Cotxe elèctric llest per a carretera
1993/02/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria
S'estima que per a l'any 2000 circularan a Europa 200 mil cotxes elèctrics. Encara caldrà superar grans obstacles, ja que hi ha molts problemes tècnics (Veure Elhuyar. En el número 40 de Ciència i Tècnica, d'octubre de 1990 L'automòbil elèctric: un article sense fi), els principals fabricants presenten els seus prototips: Peugeot Mod. 106, Citroen “AX”, Renault “Elecktro Clio”, Fiat “Cinquecenta Elettra”, Opel “Astra Impuls”, Mercedes 190-4, etc.
A pesar que Fiat embeni el seu cotxe elèctric a Itàlia a uns dos milions i mig de pessetes, la resta de marques no es venen fins a 1995. La companyia PSA, pertanyent al grup Peugeot, preveu la fabricació a la fi d'aquesta dècada de 50 mil vehicles a l'any, mentre que Fiat preveu la fabricació de 70.000 automòbils, amb un total de 200.000 vehicles elèctrics a Europa.
Inicialment es tracta de vehicles principalment urbans i suburbans, amb una autonomia mitjana de 50 km/h de 100 km, amb una velocitat màxima de 100 km/h.
Els tres primers passos
La proliferació de cotxes elèctrics a les ciutats requerirà tres passos. El primer és experimental i durarà fins a 1995. Durant aquest període es provarà la fiabilitat de les bateries noves perquè tinguin el màxim volum i energia amb el menor pes possible. D'altra banda, també es provaran els sistemes de càrrega de bateries en cas de falta de corrent (instal·lació d'endolls de corrent als parcs).
El segon pas es produirà entre 1995 i 2000. Es fabricaran els actuals models elèctrics d'automòbil i els primers vehicles “lleugers” dissenyats específicament per a la propulsió elèctrica.
El tercer pas es produirà cap a l'any 2000 i el cotxe elèctric sortirà de la ciutat, competint als cotxes de gasolina amb la càrrega automàtica de bateries. Seran cotxes tèrmics/elèctrics i el conductor triarà el motor elèctric o de gasolina.
Motor elèctric
El motor elèctric és pràcticament innecessari. Perquè sense contaminar l'aire té un rendiment energètic immillorable. Consta de dues peces principals: l'estator fix i el rotor mòbil que el conté. Quan circula corrent elèctric en l'estator es generen forces electromagnètiques que fan girar la bobina que hi ha en el rotor. El moviment de gir del rotor es transmet a través d'una caixa d'engranatges fins a les rodes. La transmissió és molt més simple que el motor d'explosió, ja que el moviment lineal cap endarrere no ha de convertir-se en un moviment de gir amb bieles i manovelles.
El motor elèctric és molt silenciós, al no existir cap mena d'explosió en el seu interior, i al vehicle només se li sent el soroll que desprenen els pneumàtics amb el sòl. A més, al no existir peces que es freguen, pot recórrer milions de quilòmetres sense escalfar-se. A més, el rotor exerceix la funció d'eix de transmissió i com només es perd energia en forma de calor en el sistema d'engranatges, el rendiment sol ser superior al 80%. En el motor d'explosió només s'aprofita en les rodes el 30% de l'energia total gastada, mentre que la resta es malgasta en fricció i gasos cremats.
L'única opció en el motor elèctric és la de realitzar corrent continu o corrent altern. Cadascun té els seus avantatges i inconvenients. El corrent continu és flexible i només necessita escandalmente un variador electrònic per a modular la intensitat dels corrents dels circuits d'alimentació a l'estator i al rotor. No obstant això, necessita unes peces que es desgasten (raspall o carbó). Han de col·locar-se per a subministrar electricitat al rotor i ser substituïts per un desgast d'uns 30.000 km.
Els motors de corrent altern no contenen peces en moviment i poden recórrer més de 150.000 km sense cap mena de reparació o substitució, però requereixen un aspecte electrònic més sofisticat. Necessiten d'una banda un quadre per a transformar el corrent continu de la bateria en altern i per un altre un microprocessador per a governar des de l'estator l'excitació del camp magnètic i el corrent induït. En l'actualitat, l'electrònica de control del motor en corrent altern val tres vegades més que el propi motor i en el motor de corrent continu els costos de control i d'un mateix motor són similars.
Mercedes proposa una altra solució per al seu model 190-4. Col·loca el rotor per fora de l'estator, aconseguint així una major força motriu amb menor velocitat de gir. Les rodes tenen la mateixa velocitat que el motor i al no existir caixa d'engranatges en la transmissió, el rendiment és superior al 90%.
Bateria
No obstant això, els problemes més greus seran aconseguir bateries lleugeres i petites. L'energia electroquímica s'ha emmagatzemat fins fa poc en bateries de plom, però la relació energia//massa 32 Wh/kg és massa petita comparada amb la relació 13.300 Wh/kg que té la gasolina. Per tant, es requereix una bateria mínima de 730 kg de plom perquè el vehicle tingui una autonomia de 100 km/h. Per això, perquè una doni electrons i l'altra coixa electrons, és necessari un parell d'elements lleuger i estable per a fer la bateria adequada. Però la recerca no és fàcil, ja que les reaccions d'oxidació-reducció de la bateria danyen els materials dels elèctrodes.
La relació liti/fluoro aconseguiria 3.000 Wh/kg (8 quilos de bateries serien suficients per a recórrer una distància de 100 km), però tant el liti com el fluor són massa actius per a fer una bateria estable i duradora (sense corrosió).
Encara que teòricament es poden seleccionar 5.000 parells d'elements químics de la Taula periòdica per a formar la bateria, en la pràctica només es poden aprofitar uns pocs. La parella niquel/cadmi és una de les més reeixides, ja que a més de tenir una durada de 150.000 km, té una relació 58 Wh/kg, és a dir, pes la meitat de les bateries actuals.
L'altra parella d'èxit és el sodi i el sofre. Més barat que Ni/Cd, té una relació de 81 Wh/kg, però aquest tipus de bateries treballa a 300 °C i el 10% de l'energia s'utilitza per a escalfar-se abans de posar en marxa el vehicle. Diverses cases de Suècia i els Estats Units estan tractant d'aconseguir bateries de Na/S d'electròlit sòlid (i no líquid).
Un altre tipus de bateries és el de liti i ferro sulfurós, que també funciona a alta temperatura (450 °C) i té una relació energètica similar a la de sodi/sofre amb electròlit sòlid. Aquesta bateria necessita un gran sistema de refrigeració, ja que en cas contrari s'aconseguirien temperatures de 2.000 °C.
Dos tipus d'automòbils
Al final de l'era experimental dins d'un parell d'anys, els cotxes elèctrics estaran a la venda, però a la vista dels prototips que ara s'han presentat, es poden observar dues vies. La bata és europea i es caracteritza per ser un cotxe petit i de carrosseria lleugera. Així és el model “Citela” presentat per PSA. Té una longitud de tan sols tres metres i en la carrosseria només té un xassís metàl·lic. Per això, amb la bateria només pesa 800 quilos. Per seguretat, les bateries estan unides al xassís perquè el conjunt sigui més rígid. No obstant això, “Citela” no és un cotxe per a caminar ràpid. La velocitat mitjana és de 50 km/h i disposa de bateries de 240 quilos de Ni/Cd amb una autonomia de 110 quilòmetres a la ciutat.
L'altre camí és el triat als Estats Units i el Japó. S'han projectat amb moderació cotxes normals però de forma molt aerodinàmica. El model FEV (Future Electric Vehicle) de Nissan té una longitud de quatre metres i el model “Impact” de General Motors té prestacions equivalents als automòbils de motor d'explosió. Partint en repòs, aconsegueixen una velocitat de 100 km/h en 8 segons, però amb una velocitat màxima de 130 i 110 km/h respectivament i una velocitat mitjana relativament inferior. En el model Impact s'aconsegueix una autonomia de 88 km/h de 190 km.
Una altra solució pensada per als automobilistes és la construcció d'un vehicle de dos motors. Tindria motor d'explosió i motor elèctric. Funcionaria amb bateria i motor elèctric sense contaminació urbana i amb motor de gasolina fora de la ciutat. El model “Chico” de Volkswagen funciona així. Quan la velocitat és superior a 60 km/h s'encén el motor d'explosió i a baixa velocitat el motor elèctric. En el model d'àudio “100 Duo” la tracció davantera la realitza el motor d'explosió i la posterior el motor elèctric.
L'empresa PSA proposa una nova via en aquesta parella de motors d'explosió i elèctrics. Un motor dièsel faria de dinamo (és a dir, de carregar la bateria) i el cotxe sempre funcionaria amb bateria i motor elèctric, obtenint una velocitat mitjana de 100 km/h i una autonomia de 750 km. Una altra alternativa seria la substitució del motor dièsel per una turbina de gas, però per a això podrien existir majors barreres tècniques.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
