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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
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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