Touareg Hybrido
Touareg Hybrido
Touareg Hybrido
Con el Touareg 2010, Volkswagen ofrece por vez primera, desde el inicio de la serie, un sistema de propulsin hbrido, es decir, una combinacin de motor de combustin y mquina elctrica. El Touareg Hybrid es un concepto de vehculo convencional hibridado. La estructura del sistema hbrido se integra en la eficaz tecnologa ya existente. Durante la fase de desarrollo del vehculo se ha puesto especial hincapi en la seguridad de los empleados de cara al manejo y uso de la tecnologa de alto voltaje. Este sistema hbrido incorpora numerosas funciones de desconexin y dispositivos de reserva para evitar exponer a los empleados del taller a ningn peligro indeseado. La combinacin de los nuevos componentes del sistema de alto voltaje y la acreditada tecnologa Volkswagen convierte al Touareg Hybrid en un precursor de un futuro cada vez ms electrificado.
Advertencia imperiosa Recuerde siempre que slo los tcnicos de Volkswagen cualificados en tecnologa de alto voltaje y, por lo tanto, debidamente autorizados, podrn ejecutar trabajos en un vehculo hbrido que se tengan que realizar cerca o en componentes de alto voltaje. Un manejo incorrecto del sistema de alto voltaje puede provocar una descarga elctrica y generar, por lo tanto, una situacin de peligro de muerte.
Referencia rpida
Introduccin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
Conceptos bsicos de le tecnologa hbrida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Qu es la tecnologa hbrida? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Argumentos a favor de la tecnologa hbrida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 El sistema hbrido de Volkswagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Estructura mecnica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Cuadro general del grupo motopropulsor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Componentes elctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Mquina elctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Mdulo electrnico de potencia y control del sistema de propulsin elctrico JX1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Batera de alto voltaje A38 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Cables de alto voltaje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Sistema de seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Introduccin
En medio del debate sobre las emisiones de CO2 y las fuentes de energa fsiles, cada vez ms escasas, el sistema de propulsin hbrido en los vehculos del segmento de los SUV cobra cada vez ms relevancia de cara a su aceptacin. La presente Informacin sobre la tecnologa hbrida trata sobre la hibridacin del conjunto de traccin del Touareg y describe el sistema de propulsin hbrido paralelo, desde lo que es la definicin de los requisitos hasta la explicacin de los componentes del sistema hbrido, pasando por lo que ha sido el proceso de desarrollo del concepto. Un criterio esencial a la hora de optar por el sistema hbrido en paralelo ha sido la posibilidad de mantener las prestaciones propias del grupo motopropulsor convencional en combinacin con los componentes tcnicos disponibles en gran medida de la produccin en serie. Se mantienen las reconocidas caractersticas del Touareg de serie. Entre ellas se incluyen - su capacidad de ascenso - su aptitud para circular por campo - el peso mximo remolcable - su potente traccin, - el confort que brinda a los ocupantes.
Un sistema hbrido paralelo es la combinacin de un motor de combustin y una mquina elctrica. En la tcnica, esta combinacin se denomina "propulsin hbrida elctrica". A continuacin se exponen los objetivos que se ha fijado Volkswagen por lo que respecta al sistema hbrido del Touareg.
Integracin de los componentes hbridos sin modificar la carrocera desnuda Amplio aprovechamiento de los componentes de serie Posibilidad de seguir utilizando nuevos componentes dentro de la plataforma del Touareg Reduccin al mnimo de los costes del producto especficos del sistema hbrido Ausencia de mantenimiento para los componentes hbridos Plena funcionalidad como hbrido, es decir, implementacin de un modo de conduccin puramente elctrico Consecucin de una reduccin del consumo adaptada a las exigencias del mercado El mismo nivel de confort que en los sistemas hbridos similares de la competencia Al mismo tiempo se mantiene el nivel de confort propio de un Touareg Robustez del sistema de propulsin hbrido No se penalizan sus prestaciones en la conduccin por carretera o por campo. Funcin Start-Stop integrada, dependiente del sistema hbrido Se da preferencia a la conduccin elctrica cuando se dan las condiciones suficientes Recuperacin de la energa de frenado para recargar la batera de alto voltaje Peso mximo remolcable idntico al del Touareg con sistema de propulsin convencional Sin limitacin de la capacidad de ascenso continua En la fase de arranque, mejores prestaciones que con un sistema de propulsin convencional
Gracias a estos criterios se consigue un sobreprecio moderado para la innovadora tecnologa de alto voltaje.
Propulsin bivalente
La propulsin bivalente se refiere a aquellos vehculos que montan un motor de combustin que puede utilizar diferentes tipos de combustibles para generar la energa necesaria para la traccin. Los sistemas que utilizan combustibles fsiles y renovables (gasleo/biodisel) o combustibles lquidos y gaseosos (gasolina/gas natural/gas para automocin) son conocidos y su uso est cada vez ms extendido en el mercado.
En el caso de los sistemas de propulsin hbridos se habla de una combinacin de dos grupos motopropulsores distintos que funcionan basndose en principios diferentes. Actualmente se entiende por tecnologa hbrida la combinacin de un motor de combustin y un motor elctrico. Dependiendo de la orientacin de esta estructura bsica se distingue entre tres formas de propulsin hbrida diferentes: - la propulsin microhbrida, - la propulsin semihbrida, - la propulsin hbrida pura.
Microhbrido
Motor de combustin
Propulsin microhbrida
En el caso de este sistema de propulsin, el componente elctrico (motor de arranque elctrico/ alternador) slo sirve para implementar la funcin de Start-Stop. Una parte de la energa cintica se puede volver a utilizar como energa elctrica durante las frenadas (recuperacin). El sistema no permite conducir de modo exclusivamente elctrico. Las caractersticas de la batera de 12 voltios, de malla de vidrio, estn adaptadas para soportar los frecuentes arranques del motor.
Propulsin semihbrida
El motor elctrico sirve de apoyo al motor de combustin. No es posible conducir el vehculo de modo exclusivamente elctrico. En el caso de la propulsin semihbrida, una parte importante de la energa cintica se recupera durante las frenadas y se almacena como energa elctrica en la batera de alto voltaje. La batera de alto voltaje y los componentes elctricos estn diseados para soportar una mayor tensin y, por lo tanto, una mayor potencia. Gracias al apoyo de la mquina elctrica, el motor de combustin puede funcionar en su punto de mxima eficiencia. Esto se conoce como desplazamiento del punto de carga.
Batera de alto voltaje Batera de 12voltios Transformador DC/DC Embrague Hbrido puro Cambio automtico
Carga Descarga
Motor de combustin
Hbrido en serie
Caja de cambios
Mquina elctrica 2
Motor de combustin
Recuperacin
En tcnica, este concepto se utiliza generalmente Transformacin de la energa para designar un proceso de recuperacin de energa. Durante el proceso de recuperacin se transforma una forma de energa existente en otra forma de energa que se puede seguir aprovechando. La energa qumica que posee el combustible se transforma en energa cintica en el grupo La energa cintica motopropulsor. Si entonces se frena el vehculo con excedente se los frenos convencionales, la energa cintica transforma en energa Frenada excedente se transforma, a travs de la friccin de los elctrica y se Energa cintica frenos, en energa trmica. El calor generado se almacena. emite al entorno, por lo que no se puede seguir utilizando. Si, en cambio, como sucede en la tecnologa hbrida, adems de los clsicos frenos se utiliza un alternador como freno motor, una parte de la energa cintica se podr recuperar en forma de energa elctrica, de manera que no se pierde. El balance energtico del vehculo mejora. Este tipo de frenada regenerativa tambin se conoce como freno de recuperacin de energa. En cuanto el vehculo, durante la fase de deceleracin, reduce su velocidad al frenarse con el pedal de freno o entra en la fase final de marcha por inercia o marcha cuesta abajo
Calor Energa qumica
el sistema hbrido invierte el funcionamiento de la mquina elctrica para poderla utilizar como alternador. ste pasa entonces a recargar la batera de alto voltaje. Esto permite "recargar" un hbrido elctrico con energa elctrica durante la fase de deceleracin. Cuando el vehculo se halla en la fase final de marcha por inercia, la mquina elctrica, que est funcionando como alternador, slo transforma la cantidad de energa cintica que necesita la red de a bordo de 12 voltios para poder funcionar.
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Mquina elctrica
El motor elctrico como alternador
El trmino de mquina elctrica se emplea en lugar de alternador, motor elctrico y motor de arranque. En principio, todo motor elctrico puede utilizarse tambin como alternador. Cuando el eje de la mquina elctrica es impulsado desde el exterior, dicha mquina funciona como alternador y suministra energa elctrica. En cambio, cuando a la mquina elctrica se le aplica energa elctrica funciona como motor. La mquina elctrica que se utiliza en un hbrido elctrico sustituye, por lo tanto, al motor de arranque convencional del motor de combustin y tambin al alternador convencional (dinamo).
Boost elctrico
De forma similar a la funcin de kickdown en los motores de combustin, que permite disponer de la potencia mxima del motor, la propulsin hbrida cuenta con una funcin de boost elctrico. Cuando se ejecuta, la mquina elctrica y el motor de combustin entregan su potencia mxima, que entonces se suman para entregar un valor total ms elevado. La suma de las potencias individuales respectivas de los dos tipos de motores representan la potencia total del grupo motopropulsor.
38kW + 245kW
- 4 kW de potencia de prdida
Boost elctrico
No obstante, y debido a la prdida tcnica de potencia que se produce dentro de la mquina elctrica, la potencia de traccin es inferior a la potencia del alternador. La potencia de traccin o potencia mecnica de la mquina elctrica es de 34kW. La potencia del alternador o la potencia elctrica de la mquina elctrica es de 38kW. En el Touareg Hybrid, el motor de combustin tiene una potencia de 245kW, y la mquina elctrica, cuando funciona como alternador, una de 38kW. Cuando funciona como motor elctrico, la mquina elctrica entrega una potencia de 34kW. Conjuntamente, el motor de combustin y la mquina elctrica, cuando sta funciona como motor elctrico, desarrollan una potencia de 279kW.
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ARRANQUE
a
PARADA
b Motor de combustin en funcionamiento Leyenda a - Tensin de la batera de alto voltaje insuficiente b - Elevada demanda de aceleracin c - Elevada velocidad d - Marcha ascendente c
ARRANQUE
e
PARADA
f Motor de combustin parado Leyenda e - Durante la fase final de marcha por inercia f - Escasa velocidad g - Vehculo parado h - Cuesta abajo g
12
800
Rgimen [rpm]
800
Rgimen [rpm]
La mquina elctrica sirve de apoyo al motor de combustin all donde ste presenta puntos dbiles inherentes al sistema: por debajo del rgimen de ralent. Gracias al apoyo que le brinda la mquina elctrica es posible utilizar el motor de combustin en su margen de eficiencia ptimo. Este desplazamiento del punto de carga incrementa el grado de eficiencia del sistema de propulsin.
El sistema de propulsin hbrido puro combina, a diferencia de los dems sistemas de propulsin hbridos, la funcin de sistema Start-Stop integrado, el boost elctrico, la recuperacin y el modo de conduccin exclusivamente elctrico.
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El sistema hbrido desarrollado por Volkswagen, que se utiliza por vez primera en el Touareg, est basado en lo que se conoce como propulsin hbrida paralela. Es decir, que tanto la mquina elctrica como el motor de combustin se utilizan para generar la traccin mecnica a travs de un grupo motopropulsor comn. Ambos tipos de motores van alojados en el mismo rbol. El sistema hbrido de Volkswagen precisa muchos menos componentes hbridos de los que necesita un sistema hbrido tipo split o en serie. El hecho de poder utilizar la mquina elctrica como motor, como alternador y como motor de arranque ha permitido prescindir del motor de arranque y del generador convencionales, as como de una correa poli-V. El modo de conduccin elctrica con la mquina elctrica ha obligado a dotar de accionamiento elctrico a los componentes que en los sistemas convencionales del vehculo funcionaban impulsados por el giro del motor de combustin. stos son: - las bombas elctricas de lquido refrigerante, - la direccin asistida elctrica, - la bomba de vaco elctrica para la servoasistencia de frenado - el compresor del climatizador elctrico, - la bomba de presin elctrica para generar la presin de aceite en el cambio automtico. El motor de combustin y la mquina elctrica se desacoplan entre s por medio de un embrague monodisco seco de accionamiento hidrulico. Los modos de funcionamiento del vehculo hbrido y, por lo tanto, el accionamiento del embrague, van gobernados por el sistema hbrido. El conductor no puede influir directamente en el accionamiento del embrague monodisco seco. ste va gobernado por un actuador elctrico del embrague. El embrague permanece cerrado cuando el motor de combustin est funcionando. Est abierto cuando el motor de combustin no est funcionando.
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250
300
200
La mquina elctrica compensa, precisamente en la gama de regmenes inferiores, el lento incremento de la entrega de par del motor de combustin. El Touareg Hybrid posee, por lo tanto, una capacidad de aceleracin desde parado inusualmente elevada para su gama. En la curva de potencia se suman la potencia de traccin del motor de combustin y de la mquina elctrica de forma que se alcanza una potencia total mxima de 279kW. Esto significa que la curva de potencia se ha incrementado por el valor de la potencia de traccin de la mquina elctrica, es decir, 34kW. Esto sucede en casi toda la gama de regmenes. Durante el funcionamiento del motor de combustin se da un modo combinado. Esto permite gestionar el motor de combustin para que trabaje en su margen de eficiencia ptimo. Este desplazamiento del punto de carga incrementa el grado de eficiencia del vehculo hbrido puro.
a b
Par total Par del motor de combustin Potencia total Potencia del motor de combustin Incremento del par, por ejemplo en el modo de boost elctrico Incremento de potencia debido a la mquina elctrica
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Emisiones de CO2
Consumo de combustible A medida que se incrementa el consumo de combustible aumentan las emisiones de CO2.
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Configuracin mecnica
Cuadro general del grupo motopropulsor
El grupo motopropulsor del Touareg Hybrid se compone de: motor TSI de 3,0l-245 kW, sobrealimentado con compresor, un embrague desacoplador entre el motor de combustin y la mquina elctrica, la mquina elctrica, el cambio automtico 0C8 de 8 velocidades, de Aisin, los rboles, la caja de transferencia en el eje trasero y en el delantero, el diferencial Torsen. El motor de combustin, el embrague, la mquina elctrica y el cambio automtico van dispuestos en lnea sobre un rbol comn. De esta forma se ha conseguido ahorrar espacio y peso al no precisarse componentes adicionales para el sistema hbrido. No ha sido necesario adaptar el tnel del cardn utilizado para la fabricacin en serie del Touareg. A continuacin presentaremos brevemente los componentes mecnicos.
Para ms informacin sobre el motor de combustin, la caja de cambios y el vehculo se pueden consultar los Programas autodidcticos: 449 "Touareg 2010", 452 "Motor TSI de 3,0 l y 245kW sobrealimentado con compresor", 466 "Cambio automtico 0C8 de 8 velocidades" y 469 "Touareg 2010, tren de rodaje y sistema de traccin total".
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Configuracin mecnica
Motor TSI de 3,0l-245kW sobrealimentado con compresor
Este propulsor es un TSI V6 de 3,0l con compresor. El compresor es accionado por medio de una correa. La segunda correa del motor se encarga de impulsar la bomba de agua cuando est activada. Forma parte del sistema de gestin trmica de todo el grupo motopropulsor. Con la mquina elctrica se suprime el motor de arranque y el alternador para la red de a bordo de 12voltios. El motor TSI no lleva, por lo tanto, ninguna correa para el alternador.
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Mquina elctrica
El principal componente del sistema de propulsin hbrido es la mquina elctrica. Desempea tres funciones esenciales dentro del sistema hbrido: 1. motor de arranque del motor de combustin, 2. alternador para cargar la batera de alto voltaje, 3. motor elctrico para posibilitar el movimiento del vehculo. El rotor gira en el estator sin que haya ningn contacto. Cuando funciona como alternador, la mquina elctrica tiene una potencia de 38kW. Cuando funciona como motor, la mquina elctrica desarrolla una potencia de 34kW. La diferencia viene dada por la prdida de potencia que presenta toda mquina elctrica por razones de diseo. Con el Touareg Hybrid es posible circular por terreno llano hasta unos 50km/h en el modo exclusivamente elctrico. La velocidad mxima depender de las resistencias a la marcha y del estado de carga de la batera de alto voltaje. El embrague K0 se encuentra en la carcasa de la mquina elctrica.
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Configuracin mecnica
Diferencial Torsen, diferencial y rboles
Estos componentes se han tomado todos del Touareg. Se incorporan sin ninguna modificacin en el sistema de propulsin hbrido. El Touareg se ofrece bsicamente con dos sistemas de traccin diferentes: "4motion" y "4Xmotion". El Touareg Hybrid slo est disponible con la versin "4motion". Eso significa que lleva una caja de transferencia con Torsen autoblocante para los ejes delantero y trasero, respectivamente. Los rboles se han optimizado por lo que respecta a su peso y poseen un elemento de acoplamiento insertable por el lado del cambio. Los estriados de los rboles encargados de transmitir el par son autocentrantes.
Para obtener una informacin ms detallada sobre el grupo motopropulsor puede consultar los programas autodidcticos: 449 "Touareg 2010", 452 "Motor TSI de 3,0 l y 245kW sobrealimentado con compresor", 466 "Cambio automtico 0C8 de 8 velocidades" y 469 "Touareg 2010, tren de rodaje y sistema de traccin total".
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Componentes elctricos
Mquina elctrica
Mquina elctrica
La mquina elctrica va alojada entre el motor de combustin y la caja de cambios automtica. Se trata de un motor sncrono trifsico. Por medio del mdulo electrnico de potencia se transforma la tensin continua de 288V en una tensin alterna de tres fases. Estas tres fases forman, en la mquina elctrica, un campo electromagntico trifsico. En la literatura de Servicio, la mquina elctrica se denomina "motor para propulsin elctrica V141".
Rotor Estator
Carcasa del sistema hbrido Plato de presin del embrague Volante de inercia Disco de arrastre del embrague
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Componentes elctricos
Funciones asignadas Dependiendo de la situacin de la marcha y del modo de conduccin, la mquina elctrica desempea diferentes funciones: Cuando se pasa de un modo de propulsin elctrico a un modo de conduccin con motor de combustin, la mquina elctrica funciona como motor de arranque para el motor de combustin. Posteriormente durante el modo de conduccin con motor de combustin, el sistema hbrido invierte el funcionamiento de la mquina elctrica de forma que pase a trabajar como alternador. La energa elctrica as obtenida se utiliza, por medio del transformador de tensin, para cargar la batera de alto voltaje (288V) y la batera de 12 voltios de la red de a bordo. Al desacelerar el vehculo, la mquina elctrica suministra energa elctrica a la batera de alto voltaje y recupera, de esta forma, como energa elctrica, una parte de la energa cintica excedente. En el pedal de freno va alojado el sensor de recorrido del pedal. En cuanto se detecta una ligera frenada, el sistema hbrido invierte el funcionamiento de la mquina elctrica para que, como alternador, cargue la batera de alto voltaje. La energa, que con los frenos hidrulicos convencionales se transforma en calor, se puede almacenar ahora en la batera de alto voltaje. Posteriormente, esta energa se utilizar para conducir el vehculo. Durante la recuperacin se transforma, como mnimo, tanta energa como necesita la red de a bordo de 12voltios. Durante este proceso, el motor de combustin permanece desactivado. La mquina elctrica implementa, por lo tanto, el concepto de sistema Start-Stop para la propulsin hbrida. En el modo de conduccin elctrica, el funcionamiento de la mquina elctrica se invierte de nuevo pasando de funcionar como alternador a funcionar como motor elctrico. Cuando el motor de combustin est desacoplado, la mquina elctrica es la que entonces se encarga de propulsar el vehculo. Dependiendo de la resistencia que se oponga a la marcha (aerodinmica, de rodadura, de ascenso, de friccin), la mquina elctrica podr, funcionando como motor elctrico, propulsar el vehculo hasta unos 50 km/h. Pero si el conductor desea acelerar ms, la potencia de la mquina elctrica ya no ser suficiente para ejecutar este deseo del conductor. Por ello, el sistema hbrido pone en marcha el motor de combustin de forma automtica. La mquina elctrica es alimentada por el mdulo electrnico de potencia a travs de un cable trifsico.
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Arquitectura La mquina elctrica se compone de: la carcasa de fundicin a presin de aluminio, el rotor magntico interior, el estator con las bobinas electromagnticas, una placa intermedia para conectar al convertidor de par de la caja de cambios automtica, el cojinete principal de la mquina elctrica, el terminal de alto voltaje trifsico.
Por el lado del motor se encuentran el embrague para el motor de combustin y un volante de inercia. Los terminales trifsicos van conectados a las bobinas electromagnticas de tal forma que tres bobinas contiguas quedan conectadas a fases diferentes, respectivamente.
sin corriente
As funciona La mquina elctrica posee un devanado del estator que, como motor, genera un campo magntico giratorio. Cuando la mquina elctrica funciona como alternador, el devanado del estator induce una tensin elctrica. El rotor lleva imanes permanentes para generar campo. Por medio de la frecuencia de la corriente trifsica suministrada queda definida exactamente la velocidad de giro del motor sncrono. Para poder regular sin escalonamientos la velocidad de giro de un motor sncrono se utiliza un convertidor de frecuencia. Los sensores de posicin del rotor van midiendo constantemente la posicin del motor. A partir de esa informacin, el mdulo electrnico de control determina la velocidad de giro real.
Cuando la mquina elctrica est trabajando como generador, el rotor se pone en movimiento impulsado desde el exterior por una fuerza a travs de la caja de cambios. Debido a que el campo magntico del rotor pasa junto a las bobinas del estator, se induce entonces una tensin en las bobinas para cada fase. Las bobinas son pasadas, una tras otra, por el campo magntico del rotor. El mdulo electrnico de potencia convierte la energa elctrica generada en una tensin continua de carga de 288V para la batera de alto voltaje.
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Componentes elctricos
Mdulo electrnico de potencia y control del sistema de propulsin elctrico JX1
3 tomas de conexin, mquina elctrica 2 tomas de conexin, batera de alto voltaje 1 toma de conexin, compresor del climatizador
En adelante, y para facilitar la comprensin del texto, el mdulo electrnico de potencia y control del sistema de propulsin elctrico JX1 se denominar, de forma abreviada, "mdulo electrnico de potencia". El mdulo electrnico de potencia es el transformador de energa del sistema de propulsin elctrico. Dentro de la carcasa de aluminio, que va ubicada en el lado del conductor entre el motor y el pasarruedas, van alojados diferentes componentes del sistema de alto voltaje y del sistema de propulsin elctrico. Son: la unidad de control del mdulo electrnico de potencia, el transmisor de temperatura para el mdulo electrnico de potencia, un transformador de tensin DC de 288voltios/DC de 12voltios, un transformador de tensin DC de 288voltios/AC de 288voltios para la mquina elctrica, el distribuidor de red de alto voltaje, los dos terminales de alto voltaje para los cables de la batera de alto voltaje, los tres terminales de alto voltaje para los cables de la mquina elctrica, un terminal de alto voltaje para el cable del compresor del climatizador, el terminal de bajo voltaje para la red de a bordo de 12voltios, un sistema de refrigeracin integrado en la carcasa con manguito de empalme para el circuito de refrigeracin de baja temperatura, la lnea de seguridad con conector de seguridad.
El mdulo electrnico de potencia no se debe abrir y en caso de daarse se tendr que cambiar por completo. Ms adelante estar disponible como pieza de canje.
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Transformador de tensin
En el mdulo electrnico de potencia van integrados dos transformadores de tensin. Son los encargados de transformar la tensin continua de 288 voltios de la batera de alto voltaje para la mquina elctrica y la red de a bordo de 12voltios.
Puesto que la mquina elctrica es un motor sncrono trifsico, y las bateras slo pueden almacenar tensin continua, el mdulo electrnico de potencia tambin lleva integrado un transformador de tensin DC/AC. Funcin Este transformador se encarga de transformar la tensin continua de 288 voltios de la batera de alto voltaje para la alimentacin de la mquina elctrica en una tensin alterna de 288 voltios de tres fases. Cuando la mquina elctrica funciona como alternador, transforma la tensin alterna en una tensin continua de 288voltios para cargar la batera de alto voltaje. El filtrado de la tensin rectificada se realiza a travs de la batera de 12voltios de la red de a bordo.
Tensin rectificada
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Componentes elctricos
Batera de alto voltaje A38
A la batera de alto voltaje se accede a travs de la cubierta del piso del maletero. Viene diseada en forma de mdulo y contiene diferentes componentes del sistema de alto voltaje del Touareg. El mdulo completo de la batera de alto voltaje pesa 85kg y slo se puede sustituir entero. En la literatura de Servicio, la batera de alto voltaje se denomina "batera hbrida A38".
Un ejemplo: Si se compara la energa de la batera de alto voltaje con la energa que se genera cuando se quema combustible, la energa que puede suministrar la batera equivale a unos 200ml de combustible. Esto demuestra que la batera an se puede perfeccionar, desde el punto de vista de su capacidad de almacenamiento de energa, de cara a conseguir un vehculo plenamente elctrico. La batera de alto voltaje debe entenderse, por lo tanto, como un acumulador de poca capacidad del sistema de propulsin elctrico. Puede, al igual que un condensador, almacenar energa y volverla a ceder. En el fondo, por lo tanto, la recuperacin de energa puede considerarse como una posibilidad de recargar el vehculo durante la marcha. El empleo de la batera de alto voltaje en un vehculo hbrido se caracteriza por un proceso alternante de carga de la batera de alto voltaje (recuperacin) y de descarga (conduccin en el modo elctrico).
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Arquitectura El mdulo de la batera de alto voltaje se compone de: la batera de 288voltios, la caja de proteccin, la caja de conexin y distribucin, los conductos de entrada y salida de aire, la carcasa de ventiladores, dos ventiladores elctricos (12V).
La batera de alto voltaje es una batera de nquel e hidruro metlico. Como electrlito se utiliza un gel. Incluso si se producen agujeros de gran tamao en la carcasa de la batera no saldr ningn lquido. La batera se compone de dos bancos de batera, cada uno con una tensin de 144V. Ambos bancos de la batera van conectados por medio de ruptores y generan en total 288V. Cuando el estado de carga es del 75% tiene una tensin de unos 288V. La carga elctrica es de unos 6,5Ah. Por lo tanto, el contenido energtico cargado de la batera de alto voltaje es de 1,87kWh. La batera de alto voltaje va refrigerada por aire. Dos ventiladores se encargan de aspirar un pequea parte de aire del interior del vehculo. El aire calentado se expulsa a travs de una salida de desaireacin forzada ubicada en el paragolpes trasero. A la batera de alto voltaje va abridada la caja electrnica.
Advertencia Ya las tensiones alternas de 25voltios y las continuas de 60voltios son peligrosas para las personas. Por ello es necesario que tenga siempre en cuenta las instrucciones de seguridad especificadas en la literatura de Servicio, en la Localizacin guiada de averas, y las advertencias que figuran en el vehculo. Solo el personal cualificado y debidamente familiarizado con los sistemas de alto voltaje podr realizar trabajos en los vehculos equipados con estos sistemas.
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Componentes elctricos
Caja de proteccin
A fin de proteger la batera de alto voltaje, especialmente en el caso de una colisin trasera, los dos bancos de la batera van dentro de una caja de proteccin. El marco se compone de perfiles de aluminio soldados y atornillados. Se encargan de transmitir la energa de una colisin a la estructura del vehculo. El marco tambin sirve para poder sacar toda la batera del piso del maletero con la ayuda de los tiles del taller.
Funcin A travs de la caja electrnica se conecta la batera de alto voltaje al sistema de 288voltios del vehculo. Contiene una parte de los sistemas de proteccin para el sistema de alto voltaje y el dispositivo de vigilancia de la batera de alto voltaje.
Arquitectura La caja de conexin y distribucin (caja electrnica) contiene: la unidad de control para regulacin de la batera J840, el conector de seguridad 1 TV44, el conector de mantenimiento para el sistema de alto voltaje TW, los rels de proteccin (contactores), los terminales para los dos cables de alto voltaje que van de la batera de alto voltaje al mdulo electrnico de potencia.
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El conector de seguridad se halla entre el conector de mantenimiento y los elementos de conexin para los dos cables de alto voltaje que van al mdulo electrnico de potencia. Funcin El conector de seguridad funciona como un interruptor que va en un circuito elctrico. Si se desacopla el conector de seguridad, el interruptor queda abierto y se interrumpe la lnea de seguridad. El sistema de alto voltaje queda entonces desactivado. Cuando el conector de seguridad est acoplado, el interruptor y, por lo tanto, la lnea de seguridad estn cerrados. El sistema de vigilancia entiende que los dos cables de alto voltaje estn conectados a la batera de alto voltaje. El sistema hbrido est en condiciones de funcionar. El conector de seguridad va unido mecnicamente a los elementos de cierre de los cables de alto voltaje. Si hay que desacoplar los cables habr que retirar el conector de seguridad.
Funcin La unidad de control para regulacin de la batera se encarga de supervisar el estado de carga y operativo de la batera. La unidad de control determina los valores para la carga, la descarga y la temperatura de la batera de alto voltaje. Registra la temperatura de la batera y regula su refrigeracin por medio de los ventiladores elctricos. Para que se pueda realizar la diagnosis del vehculo, registra en su memoria las averas que se producen en la batera o en la caja electrnica. A modo de proteccin contra el tuneado, la unidad de control almacena todos los datos relevantes relacionados con la batera. Esto permite ver tambin posteriormente si ha habido una descarga profunda o un sobrecalentamiento de la batera de alto voltaje.
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Componentes elctricos
Conector de mantenimiento para el sistema de alto voltaje TW
Se encuentra debajo de la tapa de color naranja que hay en la caja electrnica. Funcin El conector de mantenimiento es un puente elctrico entre los dos bancos de la batera de alto voltaje. Si se desacopla el conector se corta la conexin. La tensin residual de la red de alto voltaje se degrada. El sistema de alto voltaje queda entonces sin tensin. El conector de mantenimiento se desenchufa siempre que haya que realizar trabajos en los componentes de alto voltaje o cerca de ellos con herramientas que desprendan virutas, que deformen o que tengan cantos afilados.
Advertencia: Este conector de mantenimiento slo lo podr desenchufar el personal tcnico cualificado en sistemas de alto voltaje para dejar el sistema sin tensin.
As funciona Retire la tapa de goma de color naranja que hay en la caja electrnica. El conector de mantenimiento queda entonces al descubierto. Desbloquee el conector de mantenimiento tirando hacia un lado del elemento superior con la ayuda de una herramienta. Levante luego hacia arriba la parte superior del conector. El conector de mantenimiento queda entonces desbloqueado y se puede retirar. Para volver a poner en funcionamiento el sistema de alto voltaje deber volver a colocar el conector de mantenimiento en su posicin correcta. Si desea conocer informacin ms detallada sobre cmo realizar las mediciones para poder reanudar el funcionamiento, deber consultar en la Localizacin guiada de averas.
Cable de alto voltaje al mdulo electrnico de
Conector de mantenimiento
Caja electrnica
Lnea de seguridad
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Rels de proteccin
Al lado de la unidad de control para regulacin de la batera se encuentran, dentro de la caja electrnica, los rels de proteccin, tambin llamados contactores. Los contactores son un dispositivo tcnico utilizado en electrotecnia para proteger la red de alto voltaje y, por lo tanto, el sistema elctrico del vehculo de cualquier fallo que se produzca en secciones individuales de la red. Si el sistema de vigilancia del modelo hbrido detecta un fallo, los contactores se abren. Esto es necesario, por ejemplo, en el caso de producirse un accidente con el vehculo hbrido. En este caso, la unidad de control de airbag excita los contactores.
Funcin Los dos rels de proteccin se encargan de conectar la batera de alto voltaje con la red de alto voltaje. Junto al conector de mantenimiento, sirven para separar ambos sectores.
Arquitectura Todo rel es un interruptor de accionamiento electromagntico que permite conectar y desconectar una gran corriente de trabajo con una pequea corriente de control. Si a la bobina del rel se le aplica corriente desde la unidad de control, el inducido es atrado hacia la bobina. Este movimiento hace que se cierre un interruptor mecnico para la corriente de trabajo. Si la bobina no recibe corriente, el interruptor para la corriente de trabajo permanece abierto.
As funciona Cuando se activa la red de a bordo del Touareg, la unidad de control para regulacin de la batera excita los rels de proteccin y conecta as el sistema de 288voltios. Cuando el encendido (borne 15) no est conectado, los contactores permanecen abiertos. Al conectarse el encendido se cierran los contactores. Si se desconecta la red de a bordo de 12voltios, esto hace que se abran los contactores.
Efectos en caso de avera Si al conectarse el encendido los contactores no se cierran, no ser posible activar el sistema hbrido. Por un lado no se encender la indicacin de "ready" en el cuadro de instrumentos. Por otro, el motor de combustin no arrancar porque no se puede conectar la mquina elctrica. Si los contactores no se pueden abrir, no ser posible dejar sin tensin al sistema de alto voltaje. Una posible causa es que se hayan quedado adheridos los contactos de 288voltios de los rels de proteccin. sta es la nica avera que no permite dejar sin tensin al vehculo.
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Componentes elctricos
Ventiladores de la batera de alto voltaje
Funcin Los dos ventiladores de la batera de alto voltaje van montados directamente en la batera. Hacen pasar por la batera una parte del aire fresco del habitculo. El aire calentado por la batera de alto voltaje se libera hacia el exterior a travs de una salida de desaireacin forzada dispuesta en el protector del paragolpes. Los ventiladores se designan en la literatura de Servicio como: - Ventilador 1 para la batera del sistema hbrido V457 y - Ventilador 2 para la batera del sistema hbrido V458 As funciona El aire es aspirado por un conducto de entrada que se halla debajo de la fila de los asientos traseros. A travs de este conducto, el aire pasa por las placas de la batera de alto voltaje. Entre las celdas hay un pequeo espacio por el que puede circular el aire. A continuacin, los dos ventiladores desplazan el aire caliente de la batera de alto voltaje por cada uno de los lados.
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un cable de alto voltaje que va del mdulo electrnico de potencia al compresor del climatizador
tres cables de alto voltaje que van del mdulo electrnico de potencia a la mquina elctrica
dos cables de alto voltaje que van de la batera de alto voltaje al mdulo electrnico de potencia
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Componentes elctricos
De la batera de alto voltaje al mdulo electrnico de potencia
Entre la batera de alto voltaje y el mdulo electrnico de potencia se produce un intercambio de cargas elctricas a travs de dos cables de alto voltaje de color naranja. Ambos cables transportan un potencial. Hay aplicada una tensin continua de 288voltios. Los cables son de un contacto y llevan un apantallamiento.
a d b c e
Contacto de los cables de alto voltaje entre la batera de alto voltaje y la mquina elctrica
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a d b c e
Leyenda a - Motor para propulsin elctrica V141 (mquina elctrica) b - Compresor de climatizador elctrico V470 c - Mdulo electrnico de potencia y control del sistema de propulsin elctrico JX1 d - Caja de conexin y distribucin SX1 (caja electrnica) e - Batera de alto voltaje
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Componentes elctricos
Sistema de seguridad
Cuando se maneja incorrectamente, la red elctrica de alto voltaje representa un peligro debido a la elevada tensin de 288 voltios. A fin de reducir el potencial de peligro y evitar que se realicen trabajos incorrectamente en el sistema o que se produzca un contacto involuntario con la tensin de alto voltaje, el Touareg Hybrid va dotado de un amplio sistema de seguridad. Entre los componentes del sistema de seguridad se encuentran: la lnea elctrica de seguridad con conector de seguridad, la cerradura de encendido, el rel para la unidad de control para regulacin de la batera, la unidad de control de airbag, el conector de mantenimiento.
Tomas para los cables de alto voltaje La consola del conector de seguridad con el estribo de bloqueo mecnico (rojo) sobre la caja electrnica, con el conector de seguridad retirado y los cables de alto voltaje desacoplados
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d e a b c
g k n
i l m
Todos los componentes del sistema de alto voltaje van conectados entre s por medio de un cable aparte de bajo voltaje dispuesto en forma de anillo. En este circuito, cada componente va conectado a la lnea de seguridad por medio de un contacto ruptor. Mientras todos los componentes estn operativos, los contactos de los ruptores permanecen cerrados. Si entonces se aplica una tensin a la lnea de seguridad, la corriente puede fluir porque el cable no est interrumpido. El hecho de que se pueda medir corriente es una seal, por lo tanto, de que todos los componentes de la lnea de seguridad estn operativos. El funcionamiento de la lnea de seguridad es comparable al de la supervisin en fro de las lmparas.
Si se abre un contacto de ruptor porque hay algn componente que no est operativo o porque se ha retirado el conector de seguridad, la lnea de seguridad queda interrumpida. Cuando se aplique una tensin no podr fluir ninguna corriente. Esto es una seal de que el sistema de alto voltaje no est operativo. El mdulo electrnico de potencia se encarga de comprobar si la lnea de seguridad est cerrada o interrumpida. Si la unidad de control constata que la lnea est interrumpida, excita los rels de proteccin e interrumpe la conexin de la batera de alto voltaje con el sistema de alto voltaje.
Ejemplo: se ha desacoplado el cable de alto voltaje del compresor Leyenda a - Conector de mantenimiento b - Conector de seguridad 1 c - Tapa de la distribucin-red de traccin d - Conector de seguridad 2 e - Conector del compresor del climatizador f - Compresor del climatizador g - Mdulo electrnico de potencia h - Tapa trifsica, mdulo electrnico de potencia i - Caja de conexin de la mquina elctrica k - Unidad de control para regulacin de la batera l - Conector sensor de 14 contactos para cableado del motor m - Mquina elctrica n - Batera de alto voltaje con caja electrnica
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Componentes elctricos
As funciona el bloqueo mecnico con el conector de seguridad
Conector de seguridad
Para comenzar con este trabajo hay que retirar siempre el conector de mantenimiento. Este trabajo slo podr realizarlo un tcnico cualificado por Volkswagen en sistemas de alto voltaje. Si se conecta el cable de alto voltaje para el mdulo electrnico de potencia a la caja electrnica, ser preciso hacer pasar un estribo de bloqueo por encima de los dos contactos antes de poder colocar el conector de seguridad. Eso quiere decir, en interaccin con la lnea de seguridad, que el sistema de alto voltaje slo podr recibir corriente una vez que el conector de seguridad est acoplado. Los terminales de alto voltaje se acoplan siempre, por lo tanto, en ausencia de corriente. Y a la inversa, el cable de alto voltaje slo se podr desacoplar de la caja electrnica si previamente se ha retirado el conector de seguridad. Slo entonces se podr llevar el estribo de bloqueo hacia atrs para desacoplar los contactos del cable de alto voltaje. Dado que previamente ha sido necesario retirar el conector de seguridad, la lnea de seguridad habr quedado interrumpida y la unidad de control para gestin de la batera habr desacoplado la batera de alto voltaje por medio de los rels de proteccin. De esta forma ya no habr ninguna tensin en los contactos para el cable de alto voltaje y no podr producirse ninguna descarga elctrica al retirar el cable de alto voltaje.
Estribo de bloqueo
Caja electrnica
Atencin! Este trabajo slo lo podr realizar un tcnico de Volkswagen cualificado en sistemas de alto voltaje.
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Mis notas
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VOLKSWAGEN AG, Wolfsburg Reservados todos los derechos. Sujeto a posibles modificaciones. Edicin tcnica 11.2009 Volkswagen AG Cualificacin Postventa Service Training VSQ-1 Brieffach 1995 D-38436 Wolfsburg