Audi. Conheça a nova geração de sistemas híbridos MHEV Plus

A Audi desenvolveu uma nova geração de sistemas híbridos MHEV Plus, que foram estreados pelos novos A5 e Q5 construídos sobre a Plataforma Premium de Combustão (PPC).

O sistema é constituído por três componentes principais: um gerador de conceção compacta, com gestão eletrónica integrada, um motor síncrono de íman permanente (PSM), uma bateria de 48 volts e um motor de arranque operado através de alternador por correia (BAS). Para assegurar condições ótimas de funcionamento, os componentes do sistema de 48 volts têm refrigeração líquida.

A Audi refere que a arquitetura do sistema MHEV plus pode ser integrada em vários modelos com sistemas de tração dianteira e quattro baseados na Plataforma Premium de Combustão (PPC).

O arrefecimento líquido específico da unidade de potência e do motor elétrico permite que os componentes sejam operados em condições ótimas de funcionamento, de modo a satisfazer as exigências de potência e de binário em todos os momentos.

A nova tecnologia MHEV plus possibilita uma atuação puramente elétrica e pode também apoiar o motor de combustão. O sistema aumenta, assim, a performance e a agilidade do veículo.

Melhores prestações e mais conforto

O sistema MHEV plus permite melhorar as prestações e o conforto de condução. O módulo de acionamento elétrico é o gerador do grupo mecânico (PTG). Este componente também representa a maior diferença em relação à tecnologia MHEV anteriormente oferecida pela Audi, que funciona exclusivamente com um alternador por correia.

Instalado numa unidade eletrónica compacta integrada diretamente no veio de saída da transmissão, o PTG pode contribuir com até 18 kW (24 cv) de energia elétrica extra para a transmissão.

O módulo permite um binário máximo de 230 Nm à saída da transmissão, tornando-se disponível como binário de propulsão quando o veículo está em movimento. O MHEV plus utiliza o PTG até uma velocidade máxima de 140 km/h para uma eficiência máxima. A velocidades mais elevadas, o PTG desengata-se do sistema de tração através de uma embraiagem integrada.

O motor elétrico foi integrado na saída do veio dentro dos limites do túnel de transmissão. A instalação imediatamente atrás da caixa de velocidades oferece várias vantagens: os 18 kW de potência motriz ou até 25 kW de potência da travagem regenerativa fornecidos pelo PTG estão disponíveis diretamente à saída do eixo, sem quaisquer perdas.

Mais tempo de condução em modo elétrico

A filosofia do novo sistema MHEV Plus é baseado é baseado em componentes-chave de   de eficiência, tais como a paragem do motor quando o veículo está imobilizado, a marcha lenta, a roda livre com o motor desligado e a recuperação de energia de 12 ou 48 volts.

As principais vantagens do aumento do grau de eletrificação com a nova tecnologia incluem a comodidade acrescida do funcionamento do start-stop, o coasting sem emissões, a recuperação de energia, a condução parcialmente elétrica, por exemplo, em situações de estacionamento e manobras a baixa velocidade, e o aumento da performance graças ao apoio elétrico fornecido ao motor de combustão.

A Audi refere que os veículos equipados com sistema MHEV Plus podem circular em modo elétrico, permanecendo o motor de combustão desligado durante mais tempo, por exemplo, quando se conduz lentamente em cidade, ou quando o trânsito flui lentamente nas estradas fora da cidade.

Por outro lado, a resposta de arranque do veículo é significativamente melhorada e mais espontânea, porque o PTG fornece um binário extra de até 230 Nm, mesmo a baixas velocidades, resultando numa reatividade visivelmente superior, o que se traduz num ganho de agilidade claramente percetível, especialmente durante os primeiros metros do arranque.

A velocidades até 140 km/h, o PTG pode apoiar o motor de combustão, permitindo ao sistema MHEV plus disponibilizar uma potência elétrica adicional de até 18 kW, otimizando a eficiência do motor de combustão. A Audi refere que nesta faixa de velocidades, o PTG pode recuperar até 25 kW de energia através da travagem regenerativa até pouco antes da imobilização do veículo.

O sistema integrado de controlo dos travões assegura uma travagem sem pressão e uma travagem regenerativa otimizada, geralmente sem utilizar os travões de fricção. Graças ao compressor elétrico do ar condicionado, o MHEV plus permite também o funcionamento contínuo do sistema de climatização mesmo quando o motor de combustão está desligado, por exemplo, quando o veículo se encontra parado num sinal vermelho.

Primeira bateria LFP num mild hybrid

O motor de arranque com alternador por correia (BAS) é responsável pelo arranque do motor a combustão e pelo fornecimento de energia elétrica à bateria. A bateria de iões de lítio fabricada com fosfato de ferro de lítio (LFP) tem uma capacidade de armazenamento de 37 amperes-hora, o que corresponde a pouco menos de 1,7 kWh (bruto), sendo a sua potência de descarga é de 24 kW.

Devido aos requisitos de disponibilidade, potência e binário, a bateria está integrada num circuito de arrefecimento a água a baixa temperatura que assegura condições ótimas entre 25 e 60ºC. Esta é a primeira vez que a Audi está a utilizar uma bateria LFP nos seus sistemas mild hybrid.

O sistema integrado de controlo de travagem (iBRS) desempenha um papel importante na recuperação de energia, assegurando uma travagem sem pressão, conseguindo a desaceleração necessária através da travagem regenerativa sem utilizar o travão mecânico das rodas. Os travões mecânicos só são aplicados quando o pedal de travão é pressionado com mais força, não tendo qualquer efeito sobre a sensação de travagem.

Um software de controlo avalia o estado de funcionamento do veículo para uma interação ideal entre o motor de combustão, o PTG e o BAS. Para tal, são armazenados valores caraterísticos que permitam a utilização ótima dos dois motores elétricos e níveis desejados de binário para propulsão ou recuperação de energia. O estado de carga da bateria também é tido em consideração.

O objetivo é um funcionamento estável – e o sistema de controlo alcança resultados diferentes consoante a situação, uma vez que a estratégia de funcionamento dos motores elétricos adicionais é otimizada para se conjugar com o motor de combustão. O resultado é o menor consumo possível sem comprometer a dinâmica e o conforto de condução.

Diferentes estratégias

A estratégia de funcionamento leva em consideração o modo de transmissão selecionado e a modulação do pedal do acelerador. Por exemplo, no modo de condução D, a potência elétrica extra total de 18 kW, no máximo, só é aplicada pelo gerador a partir de aproximadamente 80% do pedal do acelerador ou em kickdown. No modo de condução S, os 18 kW de potência adicional já estão disponíveis com valores de pressão inferiores no pedal do acelerador.

Em D, o PTG pode ser desacoplado a partir de 85 km/h para evitar perdas no motor elétrico quando se conduz a uma velocidade constante com o motor de combustão em autoestradas e estradas fora dos limites da cidade. Em S, no entanto, o PTG permanece acoplado até ao regime máximo admissível do motor (5.550 rpm) para permitir uma reação espontânea em qualquer altura.

Relativamente aos modos de condução D e S, a estratégia de funcionamento diferencia-se particularmente no que diz respeito ao SoC (estado de carga – State of Charge) pretendido da bateria de 48 volts.

No modo D, um SoC médio de 50 a 55% proporciona o equilíbrio ideal para ter energia suficiente disponível para o apoio elétrico do motor de combustão até à condução parcialmente elétrica. Este SoC é também suficiente para armazenar os elevados volumes de energia recuperada que provêm de fases de travagem suaves e mais longas perante semáforos ou ao entrar nas cidades.

Em S, um SoC alvo mais elevado, de cerca de 70%, assegura uma maior quantidade de energia disponível para o apoio elétrico do motor de combustão para uma condução mais desportiva. Como seria de esperar, a condução desportiva envolve fases de travagem mais curtas e mais intensas, o que significa que há menos energia para recuperar.

A utilização do gerador do grupo mecânico também oferece vantagens em termos dinâmicos, uma vez que o binário adicional e imediatamente disponível significa que o veículo pode reagir de forma mais espontânea às mudanças de carga e acelerar de forma mais ágil nas curvas. O tipo de mudança de carga é também modulado de forma diferente nos modos D e S para permitir um comportamento mais confortável em D e um comportamento mais reativo e dinâmico em S.