Los motores de los coches eléctricos funcionan de manera diferente a los motores de combustión interna que se encuentran en los vehículos tradicionales. La mecánica es la siguiente:
1. Energía eléctrica almacenada en la batería
La fuente de energía de un coche eléctrico es una batería recargable, generalmente una batería de iones de litio, que almacena la electricidad. Esta batería suministra corriente continua (DC) para alimentar el motor eléctrico.
2. Inversor: Conversión de energía
La electricidad almacenada en la batería se convierte en corriente alterna (AC) por medio de un inversor, ya que la mayoría de los motores eléctricos funcionan con corriente alterna. Este inversor también controla la frecuencia y amplitud de la electricidad para regular la velocidad y el par motor del motor.
3. Motor eléctrico: Generación de movimiento
El motor eléctrico convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Hay varios tipos de motores eléctricos utilizados en coches eléctricos, siendo los más comunes los motores de inducción de corriente alterna (AC) y los motores síncronos de imanes permanentes.
En un motor de corriente alterna, la electricidad produce un campo magnético giratorio en el estator (la parte estacionaria del motor). Este campo magnético interactúa con el rotor (la parte móvil), lo que genera un par que hace que el rotor gire y, por lo tanto, impulsa el vehículo.
4. Transmisión directa
A diferencia de los coches con motor de combustión interna que requieren una caja de cambios para variar la velocidad, muchos coches eléctricos utilizan una transmisión directa. Esto significa que el motor está conectado directamente a las ruedas del coche. La capacidad de control de velocidad del motor eléctrico elimina la necesidad de múltiples engranajes.
5. Regeneración de energía
Frenado regenerativo: Durante la desaceleración o frenado, el motor eléctrico puede funcionar en modo inverso, actuando como un generador que convierte la energía cinética del vehículo en energía eléctrica. Esta energía se devuelve a la batería, aumentando la eficiencia general del sistema.
6. Control electrónico
Unidad de control: Un sistema de control electrónico (ECU) gestiona la energía suministrada al motor, optimizando el rendimiento y la eficiencia. Este sistema también coordina el funcionamiento del inversor, el motor y el sistema de regeneración.
Mantenimiento de los coches eléctricos
Motores más sencillos, menos piezas, por tanto, menos mantenimiento. En comparación con un motor de combustión interna, en un motor eléctrico se prescinde de:
-Cilindros y pistones: El motor eléctrico no necesita cilindros ni pistones, los cuales son esenciales en un motor de combustión para generar movimiento a través de la quema de combustible.
-Cigüeñal: El cigüeñal, que convierte el movimiento lineal de los pistones en movimiento rotativo, no es necesario en un motor eléctrico.
-Válvulas y tren de válvulas: En un motor de combustión, las válvulas controlan la entrada y salida de los gases, pero en un motor eléctrico no existen estas partes.
-Bielas: Las bielas, que conectan los pistones al cigüeñal, también se eliminan.
-Sistema de escape: Los coches eléctricos no producen gases de escape, por lo que no necesitan un sistema de escape, incluyendo el colector de escape, el convertidor catalítico y el silenciador.
-Sistema de inyección de combustible: No hay necesidad de inyectores, bombas de combustible, ni de un tanque de combustible, ya que no se utiliza combustible.
-Sistema de refrigeración complejo: Los motores de combustión necesitan un sistema de refrigeración complejo (radiador, bomba de agua, termostato, etc.) para manejar el calor generado. Los motores eléctricos generan menos calor y suelen requerir un sistema de enfriamiento mucho más simple o incluso ninguno.
-Transmisión con múltiples engranajes: Los motores eléctricos entregan su par de manera instantánea, eliminando la necesidad de una transmisión de múltiples velocidades en la mayoría de los casos. La transmisión de un vehículo eléctrico suele ser mucho más simple.
-Sistema de embrague: Los coches eléctricos no requieren un embrague, ya que no necesitan cambiar de marcha de la misma manera que un coche con un motor de combustión.
-Motor de arranque y alternador: El motor eléctrico no requiere un motor de arranque separado ni un alternador para generar electricidad.
Un motor eléctrico incorpora componentes ausentes en un motor de combustión tales como:
Batería de iones de litio: Esta es la principal fuente de energía en un coche eléctrico, almacenando la electricidad necesaria para alimentar el motor. Estas baterías son específicas y mucho más grandes que la batería de 12V usada en vehículos de combustión.
Inversor:
Inversor: Convierte la corriente continua (DC) de la batería en corriente alterna (AC) para alimentar el motor, y también puede convertir la AC de vuelta a DC durante el frenado regenerativo para recargar la batería.
Motor eléctrico:
Motor eléctrico: Es el dispositivo principal que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Dependiendo del diseño, puede ser un motor de inducción o un motor síncrono de imanes permanentes.
Unidad de control electrónico (ECU): Una unidad electrónica que gestiona la entrega de energía al motor, optimizando su funcionamiento para diferentes condiciones de conducción.
Cargador de a bordo: Este componente convierte la corriente alterna (AC) que se suministra desde una estación de carga en corriente continua (DC) para recargar la batería.
Sistema de frenado regenerativo: Permite que el motor funcione como generador durante la desaceleración, recapturando la energía cinética y almacenándola en la batería.
Sistema de refrigeración de la batería: Aunque los motores eléctricos generan menos calor, las baterías necesitan ser mantenidas a una temperatura óptima, por lo que algunos vehículos eléctricos incluyen un sistema de refrigeración específico para las baterías.
Ventajas de un coche eléctrico
Menor impacto ambiental: Los coches eléctricos no emiten gases de escape como los vehículos de combustión interna, lo que contribuye a reducir la contaminación del aire en ciudades y áreas urbanas.
Eficacia: Los motores eléctricos son mucho más eficientes que los motores de combustión interna, con eficiencias típicas del 85-95% en comparación con el 20-30% de los motores de gasolina o diésel.
Par instantáneo: Los motores eléctricos pueden proporcionar el par máximo instantáneamente desde cero RPM, lo que permite una aceleración rápida sin necesidad de cambiar de marcha.
Menor mantenimiento: Debido a que los motores eléctricos tienen menos piezas móviles, requieren menos mantenimiento que los motores de combustión interna.
Conducción más suave y silenciosa: Al no haber un motor de combustión que genere explosiones internas, los coches eléctricos ofrecen una experiencia de conducción mucho más suave. Son mucho más silenciosos, lo que mejora la calidad de vida, especialmente en zonas urbanas con tráfico intenso.
Limitaciones y desventajas de un coche eléctrico
-Autonomía limitada: Aunque la autonomía de los coches eléctricos ha mejorado, aún es inferior a la de muchos vehículos de combustión interna. Dependiendo del modelo, pueden ofrecer entre 200 y 500 km de autonomía por carga, lo que puede no ser suficiente para viajes largos sin una planificación adecuada.
-Infraestructura de recarga limitada: Aunque la infraestructura de recarga está mejorando, sigue siendo más limitada en comparación con la red de gasolineras. En muchas áreas, especialmente en zonas rurales o fuera de grandes ciudades, puede ser difícil encontrar estaciones de carga.
Además, a pesar de que la carga rápida está disponible en algunos puntos, aún toma más tiempo recargar un coche eléctrico (puede tomar de 30 minutos a varias horas) en comparación con llenar el depósito de gasolina en unos pocos minutos.
-Coste inicial elevado: Los coches eléctricos suelen ser más caros que sus equivalentes de combustión interna debido al coste de las baterías y las tecnologías involucradas. Sin embargo, este precio puede compensarse con el tiempo por los ahorros en combustible y mantenimiento.
-Degradación de la batería: Las baterías de los coches eléctricos, aunque duraderas, se degradan con el tiempo y el uso. Después de varios años, la capacidad de la batería puede disminuir, lo que reduce la autonomía del vehículo. Reemplazarlas puede ser costoso.
–Impacto ambiental de las baterías: La fabricación de baterías, especialmente de iones de litio, tiene un impacto ambiental significativo debido a la extracción de minerales como el litio, cobalto y níquel. Además, el reciclaje de baterías al final de su vida útil es un desafío tecnológico y ecológico que aún no está completamente resuelto.
-Dependencia de la red eléctrica: Dado que los coches eléctricos dependen totalmente de la electricidad, un corte en el suministro eléctrico puede afectar la capacidad de recargarlos.
Si bien los coches eléctricos son más eficientes, la electrificación masiva del transporte puede ejercer una mayor demanda sobre las redes eléctricas, lo que podría requerir mejoras en la infraestructura de generación y distribución.
-Menor eficiencia en climas extremos: Las baterías de los coches eléctricos son sensibles a temperaturas extremas, especialmente al frío. En climas fríos, la autonomía puede reducirse significativamente debido a la menor eficiencia de la batería y el mayor uso de calefacción. Las altas temperaturas también pueden afectar el rendimiento y la vida útil de las baterías.
Coches híbridos
Los coches híbridos se dividen principalmente en dos categorías: híbridos enchufables (PHEV, por sus siglas en inglés) y no enchufables (HEV, por sus siglas en inglés). Ambos tipos de vehículos combinan un motor de combustión interna con uno o más motores eléctricos, pero difieren en cómo utilizan y recargan sus baterías.
1. Coches Híbridos No Enchufables (HEV)
Los híbridos no enchufables, o simplemente híbridos, utilizan tanto el motor de combustión interna como el motor eléctrico para propulsar el vehículo, pero no se pueden recargar mediante una conexión a una fuente de energía externa. En su lugar, dependen de la energía generada a bordo para cargar la batería.
Arranque y baja velocidad: En situaciones de baja demanda de potencia, como arrancar desde una parada o conducir a baja velocidad, el vehículo puede funcionar únicamente con el motor eléctrico. Esto ayuda a ahorrar combustible y reducir las emisiones.
Aceleración y velocidad constante: Cuando se requiere más potencia, como durante la aceleración o a velocidades más altas, el motor de combustión se activa para complementar el motor eléctrico. Ambos motores pueden trabajar juntos para proporcionar una mayor potencia.
Regeneración de energía: Los híbridos no enchufables utilizan el frenado regenerativo para recargar la batería. Durante la desaceleración o el frenado, el motor eléctrico actúa como generador, convirtiendo la energía cinética en energía eléctrica que se almacena en la batería.
Recarga interna de la batería: La batería también se recarga a través del motor de combustión, ya sea durante la conducción o en ralentí, utilizando el generador del vehículo.
Funcionamiento combinado o en paralelo: Dependiendo del diseño, el vehículo puede funcionar en modo eléctrico, en modo de combustión, o en un modo híbrido donde ambos motores funcionan simultáneamente para optimizar la eficiencia y el rendimiento.
Autonomía limitada en modo eléctrico: Los HEV suelen tener una autonomía eléctrica muy limitada, generalmente solo unos pocos kilómetros, ya que las baterías son pequeñas y están diseñadas principalmente para mejorar la eficiencia de combustible en lugar de ofrecer una conducción puramente eléctrica.
No requieren ser conectados a una fuente de energía externa para recargar la batería.
2. Coches Híbridos Enchufables (PHEV)
Los híbridos enchufables tienen una configuración similar a los HEV, pero con baterías más grandes que se pueden recargar tanto a través del frenado regenerativo como mediante una conexión a una fuente de energía externa, como una toma de corriente o una estación de carga.
Arranque y conducción en modo eléctrico: Los PHEV pueden funcionar en modo totalmente eléctrico (EV) durante distancias más largas que los HEV, gracias a sus baterías de mayor capacidad. Esto significa que, en trayectos cortos, pueden operar únicamente con energía eléctrica sin consumir combustible.
Modo híbrido: Cuando la batería se agota o se necesita más potencia, el motor de combustión interna entra en acción. Al igual que en los HEV, el motor de combustión puede funcionar solo, junto con el motor eléctrico, o simplemente cargar la batería.
Recarga externa: La principal diferencia con los HEV es que los PHEV pueden enchufarse a una toma de corriente para recargar la batería. Esto permite que la batería se cargue completamente, ofreciendo una mayor autonomía en modo eléctrico.
Regeneración de energía: Al igual que en los HEV, los PHEV también utilizan el frenado regenerativo para recargar la batería durante la conducción.
Mayor autonomía en modo eléctrico: Los PHEV pueden tener una autonomía eléctrica que varía generalmente entre 20 y 80 km o más, dependiendo del modelo, lo que permite realizar muchos trayectos diarios sin utilizar el motor de combustión.
Requieren recarga externa: Para aprovechar plenamente su capacidad eléctrica, los PHEV deben ser recargados regularmente a través de una fuente de energía externa.
Versatilidad: Ofrecen la flexibilidad de funcionar como un coche eléctrico para trayectos cortos y como un híbrido convencional para viajes largos, eliminando la ansiedad por la autonomía que puede existir en vehículos eléctricos puros.
