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Mejora en batería híbrida

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Consumo en vehículos de serie

Estuvimos más de cinco años desarrollando nuestro Proyecto de investigación.

En primer lugar queremos enviar nuestro profundo agradecimiento a todos nuestros seguidores que en ese tiempo instalaron nuestros equipos en vehículos de todo tipo (híbridos, convencionales diesel y de gasolina, así como vehículos con GLP) y en variadas condiciones climáticas, recorriéndose millones de kilómetros y evitándose el consumo de miles de litros de combustible.

En los vehículos híbridos, la acumulación de datos tomados al instalar los ECO-FlapsHV, así como la colaboración y retroalimentación por parte de numerosos propietarios nos permite avanzar en el Proyecto, constatando la prolongación de la vida útil de las baterías de tracción (valoradas en más de 1.600 €, cuya duración en vehículos de serie puede resultar inferior a unas 200.000 km en ciertas condiciones).

Pudimos comprobar la regeneración de las baterías híbridas en los Prius de tercera generación tras la instalación de los ECO-FlapsHV. Ahora disponemos también de datos adicionales tomados en los Prius de segunda generación dotados de ECO-FlapsHV y en vehículos de servicio público (Taxi), que menor durabilidad experimentan en las baterías, por trabajar la mayor parte del tiempo en ciudad, sufriendo de grandes oscilaciones de temperatura del motor térmico y que circulaban largos períodos de trabajo con motor frío en el vehículo de serie.

Constatamos que varios Taxis, Prius de tercera generación, recorrieron más de 300.000 km tras la instalación de los equipos. Las lecturas en los datos del sistema híbrido, mostraron que la batería híbrida se asimilaba a las condiciones de una batería nueva. Algunos 3G han superaron incluso los 400.000 km, y siguen rodando.

Se hizo la prueba en otro taxi cuya batería había fallado completamente. Pudo alcanzar los 320.000 km sin necesidad de cambiarla.

Realizamos pruebas especialmente duras para las baterías híbridas, como estacionar el vehículo durante 10 semanas y observar como la batería se había pasivado. El empleo de ECO-FlapsHV  permitió a las programaciones del vehículo devolver a la misma a las condiciones de homologación del fabricante en unas tres semanas y 3.000 km recorridos.

En los vehículos probados se observaron lecturas que ya comprobamos en nuestro propio vehículo, dotado de ECO-FlapsHV.

     En los arranques del motor térmico en ciudad no se produce caída de tensión en la batería, lo que implica valores de resistencia interna muy bajos para picos de corriente de corta duración.

     Los valores de resistencia interna que interpreta el propio vehículo son muy bajos e iguales en todos los módulos de batería. El coche indica 20 miliOhmios cada dos bloques en todos los valores, por lo que pensamos que es el valor mínimo que el coche es capaz de interpretar (10 miliOhmios por bloque, un valor inferior al que marca Panasonic para una batería nueva).

     Los valores reales de resistencia interna se sitúan entre 14 y 11 miliOhmios por bloque, para recorridos urbanos con la batería fría. En circulación prolongada en autopista, estos valores bajan a 9 miliOhmios. Se han medido multitud de valores inferiores a 5 miliOhmios, lo que indica un estado de salud óptimo de la batería. Estos datos implican que al usar ECO-FlapsHV, la resistencia interna se reduce con el empleo del vehículo, al contrario de lo que sucede en los vehículos de serie.

     Un parámetro clave en la interpretación del estado de la batería es la diferencia de tensión entre el conjunto de dos bloques con mayor voltaje y el de menor voltaje. Valores inferiores a 0,2 V indican un estado de salud del 100% y valores inferiores a 0,45 V, un estado de salud superior al 75%. En el vehículo citado, más del 90% de valores son inferiores a 0,2 V y casi la totalidad inferiores a 0,45 V. Los mayores valores se han medido en recargas prolongadas, no durante descargas y puede deberse a la diferencia de temperatura entre los bloques de la batería que implica una menor resistencia interna en los bloques más calientes.

     Se han medido descargas muy intensas, que superan de manera habitual los 16 kW (22 cv) en circulación suave urbana. En autopista o aceleraciones fuertes se alcanzan valores de 31,5 kW (43 cv) en el Prius 3G y 29,4 kW (40 cv) en el 2G. Esto implica que el vehículo cumple con su potencia homologada (25 kW / 33 cv en Prius 2G y 27 kW / 36 cv en Prius 3G). En los Prius de serie, las potencias extraídas a la batería son habitualmente inferiores a 15 kW (20 cv) y los valores superiores a estos, suelen ser durante un tiempo inferior a tres segundos, indicador de un peor estado de equilibrio de la batería y mayor resistencia interna.

     Se han medido descargas máximas superiores a 150 A en los Prius de tercera generación y de hasta 180 A en los 2G. Estos valores son superiores a los observados en las baterías de los vehículos de serie, con su habitual proceso de pasivación.

Por los datos acumulados, una batería que no haya fallado puede regenerarse con la ayuda de los ECO-FlapsHV en un plazo de unos 6 meses realizando un uso habitual del vehículo (incluso en Taxis).

En el caso de baterías que han fallado completamente, no se logra una completa regeneración, si bien puede prolongarse la vida útil de las baterías, ahorrando recursos y costes de mantenimiento del vehículo.


Con la instalación de ECO-FlapsHV, el consumo de los vehículos resulta independiente de la temperatura ambiente.

Se ha comprobado que al trabajar en condiciones óptimas mediante los ECO-FlapsHV, los sistemas híbridos (HSD y LHD), logran una mejora en el comportamiento de la batería. Se observa una reducción del valor de resistencia interna de la batería tras el empleo continuado.

A continuación se adjunta un gráfico del fabricante de las baterías (Panasonic).

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Características de las baterías de NiMH del Toyota Prius

En el gráfico derecho se indican los valores de resistencia interna a 25ºC. Según el fabricante, el valor presenta un mínimo de unos 12 miliOhmios por bloque, incrementándose según envejecen las baterías. El valor extremo de la gráfica muestra un máximo local de unos 15 miliOhmios que sería un valor máximo fijado por Panasonic.

 

 

TOYOTA PRIUS DE 2ª GENERACIÓN DOTADO DE ECO-FlapsHV

Como resultados obtenidos en el vehículo, se adjunta un gráfico donde se representa el valor de resistencia interna obtenida en función de la temperatura de la batería. En la curva azul se representan los valores que se han medido en el vehículo de serie. Las mediciones del vehículo de serie se han realizado cuando éste tenía menos de 70.000 km, por lo que podría asumirse que la batería debería encontrarse al inicio de su vida útil, garantizada por el fabricante para 165.000 km. Los valores obtenidos eran muy superiores a los 15 miliOhmios indicados por Panasonic a 25ºC, lo que podría indicar una degradación prematura de la batería.

Las líneas de color amarillo, naranja, rojo y morado representan los valores tomados tras instalar los ECO-FlapsHV. La línea de color amarillo representa los valores del primer año tras la instalación de los ECO-FlapsHV, habiendo recorrido unos 40.000 km (desde 70.000 hasta 110.000 km). La línea de color naranja representa la medición durante el segundo año de empleo con los ECO-FlapsHV instalados (desde 110.000 hasta 135.000 km). la línea de color rojo, tras el tercer año de empleo con los ECO-FlapsHV (desde 135.000 hasta 160.000 km) y finalmente, la línea de color morado, tras el cuarto año de empleo con los ECO-FlapsHV (hasta 190.000 km).

Lecturas de resistencia interna de la batería híbrida.

El vehículo en la actualidad cuenta con más de 195.000 km recorridos, habiéndose superado la vida útil garantizada de las baterías (165.000 km).

El valor de resistencia interna se sitúa por debajo de 12 miliOhmios a 25ºC, valor que asume Panasonic para una batería nueva. No se han observado incrementos en la resistencia interna ni reducciones de potencia respecto a valores superiores a los homologados, lo que demuestra el buen estado de salud de la batería al instalar los ECO-FlapsHV.

El estado de salud de la batería es considerado como del 100% por el tester de la marca, con valor de desequilibrio de la batería nulo en reposo y de 0,2 V con extracción de potencia superior a la homologada (36 - 37 cv) durante más de 10 segundos.

El buen estado de salud de la batería híbrida, permite una entrega de potencia eléctrica con menor caída de tensión y menor disipación de calor, lo que implica un mayor rendimiento. Se ha observado en verano, en días especialmente calurosos y haciendo un empleo exigente del vehículo, que la batería híbrida no ha mostrado síntomas de fatiga, con temperaturas de la misma que pueden alcanzar los 55ºC, han podido medirse valores de resistencia interna próximos a 8 miliOhmios, la mitad del valor máximo indicado por el fabricante de baterías. Estos datos confirman la calidad de diseño y fabricación de la batería híbrida, preparada para trabajar de manera continuada a temperaturas elevadas.

En otros Prius de segunda generación en los que se han instalado los ECO-FlapsHV también se ha constatado una reducción de la resistencia interna. Se han medido entregas de potencia de la batería superiores a los 36 cv durante más de 10 segundos, indicador de un restablecimiento del estado de salud de la misma.

 

TOYOTA PRIUS DE 3ª GENERACIÓN DOTADO DE ECO-FLAPSHV

 

Parece que bajo ciertas condiciones de empleo especialmente exigentes, las baterías de estos vehículos pueden presentar cierto envejecimiento prematuro. Esta circunstancia conlleva la pasivación del electrolito, caracterizada por un desequilibrio entre los elementos de la batería y una elevación de su resistencia interna. Este fenómeno parece estar sucediendo en vehículos de servicio público (Taxi) y puede implicar la reposición de la batería tras pocos años de uso. En este tipo de vehículos, la circulación en tráfico urbano produce grandes oscilaciones de temperatura.

Se han realizado pruebas con un vehículo de tercera generación, en el que han sido instalados los ECO-FlapsHV tras más de 145.000 km recorridos. Se han podido leer los parámetros de la batería gracias a la valiosa colaboración de su propietario.

Se han podido tomar unas primeras lecturas tras 5.000 km recorridos con los ECO-FlapsHV instalados. Se ha obtenido un valor de resistencia interna de 16 miliOhmios por bloque a 30ºC en la batería. Estos valores serían superiores al rango indicado por Panasonic.

Ha podido observarse que tras largos períodos de utilización del vehículo con los ECO-FlapsHV, el valor de resistencia interna se reduce hasta unos 13 – 14 miliOhmios por bloque, lo que podría indicar cierta regeneración de la batería.

Tras 4 meses y un total de 158.000 km recorridos, se han vuelto a tomar lecturas de la resistencia interna, coincidiendo con el final del período invernal, el más duro para las baterías.

Se han obtenido valores promedio de 11 miliOhmios por bloque y mínimos de 7 miliOhmios. Estos valores son inferiores a los que asume el fabricante de baterías, lo que muestra el óptimo estado de salud de la batería y su regeneración.

Dos meses después, han vuelto a tomarse datos del vehículo, mediante un dispositivo de almacenamiento de datos.

El estado de salud de la batería sigue mejorando, con valores de resistencia interna promedio de 7 miliOhmios y mínimos inferiores a 4 miliOhmios. Se ha observado que la batería entrega potencias de 43 cv (31,5 kW) un valor superior al homologado por el fabricante, en un Prius 3G con ya más de 180.000 km.

La baja resistencia interna es señal del óptimo estado de salud de la batería y de su capacidad para desempeñar el trabajo.

 

Estas observaciones confirman que la instalación de los ECO-FlapsHV no sólo reduce notablemente el consumo, lo que permite la amortización de la inversión, sino que favorece que el vehículo trabaje en condiciones óptimas lo que permite trabajar al sistema híbrido siguiendo la programación específica para la regeneración de las baterías. Finalmente se prolonga su vida útil de acuerdo al criterio del fabricante, que la extiende a la vida del propio vehículo, reduciendo por tanto los gastos de mantenimiento. Toda una ayuda al medioambiente por nuestra parte, al evitar el desecho de 28 kg de acumuladores en cada cambio.

   (*) Nota: La instalación de los ECO-FlapsHV no sustituye a un mantenimiento adecuado del vehículo. La regeneración de las baterías se produce cuando estas están parcialmente pasivadas. Todavía no acumulamos datos de regeneración de baterías totalmente degradadas.

   (*) Se ha instalado un equipo ECO-FlapsHV en un vehículo de servicio público que había alcanzado el final de la vida útil de su batería, con reiterados avisos de error por degradación de la misma que se repetían cada pocos días. Se observó que el vehículo presentaba una ausencia de equilibrio en la batería, con diferencia de tensión entre bloques que superaba un voltio en reposo, valor límite de la programación del vehículo. Las ECUs no permitían el trabajo de la batería híbrida en dicho estado.

          Tras la instalación, el plazo de aviso de errores en el vehículo se ha prolongado a un mes, lo que permite mayor tranquilidad para su propietario y menos visitas al taller hasta la recepción de la batería de sustitución.

          La programación específica del vehículo no parece ser capaz de regenerar una batería completamente degradada, pero al menos si hay constancia de la prolongación del plazo entre aparición de códigos de error, así como la prolongación de la vida útil de la misma.

 

PRUEBAS EFECTUADAS EN LA BATERÍA CON ELEVADAS TEMPERATURAS

 

Se realizaron numerosas pruebas, anulando el sistema de refrigeración de la batería del Prius de segunda generación empleado para nuestros ensayos, así como estacionándolo al Sol con la batería sobrecargada, para estudiar el comportamiento de la misma en condiciones de elevada temperatura.

Se han logrado temperaturas en la batería de 57ºC y se ha observado que el vehículo mantiene la tracción híbrida en esas condiciones, con corrientes de descarga que superan los 120 A (24 kW ó 33 cv).

En pruebas específicas realizando numerosos ciclos de descarga completa y regeneración intensa (en ambos casos con potencias máximas extraídas a la batería), se ha logrado elevar la temperatura de la batería hasta 62ºC. Incluso en esas condiciones, el coche no limitaba la entrega de potencia eléctrica, al contrario que en los vehículos de serie, en los que el sistema pasa a modo de protección limitando el modo híbrido y sobreelevando las revoluciones del motor térmico.

Parece obvio por tanto, que cuando el estado de salud de la batería es adecuado, el vehículo no aplica limitaciones al sistema híbrido, muestra de que las baterías empleadas se diseñaron para trabajar en condiciones ambientales severas.