BATERÍAS DE LITIO

La empresa Toshiba ha anunciado que sus baterías SCiB han sido seleccionadas por la empresa de automóviles Mitsubishi para su utilización en los modelos i-MiEV. Estas novedosas baterías recargables son un importante avance sobre las baterías convencionales de litio-ión al aunar, mayor seguridad y durabilidad, junto con una recarga más rápida.

Para conseguir todas estas mejoras las baterías SCiB recurren a un ánodo especial compuesto por una aleación de oxido de titanio y litio. Esto reduce la posibilidad de que se perfore el separador del ánodo y el cátodo. En consecuencia se reduce el riesgo de que entren en contacto y creen un cortocircuito.

De momento no contamos con mediciones de una entidad independiente, por lo que nos atendremos a los datos que facilita la empresa Toshiba. Las nuevas baterías soportan hasta 2.5 veces más ciclos de carga-descarga que una batería de litio convencional. Además lo consigue con un tiempo de recarga considerablemente mejorado. En mediciones realizadas en estaciones de recarga rápida (de alta potencia), consigue alcanzar el 80% de carga en 15 minutos, el 50% en 10 minutos y el 25% en tan solo 5 minutos, lo que implica disminuir a la mitad los tiempos que se manejan con los productos actualmente en el mercado. Y eso lo logran generando mucho menor calor que las baterías de litio-ión convencionales, lo que elimina la necesidad de incorporar un módulo extra de refrigeración. Tampoco el frio extremo supone una merma significativa en su rendimiento, consiguiendo buenas prestaciones incluso a 30 grados bajo cero.

Hay que tener en cuenta que la temperatura ambiente y la temperatura de funcionamiento de las baterías es un importante factor a tener en cuenta, pues merma de manera importante las cualidades de cualquier batería. Eso implica que la autonomía que se anuncia para los vehículos eléctricos es bastante irregular y varía enormemente en función de la temperatura ambiente. En condiciones calurosas puede llegar a reducirse en un 15% si hay más de 40ºC (20% para más de 45ºC), o incluso llegar a un merma del ¡60%! si la baterías alcanzan los 50ºC. Con los fríos invernales pasa algo similar, a 10 grados bajo cero la autonomía se reduce en un 25%, pero la entrega de potencia lo hace en un espectacular ¡60%! Lo que significa que el motor no puede extraer toda la electricidad que demanda cuando circula a media potencia.

Volviendo al producto de Toshiba, las nuevas baterías SCiB consiguen aumentar hasta en 1.7 veces la autonomía del vehículo eléctrico, lo que facilita la instalación de menos baterías, con menos peso y precios más bajos, para los automóviles de uso urbano. Quizá eso no sea suficiente para llegar a hacer competitivos los precios de este tipo de vehículos, aunque Toshiba está muy esperanzada en el potencial de utilización en vehículos híbridos y eléctricos.

Finalmente quiero alertar de un detalle que por ahora no se entra a debatir. La cantidad de litio en la Tierra es muy limitado, y en ningún caso será suficiente para hacer un cambio masivo de vehículos de gasolina a vehículos eléctricos. La única solución viable a largo plazo siguen siendo los automóviles de hidrógeno.

REINVENCIÓN DEL AUTOMÓVIL SEGÚN MERCEDES

Carl Benz el 29 de enero de 1886 solicitó la patente de su triciclo motorizado. Esta fecha es la que se considera como la del nacimiento oficial del automóvil. De eso han pasado 125 años y para conmemorarlo el fabricante alemán decidió emprender una vuelta al mundo de 125 días de duración. Para ello ha usado 3 Clase B F-CELL, uno de los primeros vehículos con pila de combustible fabricado en serie (el HONDA FCX data del 2008), con los que ha demostrado la fiabilidad y ecología de este tipo de vehículos.

La salida tuvo lugar el pasado 31 de Enero en Stutggart y terminó en la misma localidad el 2 de Junio tras 125 días y más de 30.000 kilómetros recorridos. Por el camino han visitado ciudades tan emblemáticas como Madrid, Barcelona, Lisboa, Londres, Moscú, Miami, Vancouver, Los Ángeles y París. La razón de probar este coche en una prueba de tan larga duración era la de demostrar la gran capacidad de rendimiento de esta tecnología de pila de combustible y su idoneidad para el uso diario.

La idea de realizar vehículos con célula de combustible viene desde los años noventa en los que Mercedes experimentaba con diversas alternativas para conseguir un automóvil eléctrico con la autonomía necesaria para el uso diario. Entonces la técnica resultaba aún muy costosa, pesada y voluminosas. Los primeros sistemas pesaban 3.5 Tn y ocupaban casi todo el espacio de una furgoneta Vito. Actualmente, el hidrógeno se almacena en tres depósitos de alta presión (700 atmósferas) bajo el doble suelo del coche. Este Clase B F-CELL mezcla una gran autonomía (400 km) con un tiempo de repostaje corto.

Podemos observar un ejemplo alternativo de reducción de los componentes en el ejercicio de ingeniería que nos presenta General Motors para sus Chevrolet Equinox. Pueden comprobar como el ultracompacto motor eléctrico se encuentra en la parte inferior, mientras que la célula de combustible ocupa el espacio que habitualmente ocuparían los cilindros en un motor de explosión. A su lado aparecen los distintos sistemas de humidificación y refrigeración de las células de combustible.

Pero volviendo a la marca de Stutggart, los vehículos eléctricos es una de las estrategias comerciales que más va a impulsar próximamente. El Clase A E-CELL, el CLase B F-CELL y la furgoneta Vito E-CELL son vehículos eléctricos que ya se producen en serie. EL objetivo de Mercedes es fabricar coches eléctricos más eficientes y limpios, sin limitaciones de seguridad ni de confort. Para ello se ha aliado con el grupo gasista Linde Group para implantar más de 50 puntos de repostaje de hidrógeno (hidrogeneras) en Alemania antes de 2014.

VENTAJAS DEL MOTOR ELÉCTRICO

El motor eléctrico, ese gran desconocido. A pesar de ser ubicuos, y utilizarlos con fruición en todas las facetas de nuestras vidas, apenas sabemos nada de ellos. A continuación resalto alguna de las grandes ventajas para la automoción de este tipo de mecánicas.

A parte de lo que ya conocen, son silenciosos, limpios y apenas vibran; los motores eléctricos utilizan un intervalo de velocidades de rotación mucho mayor que los motores de combustión, logrando sin esfuerzo más de 12.000 rpm. Con ello también varía la forma de alcanzar la velocidad máxima. Gracias a su motor, un coche eléctrico no solo acelera más rápido que un vehículo de combustión de potencia similar, sino que su gran número de revoluciones por minuto permite también la transmisión ininterrumpida del par en toda la gama de regímenes. La potencia del motor se transmite con una sola marcha directamente a las ruedas, haciendo innecesaria la transmisión de varias velocidades, y aumentando el rendimiento en más del 8% al evitar la perdida por rozamientos. La velocidad máxima se alcanza desde la parada con una sola marcha, lo que se traduce en una aceleración ininterrumpida, continua y sin esfuerzo. Y toda esta potencia está disponible desde el arranque, no dependiendo de la potencia acumulada del giro del motor como ocurre en un motor de combustión.

El motor eléctrico posee también una densidad de potencia mayor que un motor de combustión, lo que permite la producción e implantación de la misma potencia del motor en un espacio más reducido. Por ejemplo, un sistema de propulsión con 145 CV, ocupa solo el volumen de dos cajas de bebidas. Las dimensiones más reducidas del motor eléctrico junto con un peso muy inferior, permite un ahorro de espacio de hasta un 50%, comparado con un motor de combustión tradicional. Con ello aumenta la autonomía del vehículo y mejora la sostenibilidad, y los pasajeros se benefician del espacio extra creado.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción usados en los automóviles híbridos, tranvías y en algunas locomotoras realizan a menudo ambas tareas. El acelerador sirve como freno y acelerador: cuando se quita el pie del pedal, se frena con la misma fuerza que en el proceso de aceleración. Y aunque se necesita un periodo de adaptación a la conducción de un vehículo eléctrico (frena mucho más rápido de lo que se imagina), este par desacelerador se utiliza para recuperar energía en un proceso conocido como recuperación. El motor eléctrico se convierte en un generador, produciendo energía y cargando la batería. Este uso intensivo de la recuperación de energía aumenta la autonomía de un automóvil eléctrico hasta en un 20%. Por todo ello, un motor eléctrico puede llegar a tener rendimientos próximos al 95-98%, frente al 18-22% de los motores de combustión interna.

Existen muchos tipos de motores eléctricos pero se pueden destacar cuatro grandes grupos dependiendo del tipo de corriente que utiliza y su aplicación:

Corriente continua: Son fáciles de controlar, tanto el arranque/paro, como su posición y velocidad, lo que los ha extendido profusamente para multitud de aplicaciones industriales. Aunque con la llegada de la electrónica, los motores de corriente alterna (asíncronos) han llegado a ser tan controlables como estos y con unos precios más bajos, pues el principal inconveniente de este tipo de motores es un mantenimiento muy caro y laborioso. A pesar de eso aún lo podemos encontrar haciendo funcionar trenes y tranvías.

Corriente alterna:

Motor universal: Se utiliza en multitud de pequeños aparatos domésticos como batidoras, taladros, ventiladores o utensilios de cocina y baño. Pueden ser de corriente continua o alterna, pero en todos los casos se requieren altas velocidades y escasa fuerza. Estos motores cuentan con un par de arranque excelente, pero no funcionan bien si se le da un uso continuado e intensivo ya que tienden a recalentarse. Otra pega es que suelen producir interferencias electromagnéticas debido al chisporroteo de las escobillas.



Automóvil de juguete

Síncrono: Son motores de velocidad constante. El rotor gira a las mismas revoluciones que lo hace el campo magnético del estator, lo que garantiza un par motor constante. La velocidad a la que rota también es constante y depende de la frecuencia de la corriente alterna. Para una frecuencia de 60 Hz el motor rotará de forma constante a 3.600 rpm, o 3000 rpm si la frecuencia de la corriente es de 50 Hz. Eso lo hace idóneo para mover las manecillas de los relojes pues siempre marcan el tiempo exacto. Aunque cuando se para, hay que arrancarlo a mano, porque este tipo de motor no es capaz de arrancar por si mismo.

Asíncrono o de inducción: Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias. Hay multitud de variaciones sobre este tipo de motores con aplicaciones específicas.