Coche eléctrico listo para carretera
1993/02/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria
Se estima que para el año 2000 circularán en Europa 200 mil coches eléctricos. Todavía habrá que superar grandes obstáculos, ya que hay muchos problemas técnicos (Ver Elhuyar. En el número 40 de Ciencia y Técnica, de octubre de 1990 El automóvil eléctrico: un artículo sin fin), los principales fabricantes presentan sus prototipos: Peugeot Mod. 106, Citroen “AX”, Renault “Elecktro Clio”, Fiat “Cinquecenta Elettra”, Opel “Astra Impuls”, Mercedes 190-4, etc.
A pesar de que Fiat vende su coche eléctrico en Italia a unos dos millones y medio de pesetas, el resto de marcas no se venden hasta 1995. La compañía PSA, perteneciente al grupo Peugeot, prevé la fabricación a finales de esta década de 50 mil vehículos al año, mientras que Fiat prevé la fabricación de 70.000 automóviles, con un total de 200.000 vehículos eléctricos en Europa.
Inicialmente se trata de vehículos principalmente urbanos y suburbanos, con una autonomía media de 50 km/h de 100 km, con una velocidad máxima de 100 km/h.
Los tres primeros pasos
La proliferación de coches eléctricos en las ciudades requerirá tres pasos. El primero es experimental y durará hasta 1995. Durante este periodo se probará la fiabilidad de las baterías nuevas para que tengan el máximo volumen y energía con el menor peso posible. Por otro lado, también se probarán los sistemas de carga de baterías en caso de falta de corriente (instalación de enchufes de corriente en los parques).
El segundo paso se producirá entre 1995 y 2000. Se fabricarán los actuales modelos eléctricos de automóvil y los primeros vehículos “ligeros” diseñados específicamente para la propulsión eléctrica.
El tercer paso se producirá hacia el año 2000 y el coche eléctrico saldrá de la ciudad, compitiendo a los coches de gasolina con la carga automática de baterías. Serán coches térmicos/eléctricos y el conductor elegirá el motor eléctrico o de gasolina.
Motor eléctrico
El motor eléctrico es prácticamente innecesario. Porque sin contaminar el aire tiene un rendimiento energético inmejorable. Consta de dos piezas principales: el estator fijo y el rotor móvil que lo contiene. Cuando circula corriente eléctrica en el estator se generan fuerzas electromagnéticas que hacen girar la bobina que hay en el rotor. El movimiento de giro del rotor se transmite a través de una caja de engranajes hasta las ruedas. La transmisión es mucho más simple que el motor de explosión, ya que el movimiento lineal hacia atrás no debe convertirse en un movimiento de giro con bielas y manivelas.
El motor eléctrico es muy silencioso, al no existir ningún tipo de explosión en su interior, y al vehículo sólo se le oye el ruido que desprenden los neumáticos con el suelo. Además, al no existir piezas que se rozan, puede recorrer millones de kilómetros sin calentarse. Además, el rotor desempeña la función de eje de transmisión y como sólo se pierde energía en forma de calor en el sistema de engranajes, el rendimiento suele ser superior al 80%. En el motor de explosión sólo se aprovecha en las ruedas el 30% de la energía total gastada, mientras que el resto se desperdicia en fricción y gases quemados.
La única opción en el motor eléctrico es la de realizar corriente continua o corriente alterna. Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes. La corriente continua es flexible y sólo necesita escandalmente un variador electrónico para modular la intensidad de las corrientes de los circuitos de alimentación al estator y al rotor. Sin embargo, necesita unas piezas que se desgastan (cepillo o carbón). Deben colocarse para suministrar electricidad al rotor y ser sustituidos por un desgaste de unos 30.000 km.
Los motores de corriente alterna no contienen piezas en movimiento y pueden recorrer más de 150.000 km sin ningún tipo de reparación o sustitución, pero requieren un aspecto electrónico más sofisticado. Necesitan por un lado un cuadro para transformar la corriente continua de la batería en alterno y por otro un microprocesador para gobernar desde el estator la excitación del campo magnético y la corriente inducida. En la actualidad, la electrónica de control del motor en corriente alterna vale tres veces más que el propio motor y en el motor de corriente continua los costes de control y de un mismo motor son similares.
Mercedes propone otra solución para su modelo 190-4. Coloca el rotor por fuera del estator, consiguiendo así una mayor fuerza motriz con menor velocidad de giro. Las ruedas tienen la misma velocidad que el motor y al no existir caja de engranajes en la transmisión, el rendimiento es superior al 90%.
Batería
Sin embargo, los problemas más graves serán conseguir baterías ligeras y pequeñas. La energía electroquímica se ha almacenado hasta hace poco en baterías de plomo, pero la relación energía//masa 32 Wh/kg es demasiado pequeña comparada con la relación 13.300 Wh/kg que tiene la gasolina. Por tanto, se requiere una batería mínima de 730 kg de plomo para que el vehículo tenga una autonomía de 100 km/h. Por eso, para que una dé electrones y la otra coja electrones, es necesario un par de elementos ligero y estable para hacer la batería adecuada. Pero la investigación no es fácil, ya que las reacciones de oxidación-reducción de la batería dañan los materiales de los electrodos.
La relación litio/fluoro alcanzaría 3.000 Wh/kg (8 kilos de baterías serían suficientes para recorrer una distancia de 100 km), pero tanto el litio como el flúor son demasiado activos para hacer una batería estable y duradera (sin corrosión).
Aunque teóricamente se pueden seleccionar 5.000 pares de elementos químicos de la Tabla Periódica para formar la batería, en la práctica sólo se pueden aprovechar unos pocos. La pareja niquel/cadmio es una de las más exitosas, ya que además de tener una duración de 150.000 km, tiene una relación 58 Wh/kg, es decir, pesa la mitad de las baterías actuales.
La otra pareja de éxito es el sodio y el azufre. Más barato que Ni/Cd, tiene una relación de 81 Wh/kg, pero este tipo de baterías trabaja a 300ºC y el 10% de la energía se utiliza para calentarse antes de poner en marcha el vehículo. Varias casas de Suecia y Estados Unidos están tratando de conseguir baterías de Na/S de electrolito sólido (y no líquido).
Otro tipo de baterías es el de litio y hierro sulfuroso, que también funciona a alta temperatura (450 ºC) y tiene una relación energética similar a la de sodio/azufre con electrolito sólido. Esta batería necesita un gran sistema de refrigeración, ya que de lo contrario se alcanzarían temperaturas de 2.000 ºC.
Dos tipos de automóviles
Al final de la era experimental dentro de un par de años, los coches eléctricos estarán a la venta, pero a la vista de los prototipos que ahora se han presentado, se pueden observar dos vías. La bata es europea y se caracteriza por ser un coche pequeño y de carrocería ligera. Así es el modelo “Citela” presentado por PSA. Tiene una longitud de tan sólo tres metros y en la carrocería sólo tiene un chasis metálico. Por eso, con la batería sólo pesa 800 kilos. Por seguridad, las baterías están unidas al chasis para que el conjunto sea más rígido. Sin embargo, “Citela” no es un coche para andar rápido. La velocidad media es de 50 km/h y dispone de baterías de 240 kilos de Ni/Cd con una autonomía de 110 kilómetros en la ciudad.
El otro camino es el elegido en Estados Unidos y Japón. Se han proyectado con moderación coches normales pero de forma muy aerodinámica. El modelo FEV (Future Electric Vehicle) de Nissan tiene una longitud de cuatro metros y el modelo “Impact” de General Motors tiene prestaciones equivalentes a los automóviles de motor de explosión. Partiendo en reposo, alcanzan una velocidad de 100 km/h en 8 segundos, pero con una velocidad máxima de 130 y 110 km/h respectivamente y una velocidad media relativamente inferior. En el modelo Impact se alcanza una autonomía de 88 km/h de 190 km.
Otra solución pensada para los automovilistas es la construcción de un vehículo de dos motores. Tendría motor de explosión y motor eléctrico. Funcionaría con batería y motor eléctrico sin contaminación urbana y con motor de gasolina fuera de la ciudad. El modelo “Chico” de Volkswagen funciona así. Cuando la velocidad es superior a 60 km/h se enciende el motor de explosión y a baja velocidad el motor eléctrico. En el modelo de audio “100 Duo” la tracción delantera la realiza el motor de explosión y la posterior el motor eléctrico.
La empresa PSA propone una nueva vía en esta pareja de motores de explosión y eléctricos. Un motor diesel haría de dinamo (es decir, de cargar la batería) y el coche siempre funcionaría con batería y motor eléctrico, obteniendo una velocidad media de 100 km/h y una autonomía de 750 km. Otra alternativa sería la sustitución del motor diesel por una turbina de gas, pero para ello podrían existir mayores barreras técnicas.
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