El coche eléctrico

Vídeo Introductorio

Información

Un coche eléctrico es aquel que se impulsa con la fuerza que produce un motor alimentado por electricidad.

Un motor eléctrico transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. El elemento conductor que tienen en su interior tiende a moverse cuando está dentro de un campo magnético y recibe corriente eléctrica.

Hay motores eléctricos de todos los tamaños, que impulsan desde un coche de radiocontrol a una locomotora. Los motores eléctricos ofrecen mu chas ventajas frente a los de combustión, empezando por un menor tamaño y peso, además de una mayor sencillez técnica.

Su utilización presenta ventajas desde el punto de vista medioambiental, ya que permite disminuir el nivel de emisiones de CO 2 a la atmósfera.

Historia 

El coche eléctrico fue uno de los primeros automóviles que se desarrollaron. De hecho, existieron vehículos eléctricos anteriores al motor de cuatro tiempos sobre el que Diesel (motor diesel) y Benz (gasolina) basaron el automóvil de combustión.

Entre 1832 y 1839, el hombre de negocios escocés Robert Anderson inventó el primer vehículo eléctrico puro. El profesor Sibrandus Stratingh de Groninga, en los Países Bajos, diseñó y construyó con la ayuda de su asistente Christopher Becker vehículos eléctricos a escala reducida en 1835.

En 1897 se utilizó el primer taxi eléctrico en Nueva York, con más de 100 ejemplares. Justo antes de 1900, los automóviles eléctricos realizaron registros de velocidad y distancia notables, entre los que destaca la ruptura de la barrera de los 100 km/h por Camille Jenatzy el 29 de abril de 1899 (105,88 km/h), en 1906 la marca suiza Tribelhornlanza lanzó buses de turismo con autonomía de 60 a 100 km y una velocidad de 25 km/h.

La introducción del arranque eléctrico del Cadillac en 1913 simplificó la tarea de arrancar el motor de combustión interna, que antes de esta mejora resultaba difícil y a veces peligroso. Esta innovación, junto con el sistema de producción en cadenas de montaje de forma masiva y relativamente barata implantado por Ford desde 1908 contribuyó a la caída del vehículo eléctrico. Además, las mejoras se sucedieron a mayor velocidad en los vehículos de combustión interna que en los vehículos eléctricos.

A finales de 1920 la industria del automóvil eléctrico desapareció por completo, quedando relegada a algunas aplicaciones industriales muy concretas, como montacargas (introducidos en 1923 por Yale), toros elevadores de batería eléctrica, o carros de golf eléctricos, con los primeros modelos de Lektra en 1954.

En 1996 el coche eléctrico volvió a surgir de nuevo, empezando así una goteo continuo de lanzamientos de nuevos coches eléctricos por las marcas de automóviles más importantes

Principales componentes de un coche eléctrico

Cargador

El cargador o transformador convertidor es aquel elemento que absorbe la electricidad de forma alterna directamente desde la red y la transforma en corriente continua, para así poder cargar la batería principal.

Batería

Las baterías de Litio-ion almacenan la energía que le cede el cargador en forma de corriente continua (DC). Esta batería principal es el medio por el que se alimenta todo el coche eléctrico. En los coches que tienen un motor eléctrico de corriente continua, esta batería iría directamente conectada al motor. En cambio, en los coches eléctricos que tienen un motor eléctrico de corriente alterna, la batería va conectada a un inversor.

Conversor

El conversor transforma la alta tensión de corriente continua, que aporta la batería principal, en baja tensión de corriente continua. Este tipo de corriente es el que se utiliza para alimentar las baterías auxiliares de 12 V, que son las que alimentan los componentes auxiliares eléctricos del coche.

Inversores

Los inversores o onduladores son los encargados de transformar la corriente continua que cede la batería principal, en corriente alterna. De esa manera se puede alimentar el motor en corriente alterna del coche eléctrico.

Esquema general sobre los componentes de un vehículo eléctrico con motor en corriente alterna (AC)

En el caso de coche con el motor en corriente continuo, este componente no existiría.

Motor eléctrico

El motor de un coche eléctrico puede ser un motor de corriente alterna o de corriente continua. La diferencia entre estos los dos tipos, principalmente, es la forma de alimentación. El de corriente continua se alimenta directamente desde la batería principal, y el de corriente alterna se alimenta a través de la energía que emite la batería previamente transformada en corriente alterna a través del inversor.

Modelos de vehículos híbrido eléctrico

En la actualidad hay otros tipos de coches eléctricos, a parte del eléctrico puro, que son los híbridos eléctricos.  Los vehículos híbridos eléctricos combinan un motor eléctrico con uno de combustión para su funcionamiento.

Existen dos tipos o modelos de híbridos eléctricos :

Los diferentes modelos de vehículo híbrido eléctrico

Vehículos Híbridos Eléctricos (HEV):

Los vehículos híbridos eléctricos están equipados con un motor de combustión interna y un motor eléctrico de imanes permanentes.

En marcha constante, el ICE (vehículo de combustión interna) impulsa tanto al tren motor como al motor eléctrico. Una variación electrónica de la multiplicación regula un régimen óptimo para ambos motores.

En los adelantamientos se obtiene potencia adicional del motor eléctrico, alimentado por las baterías. En la frenada, el motor eléctrico actúa como generador eléctrico, recuperando parte de la energía cinética.

A bajas velocidades sólo el motor eléctrico impulsa el vehículo, con cero emisiones. Al parar, el motor de combustión se apaga, no consumiendo combustible.

Vehículos Híbridos Enchufables (PHEV)

La evolución de los sistemas de baterías híbridos permitirán la conexión de los Vehículos Híbridos Enchufables (PHEV) para recorrer las primeras decenas de km de un viaje, a partir de energía obtenida de la red eléctrica.

¿Cómo se recargan los coches eléctricos?

En lugar de repostar combustible en una gasolinera, un coche eléctrico se enchufa a la red para recargar sus baterías. La recarga eléctrica puede hacerse en el garaje de casa con una toma convencional o con una de más potencia, reduciendo a la mitad el tiempo de carga. Otro modo de hacerlo es en los puntos públicos de recarga.

Dependiendo del modelo de coche eléctrico, los tiempos de carga oscilan entre 3 y 10 horas, dependiendo del tipo de recarga. Algunos modelos disponen de aplicaciones informáticas que pueden gestionar la recarga a distancia (programarla y aprovechar tarifas eléctricas más ventajosas, por ejemplo).

Otro sistema para tener las baterías cargadas es la sustitución de las mismas en el momento que se agotan. Con éste método, sustituimos en un centro especializado las baterías gastadas por unas a tope de carga, operación que tarda menos que una recarga.

Tipos de recarga del coche eléctrico

Punto de recarga convencional (230V)

La recarga eléctrica convencional aplica niveles de potencia que implican una carga con una duración de unas 8 horas aproximadamente.

La carga convencional emplea la intensidad y voltaje eléctricos del mismo nivel que la propia vivienda (16 A y 230 V). Esto implica que la potencia eléctrica que puede entregar el punto para este tipo de cargas es de aproximadamente 3,7 kW.

Con este nivel de potencia, el proceso de carga de la batería tarda unas 8 horas. Esta solución es óptima, fundamentalmente, para recargar el vehículo eléctrico durante la noche en un garaje. 

Recargar el coche eléctrico durante el período nocturno es más eficaz energéticamente, ya que es cuando menos demanda energética existe.

Recarga semi-rápida

La recarga semi-rápida aplica niveles de potencia que implican una carga con una duración de unas 4 horas aproximadamente.

La carga semi-rápida emplea 32 A de intensidad y 230 V de voltaje eléctrico. Esto implica que la potencia eléctrica que puede entregar el punto para este tipo de cargas es de aproximadamente 7,3 kW.

Esta solución es óptima, como en el caso de la recarga convencional, para recargar el vehículo eléctrico durante la noche en un garaje.

Recarga rápida

La carga rápida emplea una mayor intensidad eléctrica y, además, entrega la energíaen corriente continua, obteniéndose una potencia de salida del orden de 50kW. Así, utilizando la recarga rápida, en 15 minutos se puede cargar el 65% de la batería.

Esta solución es la que, desde el punto de vista del cliente, se asemeja a sus hábitos actuales de repostaje con un vehículo de combustión. Aún así, la recarga rápida debe ser concebida como extensión de autonomía o cargas de conveniencia.

Las exigencias a nivel eléctrico son mayores que en la recarga convencional. Por poner una referencia, la potencia requerida para este tipo de instalaciones es comparable a la de un edificio de 15 viviendas. Así, la recarga  rápida puede implicar la adecuación de la red eléctrica existente.

Ventajas del motor eléctrico en automóviles

Un motor eléctrico no quema combustibles durante su uso, por lo que no emite gases a la atmósfera.

Un motor eléctrico producido en serie es más compacto, más barato y mucho más simple que un motor de combustión interna. No necesita circuito de refrigeración, ni aceite, ni demasiado mantenimiento.

Prácticamente no hace ruido al funcionar y sus vibraciones son imperceptibles.

Funciona a pleno rendimiento sin necesidad de variar su temperatura. Al no tener elementos oscilantes, no necesita volantes de inercia ni sujeciones espaciales que lo aíslen del resto del coche. Al generar poco calor y no sufrir vibraciones su duración puede ser muy elevada.

Un motor eléctrico no necesita cambio de marchas, exceptuando un mecanismo para distinguir avance o retroceso, que bien puede ser la inversión de polaridad del propio motor.

Teóricamente un motor eléctrico puede desarrollar un par máximo desde 0 rpm, por lo que hace posible arrancar desde cero con una velocidad máxima.

Una vez que se elimina la caja de cambios y la refrigeración, se abre la posibilidad de descentralizar la generación de movimiento, situando un pequeño motor en cada rueda en lugar de uno “central” acoplado a una transmisión. Lo que puede suponer una nueva distribución del espacio del coche.

En cuanto a la eficiencia del motor eléctrico, ésta se sitúa alrededor del 90%. Por limitaciones termodinámicas un motor diesel se situaría en eficiencias de hasta un 40%, siendo éste superior a la eficiencia de un motor de gasolina.

Resulta sencillo recuperar la energía de las frenadas (o parte de ella) para recargar las baterías, porque un motor eléctrico puede ser también un generador eléctrico.

Otra gran ventaja del coche eléctrico es su proceso reversible. Esto quiere decir que de igual manera que carga su batería a través de la red eléctrica, el coche puede aportar también energía a la red eléctrica, de manera reversible. Este hecho se conoce como Vehicle 2 Grid .

Desventajas del motor eléctrico en automóviles

La principal desventaja y la más importante es la autonomía que tiene el coche eléctricosin conectarlo a la red. El hecho de que a los 100 o 120 kilómetros de viaje se tenga que recargar las baterías limita mucho a los usuarios. En cambio, con los motores de combustión el tiempo entre repostaje y repostaje es mucho más elevado.  Aún así las marcas de coches trabajan para aumentar la autonomía de sus modelos y cada vez nos encontramos modelos con más autonomía.

Otro inconveniente relacionado con la autonomía del vehículo es el tiempo de repostaje, ya que se requieren de horas para realizar una carga completa.

Además, las baterías eléctricas tienen fecha de caducidad, ya que se degeneran con el uso y empiezan a tener menor capacidad de carga.

La necesidad de carga de los coches eléctricos hace que exista más demanda de electricidad proveniente de microgeneradores o centrales eléctricas. A más demanda, más generación y más consumo de los recursos naturales.