Tren motriz Voltec de GM

El sistema de transmisión Voltec se demostró inicialmente como el Sistema de Propulsión E-Flex en el vehículo conceptual Chevrolet Volt 2007 que debutó en el Salón Internacional del Automóvil de Norteamérica de ese año . ^{[ 1 ] [ 3 ] [ 4 ]} GM promocionó E-Flex como un intento de estandarizar muchos componentes de posibles futuros vehículos de propulsión eléctrica y para permitir múltiples sistemas de generación de electricidad intercambiables. ^{[ 5 ]} GM describió el Volt como un E-REV, por " vehículo eléctrico de autonomía extendida ", en lugar de un híbrido. ^{[ 1 ] [ 4 ] [ 6 ]} En general, la energía se obtiene de las baterías para el motor de tracción eléctrica que mueve el vehículo.

Como se materializó en el concepto Volt de 2007, el diseño inicial E-Flex incluye un motor de tracción eléctrica con potencias y pares máximos de 120 kW (160 hp) y 320 N⋅m (240 lbf⋅ft) , un motor de gasolina de 1 L y 3 cilindros acoplado a un generador con una potencia de 53 kW (71 hp) y un sistema de almacenamiento de energía de batería de iones de litio de 16 kWh (58 MJ ) . ^{[ 4 ] [ 7 ] [ 8 ]} El concepto tiene un tanque de combustible con una capacidad de 12 galones estadounidenses (45 L; 10,0 galones imperiales ) , lo que proporciona una autonomía combinada eléctrica y de gasolina declarada de 640 millas (1030 km) y un consumo de combustible general de 50 mpg _{- EE. UU.} (4,7 L/100 km; 60 mpg _{- imperial} ) . Utilizando una toma de corriente doméstica convencional (110 V CA, 15 A ) , la batería podría recargarse en 6 1/2 horas. ^{[ 7 ]}                      

El E-Flex podría considerarse un híbrido de potencia dividida , ya que su plataforma comparte aspectos de los diseños híbridos en serie y en paralelo . Al igual que en un híbrido en serie, el motor de combustión interna no está conectado a la transmisión, por lo que puede funcionar a velocidad constante para lograr una eficiencia óptima y una mayor simplicidad mecánica (es decir, no requiere desfase variable de levas). Al arrancar desde parado, el E-Flex utiliza únicamente el motor de tracción eléctrico para impulsar las ruedas; la potencia mecánica del motor se utiliza exclusivamente para accionar el generador, que a su vez carga la batería. En el modo de mantenimiento de carga, la potencia del motor se mantiene alta para acumular carga. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 7 ]}

Sin embargo, por definición, el diseño de la transmisión E-Flex la convierte en un híbrido paralelo, ya que el conjunto de engranajes planetarios que impulsa las ruedas está acoplado tanto a la potencia mecánica (del motor) como a la potencia eléctrica (del motor eléctrico), de forma similar al funcionamiento de un Toyota Prius. El Prius utiliza el motor eléctrico para asistir al motor; en cambio, el diseño Voltec utiliza el motor para asistir al motor de tracción eléctrico. Como resultado, el diseño Voltec activa la asistencia mecánica del motor solo cuando la batería se encuentra descargada al 30 % de su capacidad o menos. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 9 ] [ 7 ]}

Dado que el motor de tracción eléctrico se alimenta de la batería, la plataforma admite múltiples opciones para cargarla. Como se describió en el NAIAS de 2007, la configuración inicial utilizaba un motor turboalimentado de 1.0 litros con tres cilindros; este era un motor de combustible flexible capaz de funcionar con gasolina o E85 (85 % de etanol , 15 % de gasolina), aunque este motor nunca llegó a los vehículos de producción. ^{[ 7 ]} Entre las opciones alternativas de motor-generador mencionadas se incluían un motor de etanol puro (E100), un motor diésel capaz de funcionar con biodiésel , o incluso una pila de combustible de hidrógeno , una vez que esa tecnología se vuelva práctica. Otra opción de fuente de energía que no depende en absoluto de un motor de combustión interna se demostró en el prototipo de pila de combustible de hidrógeno Volt, que apareció en el Salón del Automóvil de Shanghái de 2007. ^{[ 3 ]} Sin embargo, debido al alto coste de las pilas de combustible en comparación con las baterías de litio más nuevas y económicas, General Motors ha sugerido públicamente que el Volt no utilizará pilas de combustible en ningún vehículo de producción a corto plazo. ^{[ 10 ]}

La primera generación del Volt está impulsada por un motor eléctrico con una potencia máxima de 111 kW (149 hp) . Normalmente, el Volt se cargaba en casa durante la noche ( modo híbrido enchufable ) a través de un puerto de carga. ^{[ 11 ]} Según se informa, una carga completa tarda entre 10 y 12 horas desde una toma de corriente doméstica estándar norteamericana de 120 V y 15 A , o 4 horas desde una toma de corriente para vehículos eléctricos SAE J1772 de 240 V y 15 A.  

La batería de iones de litio en el vehículo de producción inicial de Voltec se mantiene en un rango de estado de carga (SOC) de entre 30 % y 80 %, con el generador a bordo que trabaja para mantener la batería en el nivel de carga del 30 %. ^{[ 4 ] [ 12 ]} En su lanzamiento inicial, la batería de almacenamiento de alto voltaje tenía una capacidad bruta de 16  kW-h; se actualizó a 16,5 y luego a 17,1  kW-h en 2014. ^{[ 13 ]}

Los códigos GM para la unidad de transmisión ( transeje ) del tren motriz Voltec de primera generación son 4ET50 (RPO MKA para el Chevrolet Volt) y 4ET55 (RPO MKD para el Cadillac ELR ). Este transeje integra un amortiguador de par (que cumple la misma función que un convertidor de par en una transmisión automática convencional ), el motor/generador A, el conjunto de engranajes planetarios, tres embragues, el motor de accionamiento B y una transmisión final que incluye un engranaje reductor y un diferencial. ^{[ 14 ]}

Como se describe en la patente, el motor está acoplado al transeje mediante un amortiguador de par, que es un embrague de acoplamiento selectivo que acopla el motor con el rotor del Motor/Generador A. Además del acoplamiento selectivo con el motor, el Motor/Generador A también puede acoplarse a la corona dentada de un conjunto de engranajes planetarios mediante un segundo embrague. Se proporciona un tercer embrague para conectar selectivamente a tierra la corona dentada. El Motor B está acoplado permanentemente al engranaje solar del mismo conjunto de engranajes; el portapiñones impulsa las ruedas a través de un engranaje reductor y un diferencial. Con este diseño, el transeje puede alternar entre los modos híbrido en serie y de salida dividida, con rangos bajos proporcionados como híbrido en serie utilizando un motor y rangos altos proporcionados por la salida dividida que combina la salida de ambos motores. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

Existen seis modos de funcionamiento básicos, que dependen del acoplamiento del embrague y del funcionamiento del motor; ^{[ 19 ]} General Motors ha clasificado los modos según el flujo de energía hacia o desde la batería. Estos incluyen dos modos de descarga (totalmente eléctrico), CD1 y CD2, y dos modos de mantenimiento de carga (autonomía extendida/híbrido), CS1 y CS2. En resumen: ^{[ 21 ] : 164–165}

• CD1: El motor B se utiliza para la tracción.
• CD2: El motor B se utiliza para la fuerza de tracción, asistido por el motor/generador A como motor.
• CS1: El motor B se utiliza para la fuerza de tracción, y el motor se utiliza para generar electricidad utilizando M/GA como generador (híbrido en serie).
• CS2: El motor B se utiliza para la fuerza de tracción, asistido por el motor (división de la potencia de salida).

La patente incluye dos modos neutros adicionales en los que se aplica poca o ninguna fuerza de tracción. ^{[ 19 ]}

Según la patente, el motor proporciona fuerza de tracción únicamente cuando ambos embragues C2 y C3 están acoplados. En el caso de la primera generación del Volt y el ELR, esto ocurre en un modo de funcionamiento (CS2), y en dicho modo, se considera que el motor asiste al motor de tracción eléctrico (B).

La segunda generación del Volt tiene cinco modos de funcionamiento diferentes, dos de descarga (totalmente eléctricos), CD1 y CD2, y tres de mantenimiento de carga (híbridos), CS1 a CS3. Estos son: ^{[ 17 ]}

• CD1: El motor/generador B se utiliza para la fuerza de tracción.
• CD2: Ambos motores/generadores A y B se utilizan para la tracción.
• CS1: El motor se utiliza para la tracción, asistido por M/GB, con una relación de transmisión variable eléctricamente ("marcha corta" para alta potencia o bajas velocidades).
• CS2: El motor se utiliza para la tracción, asistido por la caja de cambios manual, con una relación de transmisión fija (condiciones de conducción típicas que requieren aceleración).
• CS3: El motor se utiliza para la tracción con una relación de transmisión variable eléctricamente ("marcha larga" u "sobremarcha" para la conducción en carretera).

El embrague (C3) en la corona dentada del segundo conjunto de engranajes planetarios (R2) es un embrague unidireccional, que impide que el motor/generador A haga girar el motor en sentido inverso. ^{[ 24 ]}

El Chevrolet Malibu Hybrid utiliza el mismo diseño básico de unidad motriz/transeje Voltec de dos motores y la misma disposición general que el Volt de segunda generación; sin embargo, en comparación con el Volt, el Malibu Hybrid no es un híbrido enchufable y tiene una batería más pequeña. En consecuencia, el Malibu Hybrid opera con mayor frecuencia en los modos de mantenimiento de carga (CSx) y está equipado con rotores diferentes para sus unidades motor/generador, compartiendo los mismos estatores que el Volt. El Volt utiliza imanes de ferrita para el rotor en M/GA e imanes de tierras raras para el rotor en M/GB, mientras que el Malibu Hybrid tiene imanes de tierras raras para los rotores tanto en M/GA como en B. ^{[ 27 ]}

El Malibu Hybrid ofrece los mismos tres modos de funcionamiento de mantenimiento de carga (CS1–CS3) que el Volt, pero solo un modo de descarga de carga (CD1). La transmisión del Malibu Hybrid se denomina 5ET50 (MKE), similar a la 5ET50 (MKV) utilizada en el Volt, pero omite el embrague unidireccional en el primer conjunto de engranajes planetarios (etiquetado como "C3" en los diagramas de modo del Volt), lo que imposibilita su funcionamiento en modo de dos motores (CD2). ^{[ 27 ]}

El Cadillac CT6 PHEV tiene una configuración de motor delantero y tracción trasera que utiliza un motor montado longitudinalmente y la transmisión 4EL70 (RPO MRD) ^{[ 28 ]} con un eje de transmisión que se extiende a las ruedas traseras. La transmisión es esquemáticamente similar a la transeje 5ET50, con un conjunto de engranajes planetarios adicional y dos embragues más, principalmente para el rendimiento; la salida de los dos portaengranajes acoplados (P1 y P2) está acoplada al engranaje solar del tercer conjunto de engranajes planetarios (S3), y el portaengranajes del tercer conjunto de engranajes planetarios (P3) proporciona salida al eje de transmisión. ^{[ 29 ]} Debido a que la transmisión conserva el embrague unidireccional (C3), está disponible el modo CD2 (funcionamiento con doble motor eléctrico).

Al igual que el 5ET50 (MKV), el motor/generador A del 4EL70 fue diseñado para eliminar el uso de materiales de tierras raras; M/GB está relacionado con el motor de tracción utilizado para el Chevrolet Spark EV . ^{[ 29 ]}