Cómo es y cómo funciona el motor de un coche eléctrico

Solo el 22 % de las personas que se plantean la adquisición de un vehículo nuevo optaría por uno de gasolina o diésel, mientras que el 78 % afirma que comprará un coche híbrido o eléctrico, según la segunda entrega de la encuesta sobre el clima 2021-2022 que publica el Banco Europeo de Inversiones (BEI).

Al hablar de vehículos eléctricos y de sus componentes principales, se hace sobre todo de las baterías y del motor en lo que se refiere a sus eficiencias, capacidad de carga, autonomía, potencia, etc. Pero realmente en pocas ocasiones se explica cómo funcionan este tipo de coches, y cuáles son sus partes fundamentales.

Una de las piezas básicas, por ejemplo, es el regulador eléctrico o bloque electrónico de potencia.

Toda la energía que entra o sale del motor pasa necesariamente por el regulador, de manera que su eficiencia influye directamente en la autonomía del vehículo. Es por ello que los fabricantes se afanan en perfeccionarlo, ya que quedarse atrás en cuanto a eficiencia de los sistemas que equipan sus modelos puede suponer una desventaja.

El bloque electrónico de potencia es el auténtico director del sistema energético del coche, sin el cual ni las baterías ni el motor eléctrico podrían desempeñar sus funciones. Si echamos un vistazo bajo el capó del Renault ZOE: el elemento superior, lo que está más a la vista, es la caja de conexiones del cargador Camaleón, el elemento que ocupa la parte inferior es el motor reductor, y entre los dos se encuentra algo escondido que es el bloque electrónico de potencia, que se puede identificar porque de él salen tres gruesos cables eléctricos que bajan al motor.

El regulador eléctrico se trata realmente de un sistema compuesto por varios subsistemas eléctricos y electrónicos llamados inversor, rectificador y transformador y gracias a ellos es capaz de gestionar los flujos de corriente entre las baterías y el motor en ambos sentidos: cuando el motor empuja al coche y cuando el motor recarga las baterías, actuando de generador durante la retención o frenada suave.

Hay que decir también que el regulador electrónico de potencia es un sistema en el que numerosos componentes trabajan transformando la caudalosa corriente eléctrica que pasa a través de ellos. Inevitablemente estos elementos generan calor, el cual es la materialización de cierta pérdida energética. Para evitar el sobrecalentamiento de esos elementos, es necesario un sistema de ventilación y refrigeración que mantenga una temperatura aceptable.

Otro elemento destacado es el «inversor», un dispositivo que convierte electricidad procedente de una fuente de corriente de tipo continua, como lo es una batería, en corriente alterna, necesaria para mover el motor eléctrico del coche. ¿Cómo funciona? Mediante un sistema interruptor electrónico la corriente extraída de las baterías cambia su polaridad cíclica y regularmente. Esas bruscas fluctuaciones inducen una corriente alterna en el transformador, con la frecuencia y voltaje requeridos en cada momento por el motor, según la potencia solicitada por el conductor y las revoluciones a las que gire el motor.

Otra de las piezas es el «transformador». Entre las baterías y el motor existe una diferencia de voltios importante dadas las características de cada uno. Así, los motores de tracción de los coches eléctricos suelen trabajar a unos 600V, mientras que las baterías lo hacen a unos 200V, por ello se necesita, aparte de un sistema que rectifique y cambie frecuencias, el transformador que armonice los voltajes.

Un elemento más, el «rectificador» es el sistema que realiza la función contraria al inversor, es decir, transforma la corriente alterna procedente del motor cuando genera energía, para que pueda ser almacenada en las baterías de nuevo.

Fonalmente, el «controlador» es un sistema computerizado que recibe las órdenes del conductor cuando este acelera o frena y, junto con la información de otros sensores, supervisa y coordina a todos los elementos descritos del sistema de regulación. El desarrollo de los sistemas electrónicos de control computerizados de las últimas décadas han hecho posible que el coche eléctrico tenga la manejabilidad, seguridad y autonomía que están demostrando.

Además de conocer el funcionamiento del motor y sus diferentes componentes, con este glosario de la mano de Peugeot, los usuarios comprenderán mejor los aspectos básicos de un automóvil electrificado:

-Amperio (A): es una unidad básica de medida que mide la intensidad de la corriente eléctrica. El amperio no mide la cantidad de carga eléctrica, sino la velocidad a la que esta fluye. El número de amperios que pasa por una corriente se llama intensidad eléctrica o amperaje. Al igual que sucede con el segundo, el kilo de peso o el metro de longitud, es una medida consensuada en base a unos parámetros, cuya definición técnica se estableció en la Conferencia General de Pesas y Medidas de 1948.

-Amperio hora (Ah): es una unidad de carga eléctrica. Esta medida es muy usada en los vehículos eléctricos, pues mide la cantidad de carga eléctrica que pasa por los terminales de una batería. Más concretamente, un amperio-hora es la cantidad de electricidad que atraviesa un conductor por el que circula una corriente continua de un amperio, en una hora de tiempo.

-Autonomía: es la distancia que podemos recorrer con la energía acumulada en un vehículo. En la práctica hay múltiples factores que influyen en la autonomía, como la velocidad, la demanda de aceleración, la carga, la orografía o la temperatura del ambiente.

-Batería: es un acumulador de energía eléctrica, que transforma en energía química la electricidad aportada en una carga (oa través del sistema de regeneración de energía), para liberarla más tarde, de nuevo como electricidad. Una batería está compuesta por una combinación de celdas que crean una capacidad de voltaje y corriente específica. La batería es un componente clave en un coche eléctrico, ya que determina la autonomía, la entrega de energía al motor y afecta mucho al peso y al diseño del vehículo. Forman parte de un sofisticado sistema que además de las propias celdas, incluye su contenedor, refrigeración, cableado y gestión electrónica.

-Cargador: puesto de recarga de energía, suministrada desde la red eléctrica, al que se enchufa el vehículo. Los cargadores pueden entregar la energía en corriente alterna, con potencia de entrega baja, o en corriente continua con alta potencia de entrega - «cargador rápido» -. Cuanto mayor potencia tiene el cargador, más rápido recarga la batería del vehículo, pero más preparada tiene que estar la red eléctrica que suministra la energía, la toma de energía del vehículo y las baterías.

-Celdas: compartimentos con dispositivos electroquímicos individuales que utilizan la electricidad en energía química para almacenarla. Una batería está formada por grupos de celdas conectadas en serie, como si fuera un enjambre de minibaterías, que trabajan en conjunto para almacenar la energía necesaria para mover el vehículo.

-Centro de gravedad: el centro de gravedad es el punto a través del cual la fuerza de gravedad actúa sobre un objeto o un cuerpo. En el cuerpo humano, está ubicado en la pelvis. Los coches eléctricos tienen el centro de gravedad más bajo que los modelos de combustión, al estar instaladas las baterías en el suelo del coche. Además, al no disponer de un pesado motor sobre el eje delantero, el reparto de pesos entre ejes está muy equilibrado. Para el conductor esto se traduce en una mayor seguridad, con una gran nobleza de reacciones, un carácter neutro al tomar las curvas y una gran sensación de aplomo a cualquier velocidad.

-Ciclos de vida: número de ciclos de carga y descarga de una batería. El número de ciclos de vida útil va a depender de la calidad de los componentes de la batería y del rendimiento mínimo que necesitamos para el vehículo.

-Conector: es el enchufe que se introduce en la toma del coche. Los cargadores creados para coches eléctricos suelen tener el conector que se acopla al coche incorporado, pero el coche también puede cargarse en tomas de corriente normales (monofásicas o trifásicas), para los que se necesita disponer del conector y el cable que conecta el vehículo y la toma.

-Corriente eléctrica: es el flujo de electricidad que recorre un determinado material. Se trata de un movimiento de electrones a través de un circuito cerrado. La cantidad de electrones que se mueven por segundo es la intensidad que se mide en Amperios (A). El flujo de la electricidad parte del polo negativo (sobran electrones), al polo positivo (faltan electrones) de un acumulador de energía (la batería del coche).

-Eficiencia energética: cantidad de energía que se transforma en movimiento efectivo. Un coche eléctrico puede almacenar mucha menos cantidad de energía que uno de combustión, pero también necesita mucha menos energía bruta para moverse porque la transformación de un modo mucho más eficiente. Los motores de gasolina más eficientes del mundo tienen una eficiencia energética de alrededor de un 40%, que aumenta hasta el 45% en los diésel. Es decir, solo transforman en movimiento un 40-45% de la energía que reciben, perdiéndose el resto en la generación de calor. Sin embargo, un motor eléctrico tiene una eficiencia superior al 90%.

-Entrega de par inmediata: una característica de los motores eléctricos es que son capaces de entregar su par motor máximo prácticamente desde parado. Al contrario que un motor térmico, uno eléctrico no necesita llegar a ciertas revoluciones para entregar la máxima capacidad de empuje al coche. Por este motivo no necesitan caja de cambios. Esto se traduce en una gran sensación de empuje desde parado y en rápidas recuperaciones, con un empuje suave y constante.

-Efecto memoria: el efecto memoria es un fenómeno que reduce la capacidad de algunos tipos de baterías con las recargas incompletas. Al recargar, la batería se calienta y al parar la recarga, la parte de la batería que no se ha recargado puede crear cristales en su interior que reducen la capacidad. Las baterías que más efecto memoria tienen son las de níquel cadmio y las de níquel e hidruro metálico. En cambio, las de iones de litio, que son las cada vez más usadas en los coches electrificados, y las de plomo y ácido, apenas se ven afectados por este fenómeno.

-Etiqueta Cero: el distintivo ambiental de la DGT para los coches más sostenibles, que clasifica a aquellos vehículos capaces de recorrer al menos 40 km sin emisiones contaminantes con una sola carga eléctrica. Esta etiqueta proporciona muchas ventajas a los coches que la portan: acceso ilimitado a todas las zonas de la ciudad, no se les impide la circulación ante episodios de alta contaminación y, por norma general, pueden aparcar en la calle sin pagar el servicio de estacionamiento regulado y sin límite de tiempo. También permite el acceso libre a los carriles de alta ocupación o disfrutar de descuentos en algunos peajes. Además, eléctricos e híbridos enchufables disfrutan de importantes ventajas fiscales.

-Kilovatio (kilovatio): unidad de potencia equivalente a 1.000 vatios. Es una magnitud de potencia del sistema internacional usada en el mundo del automóvil para definir la potencia de cualquier fuente de potencia (motores, baterías…). En la homologación de vehículos se trabaja con kW, aunque el público está más acostumbrado a tratar con caballos de potencia (CV). 1 kW equivale a 1,36 CV.

-Kilovatios hora (kWh): clave en los eléctricos. El kilovatio-hora es una unidad de medida de energía que equivale a mil vatios-hora y que refleja la cantidad de energía que puede transferir una batería, ya sea suministrándola al motor o recibiéndola de un cargador. Refleja una potencia en un periodo de tiempo y equivale a la cantidad de energía necesaria para mantener en funcionamiento un dispositivo de 1.000 vatios durante una hora. El kWh se usa para reflejar la capacidad de la batería del vehículo, así como para calcular el tiempo máximo de recarga, según la potencia de recarga.

-Kilovatios hora cada 100 kilómetros (kWh/100 km): medida estandarizada para reflejar el consumo de energía de un coche eléctrico, del mismo modo que en uno de combustión se emplean los litros cada 100 kilómetros.

-Modos de conducción: los modos de conducción se refieren a la entrega de potencia al motor ya la frenada regenerativa, pero también a otros sistemas que consumen energía eléctrica, como la climatización. Con diferentes ajustes de sus parámetros, cada modo de conducción programado consigue priorizar el consumo, el rendimiento puro y la forma en la que se entrega la potencia.

-Modo de recarga: se han estipulado cuatro modos de recarga para vehículos electrificados. Los distintos tipos de cargadores normales, semirrápidos o rápidos deben adaptarse a uno de estos modos de recarga estipulados para cumplir diferentes normativas y estándares de servicio, tipo de conector y seguridad.

-Motor eléctrico: dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica para generar el movimiento rotativo de un eje. Sus principales componentes son la bobina, el imán, el estator y el rotor. También se denomina motor electromagnético, porque utiliza la atracción y repulsión entre un imán y una bobina por la que pasa corriente eléctrica. Al acelerar la carga de corriente eléctrica que pasa por la bobina, el estátor crea un campo magnético que arrastra el rotor que tiene el imán, generando el movimiento rotativo. Los motores eléctricos de los coches son reversibles. Cuando el circuito se invierte, el movimiento de las ruedas en energía, funcionando como un generador eléctrico o dinamo.

-Estación de recarga: lugar con cargador o cargadores públicos para coches eléctricos. Se empieza a conocer el término «electrolinera», pero «punto de recarga» es el más extendido para describir los espacios con cargadores públicos.

-Recarga: acción de cargar las baterías de energía, que puede realizar a través de un cargador o con el sistema de regeneración de energía. El tiempo de recarga viene determinado por la capacidad de la batería, el nivel de carga de la batería, la capacidad del cargador del coche, la potencia que entrega a cada momento del cargador o la toma de corriente (puede variar), el tipo de conector, el tipo de cable e incluso la temperatura ambiente.

-Recuperación de energía: sistema que permite aprovechar la energía cinética producida por el propio movimiento de un vehículo para convertirla en energía eléctrica. Los coches eléctricos e híbridos enchufables incorporan este sistema, que convierte en electricidad para recargar la batería parte de la energía que se libera en la frenada o en retención (al avanzar sin acelerar, por ejemplo, cuesta abajo). Esta conversión se realiza a través de la inversión del motor eléctrico, que se convierte en un generador.

-Tarifa de electricidad para coche eléctrico 2.0DHS: los operadores de red eléctrica ofrecen diferentes tarifas a sus clientes. En el hogar, las tarifas están reguladas por el Real Decreto 216/2014, del 28 de marzo. La más apropiada para recargar un eléctrico es la tarifa con discriminación horaria supervalle (2.0DHS). En las horas supervalle, de noche, se produce una reducción considerable del consumo y los precios son más bajos.

-Voltios (V): es una magnitud de potencia, que se puede definir técnicamente como la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Es decir, la fuerza que puede ejercer el flujo eléctrico, también llamado tensión eléctrica. En su definición clásica, es la diferencia de potencial a lo largo de un conductor cuando una corriente de un amperio consume un vatio de potencia. En los coches eléctricos e híbridos enchufables interesa saber que hay dos circuitos eléctricos. El primero, de baja tensión -de 12 V o de 24 V- con una batería convencional para los elementos secundarios, como los elevalunas, radio, asientos eléctricos o el alumbrado. El segundo, de alta tensión, que envía la energía de las baterías de tracción al motor eléctrico y puede tener desde 48 V hasta 500 V.