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La cadena cinemática eléctrica en los vehículos eléctricos

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La implementación del propulsor eléctrico

La implementación del propulsor eléctrico suele adoptar dos enfoques: uno sitúa el motor eléctrico cerca del eje del vehículo, al lado de una caja de cambios, mientras que el segundo método coloca los motores en las propias ruedas.

En el primer enfoque, se puede utilizar un solo motor en un eje para la tracción a las dos ruedas, mientras que dos motores, uno en cada eje, pueden utilizarse para la tracción a las cuatro ruedas. Este enfoque puede combinarse fácilmente con la tecnología tradicional de los motores de combustión interna para conseguir una cadena cinemática híbrida. Soluciones como Bosch eAxle[3] combinan el motor, la electrónica de potencia y la transmisión en una solución ampliable y compacta. Con un peso aproximado de 90 kg, la gama de potencia va desde los 50 hasta los 300 kW, con un par motor de entre 1000 y 6000 Nm, lo que hace que resulte adecuada para todo tipo de vehículos, desde turismos hasta vehículos comerciales ligeros. La transmisión por eje de alto voltaje de Continental tiene una estructura similar[4].

El segundo método, poner un motor en cada rueda, se conoce como motor de cubo y es el empleado por Protean Electric. Su ProteanDrive Pd18 incluye el motor eléctrico, el disco de freno y la electrónica del inversor en un diseño de 36 kg que cabe dentro de una llanta de 18 pulgadas.[5]

Con una potencia máxima de 80 kW (60 kW continuos) por rueda, distribuyen el peso del vehículo hacia los vértices exteriores. Aplicar el propulsor a cada rueda de forma independiente también simplifica la implementación de la vectorización del par motor, lo que mejora la conducción. Como el motor y la electrónica se sitúan alrededor del exterior del vehículo, queda más espacio delante y detrás para el equipaje o las baterías.

El propulsor del motor eléctrico utiliza inversores de conmutación para transformar eficazmente la tensión de la batería (normalmente de unos 400VCC) en la necesaria para la tracción, similar al sistema utilizado en las fuentes de alimentación digitales de hoy en día. Dado que la cadena cinemática eléctrica es un sistema fundamental para la seguridad, los componentes utilizados en cada propulsor del motor deben tener un elevado nivel de fiabilidad. Los peligros derivados de que un vehículo que circule a gran velocidad pierda potencia repentinamente pueden determinarse fácilmente.

Hasta ahora, la consolidada tecnología IGBT ha sido el dispositivo de conmutación elegido para la cadena cinemática eléctrica, ya que controla de forma fiable las elevadas tensiones y potencias asociadas. Sin embargo, conseguir una eficiencia mayor requiere mayores frecuencias de conmutación, lo que pone a los IGBT al límite. La tecnología de banda ancha (WBG), como el carburo de silicio (SiC), está desplazando poco a poco a los IGBT a causa de su menor resistencia a la conexión, su mayor temperatura operativa y su baja pérdida en la conmutación transitoria. Las dudas sobre su fiabilidad y las tensiones que la mayor velocidad de conmutación podría provocar en los devanados del motor, han obstaculizado su uso[6]. Sin embargo, a medida que esta tecnología vaya entendiéndose mejor, estas dudas irán desapareciendo.

PrimePACK

Los vehículos comerciales también se ven afectados por las iniciativas ecológicas para reducir las emisiones de carbono. Investigaciones llevadas a cabo por Siemens[7] han contemplado implantar el cableado aéreo, conocido como sistema de catenaria, instalado en algunas autopistas del mundo. El objetivo es proporcionar a los camiones híbridos un método para obtener energía eléctrica a través de un pantógrafo, tanto para la propulsión como para la recarga durante la marcha. Un sistema como este también podría implantarse en las calles que rodean los centros logísticos para reducir las emisiones localizadas entre los parques empresariales y las carreteras de las ciudades. Algunos proveedores como Infineon[8] ya ofrecen soluciones de conmutación IGBT de alta potencia en unidades resistentes, como PrimePACK, capaces de soportar las enormes tensiones eléctricas y mecánicas de estas aplicaciones.

Parece que todos los elementos necesarios para que la cadena cinemática eléctrica sea un éxito —desde los vehículos de pasajeros particulares hasta todo tipo de vehículos comerciales— están listos. Los últimos avances en electrónica de potencia mejorarán la autonomía manteniendo la fiabilidad y, sobre todo, la seguridad. Aunque es posible que los pantógrafos resuelvan los problemas de recarga de los vehículos comerciales, los usuarios particulares de las carreteras seguirán estando muy lejos de la comodidad del repostaje en las estaciones de servicio.

En nuestro próximo artículo de fondo analizaremos los avances en el ámbito de la recarga de los vehículos eléctricos para hacer frente a esta situación.


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