Componentes del sistema híbrido
El sistema híbrido está formado por el motor térmico, la caja de cambios —que incluye en su interior dos máquinas eléctricas—, la batería de alto voltaje y la unidad de control.
El motor de gasolina es el mismo que el del X6 xDrive50i. Es un ocho cilindros en «V» a 90º de inyección directa que da 408 CV. Tiene dos turbocompresores en paralelo colocados entre los dos bloques de cilindros.
Los motores eléctricos son de distinta potencia, por motivos de espacio. Uno da 67 kW (91 CV) y 260 Nm; el otro 63 kW (86 CV) y 280 Nm.
La potencia conjunta máxima es 486 CV. No corresponde a la suma de las tres potencias (408+91+86=585 CV) sino a la del motor térmico (408 CV) más la energía que es capaz de suministrar la batería, 57 kW (78 CV; 408+78=486 CV). Que los motores estén sobredimensionados sirve para que trabajen con menos corriente y, por tanto, generen menos pérdidas.
Cuando las máquinas eléctricas funcionan como generador son capaces de suministrar hasta 50 kW (68 CV) y proporcionan una deceleración máxima de 3 m/s². Que no produzcan la misma potencia como generadores que la que son capaces de gastar como motores eléctricos es una limitación impuesta por la batería: las reacciones químicas que se producen en su interior no suceden a la misma velocidad en un sentido que en otro.
Los motores eléctricos están colocados en el interior de la caja de cambios automática de siete velocidades (imagen). Ésta tiene tres engranajes planetarios y cuatro embragues multidisco.
La batería de hidruro metálico de níquel tiene una capacidad de 2,4 kWh —1,4 kWh aprovechables para la conducción— y da un máximo de 57 kW. También sirve de suministro para los accesorios eléctricos del coche).
En el cuadro de instrumentos hay un indicador de aguja de la carga de la batería. El valor 0 y el máximo no representan la capacidad total de la batería sino los 1,4 kWh aprovechables. Normalmente se recarga hasta un 80% de esa capacidad, dejando el 20 % restante por si es necesario utilizarlo (por ejemplo, una posible pendiente donde se regenere mucha energía).
Hay un sistema de refrigeración líquido para que no se caliente en exceso, mediante un radiador aire-agua o mediante el compresor del aire acondicionado. Ambos sistemas pueden funcionar individualmente o de forma conjunta.
La unidad de control gestiona el funcionamiento de los motores, el de la caja de cambios y también transforma la corriente continua de la batería en alterna trifásica para alimentar a los motores eléctricos.
La marcha se inicia con uno de los dos motores eléctricos. Si es necesario, el otro motor pone en marcha el motor de gasolina —hace de motor de arranque— y, a continuación, trabaja como generador garantizando el suministro de corriente eléctrica.
A velocidades más altas y constantes, es el motor térmico el que se encarga de mover el coche mientras que uno de los dos motores eléctricos funciona como generador. Si se requiere aceleración, los dos motores eléctricos trabajan suministrando mayor potencia alimentándose de la batería.
Cuando el coche está detenido, el motor de gasolina no trabaja mientras siguen funcionando todos los dispositivos del coche. Esta función se desconecta si se selecciona el modo manual del cambio de marchas o si la batería se descarga y es necesario que funcione el compresor del aire acondicionado.
La unión mecánica entre los tres motores se hace con tres engranajes planetarios, cuyos ejes de entrada y salida se acoplan y desacoplan mediante cuatro embragues multidisco. Con este sistema se consiguen dos modos de funcionamiento, uno para bajas velocidades y otro para altas, además de varias relaciones fijas. En la práctica, lo que se tiene, es una caja de cambios con siete velocidades.
Este conjunto es el que más le distingue de otros híbridos existentes y según las marcas que lo han desarrollado (BMW, GM y Daimler), ofrece ciertas ventajas respecto a otros sistemas híbridos «full-hybrid»).
Ventajas sistema «two-mode»
En el Toyota Prius, que tiene un sistema híbrido de un modo («one-mode»), la velocidad máxima está limitada por la velocidad de giro que admite el motor eléctrico.
Para solucionar este inconveniente en modelos que están diseñados para poder circular a velocidades elevadas, Lexus, en el LS 600h y el GS 450h, hace una reducción mecánica adicional mediante un engranaje Ravigneaux que el sistema conecta automáticamente cuando es preciso («One-Mode Hybrid with Two-Speed Motor Gearing»).
Lexus consigue así solucionar un inconveniente de los sistemas «One-Mode Hybrid» pero no otro importante, que es el de las pérdidas por transmisión eléctrica.
En un sistema como el de Toyota y Lexus, cuando el conductor acelera fuertemente, el generador se pone en marcha. En ese caso, la fuerza con que el motor eléctrico impulsa a las ruedas procede de tres fuentes simultáneamente. Una, el motor térmico mueve al generador que, a su vez, alimenta al motor eléctrico. Dos, el motor térmico impulsa mecánicamente al motor eléctrico. Tres, la batería suministra electricidad al motor eléctrico.
En una transmisión totalmente mecánica (motor térmico impulsa mecánicamente al motor eléctrico) la eficiencia es del 90%. La transmisión por vía eléctrica (motor térmico mueve al generador que, a su vez, alimenta al motor eléctrico) es menos eficiente, un 70%. es un inconveniente mayor cuanto más alta sea la velocidad a la que se circula o más pesado sea el vehículo, y que obliga a utilizar motores eléctricos de mayor potencia, tamaño y peso.
El sistema «two-mode» que emplea BMW en este X6 soluciona los dos problemas anteriores combinando los tres engranajes planetarios y cuatro embragues multidisco. Esta es la explicación que BMW, GM y Daimler dan sobre las ventajas de su solución técnica.
Consta de un embrague multidisco central. Puede estar completamente desembragado; en ese caso el coche tiene tracción solo a las ruedas traseras. O puede estar totalmente embragado; en ese caso los semiejes delantero y trasero son solidarios, como en un coche sin diferencial central o que lo tenga bloqueado.
Y puede estar en cualquiera de las posiciones intermedias; cuanto menos deslizamiento haya en ese embrague, más fuerza pueden hacer las ruedas delanteras, que pueden recibir como máximo un 50% de la fuerza del motor (cuando tienen la misma adherencia las cuatro).
Si todas las ruedas tienen la misma adherencia envía un 60% de la fuerza a las ruedas traseras y el 40 restante a las delanteras.