Tecnología del vehículo eléctrico autónomo (resumen)
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Un vehículo de baterías es una máquina eléctrica muy sencilla que está formada básicamente por un motor eléctrico, una batería para almacenar la energía y un controlador electrónico que regula la gestión de esta energía. Otro elemento importante en esta tecnología es el cargador de la batería que puede encontrarse integrado en el vehículo o puede ser un sistema externo. En la transmisión puede incorporar cambio de marchas pero generalmente se prescinde de este elemento y la transmisión es directa.
. Esquema de los componentes principales de un VE
El principal componente en el desarrollo de vehículos eléctricos es la batería. Aunque recientemente se ha producido un importante desarrollo tecnológico en este campo, todavía siguen apareciendo retos en relación a la mejora y desarrollo de la tecnología. A corto plazo, se espera que los vehículos híbridos tengan un importante papel en el desarrollo de vehículos puramente eléctricos propulsados sólo por baterías.
Actualmente, la tecnología de las baterías ofrece una menor autonomía que los motores de combustión interna y tienen un coste mayor.
Baterías
En los últimos años, el desarrollo tecnológico referente a baterías y a sistemas de almacenamiento energético han creado el clima ideal para el desarrollo mundial de vehículos de baterías. Los materiales más utilizados en las baterías recargable de vehículos eléctricos son el plomo-ácido, níquel cadmio, níquel metal-hidruro, ion-litio y menos comúnmente, zinc-aire y sales fundidas. Las baterías de litio-fosfato de hierro son actualmente unas de las variantes más prometedoras de vehículos eléctricos de baterías debido a su bajo peso, alta densidad de energía y la falta de problemas fuera de control que han afectado a baterías de iones de litio de ordenadores portátiles.
Plomo y ácido. Tradicionalmente, la mayoría de los vehículos eléctricos han utilizado baterías de plomo-ácido, debido a su tecnología madura, alta disponibilidad y bajo costo (excepción: algunos EVs del principio, como el eléctrico de Detroit, utilizaba níquel-hierro.) Al igual que todas las baterías, éstas tienen un impacto ambiental a través de su construcción, uso, disposición o reciclado. Por contra, las tasas de reciclado alcanzan el 95% en los Estados Unidos. Las baterías de plomo de ciclos profundos son caras y tienen una vida más corta que el propio vehículo, por lo general necesitan un reemplazo cada 3 años.
Las baterías de plomo en aplicaciones de EV suponen una parte importante (25% -50%) de la masa final del vehículo. Al igual que todas las baterías, tienen una densidad de energía significativamente menor que los combustibles derivados del petróleo, en este caso de 30-40 Wh/kg. Si bien la diferencia no es tan extrema como parece a primera vista debido a necesitar una transmisión más ligera en un EV, incluso los mejores baterías tienden a llevar una mayor masa cuando se aplica a vehículos con una autonomía normal. El rendimiento del 70-75% y la capacidad de almacenamiento de la actual generación de baterías de plomo-ácido de ciclo profundo disminuye con bajas temperaturas, y la energía desviada para activar un circuito de calentamiento reduce la eficiencia resultando finalmente en un rendimiento de incluso el 40%. Los avances recientes en la eficiencia de la batería, capacidad, materiales, seguridad, toxicidad y durabilidad, es probable que permitan mejorar estas características que se aplicarían en el coche eléctrico.
La carga y funcionamiento de las baterías típicamente resulta en la emisión de hidrógeno, oxígeno y azufre, que ocurre de forma natural y que normalmente son inofensivos si el lugar está bien ventilado. Las baterías de plomo han sido re-diseñadas por Firefly Energy y aumentó su vida útil, la densidad de energía ligeramente, y la densidad de potencia considerablemente. Las baterías de plomo alimentaron a EVs modernos tales como las versiones originales de los EV1(General Motors) y el RAV4EV(Toyota).
Nickel metal hydride. Las baterías de níquel-metalhidruro se consideran ahora una tecnología relativamente madura. Aunque menos eficiente (60-70%) en la carga y descarga que incluso las de plomo-ácido, cuentan con una densidad de energía de 30-80 Wh/kg, mucho más alto que las de plomo-ácido. Cuando se utilizan correctamente, las baterías de níquel-metalhidruro pueden tener vidas excepcionalmente largas, como se ha demostrado en su uso en vehículos híbridos y los supervivientes de NiMH RAV4EVs que aún funcionan bien después de 160.000 km y más de una década de servicio.
Como desventajas se cuentan la baja eficiencia, una alta auto-descarga, ciclos de carga muy meticulosos, y el pobre desempeño en tiempo frío. GM Ovonic ha producido las baterías de NiMH utilizadas en la segunda generación de EV-1, y Cobasys hace una batería casi idéntica (diez 1.2 V NiMH 85 Ah en serie en contraste con once celdas por batería de Ovonic). Esto funcionó muy bien en el EV-1.
Zebra. Las baterías de sodio o “Zebra” utilizan una sal fundida como electrolito (cloroaluminato de sodio NaAlCl4). En ocasiones, esta química es también referida como "sal caliente". Como tecnología relativamente madura, la batería Zebra cuenta con una densidad de energía de 120 Wh/kg y una resistencia serie razonable. Dado que la batería debe ser calentada para su uso, el clima frío no afecta en gran medida a su funcionamiento, excepto en el aumento de los costos de calefacción. Se han utilizado en varios vehículos eléctricos.
Las zebras pueden durar unos pocos miles de ciclos de carga y no son tóxicas. Las desventajas de la batería Zebra incluyen las bajas densidades de potencia (<300 W/kg) y el requisito de tener que calentar el electrolito a ~270°C, lo que desperdicia energía y presenta algunas dificultades en el almacenamiento a largo plazo de forma independiente.
Ion-litio. Las baterías de ion-litio, litio-polímero y similares, ampliamente conocidas a través de su uso en ordenadores portátiles y electrónica de consumo, dominan el grupo más reciente en el desarrollo de vehículos eléctricos. La química tradicional del ion-litio implica un cátodo de óxido de litio-cobalto y un ánodo de grafito. De esto se derivan unas densidades de energía remarcables de 200 Wh/kg, buenas densidades de potencia y rendimientos de carga y descarga de entre el 80 y el 90%.
Las principales desventajas del litio-ion son ciclos de vida cortos (de cientos a unos miles de ciclos de carga) y la degradación significativa con la edad. El cátodo es también algo más tóxico. Además, las baterías de ion-litio tradicionales puede suponer un riesgo de seguridad por incendios si se perforan o se cargan incorrectamente. La madurez de esta tecnología es moderada. El Tesla Roadster utiliza láminas de baterías tradicionales de ion-litio como las de los portátiles que pueden ser reemplazadas individualmente, según sea necesario.
. Batería de A123 con 7 celdas de litio-hierro fosfato y sus controles electrónicos
La mayoría de EVs actuales están utilizando las nuevas variaciones en la química del ion-litio que sacrifica la densidad de energía para suministrar densidades de potencia extremas, resistencia al fuego, menores riesgos de contaminación ambiental, cargas muy rápidas (hasta cuestión de minutos) y ciclos de vida más largos. Estas variantes (fosfatos, titanatos, espinelas, etc.) han demostrado que tienen una vida útil mucho más larga, como la marca A123 que espera que su batería de litio- fosfato de hierro dure por lo menos 10 años y más de 7.000 ciclos de carga, y LG Chem que espera de sus baterías de litio-manganeso espinela duren hasta 40 años.
Tesla Roadsters
Gran parte del trabajo que se está haciendo sobre las baterías de iones de litio se lleva a cabo en el laboratorio. El litio-óxido de vanadio ya ha hecho su aparición en el prototipo de Subaru G4e, duplicando la densidad de energía. Nanocables de silicio, las nanopartículas de silicio, y nanopartículas de estaño prometen incrementar varias veces la densidad de energía en el ánodo, mientras que cátodos de materiales compuestos también prometen mejoras significativas de densidad. En 2009, Mitsubishi (i-MIEV) y Subaru (Stella), presentaron vehículos eléctricos que ofrecen estas tecnologías para venta al público.
La mayoría de las baterías de litio utilizadas tradicionalmente en los vehículos eléctricos emplean una batería de litio-cobalto-óxido (LiCoO2) como material del cátodo. También se emplean otros cátodos como son el litio-óxido de manganeso (LiMn2O4) como de litio-óxido de níquel (LiNiO2). Los ánodos se fabrican comúnmente de carbono. Sin embargo, estas baterías de litio tienen la desventaja principal de carga y descarga lenta.
Litio-hierro-fosfato (LiFePO4). La batería de cátodo LiFePO4 mejora la velocidad de carga y descarga, así como la capacidad de almacenar la energía. Y debido a que se deriva de la tecnología de ion-litio, las baterías de LiFePO4 heredan muchas de las ventajas y desventajas de la química del ion-litio. Por ejemplo, las baterías de LiFePO4 puede proporcionar una corriente de descarga mayor.
Además, el LiFePO4 es un material catódico intrínsecamente más seguro que el LiCoO2. El enlace Fe-PO es más fuerte que el enlace Co-O, por lo que cuando se abusa de la batería (en cortocircuito, sobrecalentamiento, etc.), los átomos de oxígeno son mucho más difíciles de eliminar.
Las roturas pueden ocurrir bajo calor extremo, por lo general más de 800°C. Sin embargo, las baterías LiFePO4 no tienen las mismas fugas térmicas que las que presentan las baterías de LiCoO2. Las pilas LiFePO4 también tienen las mejores características de seguridad, con capacidad de hasta 2000 ciclos de carga/descarga.
La tecnología del LiFePO4 tiene algunas desventajas en comparación con otros tecnologías de ion-litio. La tensión mínima de descarga de la célula es de 2,8 V, la tensión de trabajo es de 3,0 a 3,3 V y la tensión máxima de carga es de 3,6 V. Convencionalmente la carga de las baterías de ion se realiza a una tensión de 4,2 V. Además, la densidad de energía del LiFePO4 es menor que el de las baterías de LiCoO2, por lo que requiere un mayor desarrollo para mejorar esta característica. Sin embargo, las baterías LiFePO4 tienen un coste potencialmente más bajo que sus homólogos basados en el litio.
Ultracondensadores o supercondensadores. Los condensadores almacenan energía como campo eléctrico, lo cual los hace más eficientes que las baterías estándares, que obtienen su energía a partir de reacciones químicas. Los supercondensadores son pilas de almacenamiento basadas en condensadores que suministran estallidos rápidos y masivos de energía instantánea aportando un empuje extra en la aceleración cuando circulan y cuando suben cuestas.
Sin embargo, los supercondensadores necesitan mucho más espacio que las baterías para almacenar la misma carga. Su capacidad para almacenar la energía mucho más rápido que las baterías también los hace especialmente adecuados para aplicaciones de frenado regenerativo. La nueva tecnología en desarrollo podría hacer ultracondensadores con alta densidad de energía, suficiente como para ser un sustituto atractivo para las baterías en los vehículos eléctricos e híbridos, con carga rápida y estabilidad frente a cambios de temperatura.
Los ultracondensadores se utilizan en algunos vehículos eléctricos, como el prototipos AFS Trinity, para almacenar la energía rápidamente disponible, con su alta densidad de potencia, con el fin de mantener las baterías dentro de los límites de calentamiento por resistencia y prolongar así la vida de la batería. La Ultrabattery combina un supercondensador y una batería en una sola unidad, creando un vehículo eléctrico donde la batería dura más, cuesta menos y es más potente que las tecnologías actuales utilizadas en los vehículos eléctricos híbridos.
La FIA, el organismo rector de muchos eventos de carreras de motor, se propone en el reglamento marco para la Fórmula 1 un nuevo conjunto de normas que incluye una transmisión híbrida de hasta 200 kW de potencia de entrada y salida utilizando "superbaterías" constituídas por dos baterías y supercondensadores.
Motores
Dadas las características de estos vehículos, resulta imprescindible emplear motores eléctricos que posean elevado rendimiento, alta densidad de potencia, buena capacidad de sobrecarga durante breves períodos, alto par motor a bajas velocidades, rango de velocidades de funcionamiento extendido y costo razonable.
Los motores más utilizados son el motor de corriente continua, el motor de inducción con rotor en jaula de ardilla, el motor síncrono de imanes permanentes (existen diversas tipologías en función de la disposición de los imanes) y el motor de reluctancia variable.
Cada una de estas alternativas presenta ventajas y desventajas, privilegiando en cada caso alguno de los aspectos relacionados con las prestaciones generales del vehículo. Por consiguiente, ninguna de las alternativas logra imponerse como la más recomendable. Por otro lado, el motor debe ir acorde con el accionamiento en su conjunto, es decir, el convertidor estático a emplear, la capacidad de las baterías y el nivel de tensión disponible, entre otras variables.
Las características que deben poseer los motores empleados para la propulsión de VE pueden resumirse de la siguiente manera:
· Alta densidad de potencia con el fin de minimizar el volumen ocupado por los motores y reducir el peso adicional que debe transportar el VE.
· Alto par motor a bajas velocidades con el fin de lograr una rápida aceleración y disponer de alta capacidad para superar pendientes.
· Amplio rango de variación de velocidad.
· Baja inercia para lograr respuestas rápidas ante cambios en la velocidad.
· Alto rendimiento en todo el rango de velocidades con el fin de poder superar requerimientos adicionales durante breves períodos.
· Costo razonable.
Para este tipo de aplicaciones resulta conveniente utilizar accionamientos que permitan extender la velocidad por encima del valor nominal. De este modo, el motor puede funcionar hasta su velocidad nominal proporcionando par motor constante y a partir de dicha velocidad, reducir el par manteniendo la potencia constante. Este modo de funcionamiento puede alcanzarse con motores de corriente continua y con motores de inducción mediante el debilitamiento de campo a partir de la velocidad nominal.
Se presenta una descripción de las máquinas eléctricas utilizadas para tracción en los modelos comerciales más importantes de VE. A continuación se hace una breve referencia de cada uno de estos motores desde una perspectiva orientada hacia su utilización.
Zona de funcionamiento de un motor
Motor de Corriente Continua (MCC). Si bien ofrece un control de velocidad simple y se adapta perfectamente a las características de par motor indicadas en la figura, su rendimiento es muy bajo y la presencia del conmutador limita la capacidad de sobre carga y la velocidad máxima y exige mayor atención en el mantenimiento.
Motor de Inducción (MI). Los motores de inducción con jaula de ardilla presentan ventajas tales como robustez, bajo mantenimiento, alta confiabilidad y bajo costo. Accionados mediante inversores con control vectorial ofrecen buenas prestaciones para velocidad variable y pueden funcionar con debilitamiento de campo en la zona de potencia constante.
Las técnicas de control de velocidad de estos motores han alcanzado un nivel de madurez tal que las hace confiables. Sin embargo, estos motores presentan bajo rendimiento y bajo factor de potencia, y por ende un bajo factor de utilización del inversor. A medida que se incrementa su velocidad por encima de la nominal, el rendimiento se reduce aún más.
Motor Síncrono de Imanes Permanentes (MIP). A partir del desarrollo de imanes de alta energía como los obtenidos mediante aleaciones de neodimio, hierro y boro (NdFeB) es posible construir motores síncronos en los que la excitación se obtiene del magnetismo remanente de imanes colocados en la superficie del rotor. De este modo se evitan los anillos rozantes y las pérdidas en el rotor. Gracias a este último, estos motores presentan mejor rendimiento que los de inducción. El factor de potencia también es alto y de este modo se alcanza un buen factor de utilización del inversor.
El inconveniente de estos motores radica en la dificultad para producir debilitamiento de campo y extender la velocidad por encima de la nominal. En efecto, para debilitar el campo hay que desmagnetizar los imanes aplicando una componente de campo de estator en sentido contrario. Esto sólo puede hacerse para niveles de desmagnetización muy limitados debido a que una desmagnetización elevada puede volverse irreversible e inutilizar los imanes.
Motores de Reluctancia Conmutada (MR). Los motores de reluctancia variable o conmutada presentan una construcción muy simple y robusta. El control es relativamente simple y es posible disponer de una región amplia de funcionamiento a potencia constante. Sus desventajas radican en un elevado rizado en el par motor, elevado nivel de ruido, vibraciones e interferencia electromagnética, desventajas que resultan decisivas para su implementación en VE.
Comparación. Se realiza una comparación entre las cuatro alternativas citadas. Para ello asignan un puntuación entre 0 y 5 en distintos ítems que son considerados cruciales para aplicaciones en VE. En la tabla se realiza un síntesis de la mencionada comparación.
MCC
|
MI
|
MIP
|
MR
| |
Densidad de potencia
|
2,5
|
3,5
|
5
|
3,5
|
Eficiencia
|
2,5
|
3,5
|
5
|
3,5
|
Facilidades de control
|
5
|
5
|
4
|
3
|
Confiabilidad
|
3
|
5
|
4
|
4
|
Madurez tecnológica
|
5
|
5
|
4
|
4
|
Coste
|
4
|
5
|
3
|
4
|
TOTAL
|
22
|
27
|
25
|
23
|
Evaluación de alternativas para propulsión de VE
De ella se desprende que, claramente, los motores de inducción y los de imanes permanentes presentan ventajas frente al resto. Se concluye, en tanto, que estas dos alternativas son las más pertinentes para la aplicación requerida.
En lo que respecta a la disposición de los motores, variadas alternativas han sido implementadas. Entre ellas, motores individuales en cada rueda o bien un único motor con transmisión diferencial al eje motriz, de igual forma que los vehículos convencionales.
Motores en las ruedas. Esta tecnología no está aún muy desarrollada para su aplicación en automóviles pero sí lo está en otros sectores de la industria. Promete ser una solución que simplifica enormemente la transmisión y deja espacio para otros elementos como las baterías. Algunas empresas ya comercializan este tipo de motores. Protean Electric dispone de diseños de motores que entregan 500 Nm en continuo y 800 Nm de pico. Además incorpora también el inversor en la propia rueda.
Frenado regenerativo
El frenado regenerativo en un vehículo de baterías es la conversión de la energía cinética del vehículo en energía química almacenada en la batería, donde puede ser utilizada más tarde para propulsar el vehículo. Se trata de frenado, ya que también sirve para frenar el vehículo. Es regenerativa porque la energía es almacenada de nuevo en la batería, donde puede ser utilizada de nuevo.
La energía cinética almacenada en un vehículo en movimiento se relaciona con la masa y la velocidad del vehículo por la ecuación E = ½ mv². De esta forma, si el vehículo es dos veces más pesado tendrá el doble de energía cinética y si se mueve el doble de rápido tendrá cuatro veces más energía cinética. Cada vez que el vehículo frena la energía cinética almacenada en el vehículo tiene que ser transformada.
Hay siempre una cierta energía consumida por la resistencia a la rodadura, la fricción mecánica y la aerodinámica del vehículo. Estos fragmentos de consumo energético se van en calentar el asfalto de la carretera, el aire circundante, y varias piezas en movimiento del vehículo, pero una parte de la energía cinética se convierte en calor por las pastillas de freno al pisar este. En un vehículo con frenado regenerativo se recupera parte de la energía que de otro modo se pierde en calor.
La cantidad de energía que se puede recuperar depende de cómo y por dónde se circula. Las eficiencias de conversión de energía electromecánica son bastante altas. El mayor problema es la pérdida aerodinámica a alta velocidad y la fricción por rozamiento de los neumáticos. Estos dos factores actúan para frenar el coche pero la energía disipada no puede ser recuperada. Hay que recordar también que, aunque de la batería a las ruedas, la eficiencia de conversión es bastante buena (hasta un 80%).
Debido a la simplicidad de la parte móvil del motor de inducción, los VE no experimentan el tradicional freno motor debido a la compresión en los motores de combustión interna. En cambio, los algoritmos avanzados en el controlador del motor le dan un control completo del par del motor, tanto para la aceleración como para el frenado regenerativo tomando como señal la posición del pedal del acelerador.
El motor y el controlador pueden regular el par a cualquier velocidad de operación, incluido a 0 km/h. Esto significa que podemos regenerar la energía del vehículo hasta estar completamente parados. Sin embargo, en la práctica, la energía cinética de un automóvil que se mueve lentamente es tan baja que muy poca energía se recuperaría a la batería. De hecho, el último tramo de frenado del vehículo genera una cantidad tan pequeña de energía que no alcanza a cubrir las pérdidas fijas en el inversor y el motor.
Hay una serie de restricciones al utilizar el frenado regenerativo:
· Seguridad: El par negativo que se aplica a las ruedas puede causar que el vehículo se vuelva inestable. Los últimos desarrollos incluyen el control de tracción para limitar la regeneración si las ruedas traseras comienzan a deslizar.
· Frenada de emergencia. En caso de frenada de emergencia la cantidad de energía cinética que se necesita disipar es tan grande que el sistema de motor-inversor-baterías no podrían absorber.
· Baterías llenas: El frenado regenerativo está limitado cuando las baterías están completamente cargadas. Debido a que una carga adicional de frenado regenerativo haría que el voltaje de una batería completa se elevara por encima de un nivel seguro produciendo daños en la misma.
Regulación y control
El inversor controla y suministra la potencia al motor del vehículo eléctrico. En el caso de incorporar frenada regenerativa, cuando esta actúa el inversor recoge la energía del motor que funciona como generador y la envía a la batería. La función principal de un inversor es cambiar un voltaje de entrada de corriente continua a un voltaje simétrico de salida de corriente alterna, con la magnitud y frecuencia deseada por el usuario o el diseñador.
Un inversor simple consta de un oscilador que controla a un transistor, el cual se utiliza para interrumpir la corriente entrante y generar una onda cuadrada. Esta onda cuadrada alimenta a un transformador que suaviza su forma, haciéndola parecer un poco más una onda senoidal y produciendo el voltaje de salida necesario. Las formas de onda de salida del voltaje de un inversor ideal debería ser sinusoidal. Una buena técnica para lograr esto es utilizar el control PWM logrando que la componente principal senoidal sea mucho más grande los armónicos de orden superior.
Esquema básico de un inversor
Los inversores más modernos han comenzado a utilizar formas más avanzadas de transistores o dispositivos similares, como los tiristores, los triacs o los IGBTs. Los inversores más eficientes utilizan sistemas electrónicos complejos para tratar de llegar a una onda que simule razonablemente a una onda senoidal en la entrada del transformador, en vez de depender de éste para suavizar la onda.
Al llevar un motor a alta velocidad, la modulación de ancho de pulso (PWM) tiene que ser ajustada a una frecuencia de conmutación alta para garantizar la capacidad de control, en respuesta al aumento de la frecuencia sinusoidal de la corriente del motor. En cambio, en una región de baja velocidad, donde existe un elevado flujo de corriente eléctrica, el motor no requiere una elevada frecuencia de conmutación. A pesar de conducir durante cortos períodos a altas velocidades, el inversor de un VE exige que la frecuencia de conmutación sea siempre compatible con la región de alta velocidad.
Actualmente la técnica más avanzada disponible se basa en el empleo del control vectorial. Las altas frecuencias PWM (> 16 kHz), permiten un control preciso y dinámico para los motores de alta velocidad con pérdidas de inductancia pequeña, muy complicada con inversores convencionales. A continuación se hace una breve referencia a los principales factores que determinan las características de los inversores para vehículos eléctricos.
• Control del par, velocidad y control de potencia
• Alto rendimiento en la conversión de energía
• Compactos y ligeros
• Silencioso y bajo EMI
• Regulación rápida y suave (PWM de alta frecuencia)
• Sin degradación del aislamiento del motor
• Funcionamiento para alta velocidad
• Gestión térmica
• Bus de comunicaciones compatible (CAN)
• Amplio rango de tensiones de entrada (p.ej. 42 a 700 VDC)
• Amplia gama de niveles de potencia disponibles
• Compatibilidad con el motor del vehículo eléctrico
Los inversores también se utilizan para convertir la corriente continua generada por los paneles solares fotovoltaicos, aerogeneradores o baterías, etc., en corriente alterna y de esta manera poder ser inyectados en la red eléctrica o usados en instalaciones eléctricas aisladas.
Recarga
El procedimiento más recomendado para recargar las baterías de ión-litio implica mantener una corriente constante seguido de una tensión constante Con este método, la mayor parte de la energía se carga en una corriente constante y para terminar se rellena empleando una tensión constante de corte. El carga final varía entre los fabricantes, pero generalmente el corte se produce con la batería al 100% del estado de carga. A continuación se explican tres tipos básicos de sistemas de carga que se emplean en los vehículos eléctricos.
El método más sencillo utiliza una corriente estándar 230 VAC monofásica y unos 15 o 20 amperios que es una corriente contratada típicamente disponible en edificios residenciales y comerciales. Debido a esta pequeña cantidad de potencia (máximo de 1,44 kW) produce prolongados tiempos de carga, y está destinado exclusivamente a pequeños vehículos y no la solución definitiva de carga. Este tipo se considera importante por la cantidad de puntos de recarga disponibles, ya que son la mayoría de los enchufes domésticos y se podrían emplear para una situación de emergencia, incluso si eso significa esperar varias horas para obtener la recarga.
A pesar de ello se recomienda realizar una instalación especial puesto que la instalación tradicional no podría soportar mantener la intensidad de corriente junto con otros aparatos o incluso con otro segundo vehículo, produciendo una sobrecarga y el disparo de los sistemas de protección. Generalmente los vehículos incorporan un cargador de este tipo, que junto a un cable estándar permiten realizar la carga en prácticamente cualquier enchufe.
El siguiente tipo es más idóneo para un cargador de baterías de vehículos eléctricos y supone un voltaje de 230 VAC monofásico y corriente de unos 40-60 A. Este sistema proporciona potencias más elevadas y permite acortar considerablemente el tiempo de carga del vehículo, típicamente a entre 6 y 8 horas. Además de un cargador externo que puede ser portátil debe acondicionarse la instalación eléctrica del local o punto de recarga para que no se produzcan sobrecargas que impliquen situaciones de riesgo. Una potencia mayor debe ser contratada con la compañía eléctrica. Este tema así se presenta frecuentemente sin mayor aclaración. La pregunta es ¿daña la durabilidad del pack de baterías una carga por encima del 10 – 12% de la corriente nominal del pack??
El tercer método o método de carga rápida se emplea para aplicaciones comerciales y públicas y está destinado a funcionar como una estación de servicio. Generalmente utiliza un sistema el sistema que emplea corriente trifásica a 480 VAC. En la práctica, los tamaños de equipos varían desde 60 hasta 150 kW, y si los vehículos lo permiten pueden recargar parcialmente la batería en pocas horas o incluso minutos. Este tipo de cargadores son los empleados para recargar vehículos eléctricos con baterías de gran capacidad como furgonetas tipo Traficc, camiones o superdeportivos.
Cambio de marchas
Los cambios de marcha no suelen ser requeridos, tan sólo se suele disponer de un conjunto reductor de aproximadamente 1:5 a 1:10, dependiendo del peso y del uso del vehículo. A pesar de todo, en algunos vehículos puede ser necesario extender el rango en donde el motor ofrece su mejores prestaciones a costa de sacrificar la simplicidad de construcción y el manejo de una transmisión directa.
Vehicle-to-grid (V2G) (redes inteligentes)
Traducido “vehículo a la red”, describe un sistema en el cual la energía puede ser vendida a la red eléctrica por el conductor de un vehículo eléctrico o híbrido cuando este es conectado a la red en los momentos que no se use para el transporte. Alternativamente, cuando las baterías del coche necesiten ser recargadas, el flujo se invertirá y la electricidad fluirá de la red al vehículo.
El V2G puede ser usado con vehículos eléctricos o híbridos que dispongan de enchufe.
La mayor parte de los vehículos permanecen estacionados un 95% del tiempo, sus baterías podrían ser usadas dejando que la electricidad fuera del coche a las líneas de conducción eléctrica y al revés.
Un vehículo con batería puede dar así su exceso de energía dándoselo a la red en los momentos de máxima necesidad, pudiendo ser recargados durante horas de menos necesidad en tarifas más baratas, ayudando a absorber la generación de energía durante la noche.
Un proyecto importante sobre el sistema V2G se esta llevando a cabo en Estados Unidos en la Universidad de Delaware. El equipo de investigadores incluye al profesor Willett Kempton, un pionero de la tecnología V2G, colaborando también con la empresa californiana AC Propulsion, creadora del término V2G, para mejorar tanto los sistemas de carga como los automóviles y sus sistemas de almacenaje.
La isla danesa de Bornholm,con 40.000 habitantes, a través de un proyecto europeo, denominado EDISON(Electric Vehicles in a Distributed and Integrated Market using Sustainable Energy and Open Networks), va a servir de banco de pruebas.
Pretenden utilizar las baterías de los vehículos de la isla (en un futuro quieren que todos los coches sean eléctricos) para aprovechar mejor la energía eólica. Los responsables del proyecto estiman que en la actualidad el 20% de la energía de Bornholm procede del viento. Con este sistema de V2G, creen que el aprovechamiento eólico podría llegar hasta el 50%.
También algunas compañías eléctricas están estudiando proyectos de V2G. La Pacific Gas and Electric Company (PG&E), con sede en San Francisco (EE.UU.) utiliza varios Toyota Prius de su propiedad en un sistema V2G en el campus de Google, en Mountain View, California. Por su parte, Xcel Energy, con sede en Minneapolis (EE.UU.), experimenta con seis Ford Escape híbridos.
Rosario, Noviembre 2011.- Recopilación, traducción, adaptación
Ing. Ricardo Berizzo
Excelente nota
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