Descripción general de la tecnología de vehículos ecológicos
Vehículos totalmente eléctricos son muy diferentes de los vehículos convencionales que funcionan con gasolina. Para ilustrar las diferencias, comencemos por desglosarlas en las partes individuales de un BEV.
Baterías EV
La batería es físicamente el componente más grande de un automóvil totalmente eléctrico. El «paquete de baterías de tracción» almacena toda la energía eléctrica necesaria para alimentar el automóvil. El más moderno Baterías EV actualmente están hechos de litio porque pueden almacenar altos niveles de energía y, al mismo tiempo, permanecer relativamente livianos. Suponiendo que todos los vehículos eléctricos tengan la misma eficiencia eléctrica, sería justo decir que una batería más grande significa más autonomía eléctrica. Debido a que los BEV funcionan exclusivamente con electricidad, tienden a tener las baterías más grandes, seguidas de los PHEV y luego los HEV.
Motor eléctrico
Al utilizar la energía eléctrica almacenada en el paquete de baterías, el motor de tracción eléctrica convierte esa energía en energía mecánica. Luego, la transmisión eléctrica mueve la energía mecánica del motor para impulsar las ruedas. Según la cantidad y la ubicación de estos motores, la transmisión de un BEV puede ser de tracción delantera (FWD), tracción trasera (RWD) o tracción total (AWD).
El motor eléctrico (o motores) del interior de un BEV es responsable de un útil mecanismo de recuperación de energía llamado «frenado regenerativo». Esto ocurre cuando el conductor quita el pie del pedal del acelerador, lo que hace que el motor actúe en reversa y convierta el movimiento del automóvil hacia adelante («marcha a vela» en los automóviles de gasolina) en energía eléctrica. Luego, la energía se almacena en la batería y está lista para volver a alimentar el motor. En otras palabras, este mecanismo recupera la energía que de otro modo se desperdiciaría y la dirige a la batería.
Puerto de carga y cargador integrado
Tanto en los BEV como en los PHEV, la batería se carga mediante una fuente de alimentación externa. Para recargar, un cargando el enchufe está insertado en el puerto de carga del automóvil. Piense en el enchufe de carga como el vehículo eléctrico equivalente a una boquilla de combustible en una gasolinera. Del mismo modo, el puerto de carga es el equivalente de un vehículo eléctrico a un tapón de gasolina, donde se introduce una boquilla de combustible durante el repostaje.
El cargador integrado trabaja en conjunto con el puerto de carga. Piense en esto como el sistema informático responsable de convertir la corriente eléctrica del enchufe de carga en un nivel de potencia aceptable para cargar la batería. Ya se trate de corriente alterna (corriente alterna), como la que se utiliza en los enchufes de pared de nuestras casas, o de corriente continua (corriente continua), como las que se encuentran en las estaciones públicas de carga rápida, el cargador integrado es el que piensa y convierte para que el conductor no tenga que hacerlo. Esto garantiza que la batería no se dañe accidentalmente si se utiliza un tipo de cargador incorrecto.
Electrónica de potencia y sistemas auxiliares
Hablemos de otro componente importante de los vehículos eléctricos: el sistema de control de la electrónica de potencia. La función principal del controlador de electrónica de potencia es gestionar el flujo de energía eléctrica que la batería de tracción suministra al motor eléctrico. El controlador logra esto administrando la velocidad a la que gira el motor o controlando el par que produce el motor.
La función secundaria del controlador de electrónica de potencia es distribuir la energía eléctrica de la batería de tracción a los sistemas auxiliares del vehículo, como los sistemas de iluminación, calefacción, ventilación e información y entretenimiento. En lugar de la batería de tracción, hay una batería auxiliar independiente, idéntica a las que se encuentran en los vehículos de gasolina, que se encarga de alimentar estos sistemas. Esta batería de 12 voltios se mantiene cargada mediante el convertidor CC/CC, que convierte la alimentación de corriente continua de alto voltaje de la batería de tracción en la alimentación de corriente continua de bajo voltaje necesaria para alimentar los sistemas auxiliares. Por lo tanto, la batería de tracción también alimenta todos los sistemas auxiliares.
Cuando se trata de sistemas auxiliares, cabe mencionar el sistema de gestión térmica del vehículo. Uno de los principales factores determinantes de una batería PHEV segura, duradera y funcional es su capacidad para mantener de manera efectiva una distribución uniforme de la temperatura en sus celdas. Dado que las baterías de tracción están diseñadas para funcionar solo dentro de un rango de temperatura determinado, dejarán de funcionar si no hay un sistema térmico que las controle.
La función principal del sistema de gestión térmica es mantener la batería de tracción dentro de este rango de temperatura específico. Cuando un vehículo eléctrico acelera, la energía eléctrica de la batería se descarga y se genera calor dentro de la batería. Dado que la aceleración suele ser el método principal para descargar la batería, sin un sistema de refrigeración adecuado, la batería se sobrecalentará rápidamente y se deteriorará.
Refrigeración líquida indirecta
La mayoría de los vehículos eléctricos modernos se fabrican con sistemas de refrigeración líquida indirecta por varias razones:
1. Son sistemas altamente eficientes
2. Pueden almacenar grandes cantidades de energía térmica
3. Actualmente son la solución más compacta y ligera
Como su nombre lo indica, el refrigerante líquido de este tipo de sistema no tiene contacto directo con la batería del vehículo. En su lugar, circula a través de una serie de tubos metálicos que rodean la batería o se incrustan entre las celdas de la batería para transferir el calor. Este método permite que el sistema de refrigeración consuma una pequeña cantidad de energía de la batería para mantenerla a una temperatura operativa. En otras palabras, se puede dedicar una mayor parte de la energía de la batería a alimentar el motor y maximizar el rendimiento del tren motriz sin que el peso del sistema lo interrumpa.
Desglose de motores de automóviles eléctricos
Antes de que podamos entender cómo funciona un motor de inducción trifásico, tenemos que dividirlo en sus dos componentes principales: el estator, que es la parte estacionaria del motor, y el rotor, que es la parte móvil del motor.
Estátor
El estator consta de tres partes: el núcleo del estator, el cable conductor y el marco. El núcleo del estator se construye apilando anillos laminados delgados y formándolos en un cilindro hueco. Este cilindro tiene ranuras en el interior hueco que permiten que el cable conductor (normalmente de cobre) envuelva y dé forma a las bobinas. En un motor de inducción trifásico, existe un tipo de cable diferente para cada una de las tres fases que forma su propia bobina individual. El núcleo del estator y las bobinas se encuentran dentro del marco, que es simplemente el exterior de todo el motor.
Rotor
El rotor también consta de tres partes: el núcleo del rotor, las varillas conductoras y dos anillos terminales. El núcleo del rotor se construye apilando discos laminados delgados y formándolos en un cilindro sólido que tiene lo que parece ser una varilla que atraviesa el centro del mismo. En el exterior del núcleo del rotor, hay ranuras de forma similar a las del núcleo del estator, pero estas se extienden diagonalmente a través del cilindro en lugar de paralelas a la varilla en el centro.
La alineación de las ranuras exteriores de este rotor se conoce como rotor en forma de jaula de ardilla, que es una opción de diseño popular entre muchas industrias. A lo largo de estas líneas diagonales del núcleo del rotor, se insertan las varillas conductoras y los anillos terminales se colocan a ambos lados del núcleo para fijar las varillas en su sitio. Luego, el rotor se desliza hacia el núcleo hueco del estator y se colocan dos campanas en los extremos a cada lado de la varilla central del núcleo del rotor. Ahora que conocemos bien los componentes de un motor de inducción, veamos cómo funciona dentro de un vehículo eléctrico.
motor
Como se mencionó anteriormente, toda la energía de un automóvil eléctrico proviene del paquete de baterías. La energía eléctrica de la batería se suministra al motor a través del estator. Las tres bobinas de cobre dentro del núcleo del estator están dispuestas a 120 grados de separación entre sí y actúan como imanes. Piense en estas bobinas dispuestas en forma de «Y».
A medida que se suministra energía eléctrica al motor, las bobinas producen un campo magnético giratorio que induce corriente a través de las bielas del rotor en forma de jaula de ardilla, lo que hace que el rotor gire. Este rotor giratorio es lo que crea la energía mecánica necesaria para hacer girar las ruedas del automóvil. Ahora vamos a juntarlo todo: cuando pisas el pedal de aceleración, la batería de tracción alimenta el motor con energía eléctrica, que produce el campo magnético giratorio en el estator, que hace girar el rotor por inducción, lo que produce la energía mecánica necesaria para hacer girar los neumáticos.
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