MHEV plus: la próxima generación híbrida en Audi
- La tecnología MHEV plus con un generador de tren motriz (PTG) como motor eléctrico garantiza una mayor eficiencia en la conducción parcialmente eléctrica.
- El sistema eléctrico de 48 voltios apoya al motor de combustión, reduce las emisiones de CO₂ y aumenta tanto el rendimiento como el confort de conducción.
- Miembro del Consejo de Administración de Audi para el Desarrollo Técnico, Geoffrey Bouquot: “Estamos impulsando la electrificación adaptada a las necesidades del cliente”.
Ingolstadt, 1 de enero de 2025 – Con las nuevas series A5 y Q5 basadas en la Plataforma Premium de Combustión (PPC), Audi ha lanzado sus primeros motores de combustión con la nueva tecnología MHEV plus. Gracias a la interacción única entre el generador de tren motriz (PTG), el arrancador-alternador por correa (BAS) y una batería de fosfato de hierro y litio, el sistema híbrido suave de 48 voltios apoya al motor de combustión, reduce las emisiones de carbono y, al mismo tiempo, mejora el rendimiento y la agilidad. El PTG, que puede acoplarse o desacoplarse completamente, cuenta con electrónica de potencia integrada y un motor eléctrico que permite la conducción parcialmente eléctrica. Esto reduce el consumo y proporciona una experiencia de conducción aún más fluida.
"Con la nueva tecnología MHEV plus, estamos impulsando la electrificación en nuestros nuevos vehículos con motor de combustión basados en la Combustión de la Plataforma Premium que se adapta a las necesidades de nuestros clientes", dice Geoffrey Bouquot, miembro de la Junta Directiva de Desarrollo Técnico de 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, impulso eléctrico y un aumento significativo en la eficiencia y la comodidad. El sistema híbrido suave en el nuevo Audi A5 y Q5 consta de tres componentes principales: el nuevo generador de tren motriz (PTG) de diseño compacto con electrónica de potencia integrada y un motor síncrono permanentemente excitado (PSM), una batería de 48 voltios y el arrancador del alternador de correa (BAS). Los componentes del sistema de 48 voltios se enfrían 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 basada en la Combustión de Plataforma Premium (PPC). El enfriamiento líquido específico de la situación de la electrónica de potencia y el motor eléctrico permite que los componentes funcionen en condiciones de funcionamiento óptimas para satisfacer las demandas de potencia y par en todos los estados de funcionamiento. La nueva tecnología MHEV plus permite estados de funcionamiento puramente eléctricos y también puede soportar el motor de combustión. Por lo tanto, 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 combinado de combustible; 182–169 (g/km) emisiones combinadas de CO2; clase de CO2: G–F), hasta 17 g/km o 0,74 l/100 km (según el WLTP) ahorros son posibles.
Generador de tren motriz como un potente módulo de accionamiento adicional
Otra ventaja importante es que el sistema MHEV plus mejora el rendimiento y la comodidad de conducción. El módulo de accionamiento eléctrico compacto pero potente del nuevo sistema MHEV plus es el generador de tren motriz (PTG). Este componente también representa la mayor diferencia con la tecnología MHEV ofrecida previamente por Audi, que funciona exclusivamente con un motor de arranque del alternador de 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 contribuir con hasta 18 kW (24 PS) de energía eléctrica al accionamiento. El módulo permite un par máximo de 230 Nm en la salida de la transmisión, que ya está disponible como par de accionamiento 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 una máxima eficiencia. A velocidades más altas del vehículo, el PTG se desengancha del tren motriz a través de un embrague de perro integrado.
El PTG pesa alrededor de 21 kilogramos y permite un máximo de 5.550 revoluciones por minuto en el eje de salida. Dependiendo del vehículo y la variante de conducción, esto corresponde a una velocidad de 130 a 140 km/h.
Con modificaciones mínimas en las partes y componentes circundantes, se creó el espacio requerido para integrar un motor eléctrico en la salida de transmisión dentro de los límites del túnel del vehículo existente. El posicionamiento directamente detrás de la caja de cambios ofrece varias ventajas: los 18 kW de potencia de transmisión o hasta 25 kW de potencia de frenado regenerativo suministrado por el PTG están disponibles directamente en la salida del eje sin ninguna pérdida adicional. Gracias a esta configuración, el PTG se puede utilizar tanto en vehículos con tracción delantera como con tracción total sin ninguna modificación y de forma modular.
Para cumplir con los altos requisitos de confort del sistema, se debe garantizar un 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 centígrados. Una camisa 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 potencia. Los condensadores de circuito intermedio están rodeados por el disipador de calor de una manera que ahorra espacio y es térmicamente óptima.
Desarrollo centrado en los requisitos del cliente
Audi desarrolló la tecnología MHEV plus con sus ojos puestos en los requisitos anticipados de los clientes. Las tracciones convencionales disponibles con arranque-parada de primera generación o hibridación leve se basan en componentes clave de eficiencia, como la parada del motor cuando el vehículo está parado, el vuelo en despegue, el volante libre con el motor apagado y la recuperación de energía de 12 voltios o 48 voltios. Las principales ventajas del mayor grado de electrificación con la nueva tecnología incluyen la comodidad añadida de operación de arranque y parada, coste libre de emisiones, recuperación de energía, conducción parcialmente eléctrica, por ejemplo, para estacionamiento y maniobras eléctricos, y mayor rendimiento gracias al soporte eléctrico del motor de combustión.
Esto permite que el vehículo se conduzca de forma puramente eléctrica, dejando el motor de combustión apagado por más tiempo, por ejemplo, cuando se 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 arranque del vehículo se 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 agilidad.
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 recuperar hasta 25 kW de energía a través de frenado regenerativo hasta poco antes de que el vehículo se detenga. El sistema de control de frenos integrado 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 está apagado, como cuando se espera en una luz roja.
BAS, batería de iones de litio e iBRS: una combinación ideal
Como parte de la tecnología MHEV plus, el arrancador del alternador de 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 motor de arranque de piñones y logra una velocidad de arranque más alta para el motor de combustión. Esto da como resultado un mejor consumo y una mayor comodidad inicial. El arrancador del alternador de correa también puede recuperar la energía del motor cuando se apaga y coloca los cilindros en la posición óptima para reiniciar.
La batería de iones de litio hecha con fosfato de hierro y litio (LFP) tiene una capacidad de almacenamiento de 37 amperios hora, lo que corresponde a poco menos de 1,7 kWh (bruto). Su potencia máxima de descarga es de 24 kW. Debido a los requisitos de disponibilidad, potencia y torque, la batería está integrada en un circuito de refrigeración por agua a 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 los modelos con tecnología MHEV plus, iBRS garantiza un frenado sin presión y logra la desaceleración necesaria a través del frenado regenerativo sin el uso del freno mecánico de la rueda. Los frenos mecánicos solo se aplican cuando el pedal del freno se presiona con más fuerza. Esto no tiene ningún efecto en la sensación de frenado.
Sofisticada estrategia operativa MHEV más
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 suministrar altas corrientes al motor eléctrico y almacenar altas corrientes de carga durante la recuperación de energía. El enfoque del sistema híbrido no está en el rango eléctrico, sino en la descarga y recarga de la batería en ciclos rápidos. Esto permite recuperar la mayor cantidad de energía posible y reutilizarla rápidamente de manera eficiente para la unidad.
Con la tecnología MHEV plus, un software de control evalúa el estado de funcionamiento del vehículo para la interacción óptima entre el motor de combustión, el PTG y el BAS. Los valores característicos para el uso óptimo de los dos motores eléctricos y los niveles de torque deseados para la propulsión o la recuperación de energía se almacenan para este propósito. También se tiene en cuenta el estado de carga de la batería. El objetivo es un funcionamiento estable, y el sistema de control logra diferentes resultados dependiendo de la situación. Esto se debe a que la estrategia operativa de los accionamientos eléctricos 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 de un máximo de 18 kW solo es aplicada por el generador del tren motriz a partir de aproximadamente el 80 por ciento del pedal del acelerador o el kickdown. En el modo de conducción S, los 18 kW de potencia adicional ya están disponibles a valores más bajos del pedal del acelerador. 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 autopistas y carreteras fuera de los límites de la ciudad. En S, sin embargo, el PTG permanece acoplado hasta su velocidad máxima permitida del motor de 5.550 rpm para permitir una 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 del 50 al 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 entrar en las ciudades. En S, un SoC objetivo más alto de alrededor del 70 por ciento asegura 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 del tren motriz también ofrece ventajas en términos de dinámica de conducción, ya que el par adicional e inmediatamente disponible significa que el vehículo puede reaccionar de manera más espontánea a los cambios de carga y acelerar más ágilmente fuera de las curvas. 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 más receptivo y dinámico en S.
Los modelos con MHEV plus también pueden funcionar puramente eléctricamente, por ejemplo, cuando el vehículo se acerca a una ciudad, y luego pueden mantener su velocidad con la ayuda del PTG. Si la potencia requerida por el conductor o el Control de Crucero Adaptativo (ACC) excede un cierto valor, el motor de combustión arranca y se hace cargo de 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 el consumo de 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 de nuevo según sea necesario por medio de una mayor potencia junto con el BAS y el PTG, en otras palabras, recargar la batería. Esto no se aplica a las maniobras eléctricas, al arrastrarse en el tráfico lento o al estacionamiento, que se puede mantener 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 tarde, cuando hay una demanda de energía ligeramente mayor. 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 potencia del motor de combustión. En términos simples, esto significa que cuanto mayor sea la velocidad, más potencia el motor de combustión del coche.
En combinación con lo que sea que haya en el tanque, las ganancias de eficiencia del tren motriz mejoran notablemente el alcance 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.
Esta tecnología no se ofrecerá en el mercado estadounidense debido a las diferentes necesidades de los clientes.
