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