Para potenciar el futuro, los fabricantes de automóviles se ponen en marcha 48

Aug 17, 2023

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Por Norman Mayersohn

Si bien los fabricantes de automóviles esbozan un mundo de autos eléctricos elegantes y silenciosos o incluso vehículos autónomos que son más den que dragster, el futuro totalmente eléctrico está más lejos de lo que parece.

Las compañías automotrices, comenzando con Volvo el verano pasado, han presentado planes para electrificar alineaciones completas de vehículos. Pero la letra pequeña deja en claro que la próxima década y más allá se centrará no solo en los paquetes de baterías masivas que alimentan los motores eléctricos, sino también en agregar un poco más de energía al venerable motor de combustión interna.

Cada vez más, ese jugo llegará en forma de nuevos sistemas eléctricos construidos con un estándar de 48 voltios, en lugar de los sistemas de 12 voltios que han dominado desde la década de 1950. Más simple que las transmisiones de tipo Prius y menos costosa que la energía de la batería a escala de Tesla, la nueva arquitectura eléctrica satisface las demandas de los automóviles que necesitan más energía debido a la carga de sus dispositivos y permite el uso de sistemas de conducción híbridos de menor costo.

Las propuestas anteriores para llevar los autos a un estándar de 42 voltios fracasaron por razones de costo, pero los desarrollos regulatorios recientes y el hardware que algún día hará que los autos autónomos sean factibles han reavivado la urgencia.

Además de la caída en los precios de las baterías y la electrónica de control, otros factores han hecho que valga la pena volver a examinar la tecnología de 48 voltios, dijo Jürgen Wiesenberger, director de la unidad de vehículos eléctricos híbridos de Continental North America. "El mercado no estaba preparado para ellos en el pasado debido al costo, pero el aumento del precio del combustible en 2013 cambió eso", dijo.

De forma limitada, los sistemas de 48 voltios ya han llegado a los vehículos, incluidos los SUV Porsche Cayenne y Bentley Bentayga, donde operan las barras estabilizadoras que mantienen la carrocería nivelada al tomar curvas pronunciadas.

Pero las aplicaciones más integradas de la tecnología, que equivalen a lo que se conoce como un sistema híbrido suave, ofrecen el mayor valor: hasta el 70 por ciento del beneficio de un híbrido completo al 30 por ciento del costo, según analistas de la industria. Continental proyecta que los sistemas híbridos suaves de 48 voltios representarán el 14 por ciento de las ventas mundiales de vehículos nuevos en 2025, ya que las ventas de vehículos propulsados ​​exclusivamente por motores de gasolina o diésel bajarán al 65 por ciento.

Volvo acaparó los titulares en julio cuando anunció que electrificaría toda su gama de modelos, ofreciendo, como mínimo, un motor eléctrico para ayudar a su motor de pistón en cada nuevo Volvo lanzado a partir de 2019. Volvo utilizará el estándar de 48 voltios para su híbrido suave. vehículos: aquellos que permiten que el motor de combustión interna se apague mientras está en inercia o parado, y luego se vuelve a encender cuando acelera.

Audi, que traerá sistemas de 48 voltios al A7 y A8 2019, reemplaza su alternador convencional con un alternador-arrancador más grande enfriado por agua. En lugar de simplemente cargar la batería y alimentar los accesorios, reinicia el motor V6 calentado después de que se apaga en un semáforo y recupera energía cuando reduce la velocidad para cargar una batería de iones de litio en la cajuela.

Este diseño tiene otro truco bajo la manga: también arrancará el motor después de que el automóvil entre en un modo de inercia con el motor apagado a velocidades entre 34 y 99 millas por hora, durante hasta 40 segundos, todo con el fin de ahorrar combustible.

Las ganancias de potencia también son posibles. En el SQ7, un SUV diésel que Audi no vende actualmente en los Estados Unidos, un motor eléctrico impulsa un sobrealimentador de tipo paleta. De funcionamiento similar al de un turbocompresor, este dispositivo ofrece su aumento de potencia a bajas velocidades del motor sin el retraso de un turbo impulsado por el escape. Y Mercedes-Benz está equipando el nuevo motor de seis cilindros en línea del CLS 450 2019 con su sistema de arranque-generador integrado EQ. En este diseño, la electricidad se produce en el espacio entre el motor y la transmisión. En el modo de motor, agrega 21 caballos de fuerza y ​​184 libras-pie de torque para escapadas rápidas, y puede tomar el lugar del motor de gasolina en un crucero de estado estable.

Y los sistemas híbridos suaves de 48 voltios pueden funcionar en aplicaciones de servicio pesado: Fiat Chrysler seguirá el enfoque del alternador de correa con su sistema eTorque en las camionetas Ram y el Jeep Wrangler.

¿Por qué 48 voltios? Establecerse en este nivel mantiene el sistema eléctrico por debajo del umbral de seguridad de 60 voltios de lo que se considera alto voltaje, donde los cables de alimentación deben ser de color naranja y se requieren conectores especiales, que cuestan 10 veces más, dijo Mary Gustanski, directora técnica de Delphi. Tecnologías.

Por ahora, los sistemas más potentes funcionan junto con la electrónica tradicional de 12 voltios en lugar de reemplazarlos por completo. Esta estrategia de doble voltaje evita la necesidad de rediseñar componentes simples y confiables como los motores que abren las ventanas y ajustan los asientos.

"Un cambio completo no tiene sentido", dijo Oliver Maiwald, vicepresidente senior de tecnología de tren motriz de Continental, un importante proveedor de la industria. "No preveo la necesidad de rediseñar estas piezas de baja tecnología y bajo costo".

Las ventajas de los nuevos sistemas de 48 voltios son considerables. Ofrecen mejoras en el ahorro de combustible de hasta un 15 por ciento, dijo Gustanski, y a un fabricante de automóviles le costaría entre $650 y $1,000 agregarlas al vehículo, muy por debajo de los aproximadamente $3,000 que cuesta instalar un sistema híbrido completo. La alimentación eléctrica de un supercargador puede generar un aumento del 30 por ciento en el par motor a bajas velocidades del motor, con un costo adicional de alrededor de $250.

Y aún hay más aplicaciones potenciales para los sistemas de 48 voltios: los convertidores catalíticos calentados eléctricamente, por ejemplo, podrían ser un avance importante en la reducción de las emisiones de arranque en frío.

No hay duda de que el automóvil dependerá cada vez más de la energía eléctrica para cumplir con los mandatos de economía de combustible y los límites de dióxido de carbono. La batería eléctrica, que se reduce en costo y aumenta en alcance, será parte de la solución. También lo harán los híbridos enchufables, que cuentan con suficiente reserva de batería para las necesidades de la mayoría de los viajeros diarios.

Pero los escépticos pueden preguntarse por qué los ingenieros están dedicando tanto esfuerzo al desarrollo de sistemas híbridos suaves que podrían verse como medidas provisionales en el camino hacia una flota de vehículos totalmente eléctricos.

Es la realidad de cuánto tiempo tarda la flota de automóviles en dar la vuelta lo que realmente aclara el panorama. Un pronóstico de IHS Markit, una firma analista de la industria, dijo que el 10 por ciento de los vehículos fabricados en todo el mundo dentro de siete años tendrían sistemas de 48 voltios.

"En 2025, más del 95 por ciento de los vehículos vendidos en todo el mundo seguirán teniendo motores de combustión interna", dijo la Sra. Gustanski. "Entonces, incluso en 2030, 48 voltios serán parte de la mezcla".

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