Híbridos y Eléctricos

La tecnología del Citroën DS5 Hybrid4

El Citroën DS5 inaugura para la marca la tecnología Hybrid4, una cadena de tracción full-hybrid que combina las prestaciones de un motor diésel HDi y la eficacia de la propulsión eléctrica.

La tecnología del Citroën DS5 Hybrid4.
 

El Citroën DS5 es la tercera creación de la Línea DS. Dotado de un sólido posicionamiento en términos de diseño, arquitectura y refinamiento, es el primer Citroën y la primera berlina del mundo que cuenta con una motorización híbrida diésel, con su versión Hybrid4 Airdream CMP6. Como los DS3 y DS4 que le han precedido, supone una elección más atrevida en términos de sensaciones, especialmente al hablar de dinamismo.
 

1 - Motorizaciones
El Citroën DS5 se presenta con motores gasolina, diésel e híbrido diésel.
Dotados de la tecnología más moderna, para obtener los mejores resultados en cuanto a potencia y par, estos motores ofrecen al mismo tiempo un gran placer de conducción y una sobriedad ejemplar, que les hace ser muy respetuosos con el medio ambiente.
 
La gama de motores de gasolina ofrece potencias entre 156 y 200 CV, mientras que la gama diésel se extiende entre 112 y 163 CV. En cuanto a la variante Hybrid4, puede desarrollar una potencia máxima que puede alcanzar los 200 CV.

 


 
2 - El primer Citroën con tecnología Hybrid4
El Citroën DS5 inaugura para la marca la tecnología Hybrid4, una cadena de tracción full-hybrid que combina las prestaciones de un motor diésel HDi y la eficacia de la propulsión eléctrica. El resultado es un vehículo híbrido que ofrece una gratificante sensación de conducción (200 CV, 4 ruedas motrices, circulación urbana eléctrica, función ‘boost’ en aceleración) y unas emisiones de CO2 muy reducidas (desde 99 g/km).
 
La tecnología Hybrid4, diésel + electricidad, permite acumular las ventajas de 2 tecnologías muy económicas, por un parte con una motorización térmica de la familia HDi y, por otra parte, con una motorización eléctrica en la que el consumo de carburante, las emisiones de CO2 y las partículas contaminantes son nulas.
 
El primer vehículo híbrido de la marca logra una síntesis excepcional al conjugar el respeto por el medio ambiente (3,8 l/100 km, 99 g/km de CO2) con unas prestaciones de alto nivel gracias a una potencia conjunta que puede alcanzar 200 CV.
 
La elección del híbrido permite una auténtica ruptura en términos de consumo de carburante y de emisiones de CO2. En un entorno urbano, el descenso es del orden del 30 al 35 % en comparación con una motorización diésel equivalente. Y se sitúa en una horquilla del 10 al 15 % en carretera.
 
En un trayecto convencional por ciudad, el tiempo con el motor térmico apagado puede alcanzar los 2/3 de la duración del desplazamiento.
 
El modo de implantación, basado en una arquitectura en paralelo, con el motor térmico para mover las ruedas delanteras y el motor eléctrico impulsando las ruedas traseras implica la posibilidad de circular en un modo de 4 ruedas motrices, sin tener que sufrir los inconvenientes ligados a la implantación de un sistema tradicional de 4 ruedas motrices. La ausencia de transmisión entre los 2 ejes no repercute en el volumen del habitáculo. Y todo el intercambio de datos e información entre el motor térmico y la parte eléctrica situada en la zona posterior se efectúa ‘by wire’.
 
PSA Peugeot Citroën ha registrado hasta 300 patentes para desarrollar el sistema Hybrid4.
 
Una tecnología que permite que el Citroën DS5 Hybrid4 funcione de manera “multimodo” ya que propone 4 modos diferentes para responder a todas las necesidades y circunstancias de conducción:
  • Modo AUTO, será el utilizado con mayor frecuencia, permite una conducción zen y económica
  • Modo ZEV, que impulsa al DS5 de una forma completamente eléctrica,
  • Modo 4WD, con 4 ruedas motrices permanentes,
  • Modo SPORT, que ofrece un funcionamiento más dinámico.



2.1 – Hybrid4: dos motores para una cadena de tracción híbrida
El Citroën DS5 Hybrid4 Airdream cuenta con una cadena de tracción Full Hybrid que combina 2 motores: una mecánica térmica diésel implantada delante y un motor eléctrico situado sobre el tren trasero.
 

2.1.1 - La motorización HDi 160
Muy parecida a la versión HDi 160 disponible en la gama DS5, se distingue por algunas particularidades técnicas y de puesta a punto para ajustarse mejor a la filosofía de la versión Hybrid4. La potencia que desarrolla se mantiene en 120 KW (163 CV CEE) a un régimen de 3.850 rpm. El par máximo de 300 Nm  es constante entre 1.750 y 3.500 rpm.
 
La elección de este motor es perfectamente coherente con el posicionamiento del DS5 y el complemento que forma con el motor eléctrico les convierte en una pareja perfecta, por las prestaciones que se logran y por el nivel de consumo de carburante.
 
Como en el conjunto de versiones del Citroën DS5, la versión Hybrid4 cuenta con un sistema antipatinaje inteligente, que actúa junto al ESP.
 
2.1.2 - La motorización eléctrica
El motor eléctrico es del tipo síncrono con imanes permanentes. Mueve las ruedas traseras y va implantado en el centro del tren trasero multibrazo, que es específico. Es capaz de funcionar en un amplio rango de temperaturas desde – 30 a + 80 ° C, y genera una potencia nominal de 20 kW o 27 CV CEE entre 1.290 y 7.500 rpm. La cresta de potencia alcanza los 27 kW o 37 CV CEE. El par máximo es de 100 Nm (200 Nm en momentos puntuales) y es constante de 0 a 1.290 rpm.
 
La potencia se transmite a las ruedas traseras mediante un reductor con una desmultiplicación de 7,46.
 
El motor eléctrico puede mover al DS5 en modo totalmente eléctrico hasta 60 km/h según el modo de funcionamiento elegido. La transmisión a las ruedas traseras es controlada por el sistema antipatinaje que trabaja conjuntamente con el ESP.
 
Su funcionamiento se puede mantener hasta una velocidad de 120 km/h, por encima de la cual se desacopla mediante un embrague de dientes integrado en el reductor, con el fin de limitar pérdidas mecánicas a alta velocidad.
 
El valor nominal de 20 kW está disponible en todas las configuraciones de utilización. El pico de potencia de 27 kW se consigue durante los cambios de marcha y con el modo SPORT, para una máxima eficacia. Además, esta potencia de 27 Kw también está disponible para recargar las baterías de alta tensión durante las fases de recuperación de energía.
 
2.1.3 - La síntesis entre lo térmico y lo eléctrico
Las prestaciones máximas de las 2 motorizaciones no se pueden sumar sencillamente en razón de su disponibilidad, ya que no alcanzan necesariamente el máximo al mismo tiempo.
 
Por ello, la potencia máxima disponible es de 147 kW (o 200 CV). Se alcanza en el modo SPORT, sobre las relaciones intermedias, cuando la acumulación de la potencia máxima de las 2 motorizaciones es posible. Por encima de 120 km/h, el motor eléctrico se desacopla.
 
El par máximo disponible tras la desmultiplicación está en torno a los 450 Nm.

 


2.2 – Diferentes modos de funcionamiento
Una de las ventajas del sistema híbrido del Citroën DS5 reside en la posibilidad de disponer de 4 modos de funcionamiento diferentes, ya que cada uno ha sido adaptado a determinadas necesidades. El modo Auto, es económico y está orientado al confort y la tranquilidad; el modo Sport, que prima el dinamismo y las prestaciones; el modo 4WD es idóneo para desplazarse cuando las condiciones de circulación son más extremas; y, por último, el modo ZEV, para trayectos urbanos sin emisiones acústicas ni de CO2.
 

2.2.1 - Modo AUTO: para una conducción Zen y ecológica
El modo AUTO gestiona automáticamente la cadena de tracción híbrida que se traduce en economía, confort, silencio de marcha y tranquilidad.
 
Este modo, además de facilitar una conducción relajada, permite encadenar sin ninguna preocupación los trayectos urbanos en modo completamente eléctrico, gracias a la recuperación de energía que se produce en cada deceleración. El medidor de potencia, que indica al conductor cuando consume energía o, por el contrario, cuando la recupera, incita a realizar una conducción todavía más económica.
 
Este modo se conecta automáticamente al poner en marcha el DS5 y es el que se utiliza con mayor frecuencia. Permite una optimización del consumo por las leyes específicas de funcionamiento que presenta.
 
El modo AUTO permite, con la primera velocidad insertada o con la marcha atrás, maniobrar en modo sólo eléctrico durante la mayor parte del tiempo. Cuando las condiciones lo exigen, esa conversión también se produce con el motor encendido. El funcionamiento totalmente eléctrico se consigue acelerando suavemente hasta una velocidad cercana a los 70 km/h, en función de la carga de las baterías.
 
Este modo incorpora unas leyes de funcionamiento en los cambios de marcha de la caja manual pilotada que dan prioridad al ahorro de carburante. La cartografía del pedal del acelerador también se ajusta para facilitar la reducción del consumo de combustible. Durante los cambios de marcha, el motor eléctrico entra en acción para suavizar al máximo la ruptura del par inducido y así preservar el confort de los ocupantes.
 
En deceleración, el motor térmico se para normalmente por debajo de 70 km/h. El motor eléctrico se desacopla de forma automática por encima de 120 km/h.
La potencia máxima disponible es de 120 kW.

 


2.2.2 - Modo SPORT: para una conducción dinámica reforzada por la electricidad
La selección del modo SPORT, con la rueda ubicada en la consola central, permite disponer de un funcionamiento más orientado hacia el dinamismo, al aprovechar al máximo la potencia eléctrica.
 
En este modo el pedal del acelerador utiliza una cartografía específica, más orientada a subrayar las prestaciones. Las leyes que rigen los cambios de marcha dan igualmente más prioridad al dinamismo, apurando más el salto de una relación a otra.
Lógicamente este modo es el que proporciona al DS5 Hybrid4 las mejores prestaciones en términos de aceleración y reprise.
 
Como sucede en el modo AUTO, un suplemento eléctrico cumple la misma función durante las fases de salto de marcha durante los cambios. El modo SPORT autoriza la parada del motor térmico en las detenciones, pero en el plazo más corto posible se volverá a poner en marcha de forma instantánea para entregar el máximo de potencia.
 
El modo SPORT es el que permite obtener el máximo de potencia durante las fases de funcionamiento conjunto de los motores térmico y eléctrico. El efecto ‘boost’ en el reprise, suministrado por el motor eléctrico, proporciona un incremento de la potencia (20 kW o 27 CV disponibles en continuo que, con la máxima carga, pueden llegar a ser 27 kW o 37 CV de forma transitoria) que puede sumarse al rendimiento ofrecido por el motor térmico (potencia máxima de 120 kW o 163 CV). La potencia máxima desarrollada de forma conjunta puede alcanzar 147 kW, o sea 200 CV CEE.
 
De la misma forma, el par del motor térmico (hasta 300 Nm) estará disponible sobre el tren delantero y el par del motor eléctrico (100 Nm en continuo y 200 Nm en las fases de cresta) sobre el tren trasero.

 

2.2.3 - Modo 4WD: para conducir con tranquilidad en cualquier circunstancia
El modo 4WD mejora la seguridad y permite salir eficazamente de situaciones difíciles sobre carreteras deslizantes, nevadas o heladas. Este modo permite arrancar con efectividad en pendientes de hasta un 25%.
 
El modo 4WD (Four Wheel Drive o 4 ruedas motrices) utiliza continuamente el movimiento de las ruedas motrices delanteras impulsadas por el motor térmico y de las ruedas traseras movidas por la electricidad. Para una mayor eficiacia, el motor térmico siempre está activado.
 
Es posible funcionar con 4 ruedas motrices de forma permanente, incluso cuando las baterías del sistema Hybrid4 han llegado a su nivel de carga mínimo. En este caso, el alternador-motor de arranque utilizado por el sistema Stop&Start toma el relevo y suministra hasta 8 kW de potencia, para mover las ruedas traseras y así permitir un desplazamiento constante en modo de 4 ruedas motrices.
 
La potencia máxima disponible es de 140 kW.

 

2.2.4 - Modo ZEV: para una conducción urbana sin emisiones
El modo ZEV (Zero Emission Vehicle) es el que permite circular en modo totalmente eléctrico. La autonomía disponible es directamente proporcional al estado de carga del pack de baterías en el momento de seleccionar este tipo de propulsión. Con las baterías cargadas y dentro de unas condiciones de circulación normales, la autonomía puede llegar hasta 4 km. El modo ZEV está disponible hasta una velocidad de 60 km/h a partir de la cual el motor HDi se pone en marcha. En cuanto las baterías no están en condiciones de mantener el modo ZEV, el apoyo sobre el motor térmico se efectúa con total transparencia.
 
Otras condiciones que implican el regreso automático al modo AUTO son las siguientes :
  • Cualquier aceleración importante,
  • La puesta en funcionamiento del deshielo o el desempañado,
  • Una altitud superior a 2.500 m,
  • Cuando la temperatura en el momento de arrancar es inferior a 0°C, ya que es prioritario que la calefacción dé confort al habitáculo…

 



En resumen, los órganos dedicados al funcionamiento del sistema Hybrid4 en cada uno de sus modos son los siguientes:
 

 Modo Motor HDi 160 Motor eléctrico Boost eléctrico Arrancada en todo eléctrico Stop&Start Circulación en modo eléctrico puroPotencia eléctrica disponible
Potencia máxima disponible
 AUTO X X - X X 70 km/h máx. 20 kW 120 kW
 SPORT X X X - X X 27 kW 147 kW
 4WD XX
 X - - - 20, después 8 kW 140 kW
 ZEV - X - X - 60 km/h máx. 20 kW 20 kW

 


2.3 – Datos al servicio del conductor y los pasajeros
El arranque del vehículo se refleja en el encendido del testigo “READY” en el cuadro de instrumentos, unido a una señal sonora. Tres fuentes de información se ponen a disposición del conductor y de los pasajeros: en la pantalla central, en la instrumentación y en el head up display. Toda la información incita a una mejor utilización de la cadena de tracción Hybrid4, en particular el “medidor de potencia” que diferencia entre el consumo y la recuperación de energía.
 
En la pantalla central, los datos se presentan sobre 2 de las páginas propuestas en el menú.
 
La primera indica el modo de funcionamiento seleccionado, una silueta del vehículo recoge los flujos de energía entre el motor térmico, el motor eléctrico y el pack de baterías, con una indicación sobre el nivel de carga de este último.
La información “Zero Emission” aparece cuando el motor térmico se para.
 
La segunda página del menú suministra un gráfico que indica el nivel medio de consumo de carburante, por tramos de 5 minutos, sobre la última media hora de utilización. También aparece un porcentaje de “uso Híbrido”, que proporciona el tiempo medio de utilización de la energía eléctrica en relación al tiempo total de utilización del DS5 en el trayecto considerado.
 
El cuadro de instrumentos de la versión Hybrid4 presenta informaciones específicas de esta versión:
 
En la zona izquierda incorpora un medidor de potencia que muestra el nivel de recarga de las baterías en las fases de deceleración y en las frenadas, y el porcentaje de la reserva de potencia que se utiliza durante las aceleraciones.
 
En la zona de la derecha, dentro de una de las páginas del menú, incluye un esquema simplificado de los flujos energéticos entre los motores térmico y eléctrico, la batería y los trenes delantero y trasero. El símbolo de la batería informa sobre su nivel de carga. La mención “Zero Emission” también puede aparecer aquí.
 
En el head up display la velocidad del vehículo cambia del color blanco al azul cuando la propulsión es eléctrica, como estímulo para una conducción más ecológica.
 


2.4 - Reducción del consumo y las emisiones de CO2
La implantación de la tecnología Hybrid4 en el Citroën DS5 ha permitido bajar la media de consumo de carburante y emisiones de CO2 en más de un 20%.
 
En igualdad de condiciones, el consumo y las emisiones de CO2 homologadas en ciclo mixto, ya de por sí excelentes en la versión HDi 160 (4,9 l/100 km y 129 g/km de CO2) pasan a ser de 3,8 l/100 km y de 99 g/km de CO2, un descenso en torno al 23%.
 
En el ciclo urbano, la caída del consumo es del 38 % (3,9 l/100 km frente a 6,3).
 
Y si se descompone la evolución entre la versión térmica DS5 HDi 160 y la DS5 Hybrid4, las variaciones de consumo son las siguientes (cifras redondeadas):
 


2.5 – Los componentes y su implantación
Los diferentes órganos de la versión Hybrid4 están implantados sobre los trenes delantero y trasero.
 
El tren delantero recibe la motorización HDi 160 que dispone de un sistema Stop&Start específico y de una caja de cambios manual pilotada de 6 velocidades.
 
El tren trasero es específico pues está constituido por un sistema multibrazo que reemplaza a la traviesa deformable de las demás versiones del DS5. Esta arquitectura permite situar el motor eléctrico y el reductor que va asociado a él en el centro del eje. Las baterías de alta tensión, que alimentan el motor eléctrico y el controlador, que gestiona el funcionamiento del sistema, están implantados también en la parte trasera del vehículo.
 

2.5.1 - Pack de baterías
El motor eléctrico del sistema Hybrid4 está alimentado por un pack de baterías de alta tensión que dispone de una capacidad total de 1,2 kWh. La tecnología de níquel e hidruro metálico es la que ofrece un mejor compromiso entre fiabilidad, duración, facilidad de recarga y resistencia a las cargas parciales. El pack de baterías esta compuesto por 168 células que funcionan con una tensión comprendida entre 150 y 270 V. La intensidad desarrollada en el modo eléctrico puro es de 5,5 Ah, con la posibilidad de recorrer una distancia máxima cercana a los 4 km en modo totalmente eléctrico y con las baterías a plena carga. Estas baterías pueden generar un pico de potencia de 31 kW para asegurar la regeneración en las frenadas y la función ‘boost’.
 
La refrigeración del pack está asegurada por un sistema de ventilación mediante aire integrado, que es común al sistema de climatización del habitáculo. Este pack de baterías está destinado a alimentar el motor eléctrico del sistema Hybrid4. Tampoco falta una batería tradicional para alimentar las demás funciones eléctricas del DS5.

 

2.5.2 - Recarga del pack de baterías y recuperación de energía
El pack de baterías de alta tensión se recarga de dos maneras diferentes. En primer lugar, por el funcionamiento del motor térmico, pero también cuando el DS5 Hybrid4 decelera o frena.
 
La recuperación de la energía al levantar el pie del acelerador o durante las frenadas puede alcanzar un valor máximo de 34 kW, generando una deceleración natural de alrededor de 1m/s2, en comparación con los 0,2 a 0,3 m/s2 de una motorización tradicional. Esta recuperación de energía, gratuita en términos de consumo de energía, contribuye a un menor consumo del sistema Hybrid4. La segunda ventaja de esta recarga es la de permitir un freno motor superior, lo que ayuda a alargar la vida del propio sistema de frenos.
 
La recarga de las baterías está pilotada por el controlador eléctrónico. La duración de la recarga va en función de la utilización que se haga del vehículo.
 


2.5.3 - Controlador electrónico
Como cerebro del sistema Hybrid4, el controlador electrónico gestiona de manera autónoma y transparente el funcionamiento de los 2 motores.

Este controlador cuenta con numerosas fuentes de información para gestionar el pilotaje del sistema Hybrid4. Funciona con una gama de tensión comprendida entre 150 y 270 V (corriente continua). Para generar la potencia eléctrica necesaria, hay 2 componentes que aseguran dicha función. El inversor actúa regulando la corriente que proviene del pack de baterías. El convertidor integrado asegura la conversión de los 200 V del pack de baterías en 12 V para la alimentación de la red de a bordo. Este controlador está implantado en la parte posterior del DS5 y cuenta con un sistema de refrigeración por agua.

 

2.5.4 - El sistema Stop&Start
El sistema Stop&Start del Citroën DS5 Hybrid4 es de la misma naturaleza que los utilizados en los modelos e-HDi de la marca. La singularidad de este alternador de arranque reside en las prestaciones que desarrolla. Su potencia es de 7,5 kW (con un pico de 8,5 kW) con un par máximo de 52 Nm. Una correa de transmisión se utiliza para la puesta en marcha del motor. La desmultiplicación es de 2,9 a 1.
 
En el modo 4 ruedas motrices, toda la potencia suministrada por el alternador de arranque se puede transmitir a las ruedas traseras, a través del controlador. Esta particularidad permite un funcionamiento permanente en modo 4WD, incluso cuando las baterías de tracción (pack de baterías) ya no lo permiten. El sistema Stop&Start del DS5 no cuenta con la función e-Booster, ya que es innecesaria si se tiene en cuenta su nivel de potencia.
 
La arquitectura “by wire” permite enviar la energía de este alternador hacia el motor eléctrico trasero, en caso de necesidad.

 

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