Compilación a cargo de MSc. Mario Alberto Arrastía Avila

Los vehículos eléctricos tienen algunos elementos comunes que los diferencian de los que podríamos llamar vehículos “tradicionales”, que son propulsados exclusivamente por un motor de combustión interna. Para describirlos vamos a hacerlo abordando los diferentes sistemas y sus partes componentes: sistema de transmisión, sistema de frenado regenerativo, sistema regulador y sistemas auxiliares.

Sistema de transmisión.

Al igual que en cualquier otro vehículo la transmisión de los eléctricos se compone del motor eléctrico, diferencial, clutch o embragüe y caja de cambios. En el caso de los vehículos 100% eléctricos, los dos últimos elementos quedan descartados. Hay que especificar que en función de cuál sea el diseño del vehículo, este puede contar con uno o varios motores eléctricos y estos pueden ser de corriente alterna o continua. Dichos motores están asociados a un cargador el cual obtiene la energía eléctrica de la corriente alterna desde la fuente de alimentación (red eléctrica) para transformarla en corriente continua y llevar a cabo el proceso de carga de la batería. Todo auto necesita de una batería y aunque se puede acceder a una variedad de ellas en el mercado, las más utilizadas o ideales para los vehículos eléctricos son las de litio-ion. Lo que las hace más eficaces es que no poseen el llamado efecto “memoria”, pueden soportar muchos ciclos de carga y por tanto son duraderas. Dicha batería, donde se efectúa el almacenaje de la energía eléctrica alimenta a todo el auto. Si el motor es de corriente alterna, la batería irá conectada a un inversor.

El sistema de transmisión de los vehículos eléctricos tiene un solo cambio y no cinco como los autos que funcionan con motor de combustión interna. Esto se debe a que en el sistema de combustión las velocidades se multiplican por 36 veces y las revoluciones hasta seis. Los autos eléctricos tienen un mayor rango de revoluciones y por tanto mayor adaptabilidad al aumentar la velocidad, por eso no le hacen falta las marchas, que es lo que ayuda al vehículo a adecuarse a los distintos cambios de velocidad. Los vehículos eléctricos alcanzan mayores revoluciones, suben y bajan de éstas con mayor adaptabilidad y rapidez, no necesitan que el sistema de trasmisión invierta el movimiento, simplemente necesitan un inversor de corriente.

Sistema de Recuperación de Energía Cinética.

El frenado dinámico es el uso de un motor eléctrico de tracción como generador cuando se desacelera un vehículo como un auto eléctrico o una locomotora diesel-eléctrica. El frenado dinámico se llama "reostático" si la energía eléctrica generada durante el frenaje se convierte en energía térmica y se disipa en las resistencias de la rejilla de frenado. Por otro lado se denomina "regenerativo", si la energía eléctrica se devuelve a la línea de suministro de electricidad. El frenado dinámico reduce el desgaste de los componentes de frenado basados en la fricción y la regeneración en particular reduce además el consumo neto de energía.

El freno regenerativo se conoce técnicamente como Kinetic Energy Recovery System o Sistema de Recuperación de Energía Cinética (KERS, por sus siglas en inglés). Los frenos regenerativos, pueden ser definidos como dispositivos que sirven para reducir la velocidad de un vehículo mediante la transformación de la energía cinética en energía eléctrica. Esta última se almacena en un banco de baterías o de condensadores para ser utilizada posteriormente. Esta modalidad no genera emisión alguna a la atmósfera, más allá de la necesaria para generar la electricidad de carga que proviene de la red.

El freno regenerativo fue desarrollado en 1967 para el vehículo Amitron de American Motors Corporation (AMC, por sus siglas en inglés) y Gulton Industries. El Amitron funcionaba totalmente por baterías que eran recargadas por frenado regenerativo, lo que incrementaba el rendimiento del automóvil.

Sistema regulador.

El sistema regulador, también conocido como unidad de control del motor se encarga de regular la velocidad, par y dirección del motor. Este sistema es el que gestiona los flujos de corriente entre las baterías y el motor y lo hace de forma bidireccional pues envía energía al motor y al mismo tiempo es capaz de extraer energía en las fases de frenado regenerativo., En dependencia del tipo de motor utilizado, será un convertidor de corriente continua a corriente continua o de corriente continua a corriente alterna. Otros componentes de este sistema son el inversor, el rectificador, el transformador y el controlador.

El inversor es un dispositivo que convierte electricidad proveniente de una fuente de corriente continua, como una batería, en corriente alterna para mover el motor eléctrico a través de un sistema interruptor electrónico que hace que la corriente extraída de la batería cambie su polaridad cíclica y regularmente. El rectificador por su parte, hace lo opuesto al inversor, ya que convierte la corriente alterna originada en el motor cuando genera energía en corriente continua para almacenarla nuevamente en la batería.

Entre el motor y la batería hay una diferencia de voltaje importante debido a sus propias características. Generalmente, los motores eléctricos trabajan a unos 600 V, mientras que las baterías lo hacen a unos 200 V. Así que es necesario un sistema que rectifique y cambie las frecuencias. Aquí es donde entra a desempeñar su papel el transformador que además rectifica la corriente y la convierte en corriente continua. Finalmente tenemos el controlador. Este sistema computarizado recibe las “órdenes” del conductor cuando este acelera o frena y, con la ayuda de otros sensores, supervisa y coordina el funcionamiento de los elementos anteriores.

Sistemas auxiliares

Su función es proporcionar la energía necesaria en el arranque logrando el correcto funcionamiento de algunos elementos eléctricos. El sistema de aire acondicionado, que funciona de forma eléctrica y no mecánica como en los vehículos de combustión, el sistema de calefacción, la bomba de agua y la bomba de vacío son algunos de los elementos que componen los sistemas auxiliares.

¿Cómo funciona el Vehículo Eléctrico de Batería (BEV)?

Cuando el conductor pisa el pedal, el potenciómetro se activa y proporciona la señal que le dice al controlador cuánta potencia se supone que debe entregar. Hay dos potenciómetros de seguridad. El controlador lee el ajuste del pedal del acelerador de los potenciómetros, regula la energía, toma la energía de las baterías y la entrega al motor. El motor recibe la energía (con una tensión eléctrica) del controlador y usa esta energía para hacer girar la transmisión. Luego, la transmisión hace girar las ruedas y hace que el automóvil se mueva hacia adelante o hacia atrás. Si el conductor pisa el pedal del acelerador, el controlador entrega la tensión total de la batería al motor. Si el conductor quita el pie del acelerador, el controlador entrega cero Volt al motor. Para cualquier configuración intermedia, el controlador revisa la tensión de la batería, miles de veces por segundo para crear una tensión promedio entre cero y la tensión total de la batería.

¿Cómo funciona un vehículo híbrido?

Cuando el conductor pisa el pedal, el generador convierte la energía del motor en electricidad y la almacena en la batería. Luego, la batería proporciona energía al motor eléctrico. El motor de combustión interna y el motor eléctrico funcionan simultáneamente y cada uno proporciona energía al dispositivo de división de energía. El dispositivo de división de energía combina ambas potencias y la usa para hacer funcionar la transmisión. Luego, la transmisión hace girar las ruedas y propulsa el vehículo. El dispositivo de división de potencia se ubica entre los dos motores y junto con estos crea un tipo de transmisión continuamente variable.

La energía utilizada al frenar se convierte en electricidad y se almacena en la batería. Al frenar, el motor eléctrico se invierte de modo que, en lugar de usar electricidad para hacer girar las ruedas, las ruedas giratorias hacen girar el motor y generan electricidad. El uso de energía de las ruedas para hacer girar el motor reduce la velocidad del vehículo. Cuando se detiene el vehículo, el motor de gasolina y el motor eléctrico se apagan automáticamente para que no se desperdicie energía. La batería continúa alimentando sistemas auxiliares, como el aire acondicionado y las pantallas del tablero.