¿Cómo funcionan los coches eléctricos? Descubra los componentes principales y sus funciones

Feb 25, 2024

Aunque los vehículos eléctricos pueden parecer automóviles normales desde el exterior, en realidad funcionan de manera muy diferente en comparación con los vehículos con motor de combustión.

La mayoría de los fabricantes de automóviles intentan que sus vehículos eléctricos parezcan convencionales para no alienar a los compradores tradicionales, pero los vehículos eléctricos funcionan de manera bastante diferente en comparación con los automóviles de combustión. Su propulsión se basa en sistemas completamente diferentes a los de un vehículo que funciona con combustible líquido.

Esta es la razón por la que los mecánicos de automóviles normalmente se niegan a trabajar en un vehículo eléctrico a menos que hayan recibido una formación especial. Saber qué hace funcionar un automóvil eléctrico y cuáles son sus componentes principales es importante si desea aprovechar al máximo su experiencia como propietario de un vehículo eléctrico.

Estos son los principales componentes y sistemas que un vehículo eléctrico necesita para funcionar.

El componente más grande, pesado y caro que se utiliza para fabricar un vehículo eléctrico es su batería. Su función es almacenar cantidades significativas de electricidad y también resistir ciclos repetidos de carga y descarga en condiciones climáticas muy variables. En algunos vehículos eléctricos, la batería también actúa como miembro estructural del chasis del vehículo.

Los paquetes de baterías para vehículos eléctricos se componen de cientos de celdas individuales unidas entre sí y su tamaño varía desde menos de 40 kWh en vehículos más pequeños hasta más de 200 kWh en algunas camionetas eléctricas. El GMC Hummer EV tiene una de las baterías más grandes de la industria, un paquete de 205 kWh, que proporciona una autonomía de 329 millas. En el otro extremo de la escala, tenemos el Mini Cooper SE, cuyas pequeñas baterías de 32 kWh sólo pueden recorrer 114 millas con una sola carga.

También vale la pena señalar que los fabricantes citan la capacidad total y neta (utilizable) de la batería, razón por la cual a veces se ven diferentes capacidades enumeradas para los mismos vehículos eléctricos. Además, dos vehículos eléctricos con la misma capacidad de batería probablemente no ofrecerán la misma autonomía, ya que también hay que tener en cuenta qué tan ligeros son los vehículos y cuánta resistencia a la rodadura tienen, lo que en última instancia se traduce en la eficiencia con la que utilizan la electricidad.

La batería de un vehículo eléctrico sería inútil (y peligrosa) sin lo que se conoce como sistema de monitoreo de batería, o BMS para abreviar. Cumple la función extremadamente importante de monitorear el paquete de baterías y regular su temperatura, voltaje y corriente. También es el BMS el que le brinda estimaciones de alcance y estado de carga, que calcula en función de la cantidad de corriente que queda en la batería.

El BMS también monitorea el estado del paquete de baterías, tanto en su conjunto como de cada celda de la batería individualmente. Los usuarios de vehículos eléctricos más avanzados también pueden acceder a los registros del BMS que rastrean el rendimiento y los patrones de uso de la batería. Luego se pueden analizar con gran detalle para ver cómo funciona la batería y qué se puede optimizar.

Otra función importante que desempeña el BMS es controlar el sistema de gestión térmica del paquete de baterías. Esto se aplica a todos los vehículos eléctricos que pueden controlar la temperatura de su paquete, lo que incluye la mayoría de los vehículos eléctricos modernos. Vehículos como las primeras generaciones del Nissan Leaf y el BMW i3, así como el Renault Zoe y el Volkswagen e-Golf, venían sin gestión térmica.

La gestión de la temperatura en un vehículo eléctrico funciona de forma muy similar al sistema de refrigeración de un coche de combustión. Se basa en un líquido que se bombea alrededor de la batería a través de una serie de mangueras y canales con el objetivo de quitar el calor a estos componentes vitales para que puedan funcionar mejor y tener una vida más larga.

Algunos fabricantes de vehículos eléctricos recomiendan revisar y cambiar el refrigerante cada pocos años, mientras que otros (como Tesla) dicen que se trata de un sistema completamente sellado que no necesita mantenimiento regular.

Las bombas de calor también son cada vez más comunes en los vehículos eléctricos. Estas importantes piezas de hardware ayudan a calentar la cabina de la forma más eficiente posible utilizando el calor residual del paquete de baterías y del motor. También ayudan con la refrigeración, ya que su funcionamiento se puede invertir para que puedan actuar esencialmente como unidades de aire acondicionado.

La pieza de hardware que realmente proporciona propulsión en un vehículo eléctrico es su motor eléctrico. Convierte la energía eléctrica en energía mecánica que impulsa las ruedas.

Hay varios tipos de motores eléctricos, cada uno con sus propias fortalezas y debilidades, pero todos están formados por dos partes principales llamadas rotor y estator. La primera es esencialmente la única parte móvil de un motor eléctrico, mientras que la segunda es esencialmente la carcasa del rotor y contiene canales a través de los cuales se bombea líquido para ayudar a la unidad a eliminar el calor.

Muchos vehículos eléctricos funcionan con lo que se conoce como motor de CC, que funciona con corriente continua y viene en configuraciones con y sin escobillas, siendo este último considerablemente más común. Este tipo de motor es conocido por su alto par de torsión y su durabilidad, pero también tiene desventajas, como el tamaño, el peso y la confiabilidad (especialmente en el caso de los motores con escobillas).

Los motores de inducción también son bastante comunes en los vehículos eléctricos y aportan varias ventajas sobre los motores de CC. Son más pequeños, más simples y más fáciles de mantener, pero al mismo tiempo, no pueden igualar la potencia de salida o la eficiencia de los motores de CC, especialmente los que usan imanes permanentes.

Algunos vehículos eléctricos de gama alta también utilizan lo que se conoce como motores síncronos de imanes permanentes (PMSM), que son mejores que otros tipos de motores de inducción en términos de densidad de potencia y eficiencia. Su mayor desventaja es su mayor complejidad y mayor costo.

Los vehículos eléctricos no necesitan una transmisión tradicional. Su alto par motor que se entrega a muy bajas revoluciones elimina la necesidad de tener múltiples marchas para cambiar a medida que aumenta la velocidad.

Sin embargo, dado que los motores eléctricos tienen velocidades de rotación similares (o incluso superiores) en comparación con los vehículos ICE, todavía necesitan una marcha reductora que les ayude a lograr un buen equilibrio entre aceleración y velocidad máxima. Los diferenciales están presentes en los vehículos eléctricos y funcionan igual que en un vehículo ICE.

Los únicos vehículos eléctricos de producción modernos que realmente tienen una transmisión de engranajes son el Porsche Taycan y el Audi E-Tron GT, que, para sus motores traseros, tienen una caja de cambios automática de dos velocidades. No está claro si esta solución se mantendrá en el futuro, ya que ha enfrentado críticas por ser una complicación innecesaria.

Otros fabricantes no han anunciado planes para implementar soluciones similares, aunque hay empresas como el especialista en ejes Dana Incorporated en Estados Unidos que sí vende una caja de cambios de dos velocidades diseñada para funcionar con un motor eléctrico.

Todos los vehículos eléctricos tienen algún tipo de cargador a bordo, cuyo rendimiento suele dictar la velocidad máxima de carga del vehículo cuando se utiliza un cargador de CA (corriente alterna). Su función también es convertirla en CC (corriente continua), que luego es regulada por el BMS.

La potencia de los cargadores a bordo de los vehículos eléctricos oscila entre 3,7 kW y 22 kW y también pueden detectar si la corriente que pasa por ellos es corriente alterna monofásica o trifásica.

Dado que la mayoría de los tipos de motores eléctricos también pueden actuar como generadores de electricidad, todos los vehículos eléctricos tienen lo que se conoce como sistema de frenado regenerativo. Esto depende únicamente de sus motores, que pueden usarse para reducir la velocidad y devolver energía a la batería al mismo tiempo.

Esto aumenta drásticamente el intervalo de cambio de pastillas de freno para vehículos totalmente eléctricos y algunos híbridos. También permite que los vehículos eléctricos ofrezcan lo que se conoce como conducción con un solo pedal, lo que esencialmente significa que el conductor puede acelerar y frenar el vehículo usando solo el pedal del acelerador, ya que cuando se despeguen por completo, el vehículo comenzará a desacelerar automáticamente a través del motor. resistencia.

Los vehículos eléctricos también tienen una cantidad variable de inversores, convertidores y controladores. Todos ellos son vitales para el correcto funcionamiento del tren motriz, ya que ayudan a maximizar la potencia y la eficiencia mediante el uso óptimo de la corriente disponible.

Los inversores son responsables de convertir CC en CA, mientras que los convertidores tienen la función de convertir CC de alto voltaje extraída del paquete de baterías en una corriente de menor voltaje que el vehículo necesita para hacer funcionar varios sistemas. Los controladores son vitales para la distribución de energía, ya que ayudan a gestionar el flujo de electricidad hacia y desde el paquete de baterías; También son los que hacen posible el frenado regenerativo en un vehículo eléctrico.

Los vehículos eléctricos pueden tener menos piezas móviles en comparación con los coches de combustión, pero eso no significa que no sean piezas de ingeniería complejas. En realidad, todo lo contrario, ya que necesitan una serie de sistemas que funcionen juntos para proporcionar la potencia, eficiencia, alcance y confiabilidad que exigen los consumidores.

Los avances y avances en la tecnología de los vehículos eléctricos son comunes, y es mejor tener al menos una comprensión básica de cómo funcionan y qué se está mejorando exactamente. Este conocimiento también es importante si posee un vehículo eléctrico y está interesado en saber cómo mantenerlo adecuadamente y en qué se diferencia de un vehículo ICE.

Andrei es el editor de la sección de vehículos eléctricos de MUO. Estudió periodismo y tiene más de una década de experiencia en redacción y edición de contenido automotriz. También dirige su propio canal de YouTube llamado One Tire Fire.