Los Audi A5 y Q5 ofrecen la tecnología MHEV plus con un generador de propulsión (PTG) como motor eléctrico que garantiza una eficiencia aún mayor en conducción parcialmente eléctrica
Con las nuevas series A5 y Q5 construidas sobre la plataforma Premium Combustion (PPC), Audi ha lanzado sus primeros motores de combustión con la nueva tecnología MHEV plus. Con su interacción única entre el generador del tren motriz (PTG), el arrancador del alternador por correa (BAS) y una batería de fosfato de hierro y litio, el sistema híbrido suave de 48 voltios respalda el motor de combustión, reduce las emisiones de carbono y, simultáneamente, aumenta el rendimiento y la agilidad. El PTG, que puede acoplarse o desacoplarse completamente, cuenta con una electrónica de potencia integrada y un motor eléctrico que permite una conducción parcialmente eléctrica. Esto reduce el consumo y hace que la experiencia de conducción sea aún más suave.
"Con la nueva tecnología MHEV plus, estamos impulsando la electrificación de nuestros nuevos vehículos con motor de combustión basados en la plataforma Premium Combustion que se adapta a las necesidades de nuestros clientes", afirma Geoffrey Bouquot, miembro del Consejo de Administración para el Desarrollo Técnico. en AUDI AG. "Esto fortalecerá nuestra cartera de productos de modelos totalmente eléctricos, híbridos enchufables y vehículos con motores de combustión eficientes". MHEV plus ofrece funciones atractivas como conducción parcialmente eléctrica, propulsión eléctrica y un aumento significativo de la eficiencia y el confort. El sistema híbrido suave de los nuevos Audi A5 y Q5 consta de tres componentes principales: el nuevo generador (PTG) de diseño compacto con electrónica de potencia integrada y motor síncrono de excitación permanente (PSM), una batería de 48 voltios y el alternador de correa. arrancador (BAS). Los componentes del sistema de 48 voltios están refrigerados por líquido para lograr condiciones de funcionamiento óptimas. La arquitectura del sistema MHEV plus se puede integrar en varios modelos con transmisión delantera y quattro basados en la plataforma Premium Combustion (PPC). La refrigeración líquida de la electrónica de potencia y del motor eléctrico, adaptada a cada situación, permite que los componentes funcionen en condiciones operativas óptimas para satisfacer las demandas de potencia y par en todos los estados operativos. La nueva tecnología MHEV plus permite estados de funcionamiento puramente eléctricos y también puede apoyar al motor de combustión. De este modo, el sistema aumenta el rendimiento y la agilidad, al tiempo que reduce el consumo de combustible y las emisiones de CO2.
Por ejemplo, en el A5 2.0 TDI (150 kW delantero/quattro) (consumo combinado de combustible en l/100 km: 5,7–4,8; emisiones combinadas de CO2 en g/km: 150–125; clase de CO2: E–D), se pueden ahorrar hasta 10 g/km o 0,38 l/100 km, y en un 3.0 TFSI con motor V6 (270 kW quattro) (consumo de combustible combinado en l/100 km: 8, 0–7,4; consumo de combustible combinado; 182–169 (g/km) emisiones combinadas de CO2; clase de CO2: G–F), hasta 17 g/km o Es posible un ahorro de 0,74 l/100 km (según WLTP).
Generador de tren motriz como un potente módulo de accionamiento adicional
Otra gran ventaja es que el sistema MHEV plus mejora las prestaciones y el confort de conducción. El módulo de accionamiento eléctrico compacto pero potente del nuevo sistema MHEV plus es el generador del tren motriz (PTG). Este componente también representa la mayor diferencia con la tecnología MHEV ofrecida anteriormente por Audi, que funciona exclusivamente con un arranque por alternador por correa. El PTG, que se instala en una unidad compacta con electrónica de potencia integrada directamente en el eje de salida de la transmisión, puede aportar hasta 18 kW (24 CV) de potencia eléctrica al accionamiento. El módulo permite un par máximo de 230 Nm en la salida de la transmisión, que ya está disponible como par motriz cuando se arranca el vehículo. La transmisión compacta del PTG funciona con una relación de 3,6:1. MHEV plus utiliza el PTG hasta una velocidad máxima de 140 km/h para lograr la máxima eficiencia. A velocidades más altas del vehículo, el PTG se desconecta de la transmisión mediante un embrague de garras integrado.
El PTG pesa alrededor de 21 kilogramos y permite un máximo de 5.550 revoluciones por minuto en el eje de salida. Según el vehículo y la variante de conducción, esto corresponde a una velocidad de 130 a 140 km/h.
Con modificaciones mínimas a las piezas y componentes circundantes, el espacio requerido se creó para integrar un motor eléctrico en la salida de transmisión dentro de los límites del túnel del vehículo existentes. El posicionamiento directamente detrás de la caja de cambios ofrece varias ventajas: los 18 kW de potencia de accionamiento o hasta 25 kW de potencia del frenado regenerativo suministrado por el PTG están disponibles directamente en la salida del eje sin pérdidas más. Gracias a esta configuración, el PTG se puede usar en vehículos de tracción delantera y tracción total sin modificaciones y de manera modular.
Para cumplir con los requisitos de alta comodidad del sistema, se debe garantizar el control preciso del par, la corriente y la velocidad del motor eléctrico. El rango de temperatura de funcionamiento se extiende de menos 40 a más 75 grados Celsius. Una chaqueta de agua rodea el motor eléctrico y también enfría la electrónica de potencia compacta y altamente integrada en el circuito de refrigerante común, que se monta directamente en el motor eléctrico para ahorrar espacio. Los módulos de potencia de alto rendimiento están dispuestos alrededor del disipador de calor dentro de la electrónica de alimentación. Los condensadores de circuito intermedio están rodeados por el disipador de calor de una manera que ahorra espacio y térmicamente óptimo.
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| Los Audi A5 y Q5 ofrecen la tecnología MHEV plus |
Desarrollo centrado en los requisitos del cliente
Audi desarrolló la tecnología MHEV Plus con la vista establecida en los requisitos anticipados del cliente. Las transmisiones convencionales disponibles con parada de arranque de primera generación o hibridación leve se basan en componentes clave de eficiencia, como la parada del motor cuando el vehículo está en una tinción, cata, rueda libre con el motor apagado y recuperación de energía de 12 voltios o 48 voltios. Las principales ventajas del mayor grado de electrificación con la nueva tecnología incluyen la conveniencia adicional de la operación de inicio, la costa libre de emisiones, la recuperación de energía, la conducción parcialmente eléctrica, por ejemplo para estacionamiento eléctrico y maniobras, y un mayor rendimiento gracias a la electricidad Soporte del motor de combustión.
Esto permite que el vehículo se conduzca puramente eléctricamente, dejando el motor de combustión apagado por más tiempo, por ejemplo, cuando conduce lentamente en la ciudad, o cuando el tráfico se mueve lentamente en carreteras fuera de la ciudad, o al acercarse a la siguiente ciudad. Además, la respuesta de inicio del vehículo mejora significativamente y es más espontánea porque el PTG ofrece un par de transmisión de hasta 230 nm, incluso a bajas velocidades. Esto da como resultado una capacidad de respuesta notablemente mejor, lo que se traduce en una ganancia claramente reconocible en la agilidad, especialmente durante los primeros metros cuando se apaga.
A velocidades entre 0 y un máximo de 140 km/h, el PTG puede soportar el motor de combustión. Esto significa que MHEV Plus ofrece una salida eléctrica adicional de hasta 18 kW, lo que permite que el motor de combustión funcione de la manera más eficiente posible. En este rango de velocidad, el PTG puede recuperarse hasta 25 kW de energía a través del frenado regenerativo hasta poco antes de que el vehículo se detenga. El sistema integrado de control de frenos con capacidad de mezcla garantiza un frenado sin presión y un frenado regenerativo óptimo, generalmente sin usar los frenos de fricción. Gracias al compresor de aire acondicionado eléctrico, Mhev Plus también permite el funcionamiento continuo del sistema de aire acondicionado incluso cuando el motor de combustión se apaga, como cuando se espera a una luz roja.
BAS, batería de iones de litio e IBR: una combinación ideal
Como parte de la tecnología MHEV plus, el arrancador de alternador por correa (BAS) tiene la tarea de arrancar el motor y suministrar energía eléctrica a la batería. La transmisión por correa tiene ventajas acústicas sobre un arrancador de piñón y consigue una mayor velocidad de arranque del motor de combustión. Esto se traduce en un mejor consumo y un mayor confort de arranque. El arrancador por correa del alternador también puede recuperar la energía del motor cuando está apagado y coloca los cilindros en la posición óptima para volver a arrancar.
La batería de iones de litio hecha con fosfato de hierro de litio (LFP) tiene una capacidad de almacenamiento de 37 horas de amperios, que corresponde a poco menos de 1.7 kWh (bruto). Su potencia de descarga máxima es de 24 kW. Debido a los requisitos de disponibilidad, energía y par, la batería se integra en un circuito de refrigeración por agua de baja temperatura que garantiza condiciones óptimas en el rango de 25 a 60 grados Celsius. Esta es la primera vez que Audi utiliza una batería LFP para sus sistemas híbridos suaves.
El sistema integrado de control de frenos (IBRS) juega un papel importante en la recuperación de energía. En modelos con tecnología MHEV Plus, IBRS garantiza el frenado sin presión y logra la desaceleración necesaria a través del frenado regenerativo sin el uso del freno de rueda mecánica. Los frenos mecánicos solo se aplican cuando el pedal del freno está deprimido con más fuerza. Esto no tiene ningún efecto en la sensación de frenado.
Estrategia operativa Sofisticada MHEV Plus
En un sistema híbrido, la regla general es que una batería cargada del 50 al 60 por ciento funciona de manera más eficiente, ya que puede entregar altas corrientes al motor eléctrico y almacenar corrientes de carga altas durante la recuperación de energía. El enfoque del sistema híbrido no está en el rango eléctrico, sino en descargar y recargar la batería en ciclos rápidos. Esto permite que se recupere la mayor cantidad de energía y se reutilice rápidamente de manera eficiente para la unidad.
Con la tecnología MHEV Plus, un software de control evalúa el estado operativo del vehículo para la interacción óptima entre el motor de combustión, PTG y BAS. Los valores característicos para el uso óptimo de los dos motores eléctricos y los niveles deseados de torque para la propulsión o recuperación de energía se almacenan para este propósito. El estado de carga de la batería también se tiene en cuenta. El objetivo es la operación estable, y el sistema de control logra diferentes resultados dependiendo de la situación. Esto se debe a que la estrategia operativa de las unidades eléctricas adicionales está optimizada para cada motor de combustión. El resultado es el consumo más bajo posible sin comprometer la dinámica de conducción.
La estrategia operativa tiene en cuenta el modo de transmisión seleccionado y la modulación del pedal del acelerador. Por ejemplo, en el modo de conducción D, la potencia eléctrica adicional completa del máximo de 18 kW solo es aplicada por el generador del tren motriz que comienza en aproximadamente el 80 por ciento del pedal o el retiro del acelerador. En el modo de conducción S, los 18 kW de potencia adicional ya están disponibles en valores de pedal del acelerador más bajos. En D, el PTG se puede desacoplar a partir de 85 km/h para evitar pérdidas eléctricas en el motor eléctrico del PTG cuando se conduce a una velocidad constante con el motor de combustión en carreteras y carreteras fuera de los límites de la ciudad. En S, sin embargo, el PTG permanece acoplado a su velocidad máxima permitida del motor de 5.550 rpm para permitir la capacidad de respuesta espontánea en cualquier momento.
Con respecto a los modos de conducción D y S, la estrategia operativa se diferencia particularmente cuando se trata del SOC objetivo (estado de carga) de la batería de 48 voltios. En D, un SOC promedio de 50 a 55 por ciento proporciona el equilibrio óptimo para tener suficiente energía disponible para el soporte eléctrico del motor de combustión hasta la conducción parcialmente eléctrica. Este SOC también es suficiente para almacenar los altos volúmenes de energía recuperada que provienen de fases de frenado suaves y más largas en los semáforos o al ingresar a las ciudades. En S, un SOC objetivo más alto de alrededor del 70 por ciento garantiza una mayor cantidad de energía disponible para el soporte eléctrico del motor de combustión para una conducción más deportiva. Como era de esperar, la conducción deportiva implica fases de frenado más cortas e intensas, lo que significa que hay menos energía para recuperarse.
El uso del generador de tren motriz también ofrece ventajas en términos de dinámica de conducción, ya que el torque adicional e inmediato disponible significa que el vehículo puede reaccionar más espontáneamente para cargar cambios y acelerar más agilamente de las esquinas. El tipo de cambio de carga también se modula de manera diferente en los modos D y S para permitir un manejo más cómodo en D y un manejo dinámico más receptivo en S.
Los modelos con MHEV plus también pueden funcionar de forma puramente eléctrica, por ejemplo cuando el vehículo se acerca a una ciudad, y luego pueden mantener la velocidad con ayuda del PTG. Si la potencia requerida por el conductor o el control de crucero adaptativo (ACC) supera un valor determinado, el motor de combustión arranca y asume la propulsión. El umbral de arranque depende del SoC actual de la batería de 48 voltios y de la velocidad del vehículo.
Si el SOC actual está por debajo del SOC objetivo, el motor de combustión se enciende antes. Por un lado, esto es para evitar consumir energía adicional para la conducción eléctrica y, por lo tanto, reducir aún más el SOC. Por otro lado, el motor de combustión puede aumentar el SOC nuevamente según sea necesario mediante una mayor potencia junto con el BAS y el PTG; en otras palabras, recarga la batería. Esto no se aplica a las maniobras de alimentación eléctrica, arrastrándose en tráfico de movimiento lento o estacionamiento, que puede mantenerse en un estado de carga significativamente más bajo.
Si el SOC actual está por encima del SOC objetivo, el motor de combustión se enciende más adelante, cuando hay una demanda ligeramente mayor de energía. Al hacerlo, la batería de 48 voltios se descarga hacia el SOC objetivo para que pueda absorber suficiente energía durante las futuras fases de recuperación de energía. A medida que aumenta la velocidad del vehículo, se reduce el umbral para solicitar energía del motor de combustión. En términos simples, esto significa que cuanto mayor es la velocidad, más el motor de combustión alimenta el automóvil.
En combinación con lo que esté en el tanque, las ganancias de eficiencia del tren motriz mejoran notablemente el rango general del vehículo. Esto hace que los vehículos equipados con tecnología MHEV Plus sean considerablemente más adecuados para viajes de larga distancia y hace que esos viajes sean mucho más cómodos.
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