Problemas de mantenimiento y complicaciones de diagnóstico en vehículos equipados con sistema eléctrico 12 V/48 V (sistemas microhíbridos)

Los fabricantes de vehículos han desarrollado de forma dinámica el segmento de los vehículos híbridos durante varios años, con una serie de soluciones y configuraciones diferentes. Cada vez disponemos de más vehículos en las denominadas versiones microhíbrida, híbrida suave o híbrida completa. En estos grupos de vehículos, el mayor desarrollo dinámico lo ostenta la tecnología híbrida suave, basada en un sistema de 48 V. El desarrollo dinámico de los vehículos con un sistema de 48 V se debe a que el uso de esta tecnología no requiere grandes cambios estructurales en el vehículo, y posibilita unos resultados satisfactorios en cuanto al rendimiento y la protección medioambiental. El uso de un sistema de 48 V cuenta con una serie de funciones adicionales, como, por ejemplo, la función ampliada del sistema start-stop y la función e-boost. Es decir, un motor eléctrico complementa al motor de combustión interna, o una función de recuperación, que consiste en hacer que el motor eléctrico pase al modo de funcionamiento como generador, para alimentar así la batería del sistema de 48 V. Además, gracias a esta solución, se puede implementar la llamada función de “navegación”, con la que el motor de combustión interna se apaga al soltar los pedales de freno y acelerador.

Construcción del sistema

Tenga en cuenta que el sistema de 48 V es de carácter adicional y no sustituye al sistema de 12 V, pero funciona codo con codo con él. La configuración del sistema eléctrico de 48 V incluye una batería de 48 V, un motor eléctrico (el llamado “alternador-motor de arranque”), un convertidor CC-CC y cables auxiliares de instalación. El sistema auxiliar se utiliza cada vez más, especialmente en vehículos altamente equipados, para alimentar cargas adicionales que requieren alta potencia, como los estabilizadores electromecánicos (sistema eAWS) o los compresores de aire de carga eléctrica. La batería del sistema de 48 V no sustituye a la batería de 12 V y actúa de forma adicional. Está fabricada con tecnología de iones de litio. El uso de esta tecnología obliga a emplear elementos que monitoricen el voltaje de las celdas de dicha batería y regulen la temperatura. Es responsabilidad del controlador de la batería de 48 V, localizado en su carcasa. En el interior de la batería auxiliar o junto a la propia batería, hay un ventilador para refrigerarla y un contacto interno de potencia que conecta la batería con las cargas del sistema auxiliar. La batería auxiliar suele ubicarse en el interior del vehículo, en el maletero o debajo del asiento del pasajero.

Rys.1 Akumulator instalacji 48 woltowej [materiał własny]

Fig. 1: Batería del sistema de 48 V [own material]

El convertidor CC-CC es un elemento que conecta el sistema de 12 V con el de 48 V. Asume el papel del alternador, ya que se encarga de cargar la batería de 12 V tomando energía del sistema de 48 V. El convertidor, al igual que la batería, también cuenta con un ventilador de refrigeración. Por lo general, se encuentra dentro del vehículo o en el compartimiento del motor. El motor eléctrico está instalado en el compartimiento del motor, conectado a la polea del cigüeñal por medio de una correa complementaria. Dicho motor eléctrico se encarga de cargar la batería de 48 V, arrancar/rearrancar el motor de combustión interna y también le sirve de ayuda durante la aceleración. El motor eléctrico funciona como generador, alimentando la batería de 48 V de forma similar a la de un alternador. También puede funcionar en modo motor al arrancar el motor de combustión interna y servirle de ayuda, tomando la energía de la batería secundaria. Se requiere un gran ángulo de envoltura de la correa complementaria de la polea del alternador/motor de arranque para que se lleven a cabo las funciones indicadas. Para ello, se utilizan dos tensores, que aseguran una correcta tensión de la correa e independientemente de la fase de funcionamiento. En ciertas soluciones, el motor eléctrico se puede enfriar con líquido del sistema de refrigeración. Los elementos del sistema de 48 V están conectados con unos cables de color púrpura brillante muy reconocibles.

Problemas de mantenimiento

Al realizar el mantenimiento de vehículos con un sistema de 48 V, debe prestar especial atención a los factores de seguridad laboral. No se requieren otras licencias eléctricas para operar con este tipo de sistema, pero es necesario seguir los procedimientos de seguridad apropiados para evitar el riesgo de accidentes. En ciertas marcas de vehículos, un procedimiento básico de seguridad consiste en desactivar el sistema de 48 V antes de llevar a cabo determinadas operaciones específicas. El procedimiento de desactivación es necesario, por ejemplo, al sustituir componentes del sistema auxiliar. Para llevar a cabo el procedimiento de desconexión, utilice un dispositivo de diagnóstico adecuado para dicha función. Es necesario seguir procedimientos de mantenimiento adicionales para aquellos vehículos con daños en una batería de 48 V o en el sistema, como, por ejemplo, tras un accidente. Las complicaciones de mantenimiento que pueden ocurrir en vehículos accidentados con sistemas de 48 V no solo tienen que ver con los posibles daños mecánicos, sino también con el bloqueo del sistema de 48 V por razones de seguridad. A continuación, utilizaremos de ejemplo un vehículo Volvo, modelo 2021 XC 60, con un motor diésel de 2,0 litros que funciona a 145 kW. En este tipo de vehículo, en cuanto el controlador de airbag detecta que se produce un impulso, el algoritmo de funcionamiento del sistema puede decidir desconectar la batería auxiliar del sistema de 48 V. El algoritmo toma esta decisión independientemente de que se hayan activado los elementos pirotécnicos de protección del conductor y de los pasajeros, es decir, los cinturones de seguridad o los airbags. Tras desconectar el sistema auxiliar como resultado de detectar una colisión, por ejemplo, se guarda el código de error correspondiente en la memoria del controlador que regula la batería del sistema de 48 V. A continuación, se muestra un ejemplo:

5. Error de memoria

Bloqueo B16527F detectado

Componente desconectado

Fig. 2 Código de error de desconexión de alto voltaje como resultado de una lectura de colisión en el controlador de batería del sistema de 48 V [BOSCH KTS diagnostic tool]

La desconexión del sistema se realiza mediante el relé de desconexión, localizado en el interior de la batería auxiliar. Puede comprobarse su estado analizando los parámetros del controlador. La reactivación del relé es imposible mientras el código de error B16527F permanezca en la memoria del controlador. En condiciones normales, no es posible suprimir el defecto en cuestión. La recomendación del fabricante en ese caso es reemplazar el controlador de la batería del sistema de 48 V. En este vehículo en particular, el controlador de la batería se ubica dentro de la batería auxiliar y se reemplaza junto con toda la batería.

Batería de 48 V, relé de desconexión: estado del conmutador

Estado: componente abierto

Fig. 3 Estado del relé de desconexión del sistema de 48 V leído en el controlador de batería [BOSCH KTS diagnostic tool]

Otro problema de mantenimiento puede derivarse de una descarga excesiva de la batería de 48 V. La carga insuficiente de la batería puede deberse, entre otras cosas, a distintos aspectos operativos; por ejemplo, arranques/paradas frecuentes del motor de combustión, maniobras reiteradas o uso en distancias cortas y con bajas temperaturas. En este tipo de situaciones, el sistema notificará al conductor del problema mediante las luces indicadoras de batería correspondientes (amarillas o rojas) y un mensaje de error. Cuando el nivel de carga de la batería auxiliar caiga por debajo del 30%, aparecerá el mensaje correspondiente en el cuadro de instrumentos. En este caso, detenga el vehículo en un lugar seguro y déjelo al ralentí hasta que la luz y el mensaje se apaguen. Otra causa de carga anormal de la batería auxiliar puede ser debido a algún problema con el motor eléctrico o sus accesorios. Los motores eléctricos, cuando tienen que complementar a un motor de combustión interna, generan potencia a un nivel de 10 kW y superior, ejerciendo mucha presión sobre la correa complementaria y los rodillos y tensores, provocando un desgaste acelerado. Las correas complementarias utilizadas en vehículos con sistema de 48 V están reforzadas con fibras de aramida, debido a las cargas que soportan. Es importante instalarlas con sumo cuidado, por lo que no pueden doblarse ni torcerse durante el montaje. Por el momento, y de conformidad con las recomendaciones del fabricante, los motores eléctricos no están sujetos a reparación y deben ser sustituidos. Tenga en cuenta que los fallos en el sistema de 48 V afectan directamente al sistema de 12 V y pueden provocar, por ejemplo, la falta de carga del sistema eléctrico principal. Este tipo de fallo tiende a aparecer con mayor frecuencia por errores en el convertidor CC-CC, que se encarga de cargar la batería de 12 V con energía procedente del sistema de 48 V. Al igual que ocurre con los motores eléctricos y de acuerdo con el fabricante, los convertidores CC-CC no se pueden reparar y deben sustituirse.
La popularidad en el mercado de los vehículos con sistemas de energía modernos va en aumento. Los talleres de reparación que no quieran quedarse atrás y tengan intención de mantenerse competitivos, han de estar plenamente preparados para dar mantenimiento a este tipo de vehículos, ya sean sistemas de 48 V o los de alto voltaje. Para solventar estas dificultades, continuaremos dedicando atención a este asunto en una serie de artículos posteriores, en los que se presentarán y describirán problemas reales y situaciones de mantenimiento, además de otros procedimientos de diagnóstico y reparación para este tipo de vehículos.