A medida que disminuyen los costos de fabricación(Se abre en una nueva ventana) y la infraestructura de carga mejora, los vehículos eléctricos (EV) se han convertido en una compra más atractiva para los conductores estadounidenses que buscan evitar los precios altísimos de la gasolina o mitigar el impacto ambiental de los vehículos que funcionan con gasolina. Pero, ¿cómo funcionan realmente?
Resumen
Los fundamentos de los coches eléctricos
2021 Audi Q5 55 TFSI E Quattro (Foto: Audi)
A diferencia de un vehículo típico con motor de combustión interna (ICE) que funciona con gasolina, los vehículos eléctricos no requieren una combustión explosiva a través del combustible quemado para generar la energía necesaria para moverse. En su lugar, utilizan la energía eléctrica almacenada en sus paquetes de baterías para hacer girar el motor (o motores) eléctrico conectado a las ruedas y hacer avanzar el automóvil. Como tal, los vehículos eléctricos tienen menos piezas móviles que un vehículo de gasolina y, por lo general, requieren menos mantenimiento, aunque actualmente tienen un costo inicial más alto.
Hay varios tipos diferentes de vehículos que podrían calificar como EV, un espectro de automóviles que van desde híbridos enchufables con pequeñas baterías suplementarias hasta vehículos completamente eléctricos que funcionan con baterías e incluso automóviles con celdas de combustible de hidrógeno.
La mayoría de los vehículos eléctricos que verá en la carretera hoy en día son híbridos como el Toyota Prius o vehículos totalmente eléctricos como el Tesla Model 3. Nos centraremos específicamente en cómo funcionan los vehículos totalmente eléctricos aquí.
La ciencia detrás de la batería
Interior del vehículo eléctrico (Imagen: Centro de datos de combustibles alternativos / Departamento de Energía de EE. UU.)
Cada EV tiene un paquete de baterías compuesto por grupos de baterías de iones de litio, o celdas, que suministran la energía necesaria para todo, desde mover el automóvil hasta hacer funcionar el aire acondicionado. También escuchará que esto se llama batería de tracción y, por lo general, se encuentra en la parte inferior del vehículo.
La batería de un automóvil eléctrico se carga de la misma manera que la batería de iones de litio de su teléfono celular, solo que en una escala mucho mayor. Lo conectas a la red a través de una toma de corriente o una estación de carga, y extrae energía hasta que se carga. La cantidad de energía que puede contener la batería de un EV dependerá de su capacidad, medida en kilovatios-hora (kWh). Cuanto mayor sea el número, mayor será la capacidad y más lejos podrá conducir ese vehículo eléctrico con una sola carga.
No todos los vehículos eléctricos tienen la misma batería. Ecualizador inteligente(Se abre en una nueva ventana) los modelos de Mercedes-Benz, por ejemplo, tienen una capacidad de batería de 16,7 kWh, lo que les da unas 60 millas(Se abre en una nueva ventana) de alcance con una sola carga. El Tesla Model S de largo alcance(Se abre en una nueva ventana), por otro lado, tiene una batería de 95kWh y un alcance estimado de 350 millas. La tecnología de baterías para vehículos eléctricos está en constante evolución, por lo que podríamos ver vehículos con mayor alcance y tiempos de recarga más cortos en el mercado en los próximos años.
A diferencia de la electricidad que proviene de un tomacorriente de pared típico, las baterías emiten energía de corriente continua (CC). Para generar fuerza de rotación, esa potencia debe convertirse en corriente alterna (CA). Ahí es donde entra en juego el diseño del motor de un vehículo eléctrico.
El diseño del motor
El motor eléctrico de un EV no tiene que presurizar y encender gasolina para mover las ruedas del automóvil. En su lugar, utiliza electroimanes dentro del motor alimentados por la batería para generar fuerza de rotación.
Dentro del motor hay dos juegos de imanes. Un conjunto está unido al eje que hace girar las ruedas del automóvil y el otro está dentro de la carcasa que rodea ese eje. Ambos conjuntos de imanes están cargados de modo que su polaridad sea la misma y se repelen entre sí. La fuerza de los imanes que se alejan uno del otro hace girar el eje, hace girar las ruedas y mueve el automóvil hacia adelante.
Para mantener un estado constante de repulsión entre los imanes, su polaridad debe cambiar constantemente a medida que gira el eje. De lo contrario, eventualmente rotarían de regreso a un punto donde se atraerían en lugar de repelerse entre sí y se bloquearían en su lugar. La alimentación de CA hace esto automáticamente, alternando constantemente entre positivo y negativo. Pero dado que la energía de la batería de un EV es CC, se necesita un dispositivo llamado inversor para seguir cambiando la polaridad de los imanes.
El inversor de un EV cambia la polaridad rápidamente, alrededor de 60 veces por segundo, para mantener la fuerza de rotación. Un convertidor de CC separado(Se abre en una nueva ventana) se utiliza para dirigir la energía a otros sistemas del vehículo (calefacción, infoentretenimiento e iluminación) que no requieren corriente alterna. El controlador puede cambiar la frecuencia de la corriente enviada al motor, y cuanto mayor sea la frecuencia, más frecuentemente cambia la polaridad. Esto genera más fuerza de rotación, o par, y hace girar las ruedas más rápido.
El arte de cargar
Cargador para vehículos eléctricos ChargePoint Home Flex
Con los autos a gasolina, llenas el tanque y te vas. Con los EV, hay tres niveles diferentes de estaciones de carga en los EE. UU., desde el más lento (nivel 1) hasta el más rápido (nivel 3).
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Nivel 1 Los cargadores son típicos, enchufes de pared de 120 voltios, y son más útiles en casas privadas donde puede cargar energía durante la noche. Es lento: se agrega una carga de 8 horas(Se abre en una nueva ventana) unas 40 millas de alcance; una carga completa puede tardar 20 horas o más.
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Nivel 2 las estaciones aumentan hasta 240 voltios y generan entre 10 y 25 kW para una carga completa en unas ocho horas. Esto los convierte en la solución común para cargar durante la noche en casa o en lugares como hoteles. Las estaciones Tesla de nivel 2 se conocen como cargadores de destino(Se abre en una nueva ventana) (frente a los supercargadores). Si no tiene el enchufe adecuado, será necesario instalar una toma de corriente de 240 voltios o una estación de carga doméstica para recargar un vehículo eléctrico en su casa.
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Nivel 3 Las estaciones de carga rápida de CC (DCFC) brindan la mayor cantidad de energía; pueden cargar la batería de un vehículo eléctrico hasta alrededor del 80 % en unos 30 minutos. Ofrecen 50kW en promedio, aunque hay algunos que canalizan aún más energía a la batería, como los supercargadores de Tesla.
Estación de supercargador Tesla de nivel 3 en Beaver, Utah, con carga de hasta 250 kW. (Foto: Chloe Albanesius)
hay algo de debate(Se abre en una nueva ventana) sobre si usar estaciones de carga rápida de nivel 3 todo el tiempo puede tener un efecto nocivo en la batería de su EV. el jurado aún está fuera(Se abre en una nueva ventana) en ese; por ahora, probablemente debería usar lo que tenga más sentido para usted según el lugar donde vive y lo que puede pagar.
La mayoría de los vehículos eléctricos vienen con un cable de alimentación que se puede enchufar en las estaciones de carga de nivel 1 y nivel 2, los dos niveles de carga más comunes que encontrará. Los Tesla también vienen con un adaptador que se puede usar en estaciones que no sean de Tesla (los cargadores móviles ya no están incluidos). La mayoría de las estaciones de carga públicas tendrán un grupo de puertos de conexión que entregan energía de nivel 2 y 3.
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En lugar de agotar la batería y llenarla de una vez, muchos conductores de vehículos eléctricos recargan la batería mientras el vehículo está estacionado durante todo el día, en el trabajo, haciendo mandados o en el gimnasio. Esto evita que la batería pierda demasiada carga a lo largo del día y significa menos tiempo cargando el vehículo o sentado en una estación de carga.
Los vehículos eléctricos también vienen con un sistema de frenado regenerativo que aprovecha la energía cinética al detener el automóvil y canaliza parte de ella de regreso al paquete de baterías para almacenarla como energía eléctrica. Esto no recargará totalmente su vehículo eléctrico, pero puede hacerlo mucho más eficiente en las circunstancias adecuadas.
¿Hasta dónde puede llegar un vehículo eléctrico con una carga?
Lucid Air Grand Touring tiene un alcance estimado de 516 millas (Foto: Lucid Motors)
La preocupación más común de EV es la ansiedad de rango. ¿Un vehículo eléctrico obtendrá el mismo kilometraje con una carga que un automóvil de gasolina con el tanque lleno? La respuesta es, depende.
El rango promedio de EV en el momento de escribir este artículo es de 200-250 millas(Se abre en una nueva ventana) con una sola carga, según datos agregados por Electric Vehicle Database. Pero los extremos superior e inferior del espectro varían ampliamente, desde 50 millas hasta más de 300 (el Lucid Air promete(Se abre en una nueva ventana) más de 500 millas). Múltiples variables pueden afectar ese rango, tanto en el momento como durante la vida útil del vehículo.
Tesla Model 3 cargándose en un Phoenix Supercharger. (Foto: Chloe Albanesius)
El tamaño de la batería de un vehículo eléctrico es uno de los factores más importantes cuando se trata de la autonomía. Pero sea cual sea su capacidad, la autonomía de un EV puede verse reducida por la conducción continua en carretera, las frecuentes aceleraciones rápidas, el uso excesivo de la carga rápida, las condiciones climáticas extremas y el envejecimiento natural con el tiempo.
Los autos eléctricos modernos son bastante competitivos con los vehículos de gasolina, y lo son cada vez más cada año. Su autonomía ya es comparable a la de un coche de gasolina en promedio, y la infraestructura de carga es lo suficientemente abundante en muchas áreas como para que los vehículos eléctricos se estén convirtiendo en una opción viable para los conductores que buscan vehículos de bajas emisiones. Los vehículos eléctricos tienen algunos problemas que resolver y no nos salvarán del cambio climático por sí solos, pero pueden ser parte de un movimiento integral más amplio para repensar el transporte y construir alternativas más ecológicas.
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