Los coches eléctricos han irrumpido con muchísima fuerza en los últimos años en el mercado, y la anatomía de un coche eléctrico es un tema candente en la actualidad. Está claro que es el futuro, a menos que los combustibles sintéticos mantengan con vida los motores de combustión. En cualquier caso, lo que está más que claro es que supone un cambio de paradigma en el sector, y por ello conviene despedazar un coche eléctrico para entender cómo funciona realmente.
Hace apenas media década veíamos como algo lejano lo que hoy en día se ha convertido en una realidad. Cada vez más, los fabricantes se esfuerzan por poner modelos eléctricos en sus gamas, presionados, en parte, por las duras normativas anticontaminación impuestas por los gobiernos. Por ejemplo, el hecho de que a partir de 2035 no se puedan vender coches de combustión en Europa (eso incluye todo tipo de coches híbridos) ha hecho a los fabricantes ponerse las pilas, nunca mejor dicho.
Como tecnología “nueva” que es, ha tenido que pasar por una fase de aceptación en la que se ha cuestionado si realmente son los coches eléctricos más ECO que los de combustión. Pero a día de hoy se ha impuesto como la alternativa de movilidad para el futuro. Así que, sin más, veamos cuál es la anatomía de un coche eléctrico.
El coche eléctrico, casi dos siglos de historia
Pese a que es algo que se empezó a poner de moda hace unos pocos años, no pensemos que el coche eléctrico es algo reciente. Realmente, si repasamos la historia nos daremos cuenta de que se trata de una idea con casi dos siglos de antigüedad. El primer coche eléctrico data de 1835 y fue construido por el profesor Sibrandus Stratingh. Sin embargo, este coche no contaba con baterías recargables, las cuales no llegaron hasta 1852 cuando Gaston Planté inventó la batería recargable de plomo y ácido.
Un motor de combustión que se encontraba en una etapa muy primaria de su desarrollo y la industrialización de la fabricación de baterías recargables en 1880 fue lo que impulsó al coche eléctrico. Para el 1900 el coche eléctrico dominaba las calles de las principales ciudades y tenían numerosas ventajas respecto a sus rivales con motores térmicos. No hacían ruido, no vibraban, no emitían gases…aunque tampoco corrían. Las autonomías también eran bastante limitadas, pero como la circulación se limitaba al centro de las ciudades tampoco había un gran problema.
Sin embargo, con el desarrollo de la red de carreteras –que cada vez permitía cubrir más distancia a velocidades superiores–, así como con el abaratamiento del combustible, los coches de gasolina empezaban a tener mayor protagonismo para finales de la primera década de 1900. Pero cuando Henry Ford consiguió producir en cadena el Ford Model T, el coche eléctrico perdió definitivamente la batalla. Tanto el coche como el combustible eran más baratos, y las limitaciones de los coches eléctricos de la época eran cada vez más evidentes.
Anatomía de un coche eléctrico
Paquete de baterías
No lo he comentado antes, pero en este caso estamos hablando de la anatomía de un coche eléctrico a baterías. Puede sonar de perogrullo, pero ten en cuenta que si tomamos la definición de coche eléctrico estamos metiendo también en el saco a los vehículos que funcionan con hidrógeno. En el caso de los coches eléctricos de baterías, estos disponen de dos tipos de baterías. Por un lado está la que alimenta al motor del coche, también conocida como batería de tracción, y por otro lado la que alimenta los sistemas auxiliares de 12 voltios, como las luces.
La de 12 voltios no tiene mucho misterio, ya que es la misma que lleva cualquier coche actual. Donde está la gracia es la que hemos llamado como batería de tracción. Existen diferentes tipos, aunque la más usada por los coches eléctricos comerciales es la de iones de litio (LiCoO2). En la mayoría de los casos el pack de batería completo está formado por varios módulos y la capacidad total se expresa en kW/h. A su vez, estos módulos están formados por cientos de pequeñas baterías que suman su voltaje.
Ahora bien, estas baterías tienen un enorme problema, su densidad energética. Tranquilo que el concepto es sencillo: hace referencia a cuánta energía es capaz de almacenar por unidad de peso. La densidad energética estándar actual en la baterías de ion-litio es de unos 250 Wh/kg, muy por debajo de los 11700 Wh/kg del diésel. Al final todo esto se traduce en que para recorrer la misma distancia necesitas 47 veces más de peso en baterías que en combustible.
En este sentido la industria y el sector automovilístico han de avanzar enormemente. Y todo ello pasa por las baterías de estado sólido. La ventajas de este tipo de baterías frente a las de iones de litio son enormes. Por un lado, tienen densidades energéticas muy superiores. Para el mismo peso y tamaño de batería, las sólidas tienen 4 o 5 veces más energía, lo que se traduce en 4 o 5 veces más autonomía. Pero es que, al no tener como electrolito un líquido inflamable (como sí tienen las de LiCo2) son más seguras y permiten voltajes de carga muy superiores. Con lo que la utopía de tener 500 Km de autonomía en 15 minutos de carga es factible.
Unidad de control
La unidad de control o unidad de distribución de potencia es uno de los elementos más importantes en un coche eléctrico. Su función es la de regular la velocidad de giro, el par entregado y la dirección de rotación del motor. Si el motor eléctrico está funcionando como propulsor, la energía de las baterías pasa hacia el motor a través de la unidad de control. Mientras que si el motor eléctrico está funcionando como generador regenerando la energía de las frenadas, la unidad de control es la encargada de direccionar la electricidad hacia la batería. Vamos, básicamente es un conversor bidireccional.
Inverter
Si podemos decir que la unidad de control es el cerebro del coche eléctrico, el inverter es el corazón. Si te suenan de algo las leyes de la electrónica sabrás que hay dos tipos de corrientes: corriente continua y corriente alterna. Pues bien, la batería siempre funciona con corriente continua, mientras que el motor eléctrico funciona siempre con corriente alterna trifásica. Para hacer que la energía de las baterías sea “compatible” con la energía que necesita el motor y viceversa, tenemos el inverter. Sencillamente se trata de un conversor de corriente continua a corriente alterna.
Cargador a bordo
El cargador a bordo funciona prácticamente con el mismo principio que el inverter. Normalmente un coche eléctrico se puede cargar tanto a corriente alterna (con el típico wallbox que podamos instalar en casa) como a corriente continua en un cargador rápido como el que puede haber en una electrolinera. Como te he dicho anteriormente, la batería solo admite corriente continua, por lo que si lo cargamos en casa es necesario convertir la corriente alterna que proporciona el wallbox en corriente continua que podamos meter a la batería. Y de esa operación se encarga el cargador de abordo.
El primer eslabón del cargador de a bordo es el conector de carga. Y en ese sentido hay varios estándares. De forma general existen dos tipos de conectores para carga de corriente alterna y otros dos para carga de corriente continua o carga rápida. Los de corriente alterna son los conocidos como mennekes tipo 1 y mennekes tipo 2, aunque el más empleado es el tipo 2. Este conector permite cargas monofásicas de hasta 16 A y trifásicas de hasta 63 A, lo que permite unas velocidades de carga de 3,5 kW y 44 kW, respectivamente.
Por su parte, los conectores de corriente continua son el Combo 2 y el ChadeMo. El Combo 2 no es más que un conector tipo mennekes al que se le añade un conector adicional para soportar la corriente continua. Permite cargas de hasta 350 kW de potencia. Por su parte, el ChadeMo tiene una disposición de pines completamente distinta. Permite cargas de hasta 100 kW con la ventaja añadida de que la carga puede ser bidireccional.
Motor eléctrico
Tranquilos, no me había olvidado del motor. La estructura y funcionamiento de un motor eléctrico es realmente simple. Consta de una parte fija o estator y una parte móvil o rotor en su interior. La electricidad que inducimos en el estator genera un campo magnético giratorio que hace moverse al rotor… et voilà, se genera el movimiento. Existen multitud de tipos de motores eléctricos, pero los más comunes son los motores de inducción y los de imanes permanentes.
Transmisión
En un coche eléctrico no hay una caja de cambios al uso como la tendríamos en un coche con motor térmico. Sencillamente un motor eléctrico es capaz de entregar el par de forma instantánea, por lo que no es necesario ningún elemento mecánico que haga de desmultiplicador. La potencia que sale del motor es la que llega a las ruedas. Ahora bien, como cualquier vehículo que necesite tomar curvas a cierta velocidad, el coche eléctrico necesita un elemento que haga de diferencial para hacer que las ruedas interiores giren menos que las ruedas exteriores.
Aún así, el Porsche Taycan incorpora una caja de transmisión de dos velocidades. Según los alemanes esto les sirve para imprimirle dos carácteres diferentes al coche. Por un lado, con lo que sería la primera marcha obtienen el máximo rendimiento en arranque, mientras que con la segunda velocidad se prioriza la eficiencia y a la optimización de la energía.
Flujo de energía
Desde el momento en el que conectamos nuestro coche eléctrico a un cargador o desde que lo encendemos, la energía va pasando de elemento en elemento para hacer que el coche se mueva. En un coche de combustión el combustible pasaría desde el depósito por la bomba de combustible, los inyectores, la cámara de combustión donde se transforma en trabajo y ese trabajo se emplearía para mover las ruedas.
Pues en un coche eléctrico es algo parecido. Una vez que conectamos el coche a un cargador, la corriente pasa a través del cargador a bordo en caso de que sea corriente alterna o va directamente a la batería en caso de ser corriente continua. Cuando el motor demanda energía, la corriente pasa desde la batería hacia la unidad de control, el inverter y finalmente al motor eléctrico. Cuando se está aprovechando la energía de la frenada regenerativa, el motor pasa a funcionar como un generador y la corriente hace el mismo camino, pero la inversa para recargar la batería.
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Si de pequeño Obélix se cayó a una marmita llena de poción mágica, yo me caí dentro de un gran bidón de gasolina. Desde entonces todo lo que lleve cuatro ruedas y se conduzca con un volante se ha convertido en mi gran pasión. Ahora tengo la suerte de poder compartirlo a través de HolyCars.