INTRODUCCIÓN AL VEHÍCULO ELÉCTRICO Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ÍNDICE DE CONTENIDOS 1. CONCEPTOS GENERALES ............................................................................ 5 2. CLASIFICACIÓN DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS ....................................... 6 2.1. Vehículos híbridos eléctricos (HEV) .......................................................................... 6 2.1.1. Vehículos híbridos en serie ................................................................................. 7 2.1.2. Vehículos híbridos en paralelo ............................................................................ 9 2.1.3. Vehículos híbridos enchufables (PHEV) ............................................................. 12 2.1.4. Vehículos híbridos no enchufables .................................................................... 13 2.1.5. Vehículos Mild Hybrids (Híbridos suaves) .......................................................... 14 2.1.6. Ventajas y desventajas de las diferentes configuraciones híbridas .................... 17 2.2. Vehículos eléctricos (EV) ........................................................................................ 18 2.2.1. 3. Comparativa de los EVs con respecto al resto de tecnologías ............................ 19 DISPOSICIÓN DEL SISTEMA DE TRACCIÓN EN LOS EV .............................. 21 __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 3 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 4 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 1. CONCEPTOS GENERALES Hasta hace pocos años, la fuente de energía utilizada en los vehículos ha sido el motor de combustión interna (MCI). Los diseños actuales del vehículo eléctrico están encaminados a reducir parcial o totalmente la participación del motor de combustión como fuente de energía. Un vehículo de cero emisiones (VCE), también popularmente conocido por sus siglas en inglés como ZEV (Zero Emissions Vehicle), es un vehículo que no emite sustancias contaminantes a través del tubo de escape, generadas por la fuente de propulsión a bordo del vehículo. Hay día de hoy, la industria del sector de automóvil trabaja en dos tipos de vehículos eléctricos: Vehículos híbridos eléctricos (HEV - Hybrid Electric Vehicle) Vehículos eléctricos puros (EV - Electric Vehicle) __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 5 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2. CLASIFICACIÓN DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS 2.1. VEHÍCULOS HÍBRIDOS ELÉCTRICOS (HEV) El funcionamiento de un vehículo híbrido (HEV - Hybrid Electric Vehicle) se basa en la combinación de dos tipos de motores, uno eléctrico y otro convencional (motor combustión interna) a través de un sistema de control híbrido y de un pack de baterías. En general, un vehículo híbrido funciona como uno convencional al que se le ha unido un motor eléctrico. La misión de este motor eléctrico es: Ayudar al motor de combustión cuando se precise una mayor potencia Impulsar él solo al vehículo (con el motor de combustión desconectado) cuando la potencia requerida sea pequeña, por ejemplo, en condiciones favorables de conducción. Los vehículos híbridos están equipados con un motor de combustión interna (ICE), un motor eléctrico (normalmente de imanes permanentes), un generador eléctrico y un pack de baterías. En casi el 100% de los casos, el ICE se trata de un motor de encendido por chispa (es decir, a gasolina) debido a que son más económicos (tanto el coste del propio motor, como el coste de mantenimiento) y debido a que poseen unas emisiones contaminantes inferiores a los motores de encendido por compresión (Diesel). Estos motores de encendido por chispa se configuran por medio de un sistema de inyección directa y funcionan siguiendo un ciclo Atkinson o Miller. No obstante, hoy en día, los motores de encendido por compresión han alcanzado unos niveles de emisiones tan bajos que compiten en igualdad de condiciones con los motores de encendido por chispa, aunque siguen siendo más caros que los de gasolina, con lo que son escasos los fabricantes que ofrecen versiones híbridas con motores diésel. A la hora de diseñar un vehículo híbrido, es muy importante definir cuál será su autonomía en modo 100% eléctrico. A día de hoy, casi todos los vehículos híbridos ofrecen una autonomía en modo 100% eléctricos de en torno a 50km WLTP. Dentro de los vehículos híbridos, se puede distinguir entre dos categorías desde el punto de vista del sistema de tracción: Vehículos híbridos en serie Vehículos híbridos en paralelo Vehículos Mild Hybrid (híbridos suaves) Y en otras dos categorías, desde el punto de vista de la carga de la batería: Vehículos híbridos enchufables (PHEV) Vehículos híbridos no enchufables (HEV) __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 6 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.1.1. VEHÍCULOS HÍBRIDOS EN SERIE El vehículo es impulsado únicamente por el motor eléctrico gracias a la energía eléctrica suministrada por un generador, el cual se acciona por medio de un motor de combustión interna (ICE en inglés ó MCI en español). La batería actúa como acumulador de la electricidad (energía) y, cuando está cargada, permite la desconexión temporal del motor de combustión (por tanto, el generador no estaría generando energía eléctrica), de forma que el vehículo puede impulsarse de manera totalmente eléctrica (es decir, el motor eléctrico de tracción es alimentado únicamente por la batería). Figura 1.- Vehículo híbrido – Configuración en serie La salida mecánica del motor de combustión interna (el cigüeñal) se conecta directamente a un generador de energía eléctrica. La energía eléctrica así generada se emplea para cargar la batería y para alimentar el motor eléctrico de tracción, el cual mueve las ruedas del vehículo. Hay seis diferentes modos posibles de funcionamiento en un HEV en serie: Modo solo batería: el motor de combustión interna (ICE) está apagado, con lo que el motor eléctrico de tracción es alimentado únicamente por la batería. Modo motor independiente: el motor eléctrico de tracción es alimentado únicamente por la energía generada por el generador eléctrico (movido por el ICE). Modo mixto: tanto el generador como la batería proporcionan energía al motor eléctrico de tracción. Modo de reparto de potencia: el generador puede repartir la energía generada en alimentar el motor de tracción y en cargar la batería (siempre que el motor no demande toda la potencia eléctrica generada por dicho generador, pasando entonces a modo mixto). Modo de carga estacionaria: con el motor eléctrico de tracción apagado, toda la energía producida por el generador se emplea en cargar la batería. __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 7 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Modo de frenado regenerativo: se aprovecha la energía obtenida por el motor eléctrico de tracción durante el proceso de frenado del vehículo, para cargar la batería. Actualmente, son varios los fabricantes que ofrecen modelos híbridos en serie, como puede ser Ford Transis Custom PHEV, BMW i3 Rex, Nissan Note e-Power, … A continuación, se comparan dos conceptos completamente diferentes de vehículos híbridos en serie: Ford Transit Custom PHEV vs BMW i3 REx. En el caso del Ford, el pack de baterías es pequeño, con lo que el motor de combustión tendrá una participación casi permanente en la tracción. En cambio, el BMW es un vehículo eléctrico, al que se le acopla un pequeño motor de combustión unido a un generador, para disponer de un extra de autonomía en caso de agotarse la batería. Ford Transit Custom PHEV BMW i3 REx • Autonomía de 50km sólo en eléctrico • Motor de gasolina tricilíndrico de 1000cc (120CV) que actúa a modo de generador para aumentar la autonomía hasta 500km • Motor eléctrico de 92kW (123CV) • Depósito de combustible de 54L • Pack de baterías de 13,60kWh • Autonomía de eléctrico • Range Extender (REx) • Motor de gasolina bicilíndrico de 650cc (34CV) que actúa a modo de generador para aumentar la autonomía hasta 300km • Motor eléctrico de 125kW (170CV) • Depósito de combustible de 9L • Pack de baterías de 33,80kWh 200km sólo en __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 8 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.1.2. VEHÍCULOS HÍBRIDOS EN PARALELO En los vehículos híbridos con arquitectura en paralelo. tanto el motor de combustión (ICE) como el motor eléctrico de tracción (MET) trabajan simultáneamente para impulsar las ruedas del vehículo. El sistema de tracción no es excesivamente complejo mecánicamente en esta arquitectura, puesto que el MET simplemente trabaja en paralelo con el motor de combustión. Esto, supone, una notable simplificación a la hora de desarrollar una hibridación por parte de cualquier fabricante. Este tipo de vehículo son conocidos también con la denominación de Full Hybrid. Dentro de esta categoría, se distinguen dos morfologías: Híbridos en paralelo convencionales (Single-Axle) Híbridos en paralelo de ejes separados (TTR – Through The Road) Híbridos en paralelo convencionales (Single-Axle) Este tipo de vehículos, poseen el motor de combustión interna (ICE) y el motor eléctrico de tracción (MET) acoplado al eje de accionamiento final de las ruedas a través de embragues o por medio de un engranaje epicicloidal. Esta configuración es la que emplean casi todos los fabricantes hoy en día en sus modelos híbridos. Figura 2.- Vehículo híbrido – Configuración en paralelo (Single Axle) Ejemplos de modelos que emplean esta configuración son: Toyota Prius, BMW 330e, Kia Niro,… __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 9 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Hay seis diferentes modos posibles de funcionamiento en este tipo de hibridación: Modo solo motor eléctrico: el motor de combustión interna (ICE) está apagado, el vehículo es impulsado solamente por el motor eléctrico de tracción (MET). Modo solo motor de combustión interna: vehículo es propulsado únicamente por el motor de combustión interna (ICE). El MET está apagado. Modo mixto: tanto el ICE y el MET impulsan al vehículo. Modo de reparto de potencia: el ICE reparte su potencia en impulsar el vehículo y en alimentar el motor eléctrico de tracción (funcionando éste como generador de energía). De esta manera, es posible cargar la batería mientras se conduce. Modo de carga estacionaria: con el motor eléctrico desconectado del sistema de tracción, toda la energía producida por el motor eléctrico (que actuaría como generador movido por el motor de combustión) se emplea en cargar la batería. Modo de frenado regenerativo: se aprovecha la energía obtenida por el motor eléctrico de tracción durante el proceso de frenado del vehículo, para cargar la batería. Híbridos en paralelo de ejes separados (TTR – Through The Road) En este tipo de hibridación, se mantiene en el eje delantero el motor de combustión y la caja de cambios original de vehículo, mientras que además se ensambla un motor eléctrico en el eje trasero. Este tipo de hibridación también se denomina Axle Split Parallel Hybrid De esta manera, tanto el motor de combustión como el motor eléctrico proporcionan tracción al vehículo de forma paralela y, a diferencia del tipo de hibridación Single-Axle, de forma completamente independiente el uno del otro. Figura 3.- Vehículo híbrido – Configuración de ejes separados __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 10 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Ejemplos de modelos que emplean esta configuración son: BMW X5 PHEV, Peugeot 3008, Volvo XC90,… Hay cinco diferentes modos posibles de funcionamiento en este tipo de hibridación: Modo solo motor eléctrico: el motor de combustión interna (MCI) está apagado, el vehículo es impulsado solamente por el motor eléctrico de tracción (MET). Modo solo motor de combustión interna: el vehículo es propulsado únicamente por el motor de combustión interna (MCI). El MET está apagado. Modo mixto: tanto el MCI como el MET impulsan al vehículo. Modo de reparto de potencia: el MCI reparte su potencia en impulsar el vehículo y en alimentar el motor eléctrico de tracción (funcionando éste como generador de energía). De esta manera, es posible cargar la batería mientras se conduce. Modo de carga estacionaria: con el motor eléctrico en modo generador y el motor de combustión impulsando el vehículo, toda la energía producida por el motor eléctrico (como consecuencia de moverse el vehículo) se emplea en cargar la batería. Modo de frenado regenerativo: se aprovecha la energía obtenida por el motor eléctrico de tracción durante el proceso de frenado del vehículo, para cargar la batería. A continuación, se realiza una comparación entre un vehículo híbrido en paralelo tipo Single-Axle (Kia Niro PHEV) y otro tipo TTR (Peugeot 3008 PHEV). Kia Niro PHEV Peugeot 3008 PHEV • Autonomía de 58km sólo en eléctrico • Autonomía de 56km sólo en eléctrico • Motor de gasolina de 1,6L (ciclo Atkinson) de 103CV • Motor de gasolina de 1,6L (ciclo Miller) de 180CV • Motor eléctrico de 60CV • Motor eléctrico de 110CV • Potencia máxima 141CV • Potencia máxima 225CV • Pack de baterías de 8,90kWh • Pack de baterías de 13,20kWh • Depósito de combustible de 43L • Depósito de combustible de 43L __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 11 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.1.3. VEHÍCULOS HÍBRIDOS ENCHUFABLES (PHEV) Este tipo de vehículos híbridos enchufables (PHEV - Plug-in Hybrid Electric Vehicle), ya sean híbridos en serie o en paralelo, poseen una batería preparada para ser cargada, además de por medio del generador eléctrico instalado en el propio vehículo (accionado por el ICE) o bien por medio del motor eléctrico de tracción (funcionando como generador en frenadas regenerativas), mediante su conexión con la red eléctrica exterior (en un edificio, en una estación de recarga, …) Figura 4.- Vehículo híbrido enchufable (PHEV) Para poder conectar la batería a la red eléctrica exterior es imprescindible el empleo de un componente adicional: el cargador (charger). Este componente debe estar instalado en el propio vehículo (por ese motivo se le denomina cargador on-board) cuando se realizan cargas en corriente alterna. Figura 5.- Cargador on-board __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 12 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.1.4. VEHÍCULOS HÍBRIDOS NO ENCHUFABLES Este tipo de vehículos (híbridos en serie o en paralelo) poseen una batería que no está preparada para ser cargada por medio de su conexión con una red eléctrica exterior. Realmente, no es la batería la que imposibilita la carga desde una red eléctrica exterior, sino que el sistema eléctrico del vehículo no posee instalado la interfase necesaria para poder realizar dicha conexión con la red. Figura 6.- Vehículo híbrido no enchufable (HEV) Muchos fabricantes los denominan como HEV (sin la P de Plug-In) y otros los definen como Hybrid. La ventaja de este tipo de configuración es que el usuario no se ve afectado por la hibridación del vehículo (ya que no necesita cargarlo). La desventaja es que sólo se puede aprovechar al máximo la autonomía en modo 100% eléctrico cuando el pack de baterías esté completamente cargado, cosa que no sucede de forma habitual. En general, se puede decir que, este tipo de hibridación favorece los consumos en ámbito urbano (en comparación con su equivalente en combustión), pero suele penalizar el consumo en autovía y autopista, así como sus prestaciones en términos de potencia total disponible. La decisión acerca de tener o no un vehículo enchufable le corresponde al fabricante, en la primera fase de diseño del vehículo. __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 13 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.1.5. VEHÍCULOS MILD HYBRIDS (HÍBRIDOS SUAVES) Otro tipo de hibridación muy recurrente por parte de los fabricantes, son los llamados Mild Hybrids o Híbridos Suaves. Su acrónimo suele ser MHEV. Este diseño parte de un vehículo de combustión (diésel o gasolina), y se sustituye el alternador por un motor/generador eléctrico bastante más grande y que trabaja a 48V (en general). El esquema general de este tipo de vehículos, se muestra a continuación: Figura 7.- Vehículo Mild Hybrid Este motor/generador adquiere diversas denominaciones en función del fabricante, siendo las más habituales las siguientes: BSG = Belt Starter Generator MGU = Motor/Generator Unit BAS = Belted Alternator Starter Ejemplos de este tipo de hibridación, lo podemos encontrar en el Audi A3 Sportback 35 TFSI, Volvo V60 (que ofrece versiones en diésel y gasolina),… Este motor/generador se puede situar en una zona similar a donde se encontraba originalmente el alternador (hay que tener en cuenta que tendrá un tamaño considerablemente más grande) o bien, se puede integrar dentro de la caja de cambios (de forma similar a las cajas híbridas de Toyota, de Ford,… en las configuraciones de híbridos en paralelo). __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 14 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ La tecnología Mild Hybrid opera de la siguiente manera: Figura 8.- Funcionamiento de un Mild Hybrid Como ejemplo, se detallan las características técnicas de esta hibridación en el Audi A3 Sportback 35 TFSI. Figura 9.- Audi A3 Sportback 35 TFSI Motor 1.5L TFSI turboalimentado de: • Potencia 150CV • Par máximo de 250Nm @ 1500rpm • Aceleración de 0 a 100km/h en 8,40s • Velocidad máxima de 224km/h • Consumo WLTP 5,60L/100km o Reducción 0,40L/100km como consecuencia de implementar una hibridación Mild Hybrid __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 15 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ La tecnología Mild Hybrid en este modelo consta de un circuito de 48VDC y un motor eléctrico (BAS) de 9kW (12CV) & 50Nm. Figura 10.- Belted Alternator Starter (Audi A3 Sportback 35 TFSI) Los objetivos de este motor/generador en una hibridación suave, son los siguientes: • Ayuda al motor de combustión (MCI) en el arranque o Hace la función de motor de arranque (en algunos vehículos, se mantiene el motor de arranque convencional de 12V, pero se alimenta desde la batería de "alta") o Cuando el motor MCI está frío, el motor eléctrico ayuda a mover el vehículo sin que sufra tanto el MCI • En situaciones en la que se demande un extra de par (por ejemplo, en un adelantamiento), el motor eléctrico proporciona al MCI ese par durante un tiempo determinado o El motor eléctrico trabaja en paralelo con el motor, aumentando el par de salida del cigüeñal o En algunos modelos, se emplea un turbo eléctrico alimentado por la batería de "alta" para dotar al vehículo de más par en bajas revoluciones y con una respuesta mucho más rápida que un turbo centrífugo convencional. • Cuando no se usa como motor, se emplea como generador eléctrico (aprovechando la energía cinética de una frenada o una desaceleración para cargar la batería de "alta"). o De esta manera se libera al MCI de alimentar el circuito de 12V (esto implica eliminar el alternador convencional, ya que es el propio motor eléctrico es que actúa como tal) o Es decir, todo el sistema de 12V procede de la batería de "alta" o Así se reduce el consumo de combustible y, por tanto, las emisiones de CO2 de media un 15% (esta es la razón por la cual se le dota de la tarjeta ECO) __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 16 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.1.6. VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS DIFERENTES CONFIGURACIONES HÍBRIDAS Vehículos híbridos en serie Permite situar el conjunto motor de combustión + generador de manera independiente de la posición del motor eléctrico de tracción, con lo que se pueden ocupar mejor los espacios (buscando un reparto adecuado de masas en el vehículo). El motor de combustión interna (ICE) posee una eficiencia mucho mayor que en el caso de un hibrido en paralelo, ya que está dimensionado para trabajar únicamente conectado a un generador, con lo que se puede regular para que trabaje en su punto de máxima eficiencia durante ciclos muy largos. Como el vehículo sólo es impulsado por el motor eléctrico, éste se encuentra limitado en prestaciones por la cantidad de energía que la batería es capaz de suministrar. Por otro lado, debe tener el tamaño adecuado para ser capaz de suministrar por si mismo las prestaciones requeridas por diseño (en este caso no dispone de la ayuda para la tracción del vehículo de un motor de combustión). Vehículos híbridos en paralelo La principal ventaja de los vehículos híbridos en paralelo frente a los en serie, es que el híbrido paralelo dispone de dos dispositivos de propulsión, el ICE y el motor eléctrico de tracción, que puede gestionar de la forma deseada. Otra ventaja importante es que, al poder trabajar conjuntamente en la propulsión del vehículo el motor de combustión y el motor eléctrico, el tamaño de ambos resulta más pequeño que respecto a los vehículos híbridos en serie. Esta última diferencia implica que la batería puede ser más pequeña. La desventaja fundamental de este tipo de configuración frente a la de en serie, es que las prestaciones máximas del vehículo dependen del estado de la batería. De esta manera, sólo se pueden alcanzar cuando la batería está cargada al 100%. Esto implica que, en la práctica, es necesario sobredimensionar el motor de combustión para que sea capaz de compensar (aunque no en su totalidad) una prestación disminuida de la parte de tracción eléctrica. __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 17 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.2. VEHÍCULOS ELÉCTRICOS (EV) Se trata de vehículos en los que el sistema de tracción está formado por un conjunto de motores eléctricos, alimentados exclusivamente a través de una batería (pack de baterías) instaladas en el propio vehículo. Este tipo de vehículos se denominan eléctricos puros, ya que no existe otra fuente de energía que no sea la eléctrica (no poseen un motor de combustión interna). Su autonomía depende exclusivamente de la capacidad del pack de baterías. Por tanto, deben ser necesariamente enchufables para poder realizar la carga de la batería. Figura 11.- Vehículo eléctrico (EV) __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 18 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 2.2.1. COMPARATIVA DE LOS EVS CON RESPECTO AL RESTO DE TECNOLOGÍAS Con respecto a un vehículo dotado de un motor de combustión: El vehículo eléctrico (EV) tiene las siguientes ventajas: La generación de par en un motor eléctrico es muy rápida y precisa. El tiempo de respuesta del motor es de sólo unos pocos milisegundos (entre 10-100 veces más rápido que un motor de combustión interna). Respecto al par, un motor eléctrico posee una entrega de par total desde un régimen de giro muy bajo, lo que permite unas prestaciones en aceleración inmensamente superiores a las que proporciona un ICE. El sistema de frenado regenerativo permite frenar el vehículo sin casi la necesidad de accionar el sistema de frenos de servicio (hidráulico) del vehículo, lo que significa un ahorro considerable en desgaste y mantenimiento de este sistema, así como obtener una respuesta más rápida, que permite mejorar el rendimiento del ABS y TCS (control de tracción). Por otro lado, un alto grado de regeneración significa que el vehículo es muy sensible al movimiento del pedal del acelerador. Un vehículo eléctrico tiene la alternativa de colocar un motor eléctrico en cada rueda, ya sea en ambas ruedas de un único eje motriz o en las cuatro ruedas (obteniendo una tracción 4x4). Esto proporciona la posibilidad de tener un control de estabilidad basado en el control y regulación del par motor (torque vectoring), sin que tenga que actuar el sistema ABS. Un motor eléctrico es más simple y fiable que un motor de combustión interna. La eficiencia de un motor eléctrico se sitúa por encima del 90%, siendo la de un ICE entorno al 30-35%. En cambio, posee las siguientes desventajas: Las prestaciones del motor eléctrico dependen completamente de la batería. Por un lado, la batería debe ser capaz de suministrar la energía eléctrica suficiente para aprovechar el 100% de la potencia disponible del motor eléctrico (en muchos casos, las prestaciones de la batería no permiten aprovechar en su totalidad las prestaciones del motor eléctrico). Y, por otro lado, la batería debe ser capaz de suministrar esa máxima energía durante un tiempo limitado, disminuyendo esas prestaciones energéticas a medida que desciende la carga de la batería. Esto significa que el vehículo va perdiendo prestaciones a media que disminuye la carga de la batería. Aunque el peso de un motor eléctrico suele ser inferior al de un ICE y considerando que en algunas ocasiones no es necesario la existencia de una caja de cambios (incluso del diferencial), el peso del pack de baterías para obtener una autonomía similar al vehículo de combustión penaliza mucho el peso del vehículo eléctrico. Debido a que el motor trabaja con tensiones elevadas (superiores a 60V, siendo en general, cercanas a los 400V), es necesario disponer de medios específicos que eviten la existencia de riesgo eléctrico, tanto para los usuarios del vehículo, como para el personal técnico de los talleres. __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 19 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ En la imagen siguiente, se muestra una comparativa acerca de la eficiencia energética de un vehículo eléctrico frente a uno similar de combustión: Figura 12.- Comparativa sobre la eficiencia energética de un EV frente a uno similar de combustión En dicha comparativa se tiene en cuenta las pérdidas sufridas durante la generación de energía eléctrica en una central (térmica, nuclear, eólica, …) o bien durante el refino del combustible, así como las ocurridas durante su transporte hasta los centros de distribución. Si no se tuvieran en consideración dichas pérdidas y se aislara únicamente la eficiencia de los propios motores, el eléctrico sale ganando claramente, al poseer más del 90% de eficiencia. Pero, resulta evidente que, a la hora de comparar ambas tecnologías, es imprescindible tener en consideración la eficiencia en su generación, así como las emisiones contaminantes provocadas por dicha generación de energía eléctrica, que más tarde cargará las baterías de un EV. Con respecto a un vehículo híbrido (HEV): Los vehículos híbridos poseen una eficiencia mayor que los similares de combustión, como consecuencia de la existencia de un motor eléctrico de tracción. También se reconoce que, a día de hoy, los HEV tienen mayor aceptación por parte del usuario final frente a los vehículos eléctricos puros alimentados con baterías (EV). Sin embargo, toda la energía utilizada en los HEV con la estrategia de funcionamiento de la batería de carga continua (CS) proviene de la quema de combustibles fósiles. Desde el punto de vista del medio ambiente y de la oferta de energía, los vehículos eléctricos (EV) tienen ciertas ventajas sobre los HEV: Los EV poseen cero emisiones dispersas (es decir, como tal el EV no contamina en la zona en la que se desplaza). Independencia respecto de los combustibles fósiles Bajo coste de operación y de mantenimiento. Por el contrario, las principales desventajas de los EV son la carga de la batería y el tiempo de carga de la misma. __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 20 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 3. DISPOSICIÓN DEL SISTEMA DE TRACCIÓN EN LOS EV Un vehículo eléctrico (EV) posee el sistema de tracción formado únicamente por motores eléctricos. En un vehículo de combustión existen tres alternativas mayoritariamente usadas por los fabricantes, a la hora de situar el sistema de tracción: Vehículo con tracción delantera y motor delantero Figura 13.- Tracción delantera con motor delantero transversal __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 21 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Vehículo con tracción trasera y motor delantero Figura 14.- Tracción trasera con motor delantero longitudinal Vehículo con tracción 4x4 y motor delantero Figura 15.- Tracción 4x4 con motor delantero longitudinal __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 22 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Un vehículo eléctrico puede tener cualquier configuración en cuanto al número de ejes/ruedas motrices y respecto a la posición de su o sus motores. Aunque se explicará con el detalle en el tema específico de motores eléctricos, actualmente en el mercado se comercializan dos tipos fundamentales: Motor eléctrico central Motor eléctrico convencional que normalmente se acopla a una caja de cambios y, por medio de un diferencial, conecta con las ruedas motrices del eje delantero o del eje trasero. En algunos vehículos, se dispone de un motor central para el eje delantero y otro motor, para el eje trasero. Figura 16.- Tracción eléctrico central en eje delantero Figura 17.- Detalle de un motor eléctrico central __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 23 de 24 Edición 3 Formación Vehículo Eléctrico Introducción al Vehículo Eléctrico ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Motor eléctrico en rueda Son motores que se acoplan directamente a la rueda de un vehículo y, por tanto, mueven única y exclusivamente dicha rueda. Con este tipo de motores es posible configurar sistemas de tracción delantero, trasero o 4x4. Figura 18.- Tracción eléctrica en rueda (configuración 4x4) Figura 19.- Detalle de un motor eléctrico en rueda (in-wheel motor) __________________________________________________________________________________________________________ David Alonso Lorenzo Página 24 de 24 Edición 3
