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¿Cómo funciona la tecnología E-Tech de Renault?

Publicado el lunes 27 de julio de 2020
¿Cómo funciona la tecnología E-Tech de Renault?

Renault acaba de lanzar su primer híbrido y sus dos primeros híbridos enchufables, basados en una nueva tecnología de propulsión bautizada como E-Tech. ¿En qué consiste y qué tal funciona?

E-Tech es el nombre comercial que Renault ha puesto a su nuevo sistema de propulsión híbrido eléctrico. De momento, encontramos este sistema en tres modelos de la marca francesa. Dos son variantes híbridas enchufables: el Captur (desde 31.024€) y el Megane Sport Tourer (desde 30.906€, con carrocería familiar), que técnicamente se denominan E-Tech Híbrido Enchufable. El tercero no es enchufable (no cuenta con una batería recargable mediante suministro eléctrico externo), pero emplea la misma mecánica híbrida; se trata del Clio (desde 21.533 euros) , que técnicamente se denomina Clio E-Tech (a secas). Recuerda que, gracias al plan MOVES II, el Captur y el Megane tienen hasta 2.600 euros de descuento (si achatarras un coche de tu propiedad de más de 7 años).



El E-Tech es un sistema de hibridación serie-paralelo técnicamente comparable al Hybrid Synergy Drive que emplea Toyota en todos sus modelos híbridos o el sistema i-MMD al que recurre Honda en sus modelos CR-V y Jazz. Técnicamente, también es más sofisticado que los sistemas híbridos puramente paralelos que emplean la mayoría de las marcas en sus modelos híbridos, desde todas las del grupo Volkswagen y hasta Mercedes, pasando por Peugeot, Kia o Hyundai.

Diferencia entre híbrido serie e híbrido paralelo

Antes de explicar cómo funciona el sistema E-Tech, conviene aclarar la diferencia entre híbrido serie e híbrido paralelo. Un híbrido serie (o más precisamente, un híbrido eléctrico en configuración serie) es un vehículo que cuenta con un motor térmico y otro eléctrico, y en el que el motor eléctrico es el único encargado de mover las ruedas, mientras que el motor térmico sólo se emplea para accionar un generador que produce electricidad para recargar una batería que alimentará al motor eléctrico.

Un híbrido serie recibe esa denominación porque la energía va pasando de un 'contenedor' a otro, hasta llegar a las ruedas. Primero, está en el combustible; después en el motor térmico; después en el generador eléctrico; más tarde en la batería y finalmente en el motor eléctrico que mueve las ruedas. Modelos como el Opel Ampera o el BMW i3 REX son híbridos serie puros. Cuentan con una batería recargable, de la que se alimentan y, cuando esta se comienza a agotar, ponen en marcha un motor térmico que genera electricidad adicional para mover al coche.



Por su parte, un híbrido paralelo es aquel que cuenta con un motor eléctrico y otro térmico... y ambos están conectados mecánicamente a las ruedas. De esta manera, un híbrido paralelo se puede impulsar tanto empleando el motor eléctrico como el motor térmico o incluso ambos de manera simultánea. A esta configuración se la denomina paralela porque la energía llega a las ruedas por dos cauces paralelos e independientes. Por un lado puede accionarlas el motor térmico, y por otra el motor eléctrico. Existen muchos ejemplos de híbridos paralelos. Un Volkswagen Golf GTE, un Kia Niro PHEV, un BMW 330e o un Mercedes C300e emplean una configuración paralela. 



Ambas configuraciones cuentan con una serie de inconvenientes específicos. Por ejemplo, el principal inconveniente de la configuración serie es que no resulta eficiente consumir combustible para generar una electricidad que, a continuación, se va a emplear para mover las ruedas. Para eso, es mejor conectar el motor térmico directamente a las ruedas, y que impulse al vehículo. Eliminando un intermediario, seguro que mejoramos la eficiencia. El caso en el que esto resulta más evidente es cuando circulamos a velocidad constante por carretera o autopista. Y sin embargo, el principal defecto de la configuración paralela es que existen muchos momentos en los que un motor térmico funciona de manera muy ineficiente; tanto que sería preferible hacerlo funcionar como generador en lugar de tenerlo conectado a las ruedas. Ejemplos de estas situaciones son el comienzo de la marcha y la circulación a muy baja velocidad, dos situaciones que conocemos perfectamente de todas las veces en las que no hemos visto atrapados en un atasco y hemos comprobado cómo el consumo se disparaba de manera imparable.



Las dos situaciones delatan la misma flaqueza de cualquier motor térmico: existe un punto, generalmente situado cerca de la cifra de par máximo, en el que el consumo de un motor térmico (medido en gramos de combustible consumido por kWh de energía producido) alcanza un mínimo. De esta manera, el funcionamiento más eficiente de un modelo híbrido se logra cuando, con independencia de la velocidad y las circunstancias del tráfico, el motor térmico pasa la mayor parte del tiempo que está encendido funcionando en ese punto de máxima eficiencia, ya sea produciendo electricidad o accionando las ruedas. Y por eso, el híbrido capaz de ofrecer el mínimo consumo será aquel capaz de funcionar, según convenga, en modo serie o en modo paralelo. Es decir, el híbrido serie-paralelo.

Un motor térmico y dos motores-generadores eléctricos



Como acabamos de explicar, un híbrido eléctrico serie-paralelo debe de ser capaz de emplear el motor térmico, de manera casi indistinta, y en función de lo que sea más conveniente, tanto para generar electricidad (funcionando en modo serie) como para impulsar al coche (trabajando en modo paralelo). De hecho, es necesario que pueda emplear el motor térmico para generar electricidad mientras el motor eléctrico propulsa al coche. ¿Cómo se resuelve este rompecabezas? Pues, en el caso del E-Tech de Renault, la solución implica a un motor térmico, dos motores-generadores eléctricos y una caja de cambios bastante compleja bautizada como Locobox.



Presentemos primero a los motores. El motor térmico (en lo sucesivo, MT) es un propulsor atmosférico de cuatro cilindros y 1,6 litros de desplazamiento, puesto a punto para ofrecer, antes que una potencia elevada, la máxima eficiencia. De hecho, sólo desarrolla un máximo de 92 CV, una cifra que, además, sólo vamos a obtener en los contados casos en los que aceleremos a fondo. El resto del tiempo, trataremos de que funcione cerca de su régimen de par máximo, una región en la que el consumo de combustible específico (medido en kWh de energía entregada por gramos de combustible consumido) es mínimo. Las cifras exactas de este motor térmico son 92 CV a 5.600 rpm y 144 Nm a 3.200 rpm. Las funciones de este MT son generar energía eléctrica y mover al vehículo.



El primer motor-generador eléctrico (en lo sucesivo, MG1) es un pequeño propulsor asíncrono (o de inducción) de 25 kW de potencia máxima y 50 Nm de par máximo. Este MG-1 está engranado al motor térmico, y gira a su mismo régimen (y no se puede desengranar). Las funciones de este MG-1 son: arrancar el motor térmico, generar electricidad durante el funcionamiento en serie del motor térmico y ajustar el régimen del motor térmico para realizar los cambios de marcha.

El segundo motor-generador eléctrico (en lo sucesivo, MG2), es un motor eléctrico trifásico síncrono de imanes permanentes de 49 kW de potencia y un par máximo de 205 Nm. Las funciones de este MG-2 son: mover el vehículo y generar energía eléctrica (sobre todo, regenerando energía cinética durante las fases de frenada).

Una caja de cambios especial: la Locobox



La Locobox es una caja de cambios especial, con una serie de particularidades muy llamativas. Se trata de una caja de cambios de pares de engranajes. En este sentido, se parece relativamente a una caja manual. Pero además, es una caja de cambios que carece de embrague y sincronizadores de cara a insertar las marchas. En lugar de ellos, la sincronización de las distintas marchas se realiza ajustando con precisión el régimen del motor eléctrico MG2 así como del motor térmico (MT; usando para ello a MG1), de manera que se pueden empujar las garras o perros (crabots, en francés) que seleccionan cada marcha sin esperar a que se produzca ninguna igualación de velocidades. Esta inserción se realiza mediante actuadores electromecánicos. Gracias a la supresión de los conos sincronizadores convencionales, se ahorra espacio y se mejora la eficiencia del funcionamiento. Esto permite introducir a MG2 y la caja Locobox en el espacio aproximado que ocupa la caja de doble embrague EDC de Renault.



En cualquier caso, el secreto de la caja Locobox reside en sus ejes. Cuenta con dos ejes primarios (así se denomina el eje mediante el que se introduce giro en una caja de cambios de pares de engranajes). El primero, cuenta con dos marchas para el motor térmico (MT). El segundo, cuenta con cuatro marchas para el motor-generador 2 (MG2). Además, cada uno de los ejes dispone de la posibilidad de desengranar todas las marchas (es decir, ambos tienen un punto muerto, en el que no están conectados a las ruedas). En cierto sentido, la Locobox puede describirse como una caja de cambios de EDC de doble embrague, solo que no tiene embragues y en la que el primer primario sólo cuenta con dos marchas y el segundo primario tienen cuatro. Otra diferencia con una caja de doble embrague (en la que siempre hay una marcha seleccionada y otra preseleccionada), es que la Locobox es capaz de des-seleccionar todas las marchas€ y de insertar dos marchas simultáneamente (por ejemplo, tercera para MG2 y primera para MT).

En la práctica, la Locobox ofrece dos marchas + punto muerto para el motor térmico (MT) y cuatro marchas + punto muerto para el motor-generador 2 (MG2). Si contamos la des-selección como marcha, tendríamos 3 marchas para el MT y 5 marchas para el MG2, lo que según Renault completa un total de 15 posibles combinaciones (3x5=15), dado que las marchas seleccionada en MT y MG2 son independientes: ambos ejes atacan al secundario de la caja de cambio. Esto permite varias combinaciones de funcionamiento serie y paralelo.



El funcionamiento en serie se puede dar siempre que MT está en punto muerto. En esas circunstancias, MG1 puede arrancarlo y MT puede comenzar a generar electricidad mediante MG1 para recargar la batería a una potencia de entre 15 y 25 kW. Puede parecer una potencia baja (en comparación, por ejemplo, con la recarga rápida de un eléctrico), pero es una cifra considerable: en teoría, y teniendo en cuenta la capacidad de la batería del Clio híbrido (unos 650 Wh utilizables) y de los Megane y Captur Enchufables (unos 6,5 kWh utilizables), MT sería capaz de cargar esas baterías mediante M1 en 3,5 y 26 minutos respectivamente.

El funcionamiento en paralelo ocurre cada vez que se inserta una de las dos relaciones de MT (suponiendo que MG2 también esté engranada). En ese momento, MT está conectado a las ruedas, y puede propulsar el coche directamente, junto con MG2 o en solitario. En nuestras pruebas, hemos comprobado que MT se conecta a partir de unos 60 km/h, y que la primera de sus marchas se desengrana (cuando se acelera a fondo) a 118 km/h. Asumiendo que el cambio de marcha coincide con el régimen de potencia máxima (5.600 rpm), esta primera marcha equivaldría a una relación de unos 21 km/h por cada 1.000 rpm, comparable a la tercera velocidad de la caja de doble embrague y seis marchas de un Kia cee'd Enchufable. En esta situación, MT, MG1 y MG2 pueden funcionar de manera simultánea (es decir, en paralelo) para entregar hasta un máximo de 160 CV de potencia.

De las 15 marchas teóricas declaradas por Renault, hay alguna combinación que no parecen ser posibles o tener mucho sentido. Por ejemplo, la primera (o las dos primeras marchas de MG2) parece incompatible con la primera marcha de MT (MT giraría demasiado bajo de régimen). En cualquier caso, todos los híbridos con potencia suficiente para impulsarse en modo 100% eléctrico procuran hacerlo para iniciar la marcha, porque es lo más eficiente.

Si el motor es el mismo... ¿Por qué hay dos potencias?



Tanto el Clio, como el Megane y el Captur, emplean exactamente la misma planta motriz. Sin embargo, el Clio homologa una potencia máxima de 140 CV, mientras que el Megane y el Captur anuncian 160 CV. Y aún es más€ en el Clio, Renault anuncia potencias inferiores para los motores eléctricos (MG1=15 kW y MG2=36 kW) que en el Captur y el Megane (MG1=25 kW y MG2=49 kW). ¿A qué se deben estas diferencias?

Dado que el motor térmico, los motores-generador eléctricos y los inversores que alimentan de corriente eléctrica a estos son idénticos en los tres casos, la única diferencia puede deberse a la batería. Y efectivamente, así ocurre.



El Clio híbrido utiliza una batería de 1,2 kWh de capacidad bruta (unos 650 Wh de capacidad neta o utilizable) que funciona a una tensión de 230 voltios. El Megane y Captur enchufables emplean una batería con celdas LG, de 9,8 kWh de capacidad (unos 6,7 kWh utilizables) y que funciona a 400 voltios de tensión. Dado que los dos inversores no cambian, y están limitados por la intensidad máxima que pueden admitir, no son capaces de extraer tanta potencia de la batería de 230 voltios como de la de 400 voltios. De esta manera, el Clio con batería de 230 voltios tiene unas prestaciones sensiblemente inferiores al Megane y Captur con batería de 400 voltios, especialmente si comparamos la respuesta del acelerador cuando esa batería de 400 voltios está completamente cargada. A medida que el estado de carga de la batería de 400 voltios disminuye, la tensión en la batería también baja y, con ella, también se reduce la potencia máxima que puede entregar.

El resultado es que Megane y Captur solo ofrecen sus máximas prestaciones cuando su batería está completamente cargada. Cuando el estado de carga desciende por debajo del 50%, se comienza a apreciar una merma en las prestaciones. Sucede algo parecido en todos los coches eléctricos e híbridos enchufables€ aunque en el caso del E-Tech es un poco más notable.

¿Qué se siente al volante?



En marcha, el sistema E-Tech es bastante satisfactorio. Lógicamente, el cambio de marchas (o deberíamos decir 'selector de desplazamiento) es automático, y cuenta con las típicas posiciones R,N,P y D. No existe ninguna forma de seleccionar marchas de forma directa, ya sea mediante levas o con la palanca (los híbridos enchufables paralelos sí que suelen ofrecer esta opción). No obstante, disponemos de tres alternativas para influir en el comportamiento del E-Tech.

 


La primera es la modalidad B (de brake; freno en inglés) de la palanca de cambio. Al seleccionarla, se incrementa el nivel de regeneración (que puede alcanzar 35 kW en el Clio y 45 kW en el Megane y el Captur, y está encomendada a MG2). Esto permite conducir utilizando menos el pedal de freno (que tiene un tacto bastante bueno, y está basado en uno de los sistemas e-Booster de Bosch), porque al soltar el acelerador, el coche ofrece una regeneración más intensa, aunque no tanto como para poder considerarse un sistema one-pedal (en el que se puede conducir sin pisar prácticamente nunca el freno).



La segunda son los modos de conducción. El Clio dispone de ECO, Sport y MyDrive, mientras que el Captur y el Megane enchufables ofrecen Pure, Sport y MyDrive. Pure fuerza a un funcionamiento 100% eléctrico (siempre que la carga de la batería lo permita; el Clio cuenta con un botón EV para este fin, pero sus 650 Wh de capacidad de batería ofrecen como máximo 5.000 metros de autonomía eléctrica). En la modalidad Sport, el coche procura mantener un estado de carga elevado en la batería (para ofrecer las máximas prestaciones posibles), por lo que recurre con más frecuencia al motor térmico. MyDrive permite seleccionar manualmente el funcionamiento de varios sistemas. Adicionalmente, contamos con el modo SAVE, que procura mantener el estado de carga de la batería al 40%, lo que equivale a reservar unos 15 km de autonomía eléctrica.



El inicio de la marcha siempre se realiza en modo eléctrico. Los cambios en marcha del motor eléctrico son virtualmente imperceptibles. La única manera de comprobar que realmente está pasando 'algo' en la caja es, circulando a baja velocidad (unos 15 km/h) acelerar un momento a fondo y soltar el acelerador de golpe. Acelerar a fondo obliga a MG2 a desengranar la marcha (larga) en la que se encuentra y aumentar sus revoluciones hasta poder engranar su marcha más corta. Al soltar el acelerador, invitamos a MG2 a deshacer esa operación. El resultado es una secuencia de suaves zumbidos procedentes del motor que dura unos tres o cuatro segundos. La propulsión en modo 100% eléctrico es muy silenciosa. Además, tal y como era de esperar, el Clio utiliza esta modalidad de propulsión durante bastante más tiempo que otros híbridos del mercado. Cuando el motor térmico arranca para funcionar en modo serie, es bastante silencioso. De hecho, una de las ventajas del sistema E-Tech frente al Hybrid Synergy Drive de Toyota es la baja rumorosidad.

Hacia unos 60 km/h, el motor térmico decide empezar a funcionar en modo paralelo y en su marcha más larga. La entrada en funcionamiento se produce de manera imperceptible, y la rumorosidad en marcha es aceptable. No se notan ninguna clase de vibraciones. Circulando entre 60 y unos 118 km/h, basta pisar generosamente el acelerador para que el motor térmico cambie a su relación más corta. En estas fases de aceleración máxima si que se percibe bastante ruido a bordo.

Existe una notable diferencia de prestaciones y respuesta del acelerador entre la aplicación híbrida y la híbrida enchufable. En ambos casos parece que conduces un motor atmosférico con unos 20 CV menos de lo anunciado (hay que tener en cuenta que la batería representa un lastre€ en el caso del Captur y Megane, de nada menos que 115 kilos). La respuesta del acelerador del Clio es perezosa y poco progresiva, e invita a seleccionar el modo Sport en cuanto se sale de ciudad. En el caso del Megane y el Captur, la respuesta inicial del acelerador es mucho más afilada y contundente, aunque se va suavizando a medida que desciende la carga disponible en la batería€ si bien nunca llega al nivel del Clio.

Conclusiones acerca de la tecnología E-Tech de Renault



Hemos tenido oportunidad de conducir los tres modelos, pero sólamente durante unos 35 minutos. Ese tiempo es insuficiente para llegar a conclusiones relevantes sobre el aspecto más importante, que es el consumo. El sistema híbrido de Toyota es capaz de ofrecer consumos extremadamente bajos (en torno a los 4 litros/100 km) tanto en el Yaris como en el Corolla, que son los principales adversarios del Clio. Tampoco hemos podido comprobar la autonomía máxima en modo 100% eléctrico del Megane y el Captur. Atendiendo a la cifra declarada de energía utilizable (6,7 kWh), esta no puede ser muy elevada. El consumo de los híbridos enchufables suele superar los 15 kWh/100 km, lo que se traduciría en menos de 45 km de autonomía eléctrica.

 
 


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