Inversor automotriz
El inversor automotriz es un convertidor electrónico de potencia que transforma y regula energía eléctrica entre el bus de corriente continua y las fases de un motor-generador. En un sistema híbrido, la batería HV entrega DC al enlace de corriente continua, mientras la electrónica de potencia sintetiza las corrientes trifásicas que necesitan MG1 y MG2.
La salida no es una corriente alterna fija. La MG ECU calcula continuamente la conmutación de los dispositivos de potencia con base en la tensión del bus, la corriente de fase, la posición y velocidad del rotor y la temperatura del módulo. Por esa razón, una falla de sensado, de un gate driver o del control PWM puede alterar el funcionamiento aunque los semiconductores no presenten daño físico.
El inversor como convertidor de potencia
Del bus DC a las fases U, V y W
La batería HV alimenta el bus DC interno a través de los elementos de conmutación y protección propios del vehículo. El DC-Link y sus condensadores reducen las variaciones rápidas de tensión y proporcionan una reserva local de energía para el módulo de potencia. La tensión exacta del bus depende de la arquitectura híbrida; por eso no debe suponerse un valor único para todos los vehículos.
El IPM integra seis dispositivos de conmutación, IGBT o MOSFET según el diseño, organizados en tres medios puentes. Cada medio puente corresponde a una fase del motor: U, V o W. La combinación de los interruptores superiores e inferiores define la tensión instantánea aplicada a cada devanado. Los gate drivers reciben las señales de mando y proporcionan el accionamiento eléctrico necesario para conmutar los dispositivos con aislamiento y tiempos controlados.
La MG ECU modifica el ciclo de trabajo y la secuencia de conmutación mediante PWM. El resultado son tres corrientes de fase sintetizadas electrónicamente. Su amplitud, frecuencia y ángulo eléctrico determinan la posición del campo magnético del estator respecto del rotor. Esa relación establece el par, la velocidad y el sentido de operación de MG1 o MG2.
Este principio es una base útil para el diagnóstico electrónico automotriz, porque evita interpretar el inversor como una caja que entrega una señal AC constante. El técnico debe analizar la orden de conmutación, la respuesta de corriente y la coherencia de las realimentaciones.
Cómo se forma el campo magnético del motor
Conmutación coordinada de los tres medios puentes
Cada fase se conecta alternativamente hacia el lado positivo o negativo del bus mediante su par de dispositivos de potencia. El control PWM no mantiene una tensión analógica continua en los devanados. Genera pulsos de alta frecuencia cuya tensión media y secuencia producen la corriente requerida por el algoritmo de control.
Cuando la demanda de par aumenta, la ECU modifica la referencia de corriente y actualiza los ciclos de trabajo. Cuando cambia la velocidad del rotor, también cambia la frecuencia eléctrica necesaria para mantener la relación angular correcta. La conmutación debe respetar tiempos muertos y protecciones para impedir que los dispositivos superior e inferior del mismo medio puente conduzcan al mismo tiempo.
La corriente de fase es una variable crítica. Representa la respuesta real del motor y permite detectar sobrecorriente, desequilibrio o una desviación entre la orden y el resultado. La medición puede realizarse mediante sensores en las fases o mediante una estrategia de reconstrucción a partir de la corriente del enlace, dependiendo del diseño específico.
El lazo cerrado de control del inversor
Medir, calcular, conmutar y corregir
El control funciona como una secuencia repetitiva. Primero se miden la corriente, la tensión del bus, la posición y la velocidad del rotor, además de la temperatura del módulo de potencia. Después, la MG ECU calcula el vector de control y determina las referencias de tensión para las fases. A continuación genera los pulsos PWM, los gate drivers conmutan el IPM y los sensores vuelven a informar el resultado.
La posición del rotor es necesaria para orientar el campo del estator. La corriente de fase permite controlar el par y comprobar que la respuesta coincida con la referencia. La tensión del bus permite compensar cambios de alimentación. La temperatura del IPM interviene en la protección térmica y en la reducción de potencia cuando el módulo se aproxima a su límite de operación.
La ejecución sincronizada entre muestreo, cálculo y actualización PWM reduce el retraso del lazo. Si una señal llega tarde, tiene ruido o se pierde, la ECU puede limitar el par, deshabilitar la conmutación o registrar una condición de protección. En un curso virtual automotriz, este tipo de relación entre señal, control y actuador es fundamental para interpretar mediciones con escáner, multímetro y osciloscopio.
Inversión del flujo durante la regeneración
Del motor-generador al bus DC
Cuando MG1 o MG2 entrega energía mecánica, el movimiento del rotor induce tensión en los devanados trifásicos. En ese estado, el inversor no cambia físicamente las conexiones. Controla la conducción del IPM para transferir la energía desde las fases hacia el DC-Link.
El flujo resultante pasa por el enlace de corriente continua y puede dirigirse a la batería HV bajo la supervisión del sistema híbrido. La misma etapa de potencia trabaja así en ambos sentidos: DC a AC durante la propulsión y AC a DC durante la generación o el frenado regenerativo.
La dirección del flujo no debe confundirse con una simple inversión de polaridad. Depende de la posición del rotor, del par solicitado, de la corriente medida y de los estados de conmutación que ordena la ECU. Una lectura incorrecta de posición o corriente puede provocar una transferencia de energía limitada o una desconexión protectora.
Diagnóstico electrónico del inversor automotriz
Separar potencia, control y realimentación
Un inversor que no acciona el motor no debe diagnosticarse sustituyendo directamente el IPM. Primero se debe identificar si la falla se encuentra en la alimentación de control, el sensado, los gate drivers, la comunicación con la ECU o los semiconductores de potencia. El análisis debe realizarse con el procedimiento de seguridad de alta tensión correspondiente al vehículo.
La ausencia de conmutación puede deberse a una orden PWM bloqueada por una condición de protección. Una corriente incoherente puede deberse al sensor, al circuito de acondicionamiento, al cableado o a un desequilibrio real en las fases. Una señal de posición incorrecta puede impedir que la ECU autorice la conducción aunque el bus DC y el IPM estén disponibles.
La comprobación debe comparar la tensión del bus, las alimentaciones internas, las señales de posición, las corrientes de fase y la orden PWM. También se debe revisar la temperatura reportada y la comunicación entre la MG ECU y el controlador híbrido. Cada medición debe relacionarse con el estado operativo registrado; una lectura aislada no demuestra por sí sola una falla del módulo.
La secuencia que debe observar el técnico
La lógica de diagnóstico puede resumirse así: medir corriente y posición, calcular el vector de control, generar PWM, conmutar U-V-W, volver a medir y corregir. Si la cadena se interrumpe, el técnico debe localizar el primer punto en el que la señal deja de coincidir con la orden.
Comprender esta secuencia permite distinguir un problema de potencia de un problema de control. Los IGBT o MOSFET pueden estar intactos y, aun así, el inversor puede permanecer deshabilitado por una alimentación interna deficiente, un sensor fuera de rango, una protección térmica o una orden PWM ausente.
La función real del inversor en el sistema híbrido
El inversor automotriz coordina energía, tiempo de conmutación y posición eléctrica. El bus DC proporciona la fuente estabilizada; el IPM ejecuta la conmutación; los gate drivers accionan los semiconductores; los sensores entregan la respuesta real; y la MG ECU corrige el sistema en cada ciclo de control.
Por eso el diagnóstico correcto debe considerar el conjunto. Verificar únicamente la continuidad de los semiconductores no confirma que el convertidor pueda producir un campo magnético controlado ni que pueda devolver energía al bus durante la regeneración. La relación entre mando, conmutación y realimentación es la que explica el funcionamiento de MG1 y MG2.
Cuánto tarda en cargar un coche eléctrico
Una de las preguntas más frecuentes que surgen, al momento de migrar hacia la movilidad limpia es: ¿Cuánto tarda en cargar un coche eléctrico?. Y es que para contestar esta pregunta, debemos entender varios conceptos que detallaremos a continuación.
Lo primero que hay que tener en cuenta, es que los coches eléctricos se diferencian, dependiendo del tipo de tecnología implementada en su fabricación.
Por ejemplo, tamaño de la batería, voltaje de operación, autonomía, son algunos de los factores que afectan el tiempo de carga de la batería.
Vamos a detallar estos factores, para que lo tengas en cuenta, en tu taller automotriz, o si eres un usuario de coche eléctrico.
Factores claves para determinar: ¿cuánto tarda en cargar un coche eléctrico?
El principal factor clave, para determinar el tiempo de carga de un coche eléctrico, tiene que ver con el tamaño de la batería.
Como hemos explicado en pasadas publicaciones sobre baterías de coches eléctricos, estas se denominan “Packs de Baterías”.
Estas baterías se conforman por paquetes de celdas de baterías agrupadas, hasta lograr el voltaje de operación del coche.
Debido a lo anterior, entre mayor sea la capacidad de la batería, medida en Kilovatios por Hora KWh, mayor tiempo ocupará durante la carga.
Ahora bien, puede que tengas una batería con gran capacidad de carga pero con una tasa de carga baja, ¿Cómo así? Esto se debe a que la capacidad de carga es la que mide la tasa de Kilovatios KW que puede ingresar a la batería durante la carga.
Por otro lado, el cargador que uses, también determina la velocidad de carga, ya que este viene configurado con una tasa de carga en Kilovatios KW máxima de suministro.
Factor temperatura en el tiempo de carga de la batería
Las temperaturas extremas (Frío o Calor) afectan la velocidad de carga de la batería.
Esta condición, se percibe aún más, si utilizas un cargador de alta velocidad, sobre todo para las temperaturas frías.
Tip de utilidad: Si estás en un ambiente con mucho frío o calor, y debes usar los accesorios de confort del auto (Calefacción, aire acondicionado, calefactor de los asientos) te recomendamos iniciar el encendido de los mismos, antes de iniciar el viaje y con el coche conectado a la carga. De esta manera conservas mucho más la carga de la batería.
Cuanto tarda en cargar un coche eléctrico según el tipo de cargador
El tiempo de carga depende del tipo de cargador utilizado, como también lo es, cuánto cuesta cargar un coche eléctrico.
Los cargadores se dividen por su tasa de carga o capacidad de entrega de carga, existen principalmente 4 tipos:
Cargadores coche eléctrico Lentos Máximo 3KW
Es el método más básico y demorado, y consiste en conectar directo a un socket de 3 pines (3 Pin Plug). Es la manera más sencilla y barata mediante la cual puedes recargar un coche eléctrico.
La tasa de carga es baja (Máximo 3 KWh).
Tiempo de Carga de los cargadores 3 Pin Plug: 30 horas para una batería de un coche pequeño y totalmente descargada. Y 20 horas para recargar una batería con un 20% de carga restante.
Si tienes una batería de alta autonomía, es decir gran capacidad, este método no es viable y puedes ocasionar daños sobre la unidad.
Cargadores coche eléctrico de Pared de 3KW a 22KW
Su uso es principalmente para el hogar y la oficina. Y se clasifican en:
Cargador coche eléctrico de pared de 3.7KW:
De 0 a 100% de carga una batería de coche pequeño (30-40 KWh) tiempo de carga de 10-12 Horas.
De 0 a 100% de carga una batería de coche grande (tipo tesla o porche 70-80 KWh) tiempo de carga de 20-24 Horas.
Cargador coche eléctrico de pared de 7 KW:
De 0 a 100% de carga una batería de coche pequeño (30-40 KWh) tiempo de carga de 6 Horas.
De 0 a 100% de carga una batería de coche grande (tipo tesla o porche 70-80 KWh) tiempo de carga de 10-12 Horas.
Cargador coche eléctrico de pared de 22 KW.
De 0 a 100% de carga una batería de coche pequeño (30-40 KWh) tiempo de carga de 4-6 Horas.
De 0 a 100% de carga una batería de coche grande (tipo tesla o porche 70-80 KWh) tiempo de carga de 5-6 Horas.
Este tipo de cargadores tienen una particularidad, y es que usualmente debes solicitar a la empresa proveedora de energía que realice su instalación.
Cargadores Rápidos y Ultra Rápidos ¿Cuanto tarda en cargar un coche eléctrico con estos cargadores?
Este tipo de cargadores se utilizan en estaciones de servicio o en puntos de recarga de coche eléctrico (pago por uso).
A pesar de que brindan una mayor velocidad en la recarga de la batería, no todos los modelos de autos son aptos para conectarse a estos puntos.
Se clasifican en:
Cargador Rápido de Coche eléctrico de 50 KW:
Realmente van desde los 43 KW hasta los 50 KW. Están ubicados en puntos de recarga para coches eléctricos y por su particularidades ofrecen tiempos de carga de 2-3 Horas para baterías que están en un 20% de carga hasta subirlas a un 80% de carga. Batería de coche pequeño (30-40 KWh).
Para batería de coche grande (tipo tesla o porche 70-80 KWh) tiempo de carga de 1 Hora.
Cargador Ultra Rápido de Coche Eléctrico de 150 KW:
Son los más sofisticados y rápidos, sin embargo sólo sirven para baterías modernas de alta capacidad.
Este tipo de cargadores tienen la capacidad de cargar una batería de un Tesla de 73 KWh en un tiempo inferior a 1 Hora.
Un aspecto final a tener en cuenta, es que para optimizar el tiempo de carga, y aumentar la vida útil de la batería, debes aprovechar cada oportunidad que tengas de conectar el coche eléctrico a cargar.
Este tipo de baterías, se degradan con el tiempo, por lo tanto debes anticipar que su autonomía se afecta con el tiempo de uso.
Si deseas aprender a profundidad a trabajar con baterías de coches eléctricos, y especializarte a fondo en esta temática, te sugerimos tomar el curso de vehículos eléctricos.
Esperamos que esta información sea de tu utilidad, y que la pongas en práctica. Éxitos.
Hyundai Kona Eléctrico
El Hyundai Kona Eléctrico es un SUV que se impone en Europa y próximamente en el mercado Latino Americano. Con una batería de carga rápida en 54 minutos y autonomía para recorrer hasta 449 Kilómetros, . Siendo el Automóvil Eléctrico una excelente opción de movilidad.
Un auto eléctrico con gran potencia, capacidad y rendimiento.
La movilidad eléctrica crece día a día. Y las marcas compiten por ofrecer opciones que cautiven a una nueva generación de propietarios de autos. Si bien en un comienzo los fabricantes apostaban a diseños futuristas. En la practica esto se ha ido desvirtuando. Ya que la gente ha dado mayor acogida a ver modelos convencionales en versión eléctrica.
Este es el caso del Hyundai Kona Eléctrico, un auto en la categoría de los SUV´s, que es lider en ventas en Europa. Y que pronto estará en el mercado latinoamericano.
El Hyundai Kona Electrico Viene equipado con un motor con la capacidad de ofrecer unos potentes 395 Nm que llevaran de 0 a 100 Klm en solo 7.6 segundos.
Además cuenta con una gran ventaja y es que se puede ordenar con dos configuraciones de Pack de Batería , la primera opción es una batería de 39,2 kWh con autonomía de hasta 289km. La segunda con 64 kWh con autonomía de hasta 449km.
¿Cómo es el sistema de carga del Hyundai Kona Eléctrico?
El sistema de carga que se requiere para instalación en la casa u oficina es el siguiente:
- Punto de carga de 7.4 kW.
- Protección de 6 mA DC.
- Un magnetotérmico de 40A.
- Un diferencial de Clase A de 40A, 30 mA.
- 40 metros de cableado tipo 10mm aproximadamente máximo.
Con este sistema podrías cargar el auto en un tiempo aproximado de 9 Horas para una carga completa, sin embargo también puedes seleccionar un sistema de carga rápida.
La manera como está integrado el Pack de Baterías a este auto es bastante interesante y le da una ventaja en cuanto a espacio se refiere. Su integración en el chasis permite que se economice un espacio de vital importancia en el habitáculo del auto. En cuanto a su precio, este ronda los 32.000 Euros en España y el resto de Europa y entre US 20.000 y 44.000 en Estados Unidos.
Características principales de conducción:
| Aceleración 0-100 km / h | 7.6 segundos |
| Velocidad Máxima | 167 km / h |
| Rango Eléctrico Autonomía | 400 km |
| Potencia Total | 150 kW (204 CV) |
| Par Total | 395 Nm |
| Estilo de Conducción | Frontal |
Carácterísticas de la Batería o Pack de Batería
| Capacidad Batería | 67,1 kWh |
| Batería Potencia Utilizable | 64.0 kWh |
| Ubicación Puerto de Carga | Frontal – Medio |
Carros Eléctricos en Colombia
Los carros eléctricos en Colombia son una realidad. Una de las causas que más ha motivado la compra del carro eléctrico, ha sido la exención de pico y placa. Son más de 10 marcas, que compiten con unos 15 modelos diferentes. Estos son los más populares.
Se estima que actualmente existen aproximadamente 2.200 vehículos asegurados en Colombia. Este número entre carros eléctricos y carros híbridos. Y se proyecta que esta cifra seguirá en aumento exponencial.
¿Es rentable apostar por la movilidad eléctrica?
Lo primero que debemos tener en cuenta, es que existen diferentes tipos de autos eléctricos, con diferencias bien marcadas. Ten esto en cuenta para una toma de decisión al respecto.
Conoce los diferentes tipos de coches eléctricos.
Es decir, dependiendo de su tipo de propulsión y de su fuente de energía, los carros eléctricos se pueden encontrar en el mercado colombiano principalmente así:
- Vehículos Eléctricos EV: Son vehículos 100% eléctricos y que se deben enchufar a una estación de carga de la red de electricidad local. Esta estación de carga puede ser una Electrolinera (estación pública de carga) o una estación portátil instalada en el hogar.
- Vehículos Híbridos HEV: Son carros que cuentan con un sistema de motor de combustión. Este motor de combustión enciende en determinados momentos para cargar la batería. La conversión de energía mecánica a eléctrica la realiza a través de un inversor, ubicado en el cofre al lado del motor de combustión.
- Vehículos Híbridos Enchufables: Son vehículos que se pueden cargar enchufando al sistema de carga externa. Sin embargo, tienen la posibilidad de cargar la batería mediante un motor de combustión (Híbrido), cuando no se cuente con estación de carga eléctrica cercana.
Modelos de Carros Eléctricos vendidos en Colombia:
- Nissan: con su modelo LEAF.
- Renault: con sus modelos Kangoo, Zoe y Twizy
- Hyundai: con sus modelos IONIQ en versión eléctrico y también en híbrido.
- Kia: con su modelo Niro y Soul
- BYD
- Volvo
- Mercedez Benz
Uno de los principales motivos, que se debe tener en cuenta para adquirir carros eléctricos en Colombia, es la disponibilidad de fuente de carga. Además, en la actualidad no existe una red fuerte de electrolineras.
Por otro lado, debe tener en cuenta los costos de adaptación de la acometida en la casa y oficina, en donde pretenda cargar el carro. Esto debido a que normalmente su red de energía doméstica, no soportará dicho consumo de corriente.
Esta adaptación de acometida de energía lo realiza su proveedor local de energía.
Entonces: ¿Cuál es la mejor opción para carros eléctricos en Colombia?
Una excelente opción, real y aplicable en la actualidad, es adquirir un modelo híbrido. Ya que el poder contar con la opción de cargar combustible tradicional. Le permitirá recorrer grandes desplazamientos. Lo que significa una mayor autonomía y ahorro de combustible, si se compara con los vehículos actuales.
En cuanto al mantenimiento, los vehículos eléctricos son una buena alternativa. Ya que al no contar con la enorme cantidad de piezas mecánicas, se disminuye el costo de mantenimiento. Lo que debes tener en cuenta, es el costo de reposición de la batería, la cual en la actualidad se proyecta con una vida útil de 10 años.
Se estima que el costo de la batería en los carros eléctricos, es de aproximadamente el 40% del valor del vehículo.
Por último, cabe resaltar, que recientemente fuimos invitados por Cesvi Colombia, como ponentes en el primer foro de vehículos eléctricos en Colombia.
Sin duda alguna, este tipo de eventos se constituirán en un ejercicio positivo. Ya que permitirá, articular los diferentes actores del mercado, para que esta tecnología se expanda en los años venideros.
Chevrolet Volt
El chevrolet volt es el primer vehiculo eléctrico que cuenta con un rango extendido en autonomía de conducción, ya que tiene una batería de ion de litio, la cual le permite desplazarse hasta 56 Km. Cuando esta batería llega a su nivel mínimo de carga automáticamente se activa un generador a gasolina, el cual produce energía y le permite adquirir carga, gracias a esto, el rango de autonomía se amplia hasta unos 547 kilómetros, garantizando una autonomía total de conducción de 610 Kilómetros aproximadamente.