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TERMOCONTROL EN VEHÍCULOS ELÉCTRICOS E HÍBRIDOS

Aquí encontrará conocimientos básicos útiles y consejos prácticos sobre el termocontrol en vehículos eléctricos e híbridos.

La siguiente información le proporcionará una visión general de las tecnologías eléctrica e híbrida. Desde los fundamentos y las propiedades del sistema hasta soluciones para el termocontrol, pasando por las peculiaridades relacionadas con el mantenimiento, la reparación y el remolque. También encontrará información importante sobre las cualificaciones requeridas para cada trabajo en cuestión.

Importantes instrucciones de seguridad
La siguiente información técnica y los consejos prácticos aquí descritos han sido elaborados por HELLA con el fin de ayudar de forma profesional a los Talleres del automóvil en su trabajo diario. La información facilitada en esta página web está pensada solamente para personal debidamente cualificado y con formación específica.

 

¿QUÉ IMPORTANCIA TIENEN LAS TECNOLOGÍAS ELÉCTRICAS E HÍBRIDAS PARA EL TALLER?: INTRODUCCIÓN

En 2018 se vendieron por primera vez más de 2 millones de coches eléctricos e híbridos enchufables en todo el mundo. Con 2,1 millones de vehículos vendidos, su cuota de mercado ha aumentado hasta el 2,4 por ciento con respecto a las nuevas matriculaciones, y la tendencia es al alza. (Centro de Gestión Automotriz)
¡En Noruega, por ejemplo, la cuota de mercado ya es del 50%! 

 

Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), el crecimiento de la movilidad eléctrica e híbrida se ha visto impulsado principalmente por programas gubernamentales, tales como planes renove, prohibiciones de conducción local para automóviles con motores de combustión interna y objetivos para un aire limpio. Las autoridades consideran que los vehículos eléctricos son una de las diversas tecnologías de propulsión actuales que pueden utilizarse para alcanzar los objetivos de sostenibilidad a largo plazo relacionados con la reducción de emisiones. Según un estudio de la consultora de gestión PricewaterhouseCoopers, uno de cada tres coches nuevos matriculados en Europa en 2030 podría ser un coche eléctrico.

 

Por lo tanto, ya sabemos que los vehículos con tecnologías eléctricas, híbridas o de hidrógeno van a imponerse. Pronto se convertirán en parte de la vida cotidiana en nuestras calles. 

 

Estos vehículos también tendrán que ser revisados y reparados, y su termocontrol será cada vez más complejo. El control de la temperatura de la batería y de la electrónica de potencia desempeña un papel tan importante como la calefacción y la refrigeración del interior del vehículo. Los componentes de aire acondicionado también son necesarios para este tipo de accionamientos, y su importancia es cada vez mayor, ya que el sistema de aire acondicionado influye a menudo en la refrigeración de las baterías y la electrónica, ya sea de manera directa o indirecta. Por lo tanto, el mantenimiento de la climatización desempeñará un papel aún más importante en el futuro.

VISIÓN GENERAL DE LAS TECNOLOGÍAS HÍBRIDAS: COMPARATIVA

El término "híbrido" como tal significa tanto mezcla como combinación. En la tecnología automovilística indica que en un vehículo se ha combinado un motor de combustión interna, con su técnica de tracción convencional, con los elementos de un vehículo eléctrico.

 

La tecnología híbrida es cada vez más exigente técnicamente, y es algo que se demuestra en tres pasos: comienza con la tecnología micro, pasa por la semihíbrida y llega hasta la tecnología completamente híbrida. A pesar de las diferencias técnicas, todas las tecnologías tienen en común que la batería utilizada se carga recuperando la energía de frenado.

MICRO-HÍBRIDOS

generalmente van equipados con un motor de combustión interna convencional que lleva el sistema automático Start/Stop, y con un sistema de recuperación de la energía de frenado (llamada recuperación).

 

SEMIHÍBRIDOS O HÍBRIDOS SUAVES

van equipados, por el contrario, con un pequeño motor eléctrico y una batería más potente. La tracción auxiliar eléctrica se emplea únicamente para ayudar al arranque y para conseguir un mayor alcance de la potencia al adelantar, es decir, para la llamada función "boost".

 

HÍBRIDOS COMPLETOS

no sólo pueden utilizar la función "boost", sino que también pueden funcionar con energía eléctrica. Para ello, están equipados con una transmisión eléctrica completa. Sin embargo, esto requiere una batería mucho más potente que un híbrido suave.

 

HÍBRIDOS ENCHUFABLES

ofrecen la posibilidad de cargar los acumuladores, por ejemplo, durante la noche. Una característica positiva de este modelo es que el habitáculo del vehículo puede climatizarse a la temperatura deseada, incluso antes de iniciar el trayecto. De este modo, el vehículo estará listo a la mañana siguiente. Dentro de los híbridos completos se encuentran los híbridos enchufables.

Los vehículos totalmente híbridos más representativos actualmente son: Toyota Prius, BMW ActiveHybrid X6 (E72) y VW Touareg Hybrid. Por el contrario, el BMW ActiveHybrid 7 y el Mercedes S400 (F04) son ejemplos de híbridos suaves.

  Micro-híbrido Híbrido suave Completamente híbrido
Potencia del motor eléctrico / alternador 2 – 3 KW
(recuperación de la fuerza de frenado por el alternador)
10 – 15 KW > 15 KW
Rango de tensión 12 V 42 – 150 V > 100 V
Ahorro factible de combustible en comparación con vehículos de tracción convencional < 10 % < 20 % > 20 %
Funciones que contribuyen a ahorrar combustible – Función Start/Stop
– Recuperación
– Función Start/Stop
– Función boost
– Recuperación
– Función Start/Stop
– Función boost
– Recuperación
– Conducción eléctrica

 

Como se puede apreciar en la visión general, cada una de las tecnologías cuenta con diferentes funciones que contribuyen a ahorrar combustible. A continuación se presentan brevemente estas cuatro funciones.

Función Start/ Stop

Si el vehículo se detiene por encontrarse ante un semáforo o ante un atasco, el motor de combustión interna se desconecta. Si se acciona el embrague para arrancar y se introduce la primera marcha, el motor de combustión interna arranca automáticamente. Por lo tanto, ya está disponible para seguir circulando.

Recuperación

La recuperación es la tecnología con la que se recupera parte de la energía de frenado. Normalmente, esta energía se perdería al frenar como energía térmica. Por el contrario, en la recuperación se emplea el alternador del vehículo como freno del motor, es decir, se suma al frenado normal de las ruedas.

 

La energía generada por el alternador al desacelerar se almacena en el acumulador (batería). Este proceso aumenta con gran acierto el momento de arrastre del motor, desacelerando así el vehículo.

Función boost

Durante la fase de aceleración, el par disponible del motor de combustión y del motor eléctrico se suman. De este modo, un vehículo híbrido puede acelerarse más rápidamente que un vehículo con un accionamiento convencional similar.

 

La función boost sirve para ayudar al arranque y para proporcionar una mayor potencia al adelantar. Esta fuerza se genera mediante un accionamiento auxiliar eléctrico que únicamente está preparado para estos dos fines. Por ejemplo, en el VW Touareg Hybrid esto se traduce en un plus de potencia de 34 KW.

Conducción eléctrica

Si se precisa poca potencia de accionamiento, como por ejemplo en la conducción por la ciudad, sólo se emplea el motor eléctrico como grupo de tracción. El motor de combustión está apagado. Las ventajas de este tipo de accionamiento son: Cero consumo de gasolina y cero emisiones.

 

Al emplear estas tecnologías en los vehículos surgen una serie de requisitos que deben tenerse en cuenta en el trabajo diario.

Tensión eléctrica en la red de a bordo

La potencia que debe alcanzar y producir el accionamiento eléctrico de un vehículo híbrido/eléctrico, así como las necesidades que debe cubrir, no se alcanzan con los rangos de tensión de 12 o 24 V. Para ello es importante contar con mayores rangos de tensión. 

 

Los vehículos con sistemas de alto voltaje son vehículos que funcionan con voltajes de 30 a 1000 voltios CA (corriente alterna) o de 60 a 1500 voltios CC (corriente continua), unidades motrices y auxiliares. Esto se aplica a la mayoría de los vehículos eléctricos e híbridos

INSTALACIONES DE ALTA TENSIÓN EN VEHÍCULOS ELÉCTRICOS: FUNCIONAMIENTO

Por definición, un vehículo eléctrico es un vehículo de motor accionado por un motor eléctrico. La energía eléctrica necesaria para su movimiento se obtiene de una batería de tracción (acumulador), es decir, no de una célula de combustible o de un extensor de autonomía. Dado que el coche eléctrico no emite ningún contaminante relevante durante su funcionamiento, está clasificado como un vehículo libre de emisiones.

 

En los vehículos eléctricos, las ruedas son accionadas por motores eléctricos. La energía eléctrica se almacena en acumuladores en forma de una o más baterías de tracción o de alimentación.
Los motores eléctricos controlados electrónicamente pueden suministrar su par máximo incluso con el motor parado. A diferencia de los motores de combustión interna, por lo general no requieren una caja de cambios manual y pueden acelerar fuertemente a bajas velocidades. Los motores eléctricos son más silenciosos que los motores Otto o diésel, casi libres de vibraciones, y no emiten gases de escape nocivos. Su eficiencia es muy elevada: Más del 90%. 

 

El ahorro de peso debido a la eliminación de los distintos componentes (motor, caja de cambios, depósito) del motor de combustión se ve compensado por el peso relativamente alto de los acumuladores. Por lo tanto, los vehículos eléctricos suelen ser más pesados que otros vehículos similares con motores de combustión. La capacidad de la(s) batería(s) tiene una gran influencia en el peso del vehículo y en el precio.

 

En el pasado, los vehículos eléctricos ofrecían una reducida autonomía con una sola carga de batería. Recientemente, sin embargo, el número de vehículos eléctricos que pueden alcanzar distancias de varios cientos de kilómetros está aumentando, por ejemplo: Tesla Model S, VW e-Golf, Smart electric drive, Nissan Leaf, Renault ZOE, BMW i3.
Para aumentar aún más la autonomía de vehículos eléctricos, a veces se utilizan dispositivos adicionales (normalmente en forma de motor de combustión) para generar corriente eléctrica. En este caso se habla de "extensores de alcance" o "Range Extender".

VÍDEO RELACIONADO

Vehículos con sistemas de alta tensión: Indicaciones de seguridad y componentes

A modo de ejemplo, el vídeo muestra componentes de un vehículo eléctrico y proporciona información sobre cómo tratar los sistemas de alta tensión

Aire acondicionado y refrigeración en vehículos eléctricos

Para que un vehículo eléctrico pueda funcionar con un alto grado de eficacia es necesario mantener la temperatura del motor eléctrico, de los elementos electrónicos encargados de la potencia y de la batería en un rango óptimo de eficacia. Para poder garantizarlo se precisa de un avanzado sistema de termocontrol:

Sistema basado en refrigerante (o enfriamiento directo de la batería)

El circuito del sistema basado en refrigerante consta de los componentes principales: Condensador, evaporador y unidad de batería (celdas de batería, placa de refrigeración y calentador auxiliar eléctrico). Se alimenta a través del circuito de refrigeración del sistema de aire acondicionado y se controla por separado a través de válvulas y sensores de temperatura. La descripción del funcionamiento de cada uno de los componentes figura en la explicación sobre la representación del sistema basado en refrigerante (b).

El refrigerante y el circuito basado en refrigerante (o enfriamiento indirecto de la batería)

Cuanto más potentes sean las baterías, más sentido tiene el uso del refrigerante y de un complejo circuito basado en refrigerante.
Todo el sistema de refrigeración está dividido en varios circuitos, cada uno con su propio refrigerador (refrigerador de baja temperatura), bomba de refrigerante, termostato y válvula de cierre del refrigerante. El circuito de refrigerante del sistema de aire acondicionado también está integrado en este sistema a través de un intercambiador de calor especial (chiller). Un calentador de refrigerante de alta tensión garantiza un control suficiente de la temperatura de la batería a bajas temperaturas exteriores.

 

La temperatura del refrigerante del motor eléctrico y de los componentes electrónicos de la potencia se mantiene a menos de 60°C con la ayuda de un radiador de baja temperatura y dentro de un circuito especial (circuito interior del gráfico). Para obtener el máximo rendimiento y una larga vida útil, es necesario mantener la temperatura del refrigerante de la batería entre aprox. 15°C y 30°C en todo momento. Si las temperaturas son demasiado bajas, el refrigerante se calienta a través de un calentador auxiliar de alta tensión. Con temperaturas demasiado altas se enfría con un radiador de baja temperatura. Si todo ello no fuera suficiente, el refrigerante seguirá enfriándose mediante un refrigerador que va unido al circuito del refrigerante. Para ello, el refrigerante del aire acondicionado fluye por el refrigerador, enfriando asimismo el propio refrigerante que recorre el refrigerador. Toda la regulación se realiza con la ayuda de termostatos, sensores, bombas y válvulas.

Descripción de componentes

Refrigerador

El refrigerador es un intercambiador de calor especial conectado al circuito de refrigerante, que hace posible reducir aún más la temperatura del refrigerante por medio del propio refrigerante del sistema de aire acondicionado. Esto permite, cuando sea necesario, una refrigeración indirecta adicional del motor eléctrico y de la electrónica de potencia mediante el sistema de aire acondicionado.
Para ello, el refrigerante de un circuito secundario fluye a través de las placas de refrigeración de la batería. Después de la absorción de calor, el medio refrigerante se enfría en un enfriador a la temperatura inicial. La reducción de la temperatura en el enfriador se produce mediante la evaporación de otro refrigerante, que circula en un circuito primario.

RADIADOR DE LA BATERÍA

A cada lado de las placas refrigerantes se asienta un segmento de la batería. Los segmentos de la batería y las placas refrigerantes forman un módulo de batería firmemente unido. Con la refrigeración directa de la batería, el refrigerante del sistema de aire acondicionado fluye a través de las placas de refrigeración. Con la refrigeración indirecta de la batería, el refrigerante fluye a través de las placas de refrigeración. Si la capacidad de refrigeración no es suficiente para la refrigeración indirecta de la batería, el refrigerante puede enfriarse adicionalmente mediante un refrigerador. El refrigerador es un intercambiador de calor especial que se utiliza para la refrigeración indirecta de la batería y está integrado en el circuito de refrigerante.

COMPRESOR ELÉCTRICO

El compresor es accionado eléctricamente con alta tensión. Ello permite la climatización del vehículo, incluso si el motor está apagado. Además, el refrigerante también se puede enfriar con la ayuda del sistema de aire acondicionado.

VÁLVULA DE CIERRE DE REFRIGERANTE

Las válvulas de corte de refrigerante son controladas eléctricamente y se encargan de abrir/cerrar partes del circuito de refrigerante según sea necesario o de conectar varios circuitos entre sí.

RADIADOR DE BAJA TEMPERATURA

La temperatura del refrigerante para el motor eléctrico y la electrónica de potencia se mantiene por debajo de 60°C en un circuito de refrigeración separado y mediante un refrigerador de baja temperatura. 

 

CALENTADOR DE REFRIGERANTE DE ALTO VOLTAJE

Si las temperaturas son demasiado bajas, el refrigerante se calienta con un calentador auxiliar eléctrico de alta tensión. Dicho calentador está integrado en el circuito de refrigeración.

TERMOSTATO

Los termostatos, ya sean eléctricos o mecánicos, mantienen la temperatura del refrigerante a un nivel constante.

CALENTADORES ELÉCTRICOS / Calentadores auxiliares de alta tensión

Los vehículos eléctricos carecen del calor residual del motor que se transfiere al refrigerante. Por lo tanto, es necesario calentar el habitáculo con la ayuda de un calentador eléctrico auxiliar situado en el sistema de ventilación.

ELECTRÓNICA DE POTENCIA

Su tarea en el vehículo es controlar los motores eléctricos, comunicarse con el sistema de control del vehículo y diagnosticar el accionamiento. Por regla general, la electrónica de potencia se compone de una unidad de control electrónica, un inversor y un convertidor DC/DC. Para mantener la electrónica de potencia dentro de un determinado rango de temperatura, se conecta al sistema de refrigeración/calefacción del vehículo.

BATERÍA DE ALTA TENSIÓN

La batería de alta tensión (batería HV) es, junto con el motor eléctrico, uno de los componentes clave del vehículo eléctrico. Consiste en módulos de baterías interconectados, que a su vez están formados por células. Las baterías se basan normalmente en la tecnología de iones de litio. Tienen una alta densidad de energía. Debido a una reacción química decreciente, el rendimiento a temperaturas por debajo de 0°C disminuye significativamente. A temperaturas superiores a 30°C el proceso de envejecimiento aumenta fuertemente, y a temperaturas superiores a 40°C la batería puede resultar dañada. Para lograr una larga vida útil y la mayor eficacia posible, la batería debe funcionar en un determinado rango de temperatura. 

CONDENSADOR

El condensador se utiliza para enfriar el refrigerante que se ha calentado debido a la acción del compresor. El gas refrigerante caliente fluye hasta el condensador, disipando así el calor hacia el exterior a través de la propia tubería y de las laminillas. En el proceso de refrigeración se modifica también el estado de los componentes del refrigerante, cambiando de gaseoso a líquido.

BOMBA DE AGUA ELÉCTRICA

Las bombas eléctricas de agua o de refrigerante, con regulación electrónica integrada, se ponen en marcha teniendo en cuenta la potencia de refrigeración que se necesite en cada momento. Pueden emplearse como bombas principales, de flujo secundario o incluso de circulación, y funcionan según sea la necesidad, independientemente del motor. 

Climatización

Debido a su alta eficiencia, los accionamientos eléctricos emiten poco calor al medio ambiente durante el funcionamiento y nada de calor cuando están parados. Para calentar el vehículo a bajas temperaturas exteriores o descongelar los cristales, se necesitan calentadores adicionales. Éstos son consumidores adicionales de energía y tienen una gran influencia debido a su alto consumo de energía. Consumen parte de la energía almacenada en la batería, lo que tiene un efecto considerable en la autonomía, especialmente en invierno. Los calentadores eléctricos auxiliares, integrados en el sistema de ventilación, son sencillos y eficaces, pero también afectan a las reservas de energía. Por ello, ahora también se utilizan bombas de calor eficientes energéticamente. En verano también se pueden utilizar como sistema de aire acondicionado para la refrigeración. Los calefactores de los asientos y las ventanas calefactadas llevan el calor directamente a las zonas que deben calentarse y, por lo tanto, también reducen la necesidad de calefacción en el interior. Los coches eléctricos a menudo pasan sus tiempos de inactividad en las estaciones de carga. Allí, el vehículo puede ser pretemplado antes del inicio del viaje sin que suponga una carga para la batería. Durante el trayecto, se necesita mucha menos energía para calentar o enfriar. Mientras tanto, también se ofrecen aplicaciones para teléfonos inteligentes con las que se puede controlar la calefacción de forma remota. 

Gestión de carga y descarga

Para los acumuladores se utilizan diferentes sistemas de gestión, que se encargan del control de carga y descarga, la supervisión de la temperatura, la estimación del alcance y el diagnóstico. La durabilidad depende esencialmente de las condiciones de funcionamiento y del cumplimiento de los límites de funcionamiento. Los sistemas de gestión de la batería, incluida la gestión de la temperatura, evitan sobrecargas perjudiciales y posiblemente críticas para la seguridad, así como descargas profundas de los acumuladores o condiciones de temperatura críticas. La supervisión de cada célula de la batería permite tomar medidas antes de que se produzca un fallo o un daño en otras células. La información de su estado también puede almacenarse para fines de mantenimiento y, en caso de fallo, pueden enviarse los mensajes correspondientes al conductor.

 

Básicamente, la capacidad de la batería de la mayoría de los vehículos eléctricos de hoy en día es suficiente para la mayoría de los recorridos de corta y media distancia. Un estudio publicado en 2016 por el Massachusetts Institute of Technology llegó a la conclusión de que la autonomía de los actuales vehículos eléctricos era suficiente para el 87% de todos los trayectos. Sin embargo, la autonomía puede ser muy fluctuante. La velocidad del vehículo eléctrico, la temperatura exterior y, sobre todo, el uso de la calefacción y el aire acondicionado producen una reducción significativa de dicha autonomía. Por otro lado, los tiempos de carga cada vez más cortos y la constante expansión de la infraestructura de estaciones de carga permite aumentar aún más el radio de acción de los vehículos eléctricos. 

REGLA BÁSICA A LA HORA DE TRABAJAR CON VEHÍCULOS ELÉCTRICOS E HÍBRIDOS: CONSEJOS PRÁCTICOS

En los vehículos eléctricos e híbridos deben montarse necesariamente componentes de alto voltaje. Todos ellos van marcados con rótulos uniformes de advertencia y con indicaciones. Además, todos los fabricantes suministran los conductos de alto voltaje en color naranja luminoso.

 

El siguiente procedimiento se emplea cuando se trabaja en vehículos con sistemas de alta tensión:

1. Realizar la conexión sin que haya tensión
2. Asegurarse de que no sea posible una reconexión
3. Garantizar que no haya tensión

 

¡Tenga en cuenta las especificaciones del fabricante del vehículo y nuestros consejos para el Taller! 

¿A qué tengo que prestar atención como Taller (o empleado de Taller)?

  • Arranque y mueva el vehículo: Para conducir un vehículo con un sistema de alta tensión, aunque sólo sea desde o hacia el Taller, se debe instruir a la persona correspondiente
  • Servicio y mantenimiento: Los trabajos de servicio y mantenimiento (cambio de ruedas, trabajos de inspección) en vehículos de alta tensión sólo pueden ser realizados por personas que hayan sido previamente informadas de los peligros de estas instalaciones de alta tensión y que hayan sido instruidas en consecuencia por un "especialista en trabajos en vehículos de alta tensión de seguridad intrínseca"
  • Sustitución de componentes de alta tensión: Las personas que sustituyan componentes de alta tensión, como un compresor de aire acondicionado, deben tener las cualificaciones adecuadas (expertos para trabajos en vehículos de alta tensión de seguridad intrínseca)
  • Sustitución de la batería: La reparación o sustitución de componentes de alta tensión (baterías) requiere de una cualificación especial.
  • Asistencia en carretera / Remolque / Recuperación: Toda persona que preste asistencia en caso de avería en vehículos con sistemas de alta tensión o que los remolque o recupere deberá haber sido instruida sobre la estructura y el funcionamiento de dichos vehículos y de sus sistemas de alta tensión. Además, se deben tener en cuenta de antemano las instrucciones correspondientes del fabricante del vehículo. Si los componentes de alta tensión (batería) están dañados, consulte al cuerpo de bomberos

 

CLIMATIZACIÓN DEL HABITÁCULO: FUNDAMENTOS

En los conceptos actuales de tracción en motores de combustión interna, la climatización del habitáculo depende directamente del funcionamiento del motor debido a que el compresor es accionado de manera mecánica. En los vehículos conocidos por los expertos como micro-híbridos y que solamente disponen de la función Start-Stop, también se emplean compresores con transmisión por correa. De ahí surge la problemática de que, sólo 2 segundos después de parar el vehículo y apagar el motor, sube la temperatura de salida del evaporador del aire acondicionado. El aumento progresivo de la temperatura del aire de salida de la ventilación, así como también el aumento de la humedad del aire, no es algo agradable para los ocupantes del vehículo.

 

Para solucionar este problema, se pueden emplear en el futuro acumuladores de frío de nuevo desarrollo, es decir, los llamados evaporadores acumuladores.

El evaporador acumulador se compone de dos bloques: un bloque evaporador y un bloque acumulador. El refrigerante pasa por ambos bloques en la fase de inicio o con el motor en marcha. El evaporador lleva un agente activo latente que, mientras tanto, se irá refrigerando hasta congelarse. Esto lo convierte en un acumulador de frío.

 

En la fase de parada, el motor se desconecta y, por lo tanto, el compresor no es accionado. El aire caliente que pasa por el evaporador se enfría y se produce un intercambio de calor. Este intercambio dura hasta que el agente activo latente se ha derretido totalmente. Al iniciarse de nuevo la conducción, el proceso empieza de nuevo de modo que, transcurrido un minuto, el evaporador acumulador puede volver a refrigerar el aire.

 

En vehículos sin evaporador acumulador es necesario volver a arrancar el motor después de un corto tiempo de parada cuando el clima es muy caluroso. Solamente así se puede mantener la refrigeración en el habitáculo.

En caso necesario, con el fin de climatizar el habitáculo para los ocupantes también puede emplearse la calefacción. En los vehículos totalmente híbridos, el motor de combustión interna se desconecta cuando se pasa a la fase de conducción eléctrica. El calor que queda en el circuito del agua sólo es suficiente para calentar el habitáculo durante poco tiempo. Como apoyo, los calentadores auxiliares de aire de alta tensión se conectan para asumir la función de calefacción. Su funcionamiento es similar al de un secador de pelo: El aire aspirado por la unidad de ventilación del habitáculo se calienta al pasar por los elementos calefactores y se transmite después al interior.

EL COMPRESOR DE ALTO VOLTAJE: FUNCIONAMIENTO

Función del compresor de alta tensión

En los vehículos con tecnología completamente híbrida se emplean compresores eléctricos de alto voltaje que no dependen del funcionamiento del motor de combustión interna. Gracias a este novedoso concepto de accionamiento son posibles las funciones que conllevan un mayor confort relacionado con la climatización del vehículo.

Así, antes de iniciar el trayecto es posible refrigerar a la temperatura deseada un habitáculo que se encuentre a alta temperatura. Esta función puede llevarse a cabo con un control remoto.

 

Esta refrigeración solamente puede efectuarse dependiendo de la capacidad disponible de la batería. Para ello, el compresor se regula con la menor potencia posible teniendo en cuenta los requisitos necesarios para la climatización.

 

En los compresores de alto voltaje empleados actualmente, la regulación de la potencia se realiza ajustando el número de revoluciones correspondiente en etapas de 50 min-1. Por ello, no se precisa una regulación interna de la potencia.

 

En contraposición al principio del disco oscilante que se utiliza preferentemente en los compresores accionados por correa, en los compresores de alto voltaje se emplea el principio scroll para comprimir el refrigerante. Las ventajas son una reducción del peso de aprox. un 20% y también una reducción similar de la cilindrada para conseguir la misma potencia.

 

Con el fin de generar el par correspondiente para el accionamiento del compresor eléctrico, se utiliza una tensión continua de más de 200 V, que es una tensión muy elevada para este tipo de vehículos. El inversor integrado en la unidad del motor eléctrico transforma esta tensión continua en la tensión alterna trifásica que precisan los motores eléctricos sin escobilla. Mediante la circulación de retorno del refrigerante hasta la zona de succión se consigue disipar el calor necesario del inversor y los bobinados del motor.

GESTIÓN DE LA TEMPERATURA DE LA BATERÍA: COMPARATIVA

La batería es esencial para el funcionamiento de un vehículo eléctrico e híbrido. Ésta debe proporcionar la cantidad de energía necesaria para lograr un accionamiento rápido y fiable. La mayoría son baterías híbridas de alta tensión de iones de litio y níquel-metal. Así se sigue reduciendo el tamaño y el peso de las baterías de los vehículos híbridos.

 

Es indispensable que las baterías utilizadas funcionen en un rango de temperatura determinado. A partir de una temperatura de funcionamiento de +40°C disminuye la vida útil, mientras que, por debajo de -10°C, el grado de efectividad decrece y la potencia disminuye. Además, la diferencia de temperatura entre cada una de las células no debe supera unos valores determinados.

 

Una carga máxima de breve duración en combinación con una corriente elevada, como la recuperación o el "boost", tiene como resultado un notable calentamiento de las células. Además, las altas temperaturas exteriores en los meses de verano contribuyen a que la temperatura alcance rápidamente el valor crítico de 40°C.

 

La consecuencia de un exceso de temperatura es el envejecimiento más rápido y el fallo prematuro de la batería. Los fabricantes de vehículos aspiran a una vida útil de la batería que sea igual a la vida de 1 automóvil (aprox. 8-10 años). De este modo, el proceso de envejecimiento únicamente puede contrarrestarse con una gestión adecuada de la temperatura.

 

Hasta la fecha, se han utilizado tres opciones diferentes de gestión de la temperatura.

Opción 1

El aire se succiona desde el interior del vehículo, ya climatizado, y se utiliza para enfriar la batería. El aire frío que se ha succionado del habitáculo tiene una temperatura inferior a 40°C. Este aire se utiliza para que fluya por las superficies de libre acceso de la batería.

 

Las desventajas de esta opción son:

  • La reducida efectividad de refrigeración.
  • El aire que se ha succionado del habitáculo no puede utilizarse para reducir la temperatura en la misma medida.
  • El laborioso proceso de la conducción del aire.
  • Posibles ruidos molestos en el habitáculo debidos a la ventilación.
  • A través de los canales de aire hay una unión directa entre el espacio de los ocupantes y la batería. Esto podría resultar problemático por motivos de seguridad (p. ej. gasificación de la batería).
  • Tampoco hay que menospreciar el riesgo de la entrada de polvo en la batería, ya que el aire que viene del habitáculo contiene polvo. El polvo se almacena entre las células y forma, junto con la humedad condensada del aire, una película conductora. Esta película propicia la formación de corrientes de fuga en la batería.

 

Para evitar este peligro, el aire aspirado es filtrado. Como alternativa, la refrigeración del aire puede realizarse con un pequeño climatizador, parecido al aire acondicionado auxiliar que llevan en la parte trasera los vehículos de gama alta.

Opción 2

Una placa evaporadora especial, conectada a la célula de la batería, se conecta con el aire acondicionado del vehículo. Esto se lleva a cabo, en el llamado método separado, en la zona de alta y baja presión a través de una tubería y de una válvula de expansión. Así, el evaporador del habitáculo y la placa evaporadora de la batería, que funciona como un evaporador convencional, están conectados al mismo circuito.

 

Debido a las diferentes tareas de ambos evaporadores, surgen diferentes necesidades en cuanto a la circulación del refrigerante. Mientras que la refrigeración del habitáculo satisface las exigencias de confort de los ocupantes, la batería de alto voltaje debe refrigerarse de manera más o menos intensa según la situación de la conducción y la temperatura ambiente.

 

De estas necesidades resulta una regulación bastante laboriosa del refrigerante evaporado. La forma especial de la placa evaporadora y su integración en la batería proporcionan una gran superficie de contacto para el intercambio de calor. Así puede garantizarse que no se supere la temperatura crítica o máxima de 40ºC.

 

En caso de temperaturas exteriores muy bajas, sería necesario aumentar la temperatura hasta llegar a la temperatura idónea de la batería, como mín. 15ºC. En este caso, la placa evaporadora no puede ofrecer ningún rendimiento. Una batería fría rinde menos que una templada y apenas puede cargarse si la temperatura está muy debajo del punto de congelación. En el sistema semihíbrido podría aceptarse que, en caso extremo, la función híbrida estuviera disponible sólo con ciertas limitaciones. Sin embargo, es posible conducir sólo con el motor de combustión. Por el contrario, un vehículo totalmente eléctrico deberá contar con una calefacción para la batería con el fin de poder arrancar el motor y conducir en invierno en cualquier situación.

 

Nota
Las placas evaporadoras, integradas directamente en la batería, no pueden sustituirse por separado. Por ello, y en caso de haber sufrido daños, deberá sustituirse la batería entera.

Opción 3

En las baterías con mayor capacidad, el acondicionamiento térmico desempeña un papel primordial. Por ello, en caso de temperaturas muy bajas se necesita una calefacción auxiliar de la batería para llevarla a un rango idóneo de temperatura. Solamente así se puede conseguir una autonomía satisfactoria a la hora de "conducir eléctricamente".

 

Para conseguir esta calefacción auxiliar, la batería se integra en un circuito secundario. Este circuito se ocupa de mantener continuamente una temperatura de servicio idónea, entre 15°C y 30°C.

 

En el bloque de la batería se monta una placa de refrigeración por la que circula el líquido refrigerante, que consta de agua y glicol (circuito verde). Con temperaturas más bajas, el refrigerante puede calentarse rápidamente mediante una calefacción para alcanzar la temperatura idónea. Si durante el uso de las funciones híbridas aumenta la temperatura de la batería, la calefacción se desconectará. El refrigerante puede refrigerarse mediante el radiador de batería o el radiador de baja temperatura, que se encuentra en la parte delantera del vehículo, utilizando para ello el viento que entra durante la marcha.

 

Si la refrigeración del radiador de la batería no resulta suficiente ante temperaturas exteriores elevadas, el refrigerante circulará a través de un calefactor especial. En éste, el refrigerante del aire acondicionado del vehículo se evapora. Además, el calor puede transmitirse de forma muy compacta y con una elevada densidad de potencia desde el circuito secundario hasta el líquido refrigerante que se está evaporando. Así se produce una refrigeración adicional de retorno del refrigerante. Mediante el uso de un calefactor especial, la batería puede funcionar en un rango óptimo de temperatura, adecuado a su grado de efectividad.

FORMACIÓN ADICIONAL NECESARIA PARA LA REPARACIÓN DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS E HÍBRIDOS: CONOCIMIENTOS BÁSICOS

Para poder realizar el mantenimiento y la reparación de los complejos sistemas de Termocontrol de los vehículos eléctricos e híbridos, es indispensable una formación continua especial. En Alemania, por ejemplo, los empleados que trabajan en sistemas de alta tensión requieren una formación adicional de 2 días como "expertos para el trabajo en vehículos de seguridad intrínseca de alta tensión (HV)".

 

Gracias a los conocimientos adquiridos en este curso es posible valorar los peligros que comportan las tareas de reparación en este tipo de sistemas; sirven también para saber eliminar la tensión mientras duren dichas tareas. Sin una formación de este tipo está prohibido trabajar con sistemas de alto voltaje o con sus componentes. La reparación o sustitución de componentes de alta tensión (baterías) requiere de una cualificación especial.

MANTENIMIENTO DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS E HÍBRIDOS: RECOMENDACIONES PARA EL TALLER

Incluso en tareas habituales de comprobación y de reparación (como p.ej.: instalación de tubos de escape, neumáticos, amortiguadores, cambio de aceite, cambio de neumáticos, etc.), se da siempre una situación especial. Dichas tareas sólo pueden ser realizadas por personal que haya sido informado de los peligros de estos sistemas de alto voltaje por un "Especialista en trabajar con vehículos de alta tensión (HV) de seguridad intrínseca"
y que haya sido instruido debidamente. ¡Además, es indispensable emplear herramientas que cumplan con las especificaciones del fabricante del vehículo!

 

Las compañías de vehículos de motor están obligadas a instruir a todos los empleados involucrados en la operación, mantenimiento y reparación de vehículos eléctricos e híbridos. Tenga en cuenta las peculiaridades específicas de cada país. 

ASISTENCIA EN CARRETERA, REMOLQUE Y RECUPERACIÓN DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS E HÍBRIDOS: RECOMENDACIONES PARA EL TALLER

Los conductores de vehículos con sistemas de alta tensión (HV) no están expuestos a ningún riesgo eléctrico directo, ni siquiera en caso de avería. Los fabricantes de vehículos toman gran número de medidas para asegurar el sistema de HV. 

 

La asistencia en caso de averías para vehículos con sistemas de HV también es inofensiva, siempre y cuando no sea necesaria ninguna intervención en el sistema de HV para eliminar fallos.

 

Sin embargo, existen peligros en caso de avería o de remolque de vehículos que se encuentren dañados por un accidente o que deban ser remolcados desde la nieve o desde el agua. Aunque la seguridad intrínseca de los vehículos para protegerse contra los peligros de descargas eléctricas o arcos voltaicos es muy alta, no existe una seguridad completa o al 100% para cada caso de concreto de avería. En caso de duda, debe tenerse en cuenta o solicitarse la información correspondiente del fabricante del vehículo. 

¿Cómo reconozco que el vehículo tiene un sistema de alta tensión?

  • En las letras del salpicadero o del vehículo
  • En los cables de alta tensión de color naranja (véase la ilustración). Como regla general: No tocar los componentes de alta tensión ni los cables naranjas
  • En la marca que llevan los componentes de alta tensión (véase la ilustración)

¿A quién se le permite proporcionar asistencia en carretera?

La asistencia en caso de averías para vehículos eléctricos e híbridos puede ser proporcionada por cualquier persona que haya sido formada especialmente para este propósito. Por lo tanto, el personal de asistencia en carretera recibe instrucción en cuanto a la estructura y el funcionamiento de vehículos con sistemas de alta tensión. Para el trabajo no electrotécnico se aplican los requisitos y condiciones específicos de cada país. (Para Alemania se aplica la información DGUV 200-005 "Cualificación para trabajos en vehículos con redes de alta tensión" (antes BGI 8686). Tenga en cuenta las condiciones específicas de cada país.)

¿Primeros pasos en la asistencia en carretera?

  • Quitar la llave de encendido (atención: los sistemas de transpondedores se encienden automáticamente al acercarse) y, a continuación, tirar del conector de corte / desconectador de la batería de alta tensión.
  • Compruebe visualmente si los componentes de alta tensión están dañados.
  • No realice ninguna tarea en los componentes de alta tensión. Estas tareas sólo pueden ser realizadas por personas cualificadas para trabajar en vehículos con redes de alta tensión. Esto también se aplica si los componentes de alta tensión se dañan o se encuentran dañados durante el servicio de asistencia en carretera.
  • También puede haber una tensión residual después de que se haya desconectado el sistema de HV que puede durar varios minutos, dependiendo del fabricante. 

Arranque externo, remolque y recuperación: ¿Qué hay que tener en cuenta?

ARRANQUE EXTERNO

Deben respetarse de modo estricto las indicaciones del fabricante. Sólo unos pocos vehículos pueden ser puestos en marcha mediante un arranque externo a través de la red de a bordo de 12/24 V DC. Después de la desconexión, pueden existir tensiones residuales peligrosas que no se descargan a través de resistencias de descarga continua. Antes de abrir el vehículo, tenga en cuenta las instrucciones del manual de instrucciones y/o la información técnica del fabricante del vehículo.

RECUPERACIÓN Y REMOLQUE

  • Los vehículos sin daños se pueden cargar generalmente en un vehículo de recuperación (vehículo de plataforma).
  • Cuando se remolque con una barra o cuerda, se deben observar las especificaciones del fabricante.
  • Para recuperar los vehículos de forma segura, se deben tener en cuenta todas las medidas del capítulo "Asistencia segura con vehículos eléctricos".
  • Si el vehículo es remolcado/recuperado con un cabrestante, no se debe colocar ningún componente de HV en el área de los puntos de enganche, ya que puede resultar dañado. Estas precauciones también son válidas cuando el vehículo sea elevado con un gato o una grúa de carga. 

Comportamiento en caso de accidente

  • En caso de accidente, en la mayoría de los casos, el sistema de HV se desconecta cuando se activa el airbag. Esto sucede en casi todos los turismos, pero no necesariamente en los vehículos comerciales.
  • Para poder trabajar sin peligro, deben tenerse en cuenta todas las medidas del capítulo "Normas básicas para trabajar con vehículos eléctricos e híbridos"
  • Algunos fabricantes recomiendan o prescriben que se desconecte el borne negativo de la batería de la red de a bordo de 12/24 V DC (también puede encontrarse más información en las respectivas instrucciones de rescate).
  • Si las baterías de alta tensión o los condensadores de alta tensión (dispositivos de almacenamiento de energía en vehículos comerciales) han sido dañados o arrancados por un accidente, esto supone un peligro especial. En este caso deberá recurrirse al personal de emergencia de la brigada de bomberos o del THW (personal de ayuda especial). Cuando se manipulan baterías de alta tensión dañadas, se requiere un equipo de protección personal adecuado (protección facial, guantes de protección para trabajos con tensión). 
  • Los fluidos derramados de la batería pueden ser corrosivos o irritantes, dependiendo del tipo de batería. En cualquier caso, se debe evitar el contacto. Después de un accidente, no se puede descartar que las baterías de alta tensión puedan incendiarse posteriormente como resultado de reacciones internas. Por lo tanto, los vehículos accidentados no deben estacionarse en espacios cerrados.