Noticia Guía de los Mild Hybrid de la Serie 3 G20 / G21

Guía de los Mild Hybrid de la Serie 3 G20 / G21, la Serie 4 G22 / G23 / G26, la Serie 2 G42, la Serie 8 G14, y el X4 G02.


En este post explicaremos como funcionan los 5 tipos de hibridación existentes, y como funciona en los modelos de BMW Serie 3 G20 / G21 MHEV, Mild Hybrid o Micro Híbridos. También es válido para los Serie 4 G22 / G23 / G26 equivalentes, y para algunos modelos de la Serie 2 G42, la Serie 8 G14, y el X4 G02.


¿Que es la hibridación?:

Un vehículo híbrido es un vehículo que utiliza dos tecnologías diferentes para moverse y, hoy en dia, lo más habitual es un motor de combustión interna (ICE, Internal Combustion Engine en inglés, gasolinera, diesel o gas) y un motor eléctrico (EME).

Sobre los motores, tanto de combustión como los eléctricos, ya hemos hecho un resumen en otros posts. Ahora toca hablar de como se interconectan los dos motores para mover el vehículo, y existen 5 maneras diferentes de conectar el motor eléctrico:

• A: El motor eléctrico está conectado al motor de combustión a través de una correa. Cuando el eléctrico gira obliga al de combustión a girar también, lo que genera pérdidas por fricción y no permite desconectar un motor del otro. La correa es un elemento débil que tiene que cambiarse cada x kilómetros. Era la hibridación más utilizada a partir de 2010. Este es la tecnologia que utilizan los Serie 3 G20 / G21 MHEV Mild Hybrid, los Serie 4 G22 / G23 / G26 MHEV equivalentes, y algunos Serie 2 G42, Serie 8 G14, y X4 G02.

• B: El motor eléctrico está conectado directamente al cigüeñal del motor de combustión. Aunque es más eficiente que el anterior al no usar correa, también tiene pérdidas por fricción. Tampoco permite desconectar un motor del otro, el motor es más grande y más costoso de construir, pero tiene la ventaja de aumentar el par motor.

• C: El motor eléctrico está desacoplado del motor de combustión, pero esta integrado entre el embrague y la transmisión, ya sea por correa o por engranaje. Tiene un mayor coste de integración pero permite una mayor recuperación de la energia, y menores pérdidas que los dos anteriores.

• D: El motor eléctrico está conectado a través de engranajes a la transmisión, desacoplado del motor de combustión. Esta tecnología es la que utiliza BMW para sus X1 U11 y X2 U10 MHEV 20i, 23i, 20d, 23d, etc.

• E: El motor eléctrico está conectado a través de una malla de engranajes al eje trasero del vehículo, desacoplado del motor de combustión, y esta instalado en la transmisión del eje trasero. Esta tecnología es lo que utiliza BMW para sus modelos híbridos X1 PHEV U11 x25e y x30e, etc.

Es importante remarcar que las arquitecturas A y B no permiten la desconexión mecánica del motor eléctrico del motor de combustión. Por otro lado, las arquitecturas C, D y E desconectan el motor eléctrico del motor de combustión a través del embrague.

En las configuraciones C, D y E, como el motor eléctrico esta desacoplado del motor de combustión, este necesita de un motor de arranque de 12 Volts.

En el caso D de los Mild Hybrid MHEV, el sistema eléctrico de 48 Volts se ha convertido en el estándar de la industria por varias razones: es relativamente sencillo de integrar en un vehículo, porque es modular, seguro y compacto, el peso de los componentes es relativamente pequeño, por lo que influye poco en el peso total del vehículo, y tiene un alto rendimiento, tanto en la reducción de consumo como en el aumento de par motor.


Los S3 G20/G21, S4 G22/G23/G26, S2 G42, S8 G14, y el X4 G02 Mild Hybrid:

• Son los coches de la Serie 3 G20 / G21 MHEV modelos 318d, 320d, 330d, M340d y M340i.

• También es válido para los Serie 4 G22 / G23 / G26 MHEV equivalentes (418d, 420d, 430d, M440d y M440i).

• En cambio, los Serie 3 G20 / G21 modelos 320i y Serie 4 G22 / G23 / G26 modelos 420i de 184cv, y los Serie 4 G22 / G23 / G26 modelos 430i de 245cv no tienen ningún tipo de hibridación.

• Es válido también para los Serie 2 G42 Coupe MHEV 220d de 190 CV.

• Válido para los Serie 8 G14 Cabrio, G15 Coupe, y G16 Gran Coupe MHEV 840d de 340 CV.

• Y válido para los X4 G02 MHEV 20i de 184 CV, M40i de 360 CV, 20d de 190 CV, 30d de 286 CV y M40d de 340 CV.

Todos ellos al motor de combustión le añaden un motor eléctrico SGR48 de hasta 8 kW (11 CV).

Los Mild Hybrid son coches de combustión “normales” a los cuales se les pone un pequeño motor eléctrico y una pequeña bateria.

Funciona como un boost y cuando estas parado en un semáforo con el Start & Stop y das gas, añade potencia extra rápida mientras no entra el turbo (que tiene un retardo).

También entra cuando vas por una carretera o autopista y necesitas potencia extra temporalmente, por ejemplo en un adelantamiento.

Se activa automáticamente, pero también manualmente si le das a la leva Boost en caso de tenerla.

El primer arranque del vehículo "en frío" siempre lo hacen el motor de arranque tradicional y la bateria de 12 V. Pero si el motor ha funcionado y está por encima de los 60 grados Celsius (140° Fahrenheit), es el sistema de 48 V el que se encarga de arrancar el vehículo.


Sistema eléctrico de 48 V:

Se basa en una arquitectura de 48 Volts que recupera la energia de frenado, lo que permite una reducción del consumo en aproximadamente 0,3 litros / 100 km, y reducir un 20% la duración del arranque para acelerar más rápido.

En el siguiente diagrama se explica mejor.

*Foto del sistema Mild Hybrid. Ver explicaciones.

• 1) Condensador de encendido

• 2) Batería de 48 Volts (unidad de control BATT48)

• 3) Unidad de control de energia de 48 V PCU48 (Power Control Unit 48 Volt PCU48)

• 4) Generador / motor / starter de arranque de 48 Volts (unidad de control SGR48)

• 5) Distribuidor de energía de 48 Volts (48 Volt power distribution box)

Motor de 48 V (SGR48):

El elemento 4 es el motor eléctrico de 48 V (SGR48) y puede funcionar de 2 formas diferentes:

• Cuando opera como alternador, el motor SGR48 convierte la potencia mecánica de la transmisión por correa en energía eléctrica y carga la bateria. Es decir, la correa hace girar el motor SGR48 y produce electricidad.

• Durante el funcionamiento como motor, el SGR48 convierte la energía eléctrica de la bateria en potencia mecánica y la transmite a la transmisión por correa. Es decir, el motor SGR48 hace girar la correa y mueve el vehículo.

*Foto del motor SGR48.




El Generador / motor / starter de arranque SGR48 está integrado en la transmisión por correa. La relación de transmisión con respecto al cigüeñal es de 2,7 a 1. Es decir, el SGR48 gira 2,7 veces por cada 1 giro del cigüeñal.

Es un motor eléctrico (EME) de 5 fases, con tecnologia MOSFET y microprocesador y debido a sus características necesita refrigeración.

En el siguiente diagrama se puede ver como esta conectado.


*Foto del motor SGR48. El elemento 4 es el motor SGR48. Como curiosidad, el elemento 5 es el compresor del aire acondicionado, el 2 la bomba del refrigerante y el 6 la propia correa.

• Potencia máxima del SGR48 como alternador (cargando la bateria): 12,5 kW

• Potencia contínua del SGR48 como alternador (cargando la bateria): 2,3 kW

• Potencia como motor del SGR48 (descargando la bateria): 8 kW (11 CV)

• Peso: 9 kg

Bateria de 48 V (BATT48):

Es una bateria de iones de litio instalada en el compartimiento motor, en la parte trasera derecha.

Las celdas consisten son de níquel, manganeso y cobalto en el lado del ánodo y una mezcla de óxido de titanio y litio (LTO) en el lado del cátodo.

El rango de funcionaniento está entre -25 °C y 60 °C, y entre 38 Volts a 53 Volts y, debido a sus características también necesita refrigeración.


*Foto de la bateria de 48 V (BATT48). El elemento 3 es un agujero de ventilación y el 5 la conexión de entrada y salida del refrigerante.




*Foto del despiece de la bateria de 48 V (BATT48). El elemento 2 es la tapa de conexiones, el 3 el Módulo electrónico de la batería, el 4 las celulas, el 5 el disipador de calor, y el 6 la carcasa exterior

• Voltaje nominal de la BATT48: 44 Volts

• Número de celdas de batería: 20 celdas

• Capacidad a 35 °C: 11 Ah

• Capacidad 0,53 kWh

• Potencia al cargar a 35 °C: 16 kW

• Potencia al descargar a 35 °C: 13 kW

• Peso: 10 kg

Unidad de control de energia de 48 V (PCU48):

La unidad de control de potencia de 48 Volts (PCU48) también es un convertidor CC/CC (Corriente Continua a Corriente Continua).

El convertidor CC/CC es el interfaz entre el sistema eléctrico de 12 V y el sistema eléctrico de 48 V. La PCU48 suministra energía al sistema eléctrico de 12 V desde el sistema eléctrico de 48 V.

El rango de voltaje en la entrada está entre 24 Volts y 58 Volts. El rango de voltaje en la salida está entre 6 Volts y 16 Volts.

La gestión flexible de la energía y la gestión de la potencia, que se encuentra en la unidad de control del motor, proporciona al convertidor de CC/CC el voltaje de salida y la corriente de salida requeridos. En caso de fallo, el propio convertidor de CC/CC regula sus variables de control.


*Foto PCU48. Los elementos 2 y 7 son las conexiones del refrigerante.

• Potencia de la PCU48: 3 kW

• Corriente máxima: 250 A

• Eficiencia: 96%

• Rango de funcionamiento: de -40 ° a 70 °C

Distribuidor de energía de 48 Volts:

El distribuidor de energía de 48 voltios se instala en el compartimento motor, en la parte delantera izquierda y distribuye la potencia que recibe de la bateria BATT48 al motor de arranque de 48 voltios (SGR48). La energia sobrante y la que recibe del generador SGR48 la envia a la unidad de control de potencia 48 V (PCU48) para que recargue la bateria de 48 V (BATT48) y la bateria de 12 V.


*Foto del distribuidor de energia 48 V.




Bloqueo del sistema de 48 V:

Por razones de seguridad, la batería de 48 volts (BATT48) y la unidad de control de potencia (PCU48) se desconectan de la bateria de 12 V cuando el módulo de seguridad contra choques (ACSM) detecta un accidente.

Y cuando se abre el capó del vehículo, también se apaga todo el sistema eléctrico de 48 V y permanece apagado hasta que se cierra de nuevo el capó.

Si por slgún motivo se detectase una caída de voltaje también se apagaria todo el sistema, apagando la PCU48 y desconectando la carga de la bateria de 48 V (BATT48).


Versión 01/05/2025


Saludos.

Editado Post en PDF:Guía de los Mild Hybrid de la Serie 3 G20 : G21.pdf

 

Muy interesante, gracias por el aporte!

 

Muy buen aporte y muy interesante.

Muchas gracias y documento descargado a ebooks.

 

Muy buen aporte, muchas gracias por compartirlo.

Me queda una duda, en los G20 a G26, por lo que me parece leer, no tienen motor de arranque y esa función la hace el alternador, haciendo de alternador, motor de arranque y motor eléctrico de apoyo de hasta 11 cv y funciona a 48 V conectado a la batería de 48 V, entonces ¿si se estropea la batería de 48 V no arranca el coche? Entiendo que la batería de 12 V es para todo el sistema eléctrico menos el arranque/ recuperación de energía.
¿Es así?

 

Hola,

No soy experto en mecánica, pero hay dos circuitos, el de 12 V y el de 48 V, y el coche arranca con la bateria de 12 V.


Con el motor en marcha:

Si se estropea la bateria de 48 V, el alternador sigue funcionando (gira con el motor) y envia la energia al distribuidor de 48 V, quien la envia a la unidad de energia PCU48.

La PCU48 hace dos cosas:

• Intenta cargar la bateria de 48 V (que si esta estropeada no se cargará),

• Y transforma la corriente de 48 V a 12 V para cargar la bateria de 12 V.

Con el motor parado:

La PCU48 es reversible, pero no sé si la circuiteria del coche esta pensada para que sea reversible en el caso de que la bateria de 48 V se estropee.

Teoricamente, la bateria de 12 V enviaría corriente a la PCU48, esta la transformaría a 48 V y la enviaría al alternador que haría girar el motor y lo arrancaría.

Como no soy experto en mecánica no sé si puede funcionar exactamente así, pero eléctricamente lo podría hacer.


Por tanto, yo creo que si falla la bateria de 48 V el coche seguirá arrancando.


He editado el post para que se entienda mejor.


Saludos.

 

Muy interesante...

Por cierto, también existen el 330d y el 430d MHEV (286cv).

 

Hola,

Gracias por el apunte.

Lo he revisado y en el configurador de BMW España sale el 430d MHEV, así que lo he añadido.

El que no sale en el configurador es el 330d, pero veo que el modelo existe. Revisaré si también es MHEV y lo añadiré.


Saludos.

 

Lo es seguro... es el que tengo!

BMW 330d xDrive Berlina (2021-2022) | Precio y ficha técnica - km77.com

 

Muchas gracias

 

Yo tengo un 430xd MHEV, cuando lo compré sólo lo había en versión x-drive, no sé si ahora lo hay con tracción trasera, es el de 286 cv más lo que aporta el motor eléctrico, va realmente bien.

 

Ah, muy bien, ¡felicidades!

Ok, ya lo he añadido.


Saludos,

 

Hola,

He actualizado el post con más información.


Saludos.