LA TECNOLOGÍA HÍBRIDA CASO TOYOTA

8/8/2019 LA TECNOLOGÍA HÍBRIDA CASO TOYOTA

http://slidepdf.com/reader/full/la-tecnologia-hibrida-caso-toyota 1/8

ESTUDIO DE CASOS

LA TECNOLOGÍA HÍBRIDA, LO

MEJOR DE DOS MUNDOSEL CASO DE TOYOTA

KARL VAN DIJCK

Director de Recursos Humanos, Formación y Asuntos Corporativos

Toyota España

Toyota es uno de los mayores fabricantes de vehículos y una de las compañías más cono-

cidas hoy día en el mundo. Fue fundada en 1937 por Kiichiro Toyoda, uno de cuyos gran-des legados fue la puesta en marcha de la filosofía just in time como sistema de produc-ción, que no tardó en extenderse por la industria automovilística de todo el mundo.

Resurgiendo de las cenizas de la debacle industrialde la posguerra japonesa, Toyota se ha convertidoen el mayor productor de vehículos de Japón,copando alrededor del 40% del mercado. Toyotaempezó a hacer sus pinitos en los mercados extran- jeros a finales de los años 50. Los primeros modelosdel Crown llegaron a los EEUU en 1957, y alrededorde 1965, con modelos como el Corolla, Toyota

empezó a ganarse una reputación y unas ventascapaces de hacer frente a sus competidores. El pri-mer Toyota que se importó a Europa fue víaDinamarca, en 1963. Desde entonces, Toyota hacontinuado su crecimiento dentro del sofisticado y complejo mercado Europeo. A partir del año 2000,con la eliminación del régimen de cupos a los vehí-culos japoneses, la oferta de productos ha idoaumentando año tras año.

Hoy Toyota comercializa en España (Toyota Españaengloba las divisiones Toyota y Lexus) 15 modelos

distintos con más de 60 versiones entre las gamasde turismo, monovolúmenes, deportivos, todoterre-nos y vehículos comerciales, contando con motori-zaciones gasolina, diesel e Hybrid Synergy Drive (HSD)de última tecnología en toda su gama, y es una delas compañías más representativas por su reputa-ción y satisfacción al cliente y por su importanteapuesta por modelos con tecnología híbrida de

reducido consumo, más respetuosos con el medioambiente.

A este respecto, cabe señalar que no existe una solatecnología o combustible que pueda ofrecer unasolución óptima al problema de las emisiones. Todastienen deficiencias. Los motores de gasolina emitenmenos óxidos de nitrógeno que los diesel y produ-cen unos niveles insignificantes de partículas en sus-pensión. Los motores diesel, por su parte, son máseficientes y producen menos dióxido de carbonoque los de gasolina. Entre las fuentes de energía no

140 377 >Ei



LA TECNOLOGÍA HÍBRIDA, LO MEJOR DE DOS MUNDOS…

377 >Ei 141

derivadas del petróleo, los vehículos eléctricos, por

ejemplo, son ecológicos, pero no son capaces deofrecer unas prestaciones satisfactorias ni una autono-mía aceptable y siempre han de recargarse. Pero, ¿y si fuera posible combinar diferentes tipos de fuentesde energía y hacer que funcionaran conjuntamentepara potenciar sus ventajas respectivas y reducir susevidentes deficiencias? Este salto hacia delante se hamaterializado con la creación de la tecnología híbri-da, que constituye hoy una de las tecnologías esen-ciales de Toyota en el campo de la automoción.

La tecnología híbrida puede aplicarse eficazmentepara mejorar las eficiencias de diversos motores, con

independencia del tipo de combustible que utilicen(gasolina, diesel, combustibles alternativos o vehículosde pila de combustible). Los híbridos no sólo producenmenos emisiones y reducen el consumo de combus-tible, sino que son completamente silenciosos cuandofuncionan en modo eléctrico y ofrecen un impresio-nante comportamiento al circular. El revolucionarioavance logrado por la tecnología híbrida radica en lagestión inteligente de los flujos de energía proceden-tes de dos fuentes distintas para que cada aspecto dela marcha del vehículo –aceleración, circulación encarretera, frenado y paradas y arranques intermiten-tes– se desarrolle de manera óptima.

Esta solución altamente innovadora consiste en aunarun motor de gasolina diseñado para reducir al míni-mo el consumo de combustible, con un motor eléc-trico que no produce emisión alguna y va unido auna batería eléctrica de níquel-metal híbrido queproporciona energía adicional. Estas dos fuentes deenergía funcionan conjuntamente bajo la supervi-sión de un sofisticado controlador de gestión deenergía con el fin de ofrecer la máxima eficienciaglobal en el uso del vehículo. A lo largo del presen-te articulo mostraremos como Toyota ha sido capazde unir lo mejor de los dos mundos.

EL DESAFÍO DE LA TECNOLOGÍA HÍBRIDA EN TOYOTA

Toyota, y la industria del automóvil en general, seestán enfrentando a tres grandes desafíos medioam-bientales: El creciente desequilibrio entre la oferta y la demanda de energía; el decrecimiento de lacalidad del aire por el considerable índice de con-taminación; y las emisiones de CO2 cómo el princi-pal causante del Cambio Climático.

El desarrollo continuo de la tecnología de motores re-sulta crucial para mejorar el rendimiento medioam-biental de los vehículos, y en ese sentido Toyota haidentificado tres objetivos clave, a corto y medio plazo:

En primer lugar, un mayor ahorro de carburante paraun aprovechamiento óptimo de las reservas existen-tes de combustibles fósiles.

En segundo lugar, la reducción drástica del CO2 y las emisiones de escape de partículas, como PM y NOx, para combatir el calentamiento global y mejo-rar la calidad del aire.

En tercer lugar, la diversificación de las fuentes deenergía para reducir la dependencia de los com-bustibles fósiles.

Con el objetivo de satisfacer las demandas de losclientes que buscan vehículos más económicos y res-petuosos con el medio ambiente, sin por ello renun-ciar al placer de conducción, Toyota sigue demos-trando su liderazgo medioambiental a través de lamejora constante de la eficiencia de sus vehículos,buscando la movilidad sostenible con la mirada pues-ta en el coche ecológico definitivo gracias a la bús-queda constante de soluciones integrales (figura 1).

En ese sentido, Toyota asume el liderazgo medioam-biental mediante el desarrollo simultáneo de nuevas

FIGURA 1

VISIÓN DEL PRODUCTO HACIA EL COCHE ECOLÓGICO

FUENTE:Toyota Motor Corporation.



K. VAN DIJCK

142 377 >Ei

tecnologías basado en una filosofía: proveer elcoche adecuado, en el momento adecuado en ellugar adecuado. Los esfuerzos de desarrollo que sellevan a cabo desde Toyota pretenden incorporarlas distintas posibles fuentes energéticas adecuán-dose a cada una de las realidades regionales.

Actualmente, el desarrollo de nuevas tecnologías otecnologías más eficientes se centran en tres gran-des frentes:

Toyota Optimal Drive, que tiene por objeto optimizarla eficiencia de la gama actual de motores de gaso-lina y diesel, combinando el desarrollo de una poten-cia superior con una reducción de las emisiones.

Hybrid Synergy Drive®, una tecnología central apli-cable a todos los futuros modelos. Su sistema híbridocombinado ofrece la posibilidad de una conduc-ción silenciosa y sin emisiones en el modo de vehí-culo eléctrico (EV).

El desarrollo acelerado de modelos basados en fuen-tes alternativas de generación de energía, como elfuturo vehículo eléctrico Toyota (FT-EV) y, gracias al

mayor avance del HSD, el Prius Híbrido Enchufable( Plug-in Hybrid , PHV) y el vehículo de pila de combusti-ble de hidrógeno (FCHV-adv).

A medio y largo plazo, las fuentes energéticas en laautomoción se diversificarán aún más, haciendo im-prescindible el desarrollo de tecnologías que seancapaces de operar con un abanico de combustibles.Sin embargo, debido a que son numerosas las compli-caciones asociadas a convertir las fuentes de energíaalternativas viables (en su sentido comercial) es nece-sario, a corto plazo, concentrase en los combustibles

convencionales. Por este motivo, el principal esfuerzode los fabricantes de automóviles se encuentra enhacer más eficiente el uso del carburante en los moto-res de combustión interna y los sistemas de transmisión

A largo plazo se puede considerar que la tecnologíahíbrida, será una tecnología transversal, aplicable acualquier fuente energética y tecnología de com-bustión ya que aporta esencialmente mayor efica-cia energética.

Niveles de hibridación

Actualmente en el mercado existen distintos modeloshíbridos, pero con distintos niveles de Hibridación,cuyas prestaciones varían considerablemente. A saber: la parada del motor cuando el vehículo sedetiene, un frenado regenerativo que alimenta labatería normal o la del motor eléctrico, asistencia almotor de combustión tradicional mediante el motoreléctrico, lo que llamamos el mild Hybrid , y, por últi-mo, en un alto nivel de hibridación, o el Full Hybrid ,cuando el motor eléctrico es capaz de propulsar porsí sólo el vehículo. Hasta la fecha sólo los modelos de

Toyota alcanzan este nivel de hibridación (figura 2).

El objetivo a largo plazo de Toyota es que todos losmodelos estén dotados de la tecnología híbrida en2020. Actualmente Toyota es el líder indiscutible dela tecnología híbrida y ha contribuido enormementea la venta de los más de 2 millones de vehículoshíbridos en el mundo, y a los más de doscientos milen Europa. Se estima que con estos 2 millones dehíbridos, se ha evitado la emisión de 7,5 millones detoneladas de CO2 y reducido el consumo de com-bustible en 2,7 millones de litros.

FIGURA 2

NIVELES DE HIBRIDACIÓN





377 >Ei 143

Funcionamiento de la tecnología híbrida

La tecnología híbrida tiene dos componentes esen-ciales: motor de gasolina y motor eléctrico. El funcio-namiento de un vehículo híbrido lo podríamos expli-car utilizando la analogía de dos ciclistas que comoequipo proporcionan la fuerza del sistema híbrido(figura 3):

El ciclista que marcha por delante, es el potentemotor eléctrico, es un sprinter especializado en arran-ques rápidos y sprints cortos. Su compañero rojo,

representa el motor de combustión, y es un corredorde fondo, garantizando potencia estable sobre dis-tancias largas. En el arranque, el motor eléctricomueve el coche, así como en conducción urbanaa baja velocidad. En conducción en carretera y auto-pistas, el ciclista que va por detrás o el motor de com-bustión es la principal fuerza que propulsa el vehícu-lo, ayudado por el motor eléctrico para optimizar elconsumo de gasolina. En situación de gran acelera-ción los dos ciclistas dan su máximo. Finalmente, ensituación de frenado o de desaceleración la ener-gía cinética que se genera es capturada pararecargar las baterías del ciclista que va por delante,regenerando la energía perdida en energía eléctri-

ca almacenándola en la batería.

Un ejemplo claro del funcionamiento de tecnologíahíbrida se puede ver en el Prius Híbrido de tercerageneración, que ya ofrece unas prestaciones desta-cables. Efectivamente en ciclo combinado, tiene unconsumo medio de 3,9L/100Km, emitiendo en con-secuencia 89 gr/km. Es decir 65 gr menos que cual-quier vehiculo con motor gasolina en el mercado depeso y tamaño similar. Lo que equivale en reducciónde emisiones de CO2 a cerca de 1 tn de CO2 (cál-culo a 15.000 km por año). En modo EV, el vehículo

es capaz, con batería completamente recargada,de recorrer cerca de 3 kms, con velocidades hasta50 Km/h. Es decir este vehículo podría recorrer lamayoría de las zonas de bajas emisiones en modoeléctrico puro, sin emitir emisiones de CO2.

DESAFÍOS DE FUTURO Y AVANCES TECNÓLOGICOS

El World Energy Outlook 2009, estimó que el parqueglobal de vehículos debería componerse en el 2030en un 60% de vehículos Híbridos, Híbridos Enchu-

fables y Eléctricos, para que se evite el calentamien-to de la Tierra con una subida de dos grados en latemperatura. Sin embargo, el AIE para el 2030 sólo ve factible que cerca de un 8% del parque móvilsea constituido por vehículos eléctricos.

En la actualidad, la mayor parte de coches híbridosfuncionan con baterías de níquel metal-hidruro queimpulsan un motor eléctrico y pueden recargarserápidamente mientras el automóvil está desacele-rando o se encuentra detenido. Hasta ahora, las ba-terías que se estaban desarrollando contaban concinco importantes obstáculos: baja capacidad dealmacenamiento de energía eléctrica y de poten-

cia para impulsar el vehículo; peso y dimensiones;estabilidad de los materiales; rentabilidad económi-ca. Sin embargo, nuevos avances en este campopodrían revolucionar la industria del automóvil. Lasbaterías de ión-litio, por ejemplo, incrementan nota-blemente la capacidad de almacenamiento deenergía. El principal inconveniente sigue siendo sutodavía mayor coste.

Efectivamente, si consideramos la densidad energéti-ca, tanto por peso como por volumen que las baterí-as puedan aportar hoy en día, comparado a otras

FIGURA 3

FUNCIONAMIENTO DELSISTEMA HÍBRIDO




K. VAN DIJCK

144 377 >Ei

fuentes energéticas, queda un importante esfuerzo enI + D para alcanzar niveles similares, que harán su apli-cación más efectiva en los vehículos de mañana.

Híbridos enchufables como solución alternativa alcoche eléctrico

Teniendo en cuenta las bondades y limitaciones delas distintas tecnologías en un plazo previsible, Toyota

ve su aplicación, y posible utilización (figura 6, enpágina siguiente).

Efectivamente, dadas las limitaciones en autonomía y capacidad, el uso de los vehículos eléctricos esta-rá esencialmente limitado a entornos urbanos y apli-cados a vehículos de tamaño reducido. Estos vehí-culos podrán satisfacer solamente una determinadanecesidad de movilidad. Ahora bien, los transportesde larga distancia o de gran tonelaje, podrán incor-porar de manera más fácil y efectiva la tecnologíade la pila de combustible.

La electricidad es una de las vías prometedoraspara lograr una movilidad sostenible. El HíbridoEnchufable es una solución práctica para facilitar unuso creciente de la electricidad como fuente depropulsión, sin estar condicionado por las actualeslimitaciones de autonomía causadas por la capaci-dad de las baterías, o la necesidad de invertir enuna amplia red de infraestructuras.

Como muestra el la figura 7 (página siguiente), el

híbrido enchufable permite aprovechar al máximoel uso de la energía eléctrica, cargando el vehículoen casa o en puntos de recarga públicos en horasde bajo consumo eléctrico.

Las prestaciones del híbrido enchufable se puedenresumir en las siguientes características:

Autonomía de más de 20 kms en modo eléctricopuro.

Hasta una velocidad máxima de 100 Km/h.

FIGURA 4

VEHÍCULOS DE NUEVA TECNOLOGÍA:

PROYECCIÓN AIE

FUENTE: Agencia Internacional de la Energía.

FIGURA 5

DENSIDAD ENERGÉTICA DE LAS BATERÍAS





377 >Ei 145

Cero emisiones de CO2, en entornos urbanos, res-petando los parámetros anteriores.

La batería se recarga en 90 minutos a 220V.

Autonomía total superior a los 1.200 kms en modohíbrido.

Resultando en un consumo de 2,6L/Km en modocombinado.

Emitiendo 59 gr/km en modo combinado.

En la práctica, este vehículo se comporta como un vehículo eléctrico (que utiliza su motor eléctrico) endistancias cortas y en un vehículo híbrido en distan-cias largas cumpliendo con las demandas de movi-lidad variada que demuestran los patrones de con-ducción a nivel europeo.

Es por esto que el híbrido enchufable se posicionacomo una alternativa real al coche eléctrico, nosólo por su similar comportamiento en recorridosurbanos, sino también por no tener limitaciones deautonomía (gracias a su motor de combustión) enrecorridos interurbanos.

Necesidades de movilidad

Se calcula que, para el año 2015, el 70 % de loseuropeos vivirá en zonas urbanas Por otra parte, estu-dios recientes de Toyota sobre patrones de despla-zamientos urbanos en Francia y el Reino Unido hanmostrado que más del 80% de los desplazamientosen coche cubren menos de 25 km de distancia. EnFrancia, el 55% de los desplazamientos son de menosde 10 km, mientras que en el Reino Unido esa cifraasciende hasta cerca del 80%. En este contexto, el

FIGURA 6

VISIÓN DE TECNOLOGÍAS Y SU APLICACIÓN


FIGURA 7

LO MEJOR DE DOS MUNDOS:EL HÍBRIDO ENCHUFABLE




K. VAN DIJCK

146 377 >Ei

potencial de la electricidad para proporcionar unamovilidad sostenible de corto a medio plazo estáasegurado. Si trasladamos los hábitos de transportede los españoles (según estudio UNESPA) a un vehí-culo híbrido enchufable, donde un 63% recorre comomedia 36 kilómetros diarios para ir a trabajar, etc,podemos observar que un vehículo híbrido enchufa-ble, con una autonomía de más de 20 kms, seríacapaz de realizar esos 36 kilómetros con un impac-to medioambiental mínimo y un ahorro de combus-tible considerable.

Por otra parte, datos de la encuesta Movilia (MFOM,2007), indican que entre las personas que viajan deforma cotidiana, el promedio realiza tres desplaza-mientos al día. Esta cifra deja clara la importanciade la autonomía para cubrir la distancia de trayec-to.Dada la relativa rápida recarga de la batería, enuna hora y media se logra recargar la batería, ellopermite que durante las compras semanales, lacomida se pudiera lograr recargar, sino la totalidad,gran parte de la batería para volver a afrontar un tra- yecto de cerca de 20 kms en modo eléctrico puro.

Con respecto a desplazamientos más largos, sigue

existiendo una elevada necesidad de transporte inte-rurbano de pasajeros en España. Anualmente, segúndatos de Movilia, 2007, se realizan 177,9 millones de viajes con distancias superiores a 100 Km, y cerca de80% de estos desplazamientos se realizan con elcoche.

A pesar de que los méritos medioambientales de los vehículos eléctricos para desplazamientos urbanosestán más que demostrados, los avances en esos vehículos se ven entorpecidos por el peso, el tama-ño y el coste de las baterías de gran capacidad

necesarias para ofrecer una autonomía apenassatisfactoria, así como por la ausencia de unainfraestructura de recarga adecuada.

Al lanzar el Prius híbrido enchufable, Toyota ha consi-derado ambos problemas. Por una parte, ha deter-minado que, a la luz del progreso actual en el des-arrollo de baterías, la arquitectura híbrida enchufa-ble es la solución tecnológica más viable para laelectrificación de los motores.

Un vehículo híbrido enchufable no tiene el problemade la autonomía limitada. De hecho, una vez quesupera la autonomía en modo EV (eléctrico), empie-za a funcionar automáticamente como un híbridocombinado convencional. En la práctica, esto supo-ne que el híbrido enchufable permite disponer de unúnico vehículo para recorridos tanto urbanos comointerurbanos. Por el contrario, el coche eléctrico y suautonomía limitada obligan en la práctica disponerde dos vehículos, el de recorridos urbanos (eléctrico) y el de recorridos interurbanos (con otro tipo de tec-nología). En la figura 8 se explica el concepto en tér-minos de movilidad que quiere cubrir el híbrido enchu-fable.

Los trayectos cortos, que también son los más fre-cuentes, se podrán realizar completamente o engran medida, en modo eléctrico puro. Los trayectosmedios, y por definición menos frecuentes, podránrealizarse parte en modo eléctrico y completado ensu último tramo en modo híbrido. Y por último, los trayectos largos, cómo las vacaciones anuales u otrosdesplazamientos menos frecuentes, podrán realizar-se completamente en modo híbrido, sin preocupar-se de la existencia de infraestructura de recarga enel itinerario.

FIGURA 8

CONCEPTO DE AUTONOMÍA EN MODO ELÉCTRICO

FUENTE:

Toyota Motor Corporation.




377 >Ei 147

Toyota está convencido que el concepto de PriusHíbrido Enchufable da una respuesta adecuada a lanecesidad de movilidad de la gran mayoría de losconductores sin que deban de sacrificar otras nece-sidades como:

Capacidad de carga: el PHV sólo reduce la capa-cidad de carga con 30 litros del maletero, pudiendotransportar cómodamente hasta 5 pasajeros.

Placer de conducción: el PHV ofrece las mismas pres-taciones que un coche tradicional de tamaño simi-lar.

Vale la pena mencionar también que el aire acon-dicionado del Prius híbrido enchufable se puedeactivar a distancia, cuando el vehículo está enchu-fado. Aplicando calefacción o refrigeración, elSistema remoto de climatización permite que el

habitáculo esté a la temperatura requerida antes deentrar en él.

Asimismo, se ha incorporado un exclusivo indicadordel sistema híbrido para ayudar a los conductores amaximizar las ventajas de la conducción en modoEV. También se ha integrado en el indicador de labatería la autonomía en modo EV, según la cargarestante de la batería, y se ha añadido un visor delpunto de partida del motor para enfatizar el incre-mento de autonomía en modo EV.

Por otra parte, en la pantalla multivisión electrónicahay un visor que destaca específicamente la contri-bución del híbrido enchufable a la reducción deemisiones de CO2. El visor representa gráficamentea un árbol que se va convirtiendo en un bosquedurante el uso del vehículo como resultado de lareducción de emisiones por conducción en modoeléctrico. Todas estas aplicaciones pretenden hacermás intuitiva la conducción del PHV.

De concepto a prueba piloto

A principios de 2010, más de 600 unidades PHV equipados con baterías de ión litio participarán en

un programa de alquiler limitado en todo el mundo.De ellas, sólo en Europa se desplegarán 200 unida-des de los cuales 5 estarán en España. Las unidadesrestantes se repartirán entre EE.UU. y Japón. Con estaprueba piloto en España se pretende conocer lospatrones de consumo de los conductores y adecuarla tecnología en base a la logística e infraestructuradisponible para poder ajustar las capacidades téc-nicas de los vehículos Toyota a las necesidades demovilidad existentes.

Antes de que estos vehículos puedan llegar a seruna realidad comercial, Toyota tiene que evaluarcada una de estas mejoras tecnológicas en unentorno real. A través de este programa, se preten-de evaluar la respuesta del mercado y saber qué

características del producto suscitan más interés y por qué. El PHV de Toyota busca cumplir con lasdemandas de los usuarios para lograr una mayorsatisfacción; el que conduce es el que mejor cono-ce sus necesidades.

CONCLUSIONES

Es un hecho innegable que el vehículo eléctrico estápróximo a convivir con los vehículos convencionalespero aún se necesita mucho tiempo y muchosesfuerzos para mejorar la capacidad de las baterías

y crear una red suficiente, y paralela a la actual, degasolineras con infraestructura de recarga eléctrica.

Como demuestran los patrones de conducción, el vehículo eléctrico puro será una realidad en un futu-ro no muy lejana y la oferta de este tipo de vehícu-los aumentará de manera exponencial. Mientrastanto, los ciudadanos necesitan un vehículo que lesbrinde autonomía y libertad, algo que por ahora el vehículo eléctrico aún no puede cumplir. No obstan-te, las limitaciones de estos en algunas áreas posi-cionarán al vehículo híbrido enchufable como laopción preferente de transporte para aquellos usua-rios que precisen mayor flexibilidad y rendimiento

más allá de entornos puramente urbanos.

La tecnología híbrida, que conjuga lo mejor deambos mundos (capacidad eléctrica de desplaza-miento y alta eficiencia del motor de gasolina juntocon recuperación energética en las frenadas), estácontribuyendo a resolver este dilema. Su capacidadde maximizar las ventajas de diferentes opcionestecnológicas y de combustibles convierte a la hibri-dación en una técnica fundamental en el progresode los mecanismos de propulsión alternativa en laindustria automovilística.

Hoy por hoy se nos exigen dos cosas a los fabrican-tes de vehículos: autonomía para la movilidad y elrespeto al medio ambiente. En Toyota somos cons-cientes de ello pero también entendemos que elprogreso necesita de esfuerzos compartidos porparte de la ciudadanía, las administraciones y denosotros, los fabricantes de vehículos. El híbrido es y será una solución real y pragmática a nuestras exi-gencias presentes y futuras. El híbrido ha llegado y está aquí para quedarse.

Documents

LA TECNOLOGÍA HÍBRIDA CASO TOYOTA