Coche eléctrico: Llega para quedarse. Parte 1

Hay cierto tipos de tecnologías que se consideran eternamente emergentes, ya que llevan años desarrollandose y están presentes en el mercado pero no llegan a “cuajar” . Un ejemplo de ello son los vehículos eléctricos. Pese a que estos tuvieron un relativo éxito en California (¿Quién mató el coche eléctrico?), nunca llegó a establecerse del todo (múltiples factores condicionaron esto). No obstante, las cosas han cambiado, y ahora el vehículo eléctrico ha llegado para quedarse.

La Venganza del Coche Eléctrico

La Venganza del Coche Eléctrico

 Si bien es cierto que ya se comercializan vehículos eléctricos, aún estos representan un pequeño porcentaje del mercado.Y cuando hablo de vehículos eléctricos, me refiero a vehículos eléctricos puros (EVB), es decir, vehículos dotados con uno o varios motores eléctricos cuya energía para funcionar proviene de baterías de gran capacidad.

En artículos anteriores os hablamos de los híbridos, tanto con motor gasolina como con motor diesel, pero éstos no son el futuro, son más bien el paso intermedio entre los automóviles contaminantes y los de emisión cero (eléctricos y de pila de combustible)

Aclarado esto, pasemos a ver más en profundidad los eléctricos puros.

Componentes

Componentes del EV .Fuente: INSIA

Componentes del EV .Fuente: INSIA

Cargador AC/DC: Los vehículos eléctricos necesitan de carga externa para recargar sus baterías. Por ello, cuenta con un cargador que es capaz de transformar la corriente alterna de un enchufe a corriente continua.

Controlador electrónico: Elemento fundamental, ya que éste determina la cantidad de energía que debe recibir el motor eléctrico de las baterías y viceversa (cuando el generador recarga las baterías) en función de diversos parámetros, como la posición del pedal de acelerador. Es el elemento intermedio entre las baterías y el motor eléctrico. Sería la ECU del coche eléctrico.

Conversor DC/DC: Básicamente varía el voltaje de alta tensión a otro de baja tensión para la batería de 12V (similar a las que montan los vehículos convencionales) que se usa para los elementos auxiliares del vehículo.

Inverter/convertidor: Convierte la corriente continua de las baterías en alterna para hacer funcionar el motor, y la corriente alterna del generador en continua para que pueda ser almacenada en las baterías. Debe de ir refrigerado, normalmente con agua.

Motor:  Los motores eléctricos presentan ciertas diferencias respecto a los térmicos:

– Tienen un tamaño menor y pesan menos en comparación con un motor térmico de similar potencia.

– Son motores silenciosos y no emiten gases contaminantes.

CO2. Fuente: renovablesverdes.com

CO2. Fuente: renovablesverdes.com

– Carece de ralentí, ya que parte desde parado, puesto que el motor eléctrico puede arrancar y pararse en cualquier posición.

– Es un motor más simple que el motor térmico, lo que supone un mantenimiento más barato.

– Los motores eléctricos se caracterizan por una potencia prácticamente constante desde el arranque (cosa que en los motores térmicos varía según el régimen) y un par muy elevado (que se mantiene constante hasta un régimen de vueltas medio, medio-bajo).

Curvas par-potencia Nissan. Fuente: forococheselectricos.com

Curvas par-potencia Nissan. Fuente: forococheselectricos.com

– Carecen de caja de cambios. El único elemento parecido a una caja de cambios es un grupo reductor (una sola marcha), cuya función es reducir el número de vueltas del motor (los motores eléctricos (en general) funcionan a mayor revoluciones que los térmicos) en relación con el número de vueltas que llegan a la transmisión (y por tanto, a las ruedas), permitiendo así una aceleración continua . No obstante, ya existen cajas de cambios para coches eléctricos, las cuales permitirán una mayor eficiencia y un menor consumo energético.

– El rendimiento de los motores eléctricos es del 90%, frente al 30 o 40% de los térmicos en el mejor de los casos (pérdida por rozamientos en forma de calor )

En lo referente a tipos de motor eléctrico, existen cinco que podrían montar (o montan) los vehículos eléctricos: inducción, síncronos de imanes permanentes, de flujo axial, de reluctancia conmutada y de corriente continua sin escobillas. De todos ellos, uno está teniendo un uso más extendido: el motor síncrono de imanes permanentes. Este presenta una gran densidad de potencia y un coste de mantenimiento bajo, unido todo ello a un volumen y peso reducido. Sin embargo, tiene algunas desventajas: un precio alto y tendencia a la desmagnetización de sus imanes (ya que es una tecnología no muy experimentada).

Los tres mellizos (Citroen Z- Cero, el Peugeot i0N y el Mitsubishi i-Miev), el Smart ForTwo Electric Drive, el Renault Fluence Z.E.o el Mini eléctrico montan motores síncronicos de imanes permanentes.

Citroen-C-Zero.

Citroen-C-Zero.

El Tesla Roadster, el THINK City o el Renault Twizy están equipados con motores asincrónicos o de inducción, que son más baratos y “fiables” que los de imanes permanentes, ya que se han usado (y se usan) mucho. No obstante, cuentan con una desventaja: una densidad de potencia menor.

Tesla Roadster. Fuente:Tesla

Tesla Roadster. Fuente:Tesla

En cuanto a los motores de corriente continua sin escobillas, los usa Honda en sus modelos híbridos. El prototipo híbrido Volvo Recharge Concept podría montar motores de flujo axial en sus ruedas, ya que estos permiten ser colocados ahí (Michelin Active Wheel).

Baterías

Es el componente principal de los vehículos eléctricos puesto que de ellas depende en gran parte el precio, el peso y la autonomía de estos vehículos.

Estas baterías deben tener una serie de requerimientos esenciales:

– Alta densidad de potencia.

– Alta densidad de energía.

– Bajo coste.

– Una vida útil larga.

– Una eficiencia de carga alta.

Antes de continuar, habría que explicar el significado de algunos de estos parámetros, como la densidad de potencia y la densidad de carga, para poder así entender las características de los diferentes tipos de baterías usadas.

Capacidad: Se define como la cantidad de electricidad que puede
entregar antes de que su tensión disminuya por debajo de un valor mínimo. La
capacidad, que se representa con el símbolo “C” y se expresa en “Ah” (amperioshora)

Capacidad específica: Es la capacidad por unidad de peso o volumen de una batería.

Energía específica: Es la energía que es capaz de almacenar dividida entre la masa (Wh/kg) o el volumen (Wh/l).

Densidad de energía: Es la energía que se puede extraer de una batería por unidad de
volumen y se expresa en Wh/l (lo más usual) o en Wh/dm3. Si la energía viene dada en
función de la unidad de peso (Wh/Kg) lo que tenemos es la energía específica de la
batería.

Densidad de potencia: Es la potencia que puede suministrar una batería por unidad de volumen y se expresa en W/l (lo más usual) o en W/dm3. Si la potencia viene dada en función de la unidad de peso (W/Kg) lo que tenemos es la potencia específica .

Densidades de las baterías. Fuente: INSIA

Densidades de las baterías. Fuente: INSIA

Estos últimos dos conceptos son importantes, ya que una batería puede presentar una excelente densidad de energía y, sin embargo, una densidad de potencia insuficiente, siendo incapaz de liberar la energía almacenada necesaria para un correcto funcionamiento del motor.

Por tanto, como conclusión sacamos que la batería ideal para un vehículo eléctrico sería aquella capaz de almacenar mucha energía y ser ligera (alta densidad de energía, alta energía específica y alta potencia específica).

Con los términos esenciales por delante, podemos hablar de los tres tipos de baterías más usados en el automóvil:

Baterías. Fuente: INSIA

Baterías. Fuente: INSIA

Baterías de plomo- ácido (Pb-ácido): Son las baterías convencionales de 12v.

Baterías Niquel-Hidruro metálico (Ni-MH): Son baterías que permiten cargas rápidas, un elevado número de cargas (en torno a 2.000) y tienen un impacto medioambiental medio- bajo. No obstante, presenta ciertos inconvenientes: debido a las altas temperaturas que alcanza durante su funcionamiento y en el proceso de carga, el número de ciclos de carga y descarga es relativamente bajo sin que se estropeen. En lo referente al efecto memoria, este es moderado, por lo que su capacidad se podría ver reducida por cargas incompletas. El Toyota Prius, el Lexus GS450h o el Honda Insight, entre otros (híbridos convencionales), son vehículos que montan este tipo de baterías, ya que cumplen sobradamente su función.

Comparativa baterías. Fuente: INSIA

Comparativa baterías. Fuente: INSIA

Baterías de iones de litio (Li-ION): Son baterías que presentan un elevada densidad de energía, consiguiendo que cada célula proporcione 3,7 voltios, lo mismo que tres de Ni-MH (1,2 V cada una). Además, como no presentan efecto memoria, permiten realizar cargas y descargas incompletas.La tasa de autodescarga (lo que se descarga una batería cuando no está en funcionamiento) es de menos del 6% en un mes, periodo en el cual una batería de Ni-MH tendría una autodescarga de más de un 20%.

También presentan una descarga lineal (lo que trae consigo un voltaje casi invariable durante la descarga y la ausencia así de circuitos reguladores), tienen un número de cargas superior a las de Ni-MH y mantienen su capacidad por encima del 90% tras 1000 ciclos de carga. En cuanto al impacto ambiental, es también bajo, como las anteriores (Ni-MH).

Pese a todo ello, estas baterías presentan algunos inconvenientes: un precio elevado, pérdida de capacidades electroquímicas por encima de los 50ºC y rendimiento inferior a las baterías de NI-MH a bajas temperaturas, además de tener una vida útil media de unos 3 años.

Nissan Leaf

Nissan Leaf

Este tipo de baterías son las que montan actualmente la gran mayoría de los coches eléctricos puros, tales como el Nissan Leaf, el Tesla S ó el nuevo Ford Focus eléctrico, además de los híbridos enchufables y eléctricos de autonomía extendida, como el Toyota Prius Plug-In, el Fisker Karma o el Chevrolet Volt.

Tesla S. Fuente: Tesla.

Tesla S. Fuente: Tesla.

Una vez visto los principales componentes de un vehículo eléctrico, toca ver las ventajas y desventajas de estos como el mercado actual de los mismos, pero eso se reserva para la segunda parte.
Fuentes |
 Paz, A. “Nuevos combustibles y tecnologías de propulsión”, en Manual de Automóviles, 2006. Ed. 56.
Terminología de motores eléctricos. Universidad de Oviedo.
  • http://educationaltoysfortoddlers.blogspot.com Cynthia Williams

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    • http://ticenandaluz.wordpress.com Salvador_Malpartida

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