Partes de un motor eléctrico

Partes de un motor eléctrico

En un artículo anterior analizamos cuáles eran las partes de un motor de combustión de un coche. Ahora toca hacer lo mismo pero con los vehículos eléctricos (EV), es decir, te presentamos las partes de un motor eléctrico. Así conocerás algo más de cerca cuáles son las entrañas de un motor de este tipo y qué lo hace funcionar.

Recuerda que estos vehículos eléctricos se han transformado en el presente y el futuro, aunque existen otras alternativas que pueden ser incluso más respetuosas con el medio ambiente que este tipo de movilidad eléctrica. Pero, sea como sea, convivimos con ellos y deberías conocerlos:

Partes de la plataforma de un vehículo eléctrico

Una de las mayores diferencias con respecto a los vehículos de combustión interna en los vehículos eléctricos está precisamente bajo el capó el coche, e incluso en los bajos, ya que en los eléctricos las baterías se reparten por debajo del habitáculo del coche para repartir mejor el peso.

Además, debes saber que con estos vehículos eléctricos no se necesita el motor convencional y la transmisión que sí vemos en los vehículos de combustión interna alternativos. Sin embargo, en los eléctricos encontramos varias partes que no están presente en los de combustión, y que son vitales para el funcionamiento de estos vehículos. Veamos, pues, estas partes:

Motor eléctrico

motor CC vs motor CA

El motor eléctrico es el que convierte la energía eléctrica que proviene de la batería, o de otras unidades, en energía cinética para poder mover las ruedas y desplazar el vehículo. Estos motores son bastante convencionales, como los que puede haber en otros electrodomésticos, pero más grandes y potentes, y suele haber varios, en lugar de un solo motor central como en el caso de los de combustión.

Estos motores prácticamente no hacen ruido, y las vibraciones son casi nulas, por lo que aportan mayor confort y menos contaminación acústica. Además, estos motores no emiten gases de ningún tipo, y el tren motriz de estos vehículos eléctricos es más pequeño, lo que proporciona espacio adicional que se puede usar para fines diferentes, como ampliar el habitáculo, un maletero o espacio de almacenamiento más amplio, etc.

Tampoco hay que olvidar que estos vehículos suelen tener también lo que se conoce como freno regenerativo, es decir, algo similar al KERS de los F1 o MGU-K, aunque es un concepto que se ha utilizado en los trenes durante muchos años. Se trata de hacer que estos motores actúen también como generadores eléctricos. Ya sabes que los motores son reversibles, si les aplicas energía pueden girar y si los haces girar pueden producir energía. De esta forma, cuando se reduce la velocidad o se frena, pueden colaborar en la frenada y convertir esa energía en electricidad para almacenarla en la batería y usarla en el futuro.

Por último, hay que decir que los motores eléctricos de estos vehículos pueden ser de dos tipos, los motores CC o de corriente continua, y los motores CA o de corriente alterna. La diferencia entre ambos es, por supuesto, el tipo de corriente que utilizan para funcionar. Si te preguntas por las cosas a tener en cuenta entre ambos conceptos, aquí te resumo los más importantes:

  • Los motores CC funcionan a partir de corriente continua, los motores CA funcionan con corriente alterna.
  • Los motores CC regulan la velocidad de giro a través de variadores de frecuencia, mientras que los motores CA usan la tensión como forma de aumentar la velocidad.
  • En los motores CC el par motor depende del campo giratorio, mientras que en los motores CA el par motor es proporcional a la corriente del inductor y al flujo del campo magnético del inductor.
  • En los motores CC se tiene un par de arranque mucho más fuerte, en los motores CA es más suave.
  • Las partes básicas de un motor CC son el estator y el rotor, mientras que en los motores CA tenemos el inducido, inductor y colector.
  • Los motores de CC son más baratos de fabricar que los motores CA.
  • Mientras los motores CC pueden aportar mayor precisión, los CA pueden ser mejores para trabajos más pesados.

Reductor / transmisión

reductor, transmisión

Como la transmisión de los motores de combustión, en los eléctricos también se necesita algún mecanismo para transmitir la potencia mecánica a las ruedas cuando se necesita o desacoplarla. La ventaja es que no requieren transmisiones de varias velocidades, sino que son más continuos en ese sentido. Pero sí que verás una unidad denominada reductor.

Y es que, estos motores CC/AC tienen unas RPM de giro muy superiores a las que generan los motores de combustión interna, por lo que debe tener algo que reduzca esas RPM a unas más adecuadas para el tren motriz. Esto generalmente se hace mediante una serie de engranajes reductores.

Baterías de tracción

batería del motor eléctrico

La batería (también conocida como EVB) es otro de los componentes esenciales de un vehículo eléctrico, ya que actúa como «depósito de combustible», para suministrar la energía necesaria a los motores (y también la almacena si tiene algún sistema de recuperación de energía, como el freno regenerativo). Estas baterías pueden ser de diversos tipos, como las basadas en litio, aunque también existen algunos vehículos que emplean otros tipos.

Se alojan en la zona media del coche, bajo el habitáculo. Es una pura cuestión de centrar los pesos de estos elementos para crear un coche con una dinámica vehicular lo más estable posible. Ten en cuenta que estas baterías suelen ser bastante pesadas, más aún si consideramos que los vehículos eléctricos necesitan gran cantidad de energía para funcionar a altas velocidades y tener una gran autonomía de cientos de kilómetros.

Al igual que le ocurre a otras baterías de dispositivos móviles o portátiles, entre otros equipos con batería, éstas tienden a deteriorarse con el tiempo. Solo toleran unos ciertos números de ciclos de carga. A partir de ese momento se irá bajando la capacidad de estas baterías, por lo que la autonomía cada vez durará menos, hasta que se tenga que sustituir la unidad.

Como debes saber, la capacidad de almacenamiento de energía se puede medir en kWh o en Ah. Esto indica cuántos vatios puede suministrar durante una hora, o cuantos amperios puede suministrar durante una hora a los motores. Por ejemplo, imagina una batería de 80 kWh, en este caso, podría aportar 80.000 vatios durante una hora, o lo que es lo mismo, 160.000 vatios en media hora, o tal vez 40.000 vatios durante 2 horas… es decir, dependiendo de la exigencia, pueden durar más o menos.

Puedes pensar que si las baterías de mayor capacidad pueden tener mayores autonomías y aportar mayor cantidad de energía, lo ideal será montar en el vehículo eléctrico las baterías de mayores capacidades. En cambio, esto no es así, ya que eso significa aportar mayor peso y volumen al vehículo. Por eso, hay que buscar un compromiso o equilibrio entre capacidad y peso-volumen. Las baterías más pequeñas y livianas pueden ser perfectas para conducción urbana, mientras que las más grandes podrían ser convenientes para vehículos que hagan distancias más largas.

Unidad de control de energía eléctrica EPCU

EPCU o Unidad de Control de Energía Eléctrica (Electric Power Control Unit) es una unidad supervisa principalmente el estado de carga/descarga de la celda, pero cuando detecta que algo funciona mal, lo ajusta automáticamente a través de un mecanismo de relé, para abrir o cerrar otros circuitos.

La EPCU se encarga de controlar el flujo de energía eléctrica del vehículo, y también incluye un inversor, un convertidor CC-CC de bajo voltaje (LDC), el BMS y una unidad de control del vehículo (VCU). Así supervisa casi todos los mecanismos de control de potencia del vehículo, como los motores, freno regenerativo, gestión de carga y suministro de energía para todos los sistemas electrónicos.

BMS

El BMS (Battery Management System), o sistema de gestión de la batería, es un dispositivo electrónico que sirve para administrar las celdas de las baterías, para que puedan operar todas juntas como si solo fuesen una. Ten en cuenta que las baterías pueden tener decenas de miles de celdas, y para optimizar la durabilidad y el rendimiento, deben estar bien gestionadas por este sistema.

Inversor

El inversor es un elemento capaz de convertir la CC de la batería en CA, que luego se usará para los motores CA, controlando así su velocidad para la aceleración y desaceleración. En los casos en los que se usen motores CC, este paso no será necesario.

Además, el inversor también puede convertir la corriente alterna generada durante el frenado regenerativo en corriente continua para poder cargar las baterías.

Por cierto, hay que diferenciar el inversor del cargador integrado (OBC) o, también conocido como, cargador de abordo. El OBC se usa para convertir CA de los cargadores lentos tradicionales de las tomas de corriente de las casas en CC. Esto puede hacer que se parezca a la función del inverter, pero mientras el inversor es para aceleración/desaceleración y el OCB es para la carga de las baterías en los enchufableS (no es necesario en carga rápida, ya que los cargadores rápidos ya suministran CC directamente).

LDC

No hay que confundir el inversor con el LDC o convertidor de DC-DC de bajo voltaje. Mientras el inversor trabaja con tensiones altas, este otro dispositivo trabaja con tensiones bajas. Es capaz de convertir la electricidad de alto voltaje que les llega desde las baterías del vehículo a un bajo voltaje de 12V. Así puede suministrar energía a varios sistemas electrónicos auxiliares del vehículo, como la toma de 12v o del mechero, las luces, la electrónica incorporada en el vehículo, etc. Ten en cuenta que el paquete de baterías de tracción proporciona un voltaje constante. Pero los diferentes componentes del vehículo tienen diferentes requisitos.

VCU

Es la unidad de control para estos vehículos, es decir, como la ECU de la que ya te hemos hablado anteriormente en este blog. Básicamente es un sistema de control para todos los subsistemas del vehículo.

Sistema térmico

Refrigeración de baterías

Fuente: CFD Flow Engineering

En cuanto al sistema térmico, aquí debemos diferenciar entre dos sistemas diferentes:

  • Sistema de refrigeración: es el sistema de gestión térmica que funciona cuando las temperaturas de funcionamiento de los componentes principales del vehículo eléctrico son demasiado altas, como la del motor eléctrico, el controlador, baterías, etc. Suele usar soluciones combinadas basadas en refrigeración termoeléctrica, refrigeración por aire forzado y refrigeración líquida.
  • Sistema de calentamiento de las baterías: es un sistema que pone las baterías a una temperatura de funcionamiento más adecuada cuando están a temperaturas muy bajas, ya que a temperaturas bajas la capacidad y la velocidad de carga bajan. El calentador, por tanto, evita los problemas de rendimiento estacionales y hace las cargas más eficientes.

Puerto de carga

Enchufe coche híbrido

El puerto de carga, como su propio nombre indica, es el conector donde se enchufa el cargador del vehículo para poder recargar las baterías. Es decir, la toma por donde entrará el suministro eléctrico CC hacia las celdas de las baterías para que queden cargadas. Generalmente, este puerto se encuentra en la zona trasera del vehículo, donde tenían la entrada de combustible para repostar, mientras que en otros modelos está en la parte delantera.

Baterías auxiliares

baterías

Para finalizar, también puede haber baterías auxiliares, que son la fuente de energía eléctrica para otros accesorios de los vehículos eléctricos. Por ejemplo, puede hacer que algunos sistemas funcionen incluso cuando el coche no está encendido, o evita la caída de tensión producida durante el arranque del motor y que podría afectar al sistema eléctrico, etc.


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