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Pros y contras de la inyección dual

En este post analizaremos las ventajas y las desventajas del sistema de inyección dual y estudiaremos los motivos por los cuales diversos fabricantes han implantado esta tecnología en sus motores.

En el transcurso de las dos últimas décadas, con el objetivo de mejorar las prestaciones y reducir las emisiones de sustancias contaminantes, la mayoría de fabricantes han equipado sus motores con sistemas de inyección directa de combustible.

La introducción del combustible en orientación geométrica definida, mejor pulverizado y con penetración variable en función de la presión, permite adaptar la distribución del mismo en el interior de los cilindros para lograr la máxima homogeneización de la mezcla en todo el rango de revoluciones. La presión de suministro variable y el mayor tiempo disponible para la dosificación permiten crear patrones de inyección adecuados a la carga del motor y retrasar al máximo el momento de la inyección, reduciendo con ello la tendencia a la detonación característica de los motores sobrealimentados.

El combustible, introducido directamente en la cámara de combustión, absorbe calor en su vaporización, refrigerando el aire, la culata y hasta la misma cabeza del pistón, permitiendo trabajar con presiones de soplado más altas, incluso de forma sostenida. El aumento del par motor y la potencia son indiscutibles en estas circunstancias. Mejorando el rendimiento, se diseñan motores de menor cilindrada, que por naturaleza resultan más eficientes y producen menos CO₂ que sus antecesores.

Sobre el papel las ventajas son obvias, sin embargo, son varios los motores que han experimentado un problema que nunca se dio con los sistemas de inyección indirecta. Con la acumulación de kilómetros, y de forma más acusada bajo determinadas condiciones de utilización del vehículo, la acumulación de suciedad y carbonillas en las válvulas y conductos de admisión es evidente, provocando problemas de rendimiento por obstrucción e incluso de falta de estanqueidad y dificultad de arranque en caliente.

La acumulación de depósitos es particularmente acusada en vehículos que realizan trayectos cortos o intermitentes a baja carga, o lo que es lo mismo, circulación en ciudad. La integración de los sistemas Start&Stop resta más que sumar en estos casos.

La cantidad de vapores de aceite recirculados hacia la admisión es mayor cuando el motor trabaja en frío por la tolerancia mecánica que requieren la dilatación de los pistones, las válvulas y otros elementos del motor. Por otro lado, los conductos y las válvulas de admisión no alcanzan la temperatura suficiente para evaporar el aceite, al que se adherirán las partículas sólidas y otras sustancias microscópicas que el sistema de filtración del aire no logra retener.

El calor conducido por el metal cuando la temperatura de trabajo aumenta elimina hasta cierto punto el aceite acumulado, favoreciendo la acumulación y cristalización de los sólidos en estratos o capas que se acumulan progresivamente y de forma más acusada en determinadas zonas por las turbulencias propias del diseño de la admisión.

La inyección dual pretende solventar este problema sin renunciar a las ventajas de la inyección directa. Recurriendo a un segundo equipo de inyectores, dispuestos en el conducto de admisión (inyección indirecta), se evita la acumulación de residuos por el poder desincrustante de los aditivos detergentes del combustible. Inyectado a baja presión y en estado líquido en un primer momento, el combustible realiza un lavado intermitente de las superficies que impide la acumulación del aceite y otras sustancias.

Como explicamos en el anterior artículo relacionado con el sistema de inyección doble, el principio funcional del mismo permite tres formas distintas de dosificación del combustible: inyección en el tubo de aspiración, directa y combinada.

La gestión del motor define la estrategia de inyección en función de las condiciones de trabajo del motor de carga y régimen principalmente, teniendo en cuenta también la temperatura.

El gráfico anterior muestra la estrategia de regulación del sistema de inyección dual en el motor 1.5l EcoBoost de Ford.

• Con baja carga de motor y regímenes de giro reducidos o intermedios, la inyección es indirecta y a baja presión. Se evita con ello la refrigeración excesiva de la cámara de combustión, se impide la acumulación de residuos en la admisión y se reduce al mínimo el trabajo de la bomba de alta presión y las pérdidas energéticas que conlleva.
• Cuando la carga y el régimen son moderados se recurre a la inyección dual, potenciando la homogeneización de la mezcla, para mayor rendimiento de la combustión y reducción de las emisiones contaminantes.
• En el rango de revoluciones medio-alto y con carga de motor baja o alta, la dosificación del combustible se realiza exclusivamente mediante el sistema de inyección directa. Con baja carga, llenado y turbulencia limitadas, se evita la condensación del combustible en las paredes del cilindro y la producción de partículas contaminantes, mientras que, con carga elevada se procura la máxima refrigeración de la cámara de combustión.La combinación de los tres modos evita la acumulación de carbonillas en los conductos de admisión en condiciones de conducción muy variables, sin incrementar el consumo de combustible ni las emisiones del conjunto.

Como era de esperar, la utilización de sistemas de inyección dual tiene también algunos inconvenientes adicionales. El incremento de los costes de producción ,o la complejidad del diseño de los conductos de admisión para que ambos reciban el combustible de lavado suficiente, condicionan la aplicación de esta tecnología en motores ya existentes.

Es evidente también que, al tratarse de un equipo de doble inyección, la complejidad del sistema se duplica y la cantidad de componentes crece de forma sustancial y directamente proporcional con las posibilidades de avería.

¿Crees que la inyección dual es una buena solución y debería estar disponible en más motorizaciones o, por el contrario, los beneficios no compensan los problemas de acumulación de carbón y costes de mantenimiento que terminan surgiendo? ¡Déjanos tus comentarios!

¿Por qué los automóviles evolucionan por el camino de la electrificación? ¿Por qué el futuro de la movilidad es eléctrico?

¿Por qué los automóviles evolucionan por el camino de la electrificación? ¿Por qué el futuro de la movilidad es eléctrico?

Hoy día somos testigos de cómo la mayoría de los fabricantes de automóviles están electrificando con técnicas cada vez más sofisticadas los sistemas de propulsión de los vehículos. En consecuencia, nuevas terminologías han aparecido para denominar estos vehículos en función de su grado de electrificación: micro-híbridos, semi-híbridos, híbridos puros e híbridos enchufables.

En este artículo voy a tratar de explicar de manera directa y detallada por qué los fabricantes de automóviles han elegido el camino de la electrificación y no otros caminos como el hidrógeno, el gas natural, el aire comprimido o seguir puliendo las técnicas para quemar combustibles fósiles. Doy por sentado que estamos en un contexto mundial de alerta climática donde el objetivo primordial es evitar el calentamiento global a base de reducir las emisiones de dióxido de carbono que provocan el efecto invernadero. Esto supone un futuro abocado a afrontar el desafío que supone el cambio del modelo energético en la movilidad del mañana: la movilidad sostenible, que viene de la mano de la eficiencia energética.

Previamente explicaré las razones tecnológicas por las que los fabricantes deben de mejorar la eficiencia de los vehículos y después expondré la estrategia de eficiencia de energía que hoy día, en mayor o menor medida, han adoptado todos los fabricantes que pretenden comercializar sus vehículos en Europa.

Razones tecnológicas por las que se mejora la eficiencia de los automóviles.

Durante la última década los fabricantes de vehículos no han dejado de mejorar los equipos y sistemas de sus vehículos con el fin de satisfacer la demanda del mercado y resultar más competitivos en los aspectos tecnológicos que enumero a continuación:

• Sistemas de confort (Instrumentación, iluminación, accesibilidad, arranque, ergonomía, etc.)
• Sistemas de conectividad e infotenimiento, navegación (GPS).
• Sistemas de asistencia avanzada a la conducción, conocidos como sistemas ADAS*

El gran aumento de estos equipos y de los sistemas eléctricos y electrónicos embarcados en el automóvil sin duda tiene un fuerte impacto en el consumo de energía del sistema eléctrico. Un consumo de energía mucho mayor si lo comparamos con el consumo de energía de los automóviles de hace dos y tres décadas, ya que la gran mayoría de estas tecnologías no existían.

*ADAS: Advanced Driver Assist System

Impacto derivado del consumo eléctrico del sistema de infotenimiento y conectividad

Hace más de dos décadas los vehículos únicamente equipaban sistemas de audio, no había pantallas, ni teléfonos móviles que formasen parte del equipamiento del vehículo. Normalmente tampoco había navegadores, ni GPS integrados en el sistema eléctrico de los automóviles. Hoy día todos estos avances tecnológicos están integrados en el equipo eléctrico del vehículo y las pantallas ofrecen múltiples funciones de conectividad e infotenimiento. Cada vez más automóviles equipan equipos de audio y video de alta definición. Todos estos sistemas y equipos integrados representan un consumo de energía mucho mayor que repercutirá en el sistema de generación de energía eléctrica del vehículo provocando que el alternador trabaje más y, a su vez, ejerza un lastre mayor para el motor de combustión. Esto se traducirá en un mayor consumo de combustible y emisiones de CO2.

Impacto derivado del consumo eléctrico de los sistemas de asistencia a la conducción

Hace más de dos décadas los vehículos únicamente equipaban sistemas de control de velocidad de crucero que utilizaban la unidad de control del motor para sencillamente mantener la velocidad constante. No eran ni siquiera controles adaptativos (para eso se necesita un radar o una cámara de vídeo inteligente). Los coches no tenían ni radares, ni cámaras, ni procesadores de imágenes, ni sistemas de inteligencia artificial (IA) que necesitan procesadores de un alto nivel evolutivo. Hoy día la tendencia empujada por la mejora de la seguridad y la competitividad del mercado anima a los fabricantes a equipar sus vehículos con radares frontales y radares de ángulo muerto. Además, se incorporan múltiples cámaras inteligentes ubicadas en distintos lugares del vehículo para divisar todos los ángulos y proporcionar una imagen compuesta de plano cenital, no solamente para los sistemas ADAS, si no también para los sistemas de ayuda al aparcamiento como la visión de 360 grados. Y toda esta información que generan los radares y las cámaras tiene que ser gestionada en tiempos muy cortos para reaccionar y dar respuesta a sistemas de conducción autónoma ADAS de nivel 2 y 3. Para ello se necesita una generación de software muy sofisticada que solamente pueden ser movidos por procesadores de IA de alto nivel evolutivo. Todas estas cámaras, radares y procesadores electrónicos también generan un consumo de energía importante que debe asumir el sistema eléctrico del automóvil, el alternador, el motor de combustión y, por lo tanto, significará un aumento considerable de combustible y emisiones de CO2.

Impacto derivado del consumo eléctrico de las redes multiplexadas

Consecuentemente, al aumentar el equipamiento del vehículo para ofrecer sistemas de confort, conectividad, infotenimiento, navegación y los sistemas ADAS de asistencia avanzada a la conducción, es necesario sofisticar la red eléctrica del vehículo y prepararla para sostener todos estos sistemas. Por lo tanto, el número de centralitas, módulos y unidades de control electrónicas ha tenido que crecer exponencialmente en el vehículo para poder gestionar y controlar todos estos avances. Y no solo ha aumentado la cantidad de unidades de control sino también la red multiplexada, que ha evolucionado hasta alcanzar un nivel de complejidad muy elevado. En definitiva, teniendo en cuenta todos estos puntos, si comparamos un vehículo de hace más de dos décadas con un vehículo actual que equipe todos estos sistemas, nos encontramos con que antes los automóviles tenían entre 4 y 10 unidades de control abonadas a 2 ó 3 redes multiplexadas diferentes. Sin embargo, hoy día un vehículo puede equipar entre 40 y 60 unidades de control abonadas a 7 ó 10 redes multiplexadas diferentes. Sin olvidar que cada una de estas centralitas consumen energía eléctrica para funcionar y para comunicarse entre ellas, utilizando una red CAN-Bus que debe funcionar a una tasa de transmisión de datos muy alta para satisfacer la demanda de información de los sistemas ADAS, conectividad e infotenimiento. Por consiguiente, esto también tiene una alta influencia negativa sobre el consumo de energía eléctrica, combustible y emisiones de CO2.

Red multiplexada del año 2001

Red multiplexada del año 2021

Estrategia de eficiencia energética del automóvil.

Habiendo estudiado la comparativa de los tres puntos descritos anteriormente podemos sacar la conclusión de que los vehículos actuales consumen mucha más energía eléctrica que los antiguos y, pese a que la eficiencia de los motores de combustión ha mejorado un poquito en las dos últimas décadas, la incidencia del cunsumo de energía eléctrica sobre el consumo de combustible es tan fuerte que supondría un claro aumento en el consumo de carburante y en las emisiones de los vehiculos actuales con respecto a los vehículos de hace más de 20 años.

Sorprendentemente, ¡esto no es así! Si comparamos los consumos de combustible de un vehículo actual de similar tamaño y peso con el consumo de un vehículo de un vehículo antiguo, vemos que el consumo de combustible del vehículo actual es incluso un poquito más reducido. ¿Y esto a qué se debe?

Esto se debe a que los vehículos actuales cuentan con un software “inteligente” de eficiencia energética que les permite reciclar y optimizar el fuerte consumo de energía eléctrica provocado por el aumento de los equipos y sistemas descritos en los puntos anteriores.

El software de eficiencia energética consiste en una estrategia que controla el funcionamiento de los siguientes componentes:

• El control del funcionamiento del alternador (generador).
• El control de la carga, descarga y nivel de salud de la batería.
• El control de la conexión y desconexión de diferentes sistemas eléctricos del vehículo.

El objetivo de la estrategia de eficiencia energética es reciclar y optimizar el gasto de energía eléctrica de modo que produzca un impacto reducido sobre el generador (alternador) y por lo tanto reducir el consumo de carburante y emisiones de CO2.

Para lograr este objetivo es imprescindible poder reciclar la energía del vehículo utilizando la frenada regenerativa. Dado que hasta ahora no existe ni se ha inventado ningún motor de combustión reversible que transforme la energía mecánica de nuevo en carburante y rellene el depósito con un chorro de gasolina o diésel durante las deceleraciones y frenadas, los motores de combustión son inservibles para reciclar energía. Lo único que pueden hacer cuando se les utiliza como freno motor es transformar la energía cinética del vehículo en rozamiento de sus componentes internos y en calor, calor que se disipa y no se aprovecha en la cadena cinemática.

Sin embargo, una máquina eléctrica, un generador o alternador sí puede ser utilizado inteligentemente para reciclar la energía cinética del vehículo. A través de la transmisión, la energía cinética se transformada en mecánica y la máquina eléctrica puede transformarla en un chorro de electrones que recargue una batería durante las deceleraciones y frenadas. Cuanto más sencilla sea la cadena cinemática de la transmisión menos pérdidas habrá y más cantidad de energía se podrá aprovechar. Por eso es importante sacar el motor fuera de la cadena cinemática a la hora de reciclar energía mediante la frenada regenerativa, de modo que los rozamientos internos del mismo no reduzcan la capacidad de reciclaje del sistema.

He aquí entonces el kit de la cuestión con la que empezábamos este artículo: ¿Por qué los automóviles evolucionan por el camino de la electrificación? Porque para realizar un sistema eficiente que pueda reciclar energía es necesario al menos una máquina eléctrica y una batería. Un motor de combustión por sí mismo no puede reciclar energía y de por sí genera grandes pérdidas por calor.

Si ahora estudiamos cómo funcionan los sistemas de arranque, carga y parada de los automóviles antiguos vemos que estas funciones no responden a ninguna estrategia de eficiencia. El alternador estaba siempre generando energía eléctrica a demanda del consumo que se originase en cada momento, sin tener en cuenta los escenarios del ciclo de conducción (aceleración, taxi y deceleración o frenada).

Si ahora estudiamos cómo funcionan los sistemas de arranque, carga y parada de los automóviles actuales, nos damos cuenta de que los ingenieros han introducido un software de control muy elaborado para gestionar la eficiencia de energía eléctrica siguiendo una estrategia de reciclaje de energía basada en la frenada regenerativa. Básicamente, los primeros vehículos que empezaron a utilizar esta estrategia fueron los híbridos (híbridos puros) y posteriormente se ha ido implantando en los vehículos menos electrificados (semi-híbridos y micro-híbridos) así como también en los más electrificados, los híbridos enchufables. 

Lógicamente, un automóvil de 1500 kg, lanzado a 120 km/h, que debe de frenar en 300 metros hasta casi quedarse parado cuando sale por el carril de deceleración de una autovía, puede entregar mucha energía cinética, mucha más de la que un vehículo micro-híbrido o semi-híbrido podría aprovechar. Dado que el almacén de energía eléctrica y el generador de estos vehículos son demasiado pequeños, la cantidad de energía cinética del vehículo en este escenario sobrepasa ampliamente su capacidad de captura y almacenamiento. Por ello, el micro-híbrido sólo podrá aprovechar aproximadamente un 5% de la frenada regenerativa y el semi-híbrido hasta un 15%. De modo que cuanto más grande sea el almacén de energía, más potente podrá ser la máquina eléctrica (generador) para capturar más energía. Y cuanto más potentes sean estas, más funciones y capacidades eléctricas podrán ofrecer al vehículo, principalmente para ahorrar energía reciclándola.

No obstante, en el caso de los vehículos micro-híbridos, aunque la tasa de recuperación de energía sea de apenas un 5%, ya es una porción de energía tal que ayuda considerablemente a reducir el consumo de carburante provocado por el aumento del equipo eléctrico y sistemas de seguridad. Reduciendo el consumo y las emisiones incluso a niveles inferiores a los de un vehículo comparable de hace más de dos décadas con un equipo eléctrico muy inferior.

Los vehículos híbridos puros, híbridos enchufables y cien por cien eléctricos pueden capturar un gran porcentaje de la energía cinética en fase de deceleración (frenada regenerativa), porque están dotados de un sistema de almacenamiento eléctrico y un conjunto de generadores capaces de capturar al menos un 70% de la energía cinética del vehículo. Cuanto más eficiente sea el sistema de generación y almacenaje de energía, mayor tasa de recuperación y reciclaje de energía que tendrá el vehículo.

Conclusión

La electrificación de los automóviles ha sido la vía más importante para mejorar la poca eficiencia energética que tiene el motor de combustión. Gracias a los alternadores y generadores de energía eléctrica se puede reciclar, mediante la frenada regenerativa, parte de la energía que el vehículo consumió durante la aceleración anterior y almacenarla en una batería. Este aspecto llevado a su grado de desarrollo más elevado desemboca en la reducción del motor de combustión hasta eliminarlo completamente, siempre y cuando el sistema de almacenamiento de energía cuente con un sistema de carga eléctrica externa, como ocurre con los vehículos híbridos enchufables y los eléctricos puros.

No obstante, para que el vehículo puramente eléctrico a baterías tenga éxito también necesita contar con una red de carga rápida externa a pie de carretera y de carga lenta o media en la mayoría de las zonas de aparcamiento. Esto le daría la posibilidad de recarga en todas las oportunidades de parada y aparcamiento con tiempos de espera superfluos.

Diagnosis y reparación de una batería de alta tensión

Diagnosis y reparación de una batería de alta tensión

Ejemplo: Toyota Auris híbrido

Hoy día, en el parque de vehículos que podemos encontrar en la mayoría de las ciudades de nuestro país, ya es habitual encontrarnos con varios automóviles híbridos en movimiento o aprarcados en la calle. Se trata de una línea tecnológica que, cada vez más, se está imponiendo en el mercado de vehículos. La configuración del grupo motopropulsor de los automóviles híbridos utiliza dos técnicas de motores diferentes: un motor térmico y uno o varios motores eléctricos. Para alimentar y satisfacer la demanda de energía de los motores eléctricos es necesario incorporar en el vehículo una batería de alta tensión, también denominada batería de tracción.

En este post vamos a tratar la diagnosis y los trabajos de reparación necesarios a realizar en una batería de alta tensión. Para ello, nos basaremos en la batería de tracción del Toyota Auris. Se trata de una batería cuya matería activa utiliza hidruro metálico de niquel (Ni-MH). Es la misma tecnología que utiliza Toyota en la mayoría de los modelos híbridos que comercializa en España.

Batería de 201,6 voltios nominales con ventilación forzada del Toyota Auris

La arquitectura de la batería consta de 28 módulos que contienen 6 celdas de 1,2 voltios nominales cada uno. Las celdas están conectadas entre sí en serie en el interior de los módulos. Por consiguiente, hay un total de 168 celdas (6 X 28). Los 28 módulos están conectados entre sí también en serie, así que el voltaje total de la batería es de 201.6 voltios (168 X 1.2 V).

Arquitectura de la batería de tracción de Toyota

Los códigos de error más característicos que pueden ser originados cuando la batería de tracción falla son los dos siguientes: P3000, P0A80 y P0A7E. A continuación pasamos a describir el procedimiento de diagnóstico relacionado con estos códigos de avería.

- El P3000 hace referencia al sistema de control de la batería de tracción y normalmente suele ir relacionado junto a alguno de los otros dos códigos de avería mencionados.

- El P0A80 hace referencia a la sustitución completa de la batería del sistema híbrido, es decir la batería de alta tensión o batería de tracción. (Indicar que a día de hoy Toyota no suministra repuestos para la batería de tracción).

- El P0A7E hace referencia a un problema de sobrecalentamiento de la batería de tracción.

Podemos diferenciar dos casos diferentes cuando aparecen estos códigos de error en el sistema híbrido:

Caso A) Diagnóstico del código de avería P0A80 acompañado de P3000. P0A80 es un código de avería que hace referencia a los componentes principales del sistema híbrido de potencia. En este caso, debido a la importancia de la avería, es de carácter urgente proceder a diagnosticar y reparar el vehículo lo antes posible.

Síntomas: 

• Aumenta el consumo de combustible empeorando la eficiencia del vehículo.
• Se reducen las prestaciones.
• Se desactiva la potencia que aporta el sistema eléctrico al conjunto híbrido.
• Aparecen más códigos de avería relacionados como por ejemplo el P3000.

Posibles causas:

• Avería en la batería de alta tensión, causada por una celda o módulo de celdas.
• Avería en alguno de los sensores de voltaje de la batería de alta tensión.
• Resistencia excesiva de alguno de los módulos o celdas.
• Discrepancia o valores no plausibles entre los voltímetros de las parejas de módulos.
• El bus de interconexiones de la batería que comprende la instalación eléctrica de los módulos está flojo, roto, corroído o sulfatado.

- Procedimiento de diagnosis:

1º) Conectar el interface de diagnosis y consultar e identificar todos los códigos de error relativos al sistema híbrido.

2º) Consultar los parámetros del bloque de valores de medición del sistema híbrido.

3º) Identificar y seleccionar los parámetros generales del estado de carga de la batería (SOC) y la tensión total de la misma.

Estos valores nos dan una idea general del estado de salud de la batería de tracción, el voltaje total debería ser siempre superior a 200 voltios y el estado de carga de la batería (SOC) por encima del 40%. Si alguno de estos valores no concuerda es indicativo de un defecto interno y deberíamos de pasar al siguiente paso. Sin embargo, el hecho de que estos valores estén en orden no deja la batería exenta de defectos. Los códigos de avería que estamos diagnosticando peden estar memorizados aunque estos valores estén en orden.

4º) Identificar y seleccionar los 14 voltímetros de los que está provisto el diagnóstico del sistema híbrido. (Cada voltímetro verifica una pareja de módulos, es decir 12 celdas conectadas en serie denominadas bloque de batería). 

En este paso es muy interesante analizar estos valores, debemos de fijarnos que entre el valor máximo del bloque de batería con mayor voltaje y el valor mínimo del bloque de batería con menor voltaje no hay una diferencia superior a 0,40 voltios. La homogeneidad entre todos estos valores nos darán una idea muy clara de la salud de la batería de tracción. 

Como podéis observar, no solamente es posible detectar los valores de tensión máxima y mínima de los bloques de batería correspondientes, sino también ubicarlos en el orden que les corresponde en la batería.

Nota: el primer bloque de módulos comienza en el lado contrario al bloque de conexiones (relés SMR).

Lo más probable es que, habiendo obtenido el código de error P0A80, se haya superado los 0,40 voltios de diferencia, bien porque el valor sea ligeramente superior o porque uno de los voltímetros obtenga un valor mucho más bajo, incluso cero voltios. Éste resultado indicaría que es necesario sustituir la batería o desmontarla para intentar repararla (5º paso).

5º) Desmontaje de la batería de tracción. En primer lugar se procede a la desconexión de la alta tensión de la batería de tracción. Para ello es necesario llevar a cabo el procedimiento de “consignación” (consultar el procedimiento de la “consignación” en el manual de taller de Toyota). Uno de los pasos de la consignación consiste en la desconexión de la batería de alta tensión retirando el enganche de la toma de servicio.

Después podemos proceder a desmontar la batería de tracción para su verificación y reparación mediante el paso 6º.

6º) Verificación y reparación de la batería de tracción.

Con la batería de tracción desmontada, se procede a retirar las carcasas que cierran los pasajes de ventilación de la misma. Al retirar estas carcasas descubrimos el método que usa el fabricante para conectar en serie los módulos. Van conectados por parejas mediante puentes metálicos.

Método de interconexión de los módulos de la batería

Los puentes metálicos están integrados en un soporte de plástico naranja que además agrupa y guía el mazo de cables necesario para los 14 voltímetros de supervisión por parejas de módulos. Este soporte se denomina bus de interconexiones de la batería. El bus de interconexiones naranja tambien integra la instalación eléctrica para las tres NTCs que verifican la temperatura global de la batería de tracción mientras trabaja (carga y descarga).

Llegados a éste punto es muy importante verificar el estado del bus de interconexiones, comprobar que todas las tuercas de los puentes metálicos están bien apretadas y que la instalación eléctrica de los 14 voltímetros está en orden y no contiene ningún cable seccionado o desconectado (desoldado), pues de ser así estos motivos serían los causantes de haber generado el código de avería que estamos diagnosticando.

Si no hemos visto ninguna anomalía en estos puntos, a continuación procedemos a comprobar manualmente la tensión de los módulos por parejas:

Igual que decíamos antes, es importante que las lecturas obtenidas no difieran más de 0,40 voltios entre la pareja de módulos (bloque de batería) de mayor voltaje y la de menor voltaje. Con un valor de voltaje diferencial ligeramente superior a 0,40 voltios estaríamos ante la causa que a originado el código o códigos de avería que estamos diagnosticando.

El hecho de encontrarnos con un valor de voltage diferencial superior a 0,40 voltios no es necesariamente indicativo de que haya una o varias celdas estropeadas. De hecho, en el 80% de los casos el origen de este resultado no es por culpa de las celdas en sí. Normalmente es causado por la corrosión o sulfatación de los contactos de los puentes metálicos que conectan los módulos entre sí:

La formación de un halo de corrosión en la superficie de contacto de los puentes metálicos origina una resistencia. Esta resistencia causa una caída de tensión que puede ser interpretada por la unidad de control de la batería (HVBMS) como una pérdida de rendimiento en uno o varios módulos. Este efecto es típico a la hora de generar los códigos de error P0A80 y P3000. Los vehículos que padecen corrosión son más propios de residir en zonas costeras, con valores de humedad elevados o que han sufrido una inundación.

Así pues, si encontramos signos de corrosión en los puentes metálicos del bus de interconexiones podremos decidir si limpiarlos, en el caso de que la corrosión solo afecte a una o a pocas superficies de contacto de forma aislada. O sustituir los dos buses de interconexión completos con todos los puentes metálicos si el grado de corrosión es general.

Sólo en un caso reducido de vehículos, donde hayamos verificado que los puentes metálicos y la instalación de los buses de interconexión están en orden y limpios, podremos culpabilizar a la degradación de las celdas de la batería por reducir el rendimiento de la misma y generar estos códigos de avería obtenidos.

Nota: Tanto los buses de interconexión completos como los módulos por separado de la batería de alta tensión habra que buscarlos en el mercado de accesorios no oficial de Toyota (aftermarket), ya que Toyota no proporciona repuestos de la batería de manera oficial.

En algunos equipos de diagnosis tenemos la opción de consultar también el valor de la resistencia interna de cada bloque de batería (parejas de módulos). Éste es un factor importante que nos ayuda a considerar el estado de salud de los módulos de la batería y la degradación de la materia activa de las celdas con el paso del tiempo. Así pues, un módulo que destaque entre los demas con un valor alto de resistencia interna es significativo de padecer una merma a la hora de entregar su potencia eléctrica en un momento de demanda. Esto reducirá las prestaciones generales de la batería influyendo en la sobrecarga de otros módulos más saludables.

Para consultar estos parámetros es necesario seleccionar en nuestro equipo de diagnosis la batería del sistema híbrido:

A continuación buscamos los valores de las resistencias internas de los 14 bloques de batería (parejas de módulos) dentro el apartado de parámetros (valores reales de medición):

Verificando todos estos parámetros podemos detectar un módulo cuya resistencia interna destaque y sea superior a la media. Si verificando sus conexiones con el bus de interconexiones naranja comprobamos que están en orden, entonces podemos considerar que la materia activa de sus celdas se ha degradado y sería necesario sustituirlo. En el caso de haber muchos o varios módulos afectados con valores superiores a los mostrados en ésta lista de parámetros, entonces habría que considerar si reemplazarlos o sustituir la batería completa, que en determinados casos suele ser la opción más acertada.

Caso B) Diagnóstico del código de avería P0A7E que puede estar acompañado de P3000

- Síntomas: 

• Aumenta el consumo de combustible empeorando la eficiencia del vehículo.
• Se reducen las prestaciones.
• Se desactiva la potencia que aporta el sistema eléctrico al conjunto híbrido.
• Aparecen más códigos de avería relacionados como por ejemplo el P3000.

- Posibles causas:

• Avería en alguno de los sensores de temperatura de la batería de alta tensión.
• El bus de interconexiones de la batería que comprende la instalación de los módulos y la instalación de los sensores de temperatura está defectuoso, tiene alguno de sus cables seccionado o desconectado (desoldado).
• Avería o defecto de funcionamiento de la turbina del ventilador de la batería.
• Error en el programa de gestión y supervisión del módulo de control de la batería HVBMS.

- Procedimiento de diagnosis:

1º) Conectar el interface de diagnosis y consultar e identificar todos los códigos de error relativos al sistema híbrido.

2º) Consultar los parámetros del bloque de valores de medición del sistema híbrido.

3º) Identificar y seleccionar los valores de los 3 sensores de temperatura NTC de los que está provista la batería de tracción. También es interesante contrastar estos valores con el del sensor de temperatura del aire aspirado para vntilar los módulos de la batería:

Estando el ventilador desactivado, las lecturas de estos 4 sensores de temperatura deben de estar próximas. Además, si nuestro interfaz de diagnosis nos lo permite, también es interesante activar el funcionamiento de la turbina del ventilador para comprobar su funcionamiento (apartado de activaciones). De lo contrario, sería necesario aplicarle una alimentación externa para forzar su funcionamiento estando desconectado de la HVBMS en el momento de la prueba de funcionamiento.

4º) Verificación visual del ventilador y su colector.

Normalmente, en la gran mayoría de los casos, el origen que ha causado este código de avería (P0A7E) es debido al esuciamiento y la acumulación de pelos, pelusas y polvo en el colector de la turbina de ventilación de la batería, según se muestra en las siguientes imágenes:

En este caso la reparación pasa por limpiar el colector y la turbina.

Este problema ha sido causado en múltiples unidades, tanto Prius como Auris. Por consiguiente, añadir que Toyota a raíz de esto desarrolló un boletín de servicio técnico para prevenir este defecto. Se trata del boletín CP-0086T-1216. La solución que aplica Toyota con este boletin es instalar un pequeño filtro en el colector de la turbina de ventilación según se aprecia en la siguiente imagen:

Si por el contrario ocurre que la turbina del ventilador y su colector no están sucios y funcionan correctamente, entonces deberíamos comprobar los sensores de temperatura de la batería. Para ello será necesario desmontarla y pasar al paso 5º del caso A ya descrito.

6º) Verificación y reparación de los sensores de temperatura de la batería de tracción.

Con la batería de tracción desmontada, se procede a retirar las carcasas que cierran los pasajes de ventilación de la misma. En este punto es necesario que verifiquemos las líneas de fieltros aislantes que impiden que la corriente de aire creada por la turbina se escape. Entonces comprobamos que los fieltros no se han deformado ni despegado. 

A continuación localizamos la ubicación de los sensores de temperatura según se muestra en la siguiente imagen, tres sensores ubicados entre los módulos y un sensor más ubicado en el colector de admisión del conducto de ventilación de la batería:

Ubicación de los sensores de temperatura de la batería de tracción

Una vez llegado a este punto procedemos a verificar con el multímetro la instalación eléctrica de cada sensor mediante cuatro pruebas: continuidad, derivaciones (+ ; -) y cortocircuitos. Recordar que la instalación eléctrica de las 3 NTCs ubicadas entre los módulos están incluidas dentro del bus naranja de interconexiones de la batería de tracción. Si observásemos algúno de estos cables seccionado o desoldado procederíamos a su reparación.

Bueno, amigos de la electromecánica, espero que este post os quite el reparo y os anime a intervenir en trabajos de diagnóstico y reparación de las baterías de alta tensión que incorporan los modelos híbridos existentes en el parque de vehículos actual.

Nota: Para más información acerca de la batería o del Toyota Auris híbrido, consúltense los cursos de Tracción Híbrida y Toyota Auris 140 Híbrido del Campus On-Line en Grup Eina Digital.