¿Para qué sirve el sistema de 48 voltios en un coche?: las principales razones para pasarse a los híbridos suaves MHEV

Según los datos de los analistas de JATO Dynamics, la cuota de mercado de los vehículos con tecnología Mild Hybrid en Europa ha superado rápidamente el 25 % y sigue creciendo con paso firme. Si antes la electrificación era un rasgo exclusivo de las marcas de lujo, hoy en día el sistema de 48 voltios se ha convertido en un estándar básico para el segmento de gran consumo, desde los utilitarios urbanos hasta los SUV de gran tamaño.

¿Por qué los grupos industriales mundiales han llevado a cabo una revolución técnica tan silenciosa, pero a gran escala? Para los ingenieros, esta resultó ser la única forma viable de cumplir simultáneamente tres exigentes requisitos del mercado: reducir de forma significativa el consumo de combustible, cumplir con los estrictos límites medioambientales y añadir dinamismo a los vehículos sin aumentar la cilindrada del motor.

Pero muchos propietarios de coches y mecánicos de talleres siguen teniendo dudas sobre el híbrido suave: ¿qué es en realidad, otro truco de marketing o una necesidad real? Analizamos cómo funciona esta arquitectura, dónde esconde el ahorro oculto y por qué los talleres de automóviles deberían prepararse para su mantenimiento ya mismo.

Híbrido suave: ¿qué es en realidad y en qué se diferencia de un coche con motor de combustión y de un híbrido completo (HEV)?

En el sector automovilístico sigue existiendo un error muy extendido: se dice que un híbrido suave de 48 voltios es un coche normal al que se le ha instalado una batería un poco más grande y un motor de arranque más potente. Esto no es así en absoluto. El MHEV es un esquema de interacción entre las partes eléctricas y mecánicas del coche radicalmente diferente. Anteriormente, en nuestro blog ya explicamos la arquitectura de 48 V y su diferencia con respecto a otros tipos de híbridos.

Es importante tener en cuenta que un híbrido suave no es un híbrido completo (HEV, Hybrid Electric Vehicle) en el sentido clásico, como, por ejemplo, el Toyota Prius. A diferencia de los híbridos completos o los híbridos enchufables (PHEV), un coche con sistema MHEV no es capaz de circular exclusivamente con propulsión eléctrica. Aquí no hay un motor eléctrico de tracción de una potencia determinada capaz de mover el coche con el motor de combustión apagado.

La base del sistema es un módulo compacto de 48 voltios que actúa como asistente del motor principal de gasolina o diésel. Se encarga de los regímenes críticos de funcionamiento, en los que la eficiencia del motor de combustión interna es mínima, y garantiza los siguientes procesos:

• Asistencia en el arranque y la aceleración: el motor eléctrico aporta par al cigüeñal, compensando la falta de par a bajas revoluciones durante las aceleraciones intensas.
• Recuperación de energía durante el frenado del vehículo: acumulación de energía cinética que antes se disipaba irremediablemente en el aire en forma de calor a través de las pastillas y los discos de freno.

La diferencia técnica clave con respecto al esquema tradicional de 12 V radica en el rendimiento. Un generador de CA de 12 V convencional para automóviles es capaz de generar y recuperar no más de 1-1,5 kW de energía. El motor de arranque-generador de 48 V recupera hasta 12-15 kW de energía durante la desaceleración. Esta considerable cantidad de energía se acumula en una batería de iones de litio independiente con una capacidad de aproximadamente 0,5-1 kWh.

Dependiendo del diseño, los fabricantes de automóviles utilizan dos tipos principales de unidades de 48 V:

1. BSG (Belt Starter Generator) / RSG: generador-arrancador por correa. Se instala en lugar del generador de serie y se conecta al cigüeñal mediante una correa policlínica reforzada. Es la solución más sencilla, económica de fabricar y extendida, que se integra fácilmente en la arquitectura de los motores ya existentes sin necesidad de modificar el bloque de cilindros.
2. ISG (Integrated Starter Generator) / ISG: Arrancador-generador integrado. Este motor eléctrico se monta directamente entre el motor y la caja de cambios (de hecho, en lugar del volante de inercia). Este esquema es bastante más caro, pero mucho más eficaz: proporciona más par motor, no tiene las limitaciones de la transmisión por correa y garantiza un arranque del motor de combustión totalmente silencioso e instantáneo.

A la vez, la clásica batería de plomo-ácido de 12 voltios no desaparece. En el vehículo funcionan en paralelo dos redes: la de bajo voltaje de 12 V (responsable del sistema multimedia de a bordo, las cerraduras, los elevalunas y la iluminación interior) y la red de potencia de 48 V del vehículo, conectadas entre sí a través de un convertidor de corriente continua bidireccional especial (convertidor CC/CC).

Razón 1. Ahorro real de combustible: cómo funcionan los tres mecanismos de ingeniería

Cuando los fabricantes de automóviles hablan de ahorro de combustible, los escépticos piensan inmediatamente en las pruebas de laboratorio WLTP, alejadas de la vida real. Sin embargo, la introducción de la arquitectura de 48 V proporciona un ahorro de combustible totalmente físico y perceptible en los híbridos, de entre un 10 % y un 15 % en los ciclos de conducción mixto y urbano. Analicemos los tres mecanismos claros gracias a los cuales se consigue este resultado.

1. Recuperación eficaz de energía durante el frenado del vehículo

En el modo urbano, el conductor alterna constantemente entre aceleraciones y frenadas ante semáforos, pasos de peatones y en atascos. Cada vez que se suelta el acelerador o se pisa el freno, la recuperación de la energía de frenado del vehículo pone al motor de arranque-generador de 48 V en modo de generación. En lugar de la resistencia de los frenos, el vehículo desacelera gracias al campo magnético del motor eléctrico. La electricidad gratuita obtenida se envía instantáneamente a la batería de iones de litio para alimentar los sistemas eléctricos del vehículo o convertirse en tracción adicional durante la aceleración.

2. Sistema Start-Stop ultrarrápido y cómodo de nueva generación

Los sistemas «Start-Stop» convencionales de 12 voltios irritan a los conductores: el motor se apaga en el semáforo y su siguiente arranque va acompañado de una vibración perceptible, un «gruñido» del motor de arranque y un retraso de entre 700 y 900 milisegundos. Los conductores suelen desactivar esta función con un botón del salpicadero, lo que anula por completo toda la lógica del ahorro.

El sistema mild hybrid de 48 voltios cambia radicalmente este proceso. Un potente motor de arranque-generador (especialmente del tipo ISG) lleva el cigüeñal a las revoluciones de trabajo en tan solo 300-400 milisegundos, más rápido de lo que tarda el conductor en pasar el pie del pedal de freno al de acelerador. El arranque se produce de forma totalmente silenciosa, sin vibraciones en la carrocería. Es más, la electrónica tiene la posibilidad de apagar el motor de combustión interna con antelación: no cuando el coche ya se ha detenido, sino mientras se desplaza a una velocidad inferior a 20-22 km/h o durante un movimiento estable por la carretera «por inercia» (modo Sailing/Coasting). En cuanto se toca el acelerador, el motor de combustión se pone en marcha de forma instantánea y casi imperceptible.

3. Liberación del motor de «parásitos» mecánicos

En un coche clásico, el motor se ve obligado a gastar parte de su potencia útil en hacer girar los equipos auxiliares a través de transmisiones por correa. El compresor del aire acondicionado, la bomba del sistema de refrigeración, la bomba de la transmisión hidráulica: todos estos componentes consumen valiosos caballos de potencia y litros de combustible incluso cuando no se necesita su máximo rendimiento.

El paso a la red de 48 V ha permitido a los ingenieros hacer que estos consumidores sean autónomos y pasarlos a alimentación eléctrica. El compresor eléctrico de 48 V del sistema de climatización o la bomba de refrigeración consumen exactamente la energía que necesitan en ese momento, independientemente de las revoluciones del motor de combustión. Esto alivia considerablemente la carga del motor y ahorra combustible.

Caso real: Las pruebas independientes del popular Volkswagen Golf 1.5 eTSI (equipado con el sistema MHEV de 48 V) en comparación con un Golf 1.5 TSI similar, exclusivamente de gasolina, mostraron una reducción constante del consumo de combustible en condiciones urbanas de entre 0,4 y 0,6 litros cada 100 km recorridos. A escala del uso diario y de las flotas comerciales, se trata de cifras colosales de ahorro.

Razón 2. Requisitos medioambientales y presión de los reguladores: por qué los fabricantes de automóviles se apresuran

Para comprender a fondo por qué los coches necesitan 48 voltios, hay que analizar la situación desde la perspectiva de los altos directivos de las marcas de automóviles. La implantación masiva de los MHEV no es tanto una preocupación altruista por el medio ambiente como una medida pragmática y claramente calculada para proteger el negocio de las importantes sanciones económicas impuestas por los reguladores internacionales.

Las estrictas normas medioambientales vigentes en todo el mundo colocan a los fabricantes de automóviles en una situación sin salida. Por ejemplo, la legislación de la Unión Europea ha obligado a las marcas de automóviles a reducir el nivel medio de emisiones de dióxido de carbono (CO2) en toda su gama de modelos hasta límites muy estrictos:

• Para 2021, este indicador debía ser de no más de 95 g de CO2/km.
• Para 2025, el límite se redujo aún más, hasta los 81 g de CO2/km.
• Se esperan normas integrales de emisiones de CO2 Euro 7 aún más estrictas, que evaluarán la toxicidad de los gases de escape en cualquier régimen de funcionamiento, incluso en los más extremos, y en arranques en frío.

El precio de un error se mide en miles de millones. Ya en la actualidad, por cada gramo que supere el límite establecido de CO2 en cada vehículo vendido, el fabricante de automóviles está obligado a pagar una multa de 95 euros. Cuando una empresa vende un millón de coches al año, superar la norma en tan solo 3-5 gramos supone el cargo automático de cientos de millones de euros en pérdidas netas.

¿Por qué, en ese caso, no convertir de una vez por todas toda la gama de modelos a vehículos eléctricos puros (BEV)? Porque la industria mundial y los compradores finales no estaban preparados para ello, ni tecnológica ni económicamente:

• La infraestructura de recarga masiva en muchas regiones se encuentra todavía en una fase incipiente.
• El coste de las grandes baterías de tracción sigue siendo elevado, lo que hace que los coches eléctricos sean inaccesibles para la clase media.
• Las fábricas no pueden reconvertir las líneas de montaje de forma inmediata sin correr el riesgo de detener la producción.

La tecnología híbrida suave de 48 V se ha convertido en la solución empresarial de compromiso ideal. La integración de un híbrido suave reduce las emisiones de CO₂ en 10-20 gramos por kilómetro, lo que permite mantener con seguridad los motores de combustión interna dentro de los límites legales. Al mismo tiempo, el coste de implementación de la superestructura de 48 voltios para la fábrica es relativamente bajo: es mucho más barato que diseñar un híbrido PHEV completo con una batería enorme y recarga externa. Esto ha permitido mantener los motores de combustión interna clásicos en la cadena de montaje, protegiendo a los fabricantes de automóviles de las sanciones de los reguladores sin un aumento radical de los precios para el consumidor final.

Razón 3. Más potencia con un motor más pequeño

Es un error pensar que la ecología y el ahorro han sofocado el carácter deportivo de los coches modernos. Al contrario, el sistema de 48 voltios del coche ha abierto a los ingenieros nuevas posibilidades para mejorar las características dinámicas y la elasticidad de los motores, suavizando los principales problemas de diseño de la ingeniería de motores actual.

En su momento, con el objetivo de reducir el consumo de combustible, los ingenieros optaron por una vía radical: reducir la cilindrada de los cilindros al tiempo que incorporaban un sistema de sobrealimentación eficaz. Estos motores lucen fantásticos sobre el papel, pero en la práctica presentan un defecto importante: el llamado «turbo lag». A bajas revoluciones (hasta 1500-1800 rpm), los gases de escape no son suficientes para hacer girar el impulsor de la turbina, por lo que, al pisar bruscamente el acelerador, el coche primero «se queda pensativo» y solo después se produce una aceleración brusca.

La electrificación de la red de a bordo resuelve este problema de dos maneras:

1. Impulso eléctrico instantáneo al adelantar

En el momento de arrancar desde parado o al acelerar bruscamente para adelantar en la carretera, el motor de arranque-generador de 48 voltios (BSG/ISG) pasa instantáneamente al modo de motor eléctrico. Aporta entre 10 y 20 Nm de par directamente al cigüeñal, precisamente en ese rango de revoluciones (1000-2500 rpm) en el que el turbocompresor aún no ha alcanzado la presión de trabajo. La tracción eléctrica cubre este vacío, garantizando una respuesta lineal, predecible y, lo más importante, instantánea del vehículo al acelerador.

2. Compresor eléctrico de alto rendimiento de 48 V

En los modelos premium y deportivos (por ejemplo, el Audi SQ7 o el Mercedes-Benz C300de), la energía de la red de alimentación alimenta un componente único: el compresor eléctrico de 48 V. Se trata de un sobrealimentador adicional, cuyo impulsor gira impulsado por un potente y compacto motor eléctrico en fracciones de segundo (menos de 250 milisegundos), independientemente del flujo actual de gases de escape. El compresor eléctrico genera inmediatamente la presión de sobrealimentación necesaria en los cilindros, eliminando por completo el fenómeno del «turbo lag».

Gracias a ello, los fabricantes de automóviles han podido obtener altos índices de potencia de motores de cilindrada modesta, garantizando al conductor una aceleración suave, segura y con confianza en cualquier situación de la carretera.

¿Qué cambia en los sistemas de dirección?

Además de todo lo mencionado anteriormente, la introducción de la arquitectura de 48 voltios ha traído consigo cambios fundamentales en el diseño y los principios de funcionamiento de los sistemas de dirección.

En primer lugar, el aumento de tensión ha supuesto la sentencia de muerte definitiva para los sistemas clásicos de dirección asistida hidráulica (HPS) con transmisión por correa desde la polea del motor de combustión. Su sustitución ha sido inevitable por los sistemas de dirección asistida eléctrica (EPS) y los conjuntos electrohidráulicos (EHPS).

En segundo lugar, en el segmento de los crossover pesados, los SUV de tamaño completo, las camionetas y las berlinas de gama alta, la potencia habitual de la red de 12 voltios ya no es suficiente para alimentar eficazmente los sistemas eléctricos. Para girar las ruedas de un todoterreno pesado o de un gran vehículo con chasis en un giro cerrado, se necesitan corrientes elevadas. En una red de 12 V, esto provoca un fuerte calentamiento del cableado, la necesidad de utilizar cables de potencia gruesos y pesados y, por consiguiente, pérdidas de energía.

El uso de un accionamiento eléctrico del volante de 48 V permite resolver varias tareas de ingeniería importantes:

• Reducción de la intensidad de corriente y del peso: Según la ley de Ohm, al multiplicar por cuatro la tensión (de 12 V a 48 V), se necesita una corriente cuatro veces menor para transmitir la misma potencia. Esto ha permitido reducir la sección de los cables de potencia, hacer más compacta la placa de control del servomotor y aligerar considerablemente el peso total de la barra de dirección.
• Mayor potencia y precisión: el servodirección de 48 V funciona mucho más rápido y desarrolla una fuerza considerablemente mayor en el eje de dirección. Esto es de vital importancia para la integración de sistemas de piloto automático, funciones de mantenimiento de carril, aparcamiento automático y maniobras activas en situaciones de emergencia.
• Compatibilidad con chasis complejos: la energía de 48 voltios permite alimentar simultáneamente no solo el servodirección, sino también los estabilizadores activos de estabilidad transversal, así como los sistemas de dirección del eje trasero, convirtiendo el chasis en un único complejo digital de alta velocidad.

El diagnóstico, el mantenimiento y la reparación de las barras de dirección con EPK de nueva generación requieren un profundo conocimiento de la arquitectura de los buses CAN y FlexRay de alta velocidad para automóviles, la disponibilidad de escáneres y osciloscopios especializados con licencia, así como la comprensión de los algoritmos de sincronización del bloque de control de la dirección con el controlador general de 48 voltios que gestiona el sistema híbrido.

¿Qué significa esto para los talleres de automóviles?: la perspectiva B2B del mercado de la asistencia

Los talleres independientes y los centros de servicio no deben entrar en pánico ni percibir la llegada de la tecnología MHEV como una amenaza para su negocio. Se trata de una evolución natural del mercado, y quien sea el primero en dominar los nuevos estándares obtendrá una importante ventaja competitiva. Cabe suponer que, en tan solo 3-5 años, una parte significativa de los vehículos que acudan a los elevadores para el mantenimiento posgarantía serán precisamente híbridos suaves de 48 voltios.

¿Qué es lo que cambia exactamente en el trabajo del recepcionista y del mecánico, y qué permanece igual?

Novedades:

1. Baterías de litio-ion de potencia (48 V): Requieren un control especial de los parámetros de temperatura, el equilibrado de las celdas y procedimientos de seguridad específicos.
2. Componentes BSG: Los alternadores-motores de arranque por correa generan una carga elevada sobre la correa de transmisión y los rodillos tensores debido al cambio constante de los vectores de fuerza (a veces el motor hace girar el alternador, otras veces el alternador hace girar el motor). Las correas son reforzadas y el programa de sustitución debe respetarse estrictamente.
3. Sistemas complejos de refrigeración por líquido: Dado que los bloques de convertidores DC/DC y el BMS de las baterías desprenden mucho calor, a menudo están conectados al circuito de refrigeración general o a un circuito específico del vehículo. El taller debe ser capaz de realizar el mantenimiento de estos sistemas sin purgar los circuitos.

Lea en el portafolio de nuestra empresa cómo los especialistas del taller STS realizan con éxito reparaciones de MHEV, así como de vehículos con otros sistemas híbridos.

Lo que queda:

El motor de combustión clásico, los elementos de la suspensión, el sistema de frenos, la mayoría de los componentes de la transmisión, incluso la parte mecánica de la dirección: todo ello se revisa y repara siguiendo fichas técnicas estándar y consolidadas desde hace tiempo.

Por lo tanto, los responsables de los talleres no tienen necesidad de invertir urgentemente decenas de miles de dólares en la adquisición de maquinaria pesada radicalmente nueva. Sin embargo, es de vital importancia invertir en la formación del personal. Los electricistas de automóviles y los técnicos de diagnóstico deben comprender claramente la lógica de interacción entre las redes de 12 y 48 voltios, saber desconectar de forma segura el circuito de alimentación del vehículo para realizar trabajos de reparación y leer correctamente los códigos de error específicos de los sistemas de control de la propulsión híbrida.

Comparación de tecnologías de redes de a bordo de los automóviles

Veamos una tabla comparativa que refleja la estructura actual del mercado automovilístico y el lugar que ocupa la tecnología Mild Hybrid en el mercado.

Como vemos, el sistema híbrido suave de 48 V es un compromiso racional y equilibrado entre el coste de implementación para el fabricante de automóviles y el beneficio real en cuanto a consumo de combustible y tecnología para el consumidor general. No exige al propietario del vehículo un cambio radical en el paradigma de uso (como la búsqueda de estaciones de recarga), pero al mismo tiempo ofrece todas las ventajas clave de la electrificación moderna.

¿Está su taller preparado para el mantenimiento de los coches de nueva generación?

La tendencia tecnológica es evidente: los vehículos con arquitectura de 48 V ya son una realidad cotidiana en las carreteras de Polonia y, en general, de la UE, y su número crecerá rápidamente cada año. Para los propietarios de MHEV y los responsables de talleres independientes es importante contar con un socio técnico de confianza, capaz de proporcionar un apoyo profesional en el ámbito de las soluciones de sistemas complejos.

La empresa STS sigue de cerca la evolución de las tecnologías automovilísticas. Nuestros especialistas cuentan con las competencias necesarias, equipos de diagnóstico de alta precisión y bancos de pruebas especializados para la comprobación, reparación y mantenimiento de modernas barras de dirección con accionamiento eléctrico de 48 V, bombas electrohidráulicas y componentes asociados de complejas sistemas de a bordo.

¿Necesita asesoramiento profesional sobre el diagnóstico de la dirección en un híbrido suave, la selección de recambios originales o la reparación de un conjunto electrónico complejo? Póngase en contacto con los especialistas de STS.Parts: ¡le ayudaremos a que su vehículo o su negocio vayan siempre un paso por delante del progreso técnico!