Debido a los grandes problemas ambientales, la congestión de las ciudades, sus elevados índices de contaminación, y el nuevo marco energético de España, el vehículo eléctrico está tomando un especial protagonismo en nuestras conversaciones diarias.
¿Cómo funciona un coche eléctrico?
Desde Letter Ingenieros, vamos a intentar explicar de una forma clara y sencilla cómo funciona un coche eléctrico. Para ello, nos centraremos en sus dos partes fundamentales: el motor eléctrico y la batería.
Conceptos básicos
Lo primero que tenemos que entender es el concepto de corriente, así como los dos tipos de corriente que tenemos, continua y alterna. La corriente es básicamente el flujo de electrones a través de un medio conductor como por ejemplo un cable. En función de la cantidad de flujo tenemos más o menos amperios (A), que es como se mide la intensidad o corriente eléctrica. Para que los electrones se muevan es necesario un diferencial de potencial (Voltios), así como un río necesita una diferencia de altura para que corra el agua.
Si el flujo de electrones es más o menos constante y en un único sentido, de un polo a otro, hablamos de corriente continua. En cambio, si el flujo cambia cada cierto tiempo (ciclo), tendremos corriente alterna. En España estos ciclos son de 50 Hz, es decir el sentido cambia 50 veces por segundo.
Normalmente usaremos la corriente continua para pequeños aparatos electrónicos hasta unos 24V. La corriente alterna la usamos para más voltaje, por ejemplo en casa nos llegan 230V en monofásica (una fase) y 400V si tuviéramos un suministro en trifásica (tres fases). Usamos corriente alterna porque a diferencia de la continua se puede aumentar o disminuir su voltaje fácilmente en transformadores. Si queremos mover energía eléctrica a gran distancia lo haremos aumentando su voltaje a costa de disminuir su intensidad de forma que tendremos menos pérdidas (Ley de Ohm). La gran ventaja de la corriente continua es que la podemos almacenar, de forma química, por ejemplo en una batería, después veremos cómo. De esta forma funciona nuestro móvil.
El aparato que convierte la corriente alterna en continua se llama fuente de alimentación, mientras que el que convierte la continua en alterna se llama inversor.
El producto de la corriente (A) por la tensión (V) nos da la potencia que se mide en Watios (W), bueno esto no es del todo así, pero nos puede valer por ahora. No confundir la potencia en W con la energía que se mide en Wh. La energía es el producto de la potencia por el tiempo.
Hemos resumido al máximo para hacerlo claro y sencillo, no obstante, si tienes dudas en estos conceptos puedes ponerte en contacto con nosotros para que ampliemos dichos fundamentos.
Batería de Tracción
Es una de las partes más importantes de un coche eléctrico. No confundir con la batería de servicio que es la de 12 ó 24V que tenemos actualmente y que alimenta las luces, radio, etc…
La batería de tracción es un conjunto de celdas que almacenan energía eléctrica continua en forma química. La energía eléctrica la obtenemos de un enchufe externo (en casa o en la vía pública donde ya sabemos que es energía alterna), pero a la batería tiene que llegar en modo continua así que usamos una fuente de alimentación (conocido como cargador).
El BMS monitoriza el estado de carga y descarga de cada celda, digamos que es el que realiza el control de la batería. Es muy útil para gestionar por ejemplo la carga rápida. Aquí lo que hacemos es llevar cada celda hasta el 80-90% de su capacidad dejando el resto libre. En una batería lo que más tiempo lleva es el llenado por completo de la celda y la carga rápida hace uso de este tema.
Motor eléctrico vs combustión
Gracias a Nikola Tesla en 1893, hoy disponemos de los motores de corriente alterna, una sencilla forma de convertir energía eléctrica en mecánica. Gracias a la energía mecánica podemos mover las ruedas de un coche pasando previamente por el eje de transmisión.
Un motor eléctrico no es más que recinto donde se tiene un estator (parte fija) y un rotor (parte móvil). En función del tipo de motor tendremos unos imanes que al pasar un corriente eléctrica crean unos campos electromagnéticos que mueven el rotor. Lo bueno de esto es que invirtiendo en ciclo el motor puede actuar como generador y pasar energía mecánica en eléctrica. Esto se usa para almacenar energía en la batería aprovechando las frenadas y bajadas.
La mayoría de los coches eléctricos funcionan con un motor de corriente alterna trifásica. Desde la batería, donde sabemos que tenemos energía continua, necesitamos un inversor para pasarla a alterna. En función de la energía que pasa por el motor tenemos más o menos revoluciones (RPM) y por tanto potencia. Por curiosidad comentar que podemos llegar a 15.000 ó 20.000 RPM. La máxima potencia en un eléctrico se obtiene desde el momento inicial ya que tenemos el par máximo.
Un motor de combustión (los de toda la vida) en vez de electricidad funciona mediante la combustión de un combustible (gasolina, gasóleo, gas…) en un motor de explosión-compresión en unos pistones. El principal problema es que como subproducto de la reacción se generan unos gases que en función del combustible son más o menos contaminantes.
Un motor eléctrico es mucho más pequeño que uno de combustión y con muchas menos piezas. Además tenemos mucha menos fricción de piezas y por tanto menos mantenimiento. La curva de potencia en un motor eléctrico es lineal y tenemos toda la potencia disponible al inicio, sin embargo, en combustión tenemos poca potencia a bajas revoluciones. Esto provoca que en un eléctrico no necesitemos caja de cambios.
