

"

16:33

'& Descripción de un 2ehículo híbrido3 tipos
Vehículo híbrido #erie8$aralelo:
4Ambas unidades de energía pueden impulsar el vehículo utili'(ndose en cada situaci n la mas adecuada! 4La unidad primaria se puede emplear en la alimentaci n de la secundaria siendo %sta la #ue impulsa el vehículo

&

16:33

''& 9$or 0ué un 2ehículo híbrido:

)

16:33

''& 9$or qué un vehículo híbrido:
Limitación en las emisiones contaminantes
4 4 *ormas $uro +, +-!! #ue limitan especialmente a los modelos Diesel Actualmente es un importante argumento comercial

1. 16:33

''& 9$or 0ué un 2ehículo híbrido:
'ncremento en el precio de los combustibles
4 4 -ncertidumbre sobre la cantidad de reservas! -ncremento del consumo

11 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes.

Batería alto voltaje (HV) (otor térmico )*+,-./

!ableado alto voltaje $ransmisión híbrida %&'
12 16:33

!" (sistema de control de potencia # Inversor)

III. Descripción técnica de los principales componentes. (otor
6otor térmico
4 /otor de encendido provocado, 1,& l 4 $levada relaci n de compresi n 4 0iclo At1inson

13 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. (otor
6otor dise;ado para 1uncionar integrado en sistema híbrido

4 *o es necesaria una elevada potencia a altas ni ba2as revoluciones 4 0on3iguraci n 4 3uncionamiento para ma5imi'ar rendimiento

14 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. (otor
"mpleo del ciclo !t<inson
4 Aumento de relaci n de compresi n, 13:1, me2ora el rendimiento limitado por el picado en compresi n 4 /a4or carrera de e5pansi n 4 menor de compresi n retrasando el cierre de v(lvulas de admisi n 6re3lu2o7 4 8egulaci n de la carga en parte mediante el re3lu2o, mariposa de admisi n normalmente mas abierta de lo convencional a carga parcial

15 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. (otor
"mpleo del ciclo !t<inson3 distribución 2ariable
4 6argen de =>? en el cierre de las 27l2ulas de admisión

16 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. (otor

1" 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. (otor
$rimer motor sin correa de accesorios
4 9omba agua 4 0ompresor aire acondicionado el%ctricos 4 :irecci n asistida el%ctrica, sin alternador ni motor de arran#ue

'ntercambiador de calor en el escape
4 /enor tiempo de calentamiento, me2orando cale3acci n 4 emisiones

1& 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
Transmisión híbrida $=>)
0ombina la energía de las dos unidades de energía: motores t%rmico 4 el%ctricos <renes epicicloidales:
/;2 = <ren epiciclodal de reparto de potencia 6parte derecha7 = <ren epicicloidal de reducci n de la velocidad del motor 6parte i'#uierda7 Amortiguador $ngrana2e transmisor 3inal $ngrana2e impulsado intermedio
1) 16:33

9omba de aceite 6mec(nica7

/;1 $ngrana2e impulsado 3inal <ren de engrana2es di3erencial

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
!coplamiento al motor de combustión

2. 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
6otores generadores& 6@> y 6@(
5 Motores tri"6sicos de im6n permanente sin escobillas0
     8 8 8 8 &lta e"iciencia 7ompacidad $6cil re"ri3eración Ba o mantenimiento ' elevada "iabilidad Ba a sonoridad &lto coste Posibilidad de desma3neti2ación ,imitado par entre3ado a alta velocidad 1ies3o de averías en inversor

5

#olta e nominal 9./#

21 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
@enerador 6@>
5 5 5 5 Ma'or vocación de 3enerador+ car3a la batería híbrida &ct:a como motor de arranque del motor de combustión Proporciona relación de transmisión continuamente variable 1e"ri3eración líquida

6otor 6@(
5 5 5 5 Ma'or vocación de motor+ 3enera propulsión;
o Potencia m6-ima 9/ <=+>? 7#. Par m6-imo ?/* @m o M6-imo ré3imen (A./// rpm

&coplado un reductor que eleva su par a .B9 @m+ relación de transmisión ?+9B &ct:a como 3enerador en reducciones ' "renadas 1e"ri3eración por aire

22 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
AonBunto de trenes epicicloidales
5 5 %lemento que combina la ener3ía 3enerada por el motor térmico ' los eléctricos Tren de reducción de velocidad de MC? o 1educe la elevada velocidad de MC? aumentando su par. 1elación de transmisión ?+9B Tren de reparto de potencia o Dni"ica los es"uer2os de los tres motores

5

o %n3rana e sol; MC( o Porta satélites; Motor de combustión. o 7orona e-terior; MC?

23 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
AonBunto de trenes epicicloidales
/otor <ren epicicloidal de <renes reparto de epicicloidale potencia <ren epicicloidal de s reducci n de la velocidad de salida de /;2 9omba de aceite

Amortiguado /;1 r de torsion

/;2

di3erencial
24 16:33

$ngrana2e intermedio

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
Dispositi2o de reparto de potencia = Sol: /;1 = >ortasat%lites: /otor = 0orona: 6hacia las ruedas7
6@>

Dispositi2o de reducción de 2elocidad del motor = Sol: /;2 = >ortasat%lites: ?i2o = 0orona: 6hacia las ruedas7
6@(

6otor térmico

25 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
AonBunto de trenes epicicloidales& LeCus L#D))h y @#=E)h
5 5 5 !e a0ade un tren epicicloidal con dos "renos que 3enera dos velocidades de reducción para el 3iro de MC? ,o; "reno B? activado. 1educción A+) Ei; "reno B( activado. 1educción (+) 91 /;1 /;2 92 <o >ropelle r Sha3t

$ngine 2@speed 8eduction >lanetar4 ;ear Anit

26 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
AonBunto de trenes epicicloidales& LeCus L#D))h y @#=E)h
5 %, cambio de ,o a Ei se produce entre 9/ ' )/ <mFh
<or#ue 6/otor Si'e7 < ma5!

Lo ;ear 63or high tor#ue7 Bi ;ear 63or high speed7

.
2" 16:33

+ehicle Speed + ma5!

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
AonBunto de trenes epicicloidales& LeCus L#D))h y @#=E)h

2& 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. $ransmisión
RF=E)5
4 MC1

2) 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
AonBunto batería híbrida de alto 2oltaBe
Dnidad de batería E# 4 Módulo de batería G77 ?/(+9 #H 4 Bloque de empalmes 4 Dnidad de batería inteli3ente

3. 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
AonBunto batería híbrida de alto 2oltaBe
$ntrada de aire 6Lado derecho del asiento trasero7 9atería B+ 0onducto de entrada de aire

+entilador de en3riamiento de la batería B+ Aonector de ser2icio
31 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
AonBunto batería híbrida de alto 2oltaBe
4 @iME o Polo positivo; Eidró-ido de níquel G@iGIEH2H o Polo ne3ativo J &leación met6lica capa2 de almacenar E GMH o %lectrolito J Eidró-ido de potasio G<IEH Dispuesta sobre el e e trasero para menor ries3o de de"ormación por impacto Dispuesta sobre el e e trasero para menor ries3o de de"ormación por impacto %lectrolito en 3el para minimi2ar ries3os de "u3as 7arcasas met6licas para ma'or protección

4 4 4 4

32 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
AonBunto batería híbrida de alto 2oltaBe

33 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
Gatería híbrida de alto 2oltaBe3 2arios modelos

34 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
Gatería híbrida de alto 2oltaBe3 Hi65

35 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
AonBunto batería híbrida de alto 2oltaBe
9atería B+ 6/ dulos de batería7 Sensores de temperatura de la batería B+ 6para m dulos de batería7 Anidad de batería inteligente +entilador de en3riamiento de la batería B+ 6sin escobillas7

8el%s S/8 4 Sensores de sensor de temperatura de la corriente batería B+ 6para el aire 0onector de de entrada7 servicio
36 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
AonBunto batería híbrida de alto 2oltaBe

Anidad de batería inteligente

S/8;

S/89

$0A >CD$8 /A*A;$/$*< Gatería Sensor de 5V S/89 corriente <ap n de servicio

/ dulos de la batería

S/8> 8esist or

S/8;

Sensor de corriente de la batería B+

S/8>

8esistor de precarga

3" 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
AonBunto batería híbrida de alto 2oltaBe
0onducto de entrada de aire +entilador de en3riamiento de la batería B+ 0onducto de escape de aire

9atería B+

?lu2o de aire re3rigerante ESensor de temperatura de la batería B+F : para el aire : para el m dulo
de la batería de entrada

3& 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
AonBunto batería híbrida de alto 2oltaBe& #OA

#OA 6State o3 0harge7 G 0harging 8ate

3) 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Batería HV
Aables de alta tensión

4. 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Inversor
AonBunto del in2ersor
0able de alto volta2e para la batería B+ 0able de alto volta2e para el /;1 0able de alto volta2e para el /;2

41 16:33

0able de alto volta2e para el compresor

III. Descripción técnica de los principales componentes. Inversor
AonBunto del in2ersor
Gatería 5V +AA ()>3D V/ / dulos batería S/8

AonBunto in2ersor
9ooster 600 2.1,6 + ⇔ 00 65. + Em(5!F7 0onversor 00H00 E9atería au5iliarF 600 2.1,6 + ⇒ 00 14 +7 -nversor 600 ⇔ 0A7 /;2 /;1

TranseBe /;2 /;1

00 2.1,6 + 0ompresor AH0

9atería Au5iliar

42 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. Inversor
AonBunto del in2ersor& Re1rigeración
8adiador B+ 6para el inversor7 0on2unto inversor :ep sito de reserva del radiador B+ 9omba de agua B+ con motor <ransmisi n 6/;17 8adiador B+ 9omba de agua B+ con motor 0on2unto inversor :ep sito de reserva del radiador B+

43 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. -renos
Aontrol cooperati2o de 1renado regenerati2o
?uer'a de 3renada
?uer'a de 3renada hidr(ulica ?uer'a de 3renada regenerativ a
<iempo
44 16:33

5 1eparto del es"uer2o de "renada entre el sistema hidr6ulico ' el re3enerativo 8e#uerimiento del conductor

III. Descripción técnica de los principales componentes. -renos
Distribución de componentes
5 1eparto del es"uer2o de "renada entre el sistema hidr6ulico ' el re3enerativo
:ep sito del cilindro maestro del 3reno

0on2unto bomba del re3or'ador del 3reno
45 16:33

8e3or'ador del 3reno con cilindro maestro = Actuador del 3reno 9lo#ue de rel%s del compartimento del motor nI1

III. Descripción técnica de los principales componentes. -renos
AonBunto de actuador de 1reno3 simulador de carrera
5 Proporciona un tacto similar al de un "reno convencional I#ección del simulador de carreraJ
>ist n Japata

Simulador de carrera
46 1.H.5H.) 46 16:33

:ep sito del cilindro maestro del 3reno

Servo3reno hidr(ulico del 3reno

III. Descripción técnica de los principales componentes. -renos
AonBunto de actuador de 1reno3 cuerpo de 27l2ulas
5 1eparto la presión de líquido se3:n modo de "uncionamiento
Servo3reno con cilindro maestro

Actuador del 3reno
4" 16:33

!ctuador del 1reno = $0A de control del derrape = 2 v(lvulas solenoides lineales = 4 v(lvulas solenoides de conmutaci n = & v(lvulas solenoides de control = Sensor de la presi n del regulador = Sensor de presi n del cilindro = Sensor de la presi n del acumulador

III. Descripción técnica de los principales componentes. -renos
AonBunto de actuador de 1reno3 ser2o1reno
5 !ervo"reno hidr6ulico. Cenera asistencia de "reno mediante la presión almacenada en el acumulador en caso de emer3encia

I#ección del ser2o1reno hidr7ulicoJ

Servo3reno hidr(ulico

III. Descripción técnica de los principales componentes. -renos
AonBunto de la bomba del ser2o1reno
$st( 3ormado por la bomba, su motor, el acumulador, la v(lvula de seguridad 4 el sensor de presi n del acumulador, genera 4 almacena presi n hidr(ulica
Acumulado r

/otor de la bomba

I#ección del acumuladorJ
Acumulado r *itr gen o gaseoso ?uelle Lí#uid o de 3renos

$2e de levas 9omba /otor de la bomba

1.H.5H.) 4) 16:33

III. Descripción técnica de los principales componentes. -renosAcumulado
Aircuito
:ep sito del cilindro hidr7ulico maestro del 3reno 9ot n de aviso del nivel del lí#uido de 3renos Simulado r de carrera Actuador del 3reno r /otor de la bomb a 8e3or'ador hidr(ulico del 3reno

Sensor de la presi n del acumulador Sensor de la presi n del regulador Sensor de presi n de las ruedas +(lvula solenoide lineal +(lvula solenoide de conmutaci n +(lvula solenoide de mantenimiento de la presi n +(lvula solenoide de reducci n de la presi n
5. 16:33

?8 LB

?8 8B

88 LB

88 8B

IV. -uncionamiento de un híbrido
Kuncionamiento del sistema&
5 5 5 ,os motores eléctricos pueden permanecer bloqueados o 3irar en ambos sentidos ' en un amplio ran3o de velocidades. %l motor térmico puede permanecer parado o 3irar desde 9./ rpm hasta apro-imadamente ..// rpm %mpleo de nomo3ramas simpli"icados+ sin tren de reducción de MC?

51 16:33

IV. -uncionamiento de un híbrido
Kuncionamiento del sistema& !rran0ue
5 5 Modo %# !ólo MC? impulsa el vehículo

52 16:33

IV. -uncionamiento de un híbrido
Kuncionamiento del sistema& !rran0ue
5 5 MC( impulsa el motor de combustión para su arranque MC? permanece clavado

53 16:33

IV. -uncionamiento de un híbrido
Kuncionamiento del sistema& Aonducción
5 5 MC? colabora con el motor térmico en la impulsión MC( act:a como 3enerador alimentando MC? ' re3ulando la relación de transmisión

54 16:33

IV. -uncionamiento de un híbrido
Kuncionamiento del sistema& Aonducción #OA +estado de carga de la batería / baBo
5 5 5 Motor térmico 3enera un e-ceso de ener3ía MC( act:a como 3enerador car3ando la batería MC? colabora con el motor térmico en la impulsión

55 16:33

IV. -uncionamiento de un híbrido
Kuncionamiento del sistema& !celeración o subida de pendientes
5 5 5 Motor térmico ' MC? impulsan el vehículo MC( act:a como 3enerador alimentando a MC? MC? es alimentado por MC( ' por la batería

56 16:33

IV. -uncionamiento de un híbrido
Kuncionamiento del sistema& Deceleración o 1renado&
5 5 5 Motor térmico parado si ran3o D para re3enerar la m6-ima ener3ía posible. !i ran3o B motor 3ira para dar "reno motor MC( controla la reducción MC? act:a como 3enerador car3ando la batería

5" 16:33

IV. -uncionamiento de un híbrido
Kuncionamiento del sistema& 6archa atr7s
5 MC? act:a impulsa el vehículo si el !I7 ' temperatura de motor son adecuadas

5& 16:33

IV. -uncionamiento de un híbrido
Kuncionamiento del sistema& 6archa atr7s
5 5 Motor de combustión se pone en marcha para aumentar su temperatura 'Fo car3ar la batería MC? impulsa el vehículo

5) 16:33

IV. -uncionamiento de un híbrido
Kuncionamiento del sistema& $arada
5 Motor de combustión se pone en marcha solo si es necesario para aumentar su temperatura 'Fo car3ar la batería

6. 16:33

IV. -uncionamiento de un híbrido
6odo de conducción "V +electric 2ehicle/
4 $n el modo $+, el vehículo s lo utili'a el motor el%ctrico 4 $sta modalidad se puede utili'ar cuando se cumplen todas las condiciones en la siguiente tabla

61 16:33

Than< you

16:33

62

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