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Vehículos híbridos

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Lexus RX 400h (Híbrido 4WD)

El sistema híbrido del Lexus RX 400h consta de un motor de gasolina, dos motores eléctricos, un generador, un conjunto de engranajes, una batería de alto voltaje y una unidad electrónica que controla todo el sistema.

Este vehículo combina un motor térmico de 3.3 V6 con dos motores eléctricos, uno delantero y otro en el eje trasero (4 WD). El sistema “Lexus Hybrid Drive” se complementa con un generador, unidad de control y baterías especiales. El motor de gasolina da 211 CV y 288 Nm a 4.400 rpm, los eléctricos 165 CV y 67 CV, como máximo entregan a la vez 272 CV (norma DIN). No hay conexión entre ejes, el eje trasero se mueve sólo con motor eléctrico.
El motor eléctrico delantero es un motor síncrono de corriente alterna de imanes permanentes con disposición en V (de este modo se eliminan las escobillas, que es un elemento de desgaste) con refrigeración agua/aceite. Se alimenta con 650 V (en el Prius 500 V). Da 165 CV a 4.500 rpm y un par máximo de 333 Nm constante entre 0 y 1.500 rpm. Tiene una velocidad máxima de giro de 12.400 rpm.
El trasero, alimentado también con 650 V, produce 68 CV entre 4.610 y 5.120 rpm y da 130 Nm de forma constante de 0 hasta 610 rpm. La velocidad máxima de giro es 10.752 rpm. El acoplamiento entre el motor y las ruedas traseras se hace a través de unos engranajes que reducen la velocidad (relación 6,8591 a 1).

 

 

La unidad electrónica que controla el sistema (figura inferior) consta de un amplificador de tensión, un reductor de tensión y un rectificador de corriente y pesa 32 kg. La tensión de la batería (288 V) es aumentada hasta 650 V para alimentar a los motores eléctricos. Con una tensión elevada se disminuye las pérdidas de potencia, puesto que la intensidad de corriente es menor: la potencia es el producto de la tensión por la intensidad; para una potencia dada, si se aumenta la tensión, disminuye la intensidad. Como las pérdidas son proporcionales al cuadrado de la intensidad, estás también disminuyen.
Hay un rectificador de corriente que transforma el suministro de corriente continua de 650 V, proveniente del amplificador anterior, a corriente alterna, que es como trabajan los motores y el generador.
También se reduce la tensión de 288 a 12 V para alimentar la batería convencional de 12 V, a la que van conectados el resto de dispositivos eléctricos del coche, que funcionan a esa tensión. Esta batería se encuentra localizada en el vano motor.

La batería de níquel e hidruro metálico (NiMH) fabricada por Panasonic, pesa 69 kg. Está dividida en tres bloques (para ubicarla bajo el asiento trasero sin quitarle espacio), dos de 12 módulos y uno de 6 (total: 30). Cada módulo (9,6 V) cuenta con 8 células de 1,2 V. Como hay un total de 240 células, y están conectadas en serie, la tensión suministrada por esta batería es 288 V. Está aislada por una cubierta metálica que hace de escudo frente a los campos magnéticos y permite una mejor refrigeración que una de plástico. La refrigeración se efectúa mediante un flujo de aire (forzado por unos ventiladores muy silenciosos) a través de unas rejillas de ventilación que hay bajo la parte delantera de la banqueta. La batería se desconecta si algún sensor de airbag se activa.

La batería HV alimenta a los siguientes componentes:

Nota: cuando las aceleraciones son muy fuertes y puede haber pérdidas de tracción entra en funcionamiento también el motor eléctrico trasero, momento éste último en el que traccionan las cuatro ruedas. Es decir, sin que el conductor tenga que seleccionar nada manualmente, este coche puede “andar” con uno, dos o tres motores; y con tracción delantera o total.
Los dos motores eléctricos se convierten en generadores al frenar o cuando se levanta el pie del acelerador. De este modo, además de recuperar la energía cinética y transformarla en eléctrica (cargando la batería), se consigue mayor capacidad de retención del vehículo.

 

Funcionamiento

  1. Arranque: el vehículo empieza a moverse con el motor eléctrico delantero.
  2. Normal: el vehículo va aumentando de velocidad, arranca el motor térmico haciendo el trabajo de mover el vehículo y cargar la batería.
  3. Aceleración: en aceleraciones fuertes funcionan el motor térmico y el eléctrico delantero.
  4. Deceleración: en esta fase los dos motores eléctricos recuperan energía para recargar la batería.
  5. Detención: el motor térmico se detiene para no gastar combustible.


Transmisión

El RX 400h puede moverse, en función de la situación, con el motor eléctrico delantero únicamente, con éste y con el motor térmico, o con los tres motores a la vez. Todas estas posibilidades, gestionadas automáticamente sin intervención del conductor, se basan en la utilización de un sistema de engranajes planetarios.
El Lexus utiliza dos grupos de engranajes planetarios en vez de uno que utiliza el Toyota Prius en su transmisión .
Esto es así porque el par de un motor eléctrico es proporcional a su tamaño y, como éste tiene que ser pequeño para caber en el vano del motor, no puede dar mucho par. Para conseguir una potencia elevada han utilizado un motor que gira muy rápidamente y para aumentar el par han optado por utilizar unos engranajes reductores de velocidad (puesto que el par aumenta de forma inversa a la velocidad). Ese grupo de engranajes adicional tiene una relación de dientes entre el planeta y la corona de 1 a 2,478.

El motor trasero funciona de forma independiente y se activa cuando el dispositivo que controla la tracción lo considera necesario: cuando hay pérdidas de tracción, en aceleraciones fuertes o cuando el control de estabilidad lo requiere para mantener la trayectoria.

 

Circuito de alto voltaje
Existe un dispositivo de seguridad que desconecta la batería HV al circuito de alto voltaje cuando el vehículo esta desconectado. Se utiliza unos réles de 12 V gobernados por la unidad de control híbrida (THS II ECU).
El dispositivo de seguridad desconecta también la batería HV del circuito de alto voltaje cuando existe una colisión y se activa el SRS o lo detecta el sensor de colisión trasero.

 

 

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