Ya existe un número significativo de coches eléctricos y es evidente que el coche eléctrico es el vehículo del futuro. El año 2050 es el plazo de ha dado la UE para que no existan vehículos con motor de combustión interna, diésel o gasolina, es decir solo han de existir vehículos eléctricos, o propulsados por hidrógeno, que también son eléctricos. Tengo dudas de que, los aviones, barcos, maquinaria agrícola, etc. sean todos eléctricos, el tiempo nos lo dirá.

Un poco de historia: El primer “motor imantado” del ingeniero húngaro Ányos Jedlik (1828), se considera el primer motor eléctrico. En 1835, Thomas Davenport, aplicó el motor eléctrico a un carruaje, que se puede considerar el primer automóvil eléctrico.

La aparición de las baterías recargables, en 1880, fue un gran avance, para el vehículo eléctrico, en 1899, el belga Camile Jenatzy, estableció u nuevo récord de velocidad sobre tierra, 105,8 km/h con un vehículo eléctrico, superando en velocidad a los vehículos de vapor y gasolina, de la época.

Los vehículos eléctricos de esa época eran más cómodos, limpios y silenciosos que los de combustión interna, ya que no tenían: vibraciones, sacudidas, pérdidas de líquidos, no generaban nubes de humo y se arrancaban con un botón, ahorrándose el no desdeñable esfuerzo del giro de manivela, necesario en los vehículos de gasolina.

Los coches eléctricos alcanzaron mucha popularidad, entre 1910 y 1920 llegándose a utilizar como taxis en la ciudad de Nueva York.

En los años posteriores a 1920, los vehículos de gasolina, tuvieron una rápida evolución tecnológica y la producción en serie, puesta en marcha por Henry Ford, hizo abaratar mucho los precios, por lo que los vehículos eléctricos casi llegaron a desaparecer.

En España en los años 1940 y sucesivos, debido a la falta de hidrocarburos, se planteó la vuelta a los vehículos eléctricos.

El ingeniero Guillermo Menéndez de Aulestia. Diseñó y llegó a fabricar camiones eléctricos bajo la marca “Autarquía” de 3,5 y 5 Tm.

En 1952, la Empresa Nacional de Autocamiones (ENASA) también fabricó un camión “Pegaso” eléctrico, Su peso en vacío era de 9,2 Tm, debido al peso de las baterías, reduciendo la capacidad de carga a 6 Tm, debido a estos inconvenientes, no pasó de ser un prototipo.

Todos estos vehículos eléctricos utilizaban como sistema de aporte y recarga de energía, baterías de plomo-ácido, que permite almacenar poca energía eléctrica y son muy pesadas y costosas, por lo que, pasados unos años se abandonó la idea del vehículo eléctrico autopropulsado.

Una de las soluciones para resolver el suministro de energía, al vehículo eléctrico, fue conectar el vehículo a una red eléctrica instalada por toda la ciudad, a estos vehículos se les llamó “trolebuses” que circularon por muchas ciudades del mundo, por Madrid desde el año 1949 hasta 1966 en la que dejaron de funcionar, casi a la vez que en todas las ciudades Europeas y poco después en todo el mundo.

El vehículo eléctrico moderno, llegó a Europa en 2008. En esas fechas, aparecen marcas como “Tesla” que solo fabrica coches eléctricos y es el primero en incorporar baterías de ión-lítio, a partir de esta fecha, la mayoría de los fabricantes incluyen en su gama de productos, coches eléctricos.

¿Cómo funciona un coche eléctrico?

Hay que partir de la base de que la mecánica de un coche eléctrico, es mucho más sencilla, que la de un coche con motor de combustión interna.

El sistema de propulsión de un coche eléctrico, está formado por uno o más motores eléctricos que se alimentan de la energía almacenada en una batería recargable. La batería se recarga de energía enchufando el vehículo a una toma de corriente eléctrica.

El motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Se componen de una parte fija, denominada estator, en el que una serie de arrollamientos de cables aislados, forman bobinas sobre una pieza de hierro producen un potente campo magnético, al circular corriente eléctrica por ellas. Y un rotor, que es una pieza de metal férrico, que gira por efecto del campo magnético en el que se encuentra inmerso.

Las ventajas de un motor eléctrico respecto a uno de combustión interna son:

Al tener muy pocas piezas móviles, su funcionamiento está libre de vibraciones, es totalmente silencioso y tiene bajo mantenimiento.

A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos que un motor de combustión interna equivalente.

Se pueden construir de cualquier tamaño y forma.

Suministran toda su potencia de forma casi inmediata y constante. Por esta razón no necesitan cajas de cambios de varias velocidades, únicamente un sistema de reducción de velocidad.

Su rendimiento es muy elevado, en torno al 75 %. En los motores de combustión interna el rendimiento es del orden de 45%.

No emiten a la atmósfera, ni CO₂ ni óxidos de nitrógeno. Lo que les hace ideales para trayectos en grandes ciudades, donde la contaminación es muy elevada.

En su interior no se generan altas temperaturas, por lo que no necesitan de complejos sistemas de refrigeración.

Pueden funcionar de forma reversible, por lo que genera electricidad, que recarga la betería, cuando el vehículo se encuentra en fase de frenada o desaceleración, aumentando así la autonomía y eficiencia energética.

El sistema eléctrico, para alimentar al motor se compone de: 

Cargador: El elemento encargado de recibir la electricidad de la toma de alimentación (enchufe doméstico, wallbox, etc.) y de transformarla en corriente continua para que pueda ser almacenada en la batería. Es como el cargador de un móvil, pero que soporta potencias y voltajes muy superiores.

Convertidor: Es el sistema electrónico, encargado de transformar la corriente continua, suministrada por la batería, a corriente alterna trifásica que es la que utilizará el motor. Existe un convertidor secundario que reduce el voltaje de la batería principal a 12 V, para alimentar los sistemas auxiliares, luces exteriores e interiores, claxon, etc.

Unidad de control

Es la unidad electrónica que gestiona todos los sistemas del coche: aceleración, tracción, flujo de energía entregada por la batería o almacenada en las frenadas regenerativas, temperatura de la batería, etc.

Baterías

Son el elemento clave para la autonomía del vehículo, las prestaciones y el precio del vehículo. Es el componente más costoso. Cuanta más capacidad tenga la batería, más kilómetros podrá recorrer con cada recarga. Todas las baterías utilizadas hoy día son de ión-litio. La gran ventaja de las baterías de ión-litio, es su bajo peso, el litio es uno de los elementos químicos, de menor peso atómico (Pa=6,94).

Tienen una elevada capacidad de carga, por unidad de peso y volumen, producen 3,7 V por celda.

La batería de un vehículo eléctrico, modelo “Tesla S”, está formada por 7.000 celdas de ion-litio, tiene un peso de unos 600 kg, de los que 7 kg. son de litio. 

En la batería de ion-litio, el cátodo (polo +) generalmente es óxido de litio-cobalto (LiCoO₂) y más recientemente de fosfato de litio y hierro (LiFePO₄). El ánodo (polo -) está formado por grafito.

Para mejorar el rendimiento de esta batería, se utilizan pequeñas cantidades de niobio y zirconio.

Existen distintas capacidades de las baterías para adaptarse al tipo de vehículo en que se instalen: 16 kWh, 28 kWh, 64 kWh o de 90 kWh, que montan los vehículos de alta gama..

Ventajas de los coches eléctricos respecto a los de combustión interna o térmicos

Las ventajas de los coches eléctricos sobre los de combustión interna, gasolina o diésel, derivan de la simplicidad del motor eléctrico y las ventajas que ya hemos comentado, además podemos aportar las siguientes:

Coste por kilómetro. El coste por 100 kilómetros en los coches de combustión interna más eficientes, es de 5 o 6 €. En los vehículos de eléctricos este coste baja al entorno de 1,5 €.

Mayor espacio interior. La mecánica, de un coche eléctrico ocupa aproximadamente un 40% menos. Los coches eléctricos no llevan caja de cambios ni línea de escape ni tampoco túnel de transmisión, por lo que ofrecen más espacio útil dentro de la carrocería. El módulo de baterías, es muy grande, pero tiene forma plana y se ubica en la zona baja del coche, por lo que no resta habitabilidad,

Exenciones fiscales. Para promocionar el coche eléctrico, hoy día, tiene varios tipos de exenciones de impuestos: Se les califica con la etiqueta “Cero” de la Dirección General de Tráfico, por lo que están exentos de pagar el impuesto de matriculación, que es el 14,75% del precio del vehículo. Pagan menos impuesto de circulación, dependiendo del Ayuntamiento y puede llegar hasta el 75% de descuento en este impuesto.

La mayoría de las ciudades ofrecen aparcamiento gratuito, para vehículos eléctricos, en zonas “SER”

DESVENTAJAS

Precio. Hoy día, (Enero de 2021) todas las marcas ofrecen en su gama vehículos totalmente eléctricos, en la mayoría de los casos el precio del coche eléctrico duplica el precio del modelo equivalente, en gasolina o diésel. Es de esperar que, no tardando mucho, debido a la mayor implantación, los precios se reduzcan considerablemente.

Autonomía, es uno de los grandes inconvenientes del coche eléctrico. El constante avance en la tecnología hace que aumente cada día esta autonomía. Hoy día ya tenemos vehículos con 650 Km de autonomía y se supone que seguirá aumentando.

Tiempos de carga.

La mayoría de vehículos eléctricos son compatibles con los enchufes domésticos de 220 voltios y 10 o 16 amperios, que pueden ofrecer 2,3 o 3,2 kW, por lo que recargar una batería de 39,2 kWh necesitaría 10 o 12 horas. Existen otros tipos de cargadores rápidos “wallbox”, que trabajan con corriente trifásica, admiten hasta 32 amperios y pueden cargar una batería de 7,4 kW, en unas cinco horas. También existen puntos de carga “ultrarrápida” que se realiza en 30 minutos.

Red de cargadores. “Electrolineras”. Tanto en ciudad como en carretera, hoy día es la red de electrolineras es muy limitada, lo que dificulta la realización de viajes largos, a finales de 2020 hay en España 8.500 puntos de carga y hay un proyecto para que en 2023 existan 100.000. En Europa, existen en este momento unos 90.000 y está previsto llegar a 780.000 puntos de carga en todo el mundo a finales de 2023

Red eléctrica. Sólo para cargar todos los coches eléctricos, que hay hoy día en Madrid, haría falta toda la potencia eléctrica disponible en España, y sería necesario instalar una nueva y compleja red eléctrica.

Para asegurar cero de contaminación por el automóvil eléctrico, es necesario que toda la energía eléctrica producida provenga de energías renovables, ya que, si no, se puede estar emitiendo CO₂ imputable al automóvil eléctrico.

Híbridos – Híbridos Enchufables

Los vehículos híbridos e híbridos enchufables, son una solución para evitar los problemas de autonomía y recarga del automóvil eléctrico.

Los híbridos auto recargables, o simplemente híbridos, disponen de un motor, de gasolina, que permite propulsar al vehículo, cuando no se quiere o puede utilizar la batería y también recargar las baterías. De esta forma podremos utilizar la tecnología que más interese en cada momento y tendremos autonomía ilimitada

Los híbridos enchufables, disponen de un motor de gasolina, que les da autonomía en caso de agotamiento de las baterías, y de unas baterías que se recargan, normalmente en los domicilios durante la noche. La batería eléctrica, también se puede recargar durante los recorridos en las frenadas. Su autonomía también es ilimitada.

Ambos tipos de vehículos son muy recomendables, en entornos urbanos, donde las aceleraciones y las paradas son muy frecuentes, ya que consiguen reducir considerablemente los consumos respecto a los modelos de combustión y no son contaminantes.

Ventajas de los híbridos respecto a los vehículos de combustión interna

Menor consumo. Se puede utilizar la durante bastantes Km, la energía eléctrica, de menor consumo y coste y durante las frenadas o retenciones, el motor eléctrico aprovecha la inercia del coche para recargar las baterías.

Potencia extra. En momentos puntuales, se pueden sumar las potencias del motor de gasolina y del eléctrico.

Reducción de emisiones. De CO₂ y óxidos de nitrógeno, al estar menor tiempo en funcionamiento el motor de gasolina.

Mejor confort y menos ruido. Gracias a la propulsión eléctrica.

Ventajas ECO. “eco o cero emisiones” de la Dirección General de Tráfico.             

DESVENTAJAS

Mayor peso. Al contar con dos motores de propulsión y dos depósitos de energía.

Mayor coste inicial. Al aumentar la complejidad del sistema de propulsión. Son más baratos que los eléctricos “puros” pero más caros que los de gasolina o diésel.

Mayor complejidad técnica. Por tanto, más gastos de mantenimiento y posibilidad de mayor número de averías, que un coche convencional

COCHE DE HIDRÓGENO

Existe otra línea de vehículos de propulsión eléctrica, que disponen de un sistema de producción de electricidad autónomo, que se denomina “celda o pila de hidrógeno”, lo que les permite ser autosuficientes. Su autonomía depende de los puntos de repostaje de hidrógeno, que es similar a un repostaje de gasolina. Este tipo de vehículos no se tratan en este artículo ya que entran en los vehículos propulsados por hidrógeno.

Estas tres tecnologías de la automoción, ayudan a resolver el gran problema de la contaminación. Su desarrollo es vertiginoso y parece que las tres tecnologías van a seguir coexistiendo, ya que, por el momento, ninguna tiene ventajas definitivas sobre las otras, Cada usuario elegirá la que más le convenga en su caso y el tiempo nos dirá si alguna de ellas llega a implantarse sobre las demás.

 

Este artículo nos lo envía Alfredo Negro Albañil, Doctor en Química. Profesor e investigador, durante más de 35 años en las Facultades de Veterinaria y Biología de la Universidad de León. Actualmente está jubilado y dedica parte de su tiempo a la divulgación científica en conferencias, prensa y otros medios.