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Tecnología Híbrida Toyota/Lexus Mesa redonda UPM José Manuel Méndez Brand Senior Manager Toyota España, S.L.U. 12 de marzo de 2009

Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

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Page 1: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Tecnología Híbrida

Toyota/Lexus

Mesa redonda UPM

José Manuel MéndezBrand Senior ManagerToyota España, S.L.U.

12 de marzo de 2009

Page 2: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Contenido1. Introducción2. Fundamentos tecnología híbrida3. Componentes principales (NG Toyota Prius)4. Resultado práctico5. Extensión a otras plataformas

Page 3: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Introducción

Page 4: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus
Page 5: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

• Desarrollando tecnología reducir las emisiones contaminantes en todo el ciclo de vida de los vehículos (producción, uso, reciclaje…)

• Tecnologías para mejorar la seguridad activa y pasiva de nuestros automóviles, ayudando a reducir siniestralidad.

• ITS: Sistemas de control inteligente del tráfico, para conseguir que una movilidad “amiga” de las personas, las sociedades y el Planeta.

“Zeronizar”

Toyota es parte implicada... VisiónTrabajar HOY por MAÑANA

Page 6: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Satisfacer las necesidades

de los clientesEn el

MOMENTO adecuado

En el LUGAR

adecuado

“Maximizar”

… sin olvidar que hay que…

Page 7: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

El dilema en automoción siglo XXI: Calentamiento vs. Calidad de Aire

Tenemos que ser capaces de mejorar la eficiencia en el consumo energético (CO2) sin olvidar el control de las emisiones contaminantes (NOx, PM)

Page 8: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

La electricidad en los automóviles: Aumentar eficiencia energética

Atención al concepto “Well to Wheel”

Page 9: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Combust. alternativos

CNG

Comb. Sintéticos

Biocomb.

Common Rail DI

DPNR

Diesel HV

Motores Diesel

VVT-i

Lean Burn

D-4

THS II

Motores Gasolina Energía Eléctrica

FCHV

EV

Hacia el vehículo ecológico definitivo

Temas clave:—Reducción CO2

—Rendimiento energético

—Calidad del aire

La tecnología híbrida aumenta el

rendimiento de todos los sistemas

de propulsiónAlternativefuel HV Plug-in HV

Page 10: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

La hibridación se extiende

Page 11: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Dentro del Grupo Toyota, actualmente tenemos dos conceptos híbridos

Toyota Hybrid Synergy Drive (HSD)

Lexus Hybrid Drive (LHD)

Prius RX450h GS450h LS600h

Sistema híbrido Toyota (THS)

Page 12: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Fundamentos de tecnología híbrida

Page 13: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Definición vehículo híbrido-eléctrico

Vehículo híbrido eléctrico es aquel que utiliza al menos

dos fuentes de energía distintasque tendrán como función

alimentar el tren de transmisión, una de ellas será la electricidad

Lo mejor de 2 mundos

Page 14: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Idea: Gestión inteligente de la energía

BateríaBatería: Fuerza propulsora: Fuerza propulsora: Fuerza motor térmico: Fuerza motor térmico

Crucero

Deceleración

Aceleración

Ener

gía

+

-

+

-

EV Puro

Arranque vehículoArranque vehículo

Freno RegenerativoDescargando

Carg

ando

Tiempo

Vehículoparado

Arranque térmicoArranque térmico FrenosFrenos

Térmico funciona con mayor rendimiento

—Utilizar 2 propulsores para mejorar el rendimiento de propulsión, combinando las ventajas del motor térmico y el eléctrico

Page 15: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Tipos de “hibridación” con electricidad

GM Volt / Ampera

Honda Insight / Civic IMA

Toyota Prius / Lexus

1. En Serie (SHEV)

3. Combinado (CHEV)

2. En Paralelo (PHEV)

Tanque Térmico

DC / AC MotorBatería

Tanque

Térmico Generador AC / DC DC / AC Motor

Batería

Tanque Generador AC / DC DC / AC Motor

Batería

Térmico

Posible Red eléctrica

Posible Red eléctrica

Según configuración componentes

Page 16: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Tipos de “hibridación” con electricidadSegún potencia eléctrica instalada a bordo

1. Micro (Smart mhd)

3. Full (Toyota HSD)

2. Mild (Honda IMA)

Page 17: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Concepto híbrido de Toyota

—PRIUS es un híbrido “Combinado” + “Full” =— Propulsión del motor térmico y/o del eléctrico— Batería de alta potencia de NiMH (modo EV permitido)— Sin embrague(s) ni caja de cambios

Ruta “Mecánica”Ruta “Eléctrica” Diferencial

Engranaje planetario

PSD

Par motrizTérmico

Motor Térmico

Par motrizEléctrico

Generador

Motor

InversorCircuitoeléctricode alta

potencia

Batería

Page 18: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

¿Por qué un vehículo híbrido es más eficiente a nivel energético?

Arranque Crucero normal Aceleración Deceleración Parada

Motor eléctrico

Motor térmico

Ambos motores Carga batería Motores parados

Recuperación de energía

Sin consumo de energía

Motor térmico funciona en zona de mejor rendimiento

Combustible Batería

Arranque Crucero normal Aceleración Deceleración Parada

Motor eléctrico

Motor térmico

Ambos motores Carga batería Motores parados

Recuperación de energía

Sin consumo de energía

Motor térmico funciona en zona de mejor rendimiento

Combustible Batería

Atención: Híbrido Paralelo NO se beneficia aquí

Page 19: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Componentes principales

Page 20: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Componentes principales

Batería alto voltaje (HV)

PCU (sistema de control de potencia = Inversor)

Transmisión híbrida P410

Motor térmico 2ZR-FXE

Cableado alto voltaje

—Nueva generación del premiado THS (denominación comercial Hybrid Synergy Drive)

Potencia: 81kW 100kW (136CV)

Page 21: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Motor 1.8 2ZR-FXE

— Ciclo Atkinson— Elevada relación de compresión 13:1 y retraso cierre admisión: — Menores pérdidas de escape y bombeo… Mejor rendimiento térmico

— Diseñado para trabajar junto al sistema híbrido— Su menor rendimiento volumétrico (sólo sube hasta 5.300 rpm)

queda compensado por el empuje del motor eléctrico en aceleración

Page 22: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Mejoras respecto al anterior Prius 1.5— Potencia +30% 73KW (+16) / Par 142Nm (+32)

— Disminución del consumo a velocidad constante por requerir menor nº de rpm (a 120km/h baja 300 rpm hasta 2.180)

— EGR refrigerada para mejora de la zona de máxima eficiencia— Intercambiador de calor en el escape

— Optimizado para reducir consumo combustible— Rediseño cámaras combustión, cigüeñal desplazado, tren de

válvulas con rodamientos y taqués hidráulicos, nuevos segmentos menor fricción, chorro aceite pistones, etc.

— Primer motor sin correa de accesorios, siendo bomba agua y el compresor del aire acondicionado eléctricos

Page 23: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Esquema de la transmisión P410

Amortiguador vibraciones

MG1 (Generador)

Engranaje Multifunción

MG2(Motor eléctrico)

Engranaje reducción

Engranaje reparto potencia (PSD)Bomba aceite

Engranaje transmisión

Grupo final

Diferencial

Page 24: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Mejoras en la nueva transmisión

— Caja más compacta y ligera (-12.5mm y -20kg!)— Reducción en las pérdidas por fricción entre 10 y 20%

— Motor eléctrico más pequeño y potente— Más potente 60KW (+10), más rápido y menor par (400 a 207 Nm)— Con engranaje de reducción para multiplicar el par— Sin correa transmisión final (nuevo engranaje múltiple) — 650V (+150V) con nuevo algoritmo de conversión— Refrigeración por aire

NuevoGenerador (MG1)

Motor (MG2)Nuevo

Actual

Actual

Page 25: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

El Inversor o sistema control potencia

— Esta máquina realiza las funciones de transformación de la corriente eléctrica:

1. 201,6V DC batería HV a 201,6V AC trifásica.2. Multiplica estos 201,6V AC trifásica hasta un máximo de 650V

AC trifásica para el motor y generador eléctricos 3. Convierte los 201,6V DC en 201,6V AC para el compresor

eléctrico del aire acondicionado.4. Convierte los 201,6V DC en 12V DC para recargar la batería de

12V, dada la ausencia de alternador.

Page 26: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Mejoras sistema de control de potencia

— Nueva generación de transistores bipolares IGBT— Respuesta más rápida reduciendo las pérdidas de energía eléctrica— Están refrigerados directamente, mejorando la disipación de calor

— Tamaño reducido— Ahora más compacto (-37%) y ligero (-36%), tamaño de batería 12V — Voltaje de salida máximo 650V (+150) corriente alterna trifásica

Actual NuevoNuevoActual

Page 27: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Batería de alto voltaje 201,6V

— Mejora en la refrigeración = más eficiencia— Ventilador más potente, caudal 150 m3/h (+80)— Mejora la capacidad de cargar electricidad

— Tamaño optimizado, mejor empaquetado— Nueva ubicación del relé principal— Nuevo diseño de los conductos de ventilación para mayor maletero

Actual

Nueva

Entrada aire

Salida Aire

Page 28: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

El engranaje de reparto potencia (PSD)

Porta-satélites - motor térmico

Corona - Motor eléctrico- a ruedas

Satélites

Sol -Generador

Page 29: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Múltiples situaciones marcha posibles Marcha crucero suave Fuerte aceleración

Deceleración o frenado Arranque suave seguido arranque motor térmico

Page 30: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Resultado práctico

Page 31: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Resumen de beneficios para el cliente

- Consumo (3,9l/100km), rendimiento térmico no superado- Eficiencia energética (A-89 g/kmCO2) = Incentivos CC.AA- Simplicidad: Menor coste de mantenimiento, Garantía- Fiabilidad contrastada, menor nº garantías, alto valor residual

- “Full combinado”: Circulación 100% EV y recuperaciones- Cambio AUTO sin cambios de marcha ni vibraciones- Gestión de potencia, inmediata respuesta del acelerador - Prestaciones sin compromiso (136CV, 0-100km/h en 10,4s)

- Orgullo tecnológico, premios al automóvil más avanzado- Calidad fabricación, sistemas seguridad y equipamiento- Diseño ultra-aerodinámico diferenciado (“ECO-Icono”) - Carrocería óptima por fuera y máxima por dentro

ECONOMÍA

Más de 1,2 millones clientes acumulados, líder satisfacción en Alemania, Francia, UK (JD Power) y en España (OCU)

Sistema Híbrido

MÁXIMA SATISFACCIÓN PROPIETARIO

CONFORT

En el PRIUS

Page 32: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

¿Cómo llegar a 3,9 l/100km en Prius?

Sistema híbrido-Rendimiento térmico, sin correa, escape- Cilindrada 1.8- Ventilación batería

Consumo de homologación

(Teórico)

Consumo Real

-Reducción fricción motor y transmisión-EGR refrigerada-Conversión flexible voltaje motor

-Forma aerodinámica-Neumáticos baja resistencia rodadura-Reducción consumo eléctrico/sistema

-Evaporador ECS-Modo ECO drive

VehículoConductor

Page 33: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

ECO-Monitor para conducción eficiente

Monitor tránsito energía

Indicador Sistema HíbridoConsumo 1min/5min

Histórico de consumo

— Objetivo: Mejorar el consumo real gracias al monitor de ayuda a la conducción eficiente— 4 pantallas operadas desde el volante proporcionan la información

necesaria para que el conductor explore y disfrute los métodos de conducción más respetuosos con el Medio Ambiente

Page 34: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Indicador del sistema híbrido

— Guía visualmente al conductor del empleo más efectivo del pedal del acelerador— 4 áreas bien diferenciadas más un indicador ECO— Su empleo consigue mejoras importantes del consumo real

RecargaSúper ECO (Híbrida)

ECOPotencia

Indicador

Page 35: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Botones “ECO” / “PWR” / “EV”

1. Modo ECO— Acelerador retardado— Aire acondicionado suave

2. Modo PWR— Acelerador “deportivo”— Sensación agilidad

Respuesta acelerador más suave

Respuesta del acelerador

Posición pedal (%)

Res

pues

ta a

cele

rado

r (%

)

Respuesta acelerador

incrementada

Respuesta del acelerador

Posición pedal (%)

Res

pues

ta a

cele

rado

r (%

)3. Modo EV

— 100% eléctrico— Hasta 50 km/h y 2 km— Mejora silencio EV

Velocidad alta velocidad

dB

Page 36: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Extensión del sistema híbrido a otras plataformas

Page 37: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

… Progresión técnica espectacular

Page 38: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

PRIUS FINE-S

Ventaja competitiva: El sistema híbridoToyota es modular!

Page 39: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Lexus Hybrid Drive … RX450h

299 CV - 148 g CO2/km – 6.3 l/100km Térmico: 245CV / Eléctrico del./tras.: 168CV / 68CV

Page 40: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

4WD con motor eléctrico detrás

Power Split Reductor motor eléctrico

Sol(MG1)

Porta-satélites(Térmico)

Coronaruedas

Porta-satélites(Fijo)

Sol(MG2)

+

-

Par

+

-

rpm

(MG1)

(MG2)

Page 41: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

… GS 450h340 CV - 185 g CO2/km - 7.9 l/100kmTérmico: 292CV / Eléctrico: 200CV

Page 42: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Disposición FR 2 velocidades

Planetarioprincipal

MG1 MG2

Motor

Ejepropulsor

B1 B2

Planetarioprincipal

MG1 MG2

Motor

Ejepropulsor

B1 B2

Velocidad vehículo

Lo (pares altos)

Hi (velocidad alta)

0V max.

T max.

(MG1) (Motor)

Union-

+

rpm

(MG2)(Lo)(Rueda)

B1

1900

1000

(Hi)

B2

(Rueda)3900

(MG1) (Motor)

Union-

+

rpm

-

+

rpm

(MG2)(Lo)(Rueda)

B1

1900

1000

(Hi)

B2

(Rueda)3900

Page 43: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

… Buque insignia: LS600h445 CV - 219 g CO2/km - 9.3 l/100kmTérmico: 394CV / Eléctrico: 165CV

Page 44: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Añade tracción integral con diferencial central tipo Torsen®

Page 45: Tecnología Híbrida Toyota/Lexus

Muchas gracias