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ELÉCTRICO, AUTOMÓVIL - Definición - Significado

El automóvil eléctrico como alternativa del de motor de explosión • Los motivos fundamentales que han conducido a su difusión a través de los años • Los problemas todavía no solucionados de los acumuladores • El sistema mixto • Contaminación • Las perspectivas futuras

En la época actual, caracterizada por su desarrollo extraordinario de la técnica que ha hecho posible a la Humanidad disponer de medios de comunicación que parecen milagrosos, de desencadenar la energía nuclear, de viajar en el espacio a velocidades superiores a los 40.000 km/h, la gente se pregunta cómo es posible que no pueda disponer todavía de un automóvil eléctrico.

El automóvil eléctrico es un vehículo en el cual el depósito está representado por baterías de acumuladores, que contienen la energía necesaria para el funcionamiento del motor eléctrico. Pero la energía contenida en 1 kg de baterías de plomo es, aproximadamente, 500 veces inferior a la contenida en 1 kg de gasolina. Un coche con un peso total de 100 kg necesita, para una autonomía de 50 km, a una velocidad de tan sólo 50 km/h, unos 300 kg de baterías de plomo, las únicas en las que actualmente se puede confiar.

Este hecho viene a demostrar que, por ahora, la utilización del automóvil eléctrico está limitada a servicios específicos y que sólo un decisivo progreso en el campo de los acumuladores podrá impulsar su difusión.

Su historia

Las primeras tentativas se hicieron en el sector ferroviario en la primera mitad del siglo pasado, para substituir las locomotoras de vapor, consideradas ruidosas y sucias a causa del humo y del carbón. No se trataba de automóviles, pero, como funcionaban con baterías, está justificado considerar aquellos primeros prototipos como los predecesores de los actuales.

En 1834 en Brandon (Gran Bretaña), el herrero Thomas Davenport construyó un motor eléctrico que funcionaba con batería y lo aplicó a un pequeño vehículo que consiguió recorrer un breve tramo sobre carriles.

En 1847, Moses Farmer, en un experimento realizado en Dover, hizo funcionar un vehículo que llevaba 2 personas. Un importante paso adelante fue dado por Charles G. Page, de la Oficina de Patentes de los Estados Unidos; construyó un pequeño vehículo que realizó el viaje de Washington a Blandesburg a la velocidad de 30 km/h. Un gran obstáculo para la realización de los primeros experimentos fue la gran dificultad que representaban las baterías totalmente primitivas, ineficientes y muy costosas. Por esta razón los ferrocarriles abandonaron la idea de utilizar las baterías y se orientaron hacia el sistema de tracción eléctrica alimentada por un tercer carril o por un cable.

En Gran Bretaña, en 1888, fue construido un pequeño automóvil eléctrico por J. K. Starley. Algunos años después, en 1893, Bersey fabricó un vehículo postal y un coche de 4 plazas, empleando baterías de la empresa Elwell-Parker.

En Europa, el primer verdadero automóvil eléctrico fue construido por los franceses Jean-taud y Raffard, en 1893. Las baterías, colocadas en el maletero trasero, tenían una capacidad de 200 Ah y un peso total de 420 kg. La potencia del motor era de 2,2-2,9 kW (3-4 CV).

En 1894, cinco automóviles eléctricos participaron en la primera carrera automovilística que se disputó en el recorrido París-Ruán, de 126 km, pero venció un coche de vapor, un De Dion. En Europa, el máximo esplendor de la aplicación de la electricidad se produjo en 1899, cuando el 1.° de mayo, el automóvil eléctrico denominado Jamáis Contente, construido por el belga Camille Jenatzy, superó la velocidad de 100 km/h.

A partir de entonces los intentos se sucedieron, especialmente en Norteamérica. Según algunos, el primer vehículo eléctrico de EE.UU. fue construido en 1888 por Fred M. Kimball, de Boston. La primera iniciativa de fabricación con objetivos comerciales fue tomada por la Woods Motor Vehicle Co., de Chicago. Uno de los esfuerzos más importantes corrió a cargo de la Electric Carriage and Wagón Co., de Filadelfia, que construyó un primer vehículo en 1894 y que en 1897 ya proporcionó a la ciudad de Nueva York un grupo de taxis eléctricos. Otra sociedad, la Pope Manufacturing Co., de Hartford, comenzó la fabricación de vehículos eléctricos en 1897 y, posteriormente, alcanzó un desarrollo notable: construyó 2.000 taxis, además de autobuses y camiones, todos ellos eléctricos; sin embargo, el éxito no acompañó a la empresa. En 1902, la Studebaker construyó 5 modelos de propulsión eléctrica con un mismo chasis. Entre 1900 y 1915 puede decirse que se instalaron alrededor de un centenar de constructores. Pero ya en 1904, en el «país do los automóviles» un tercio del parque de circulación utilizaba la propulsión eléctrica. En 1912 fueron construidos 10.000 vehículos eléctricos, 6.000 para transporte de personas y 4.000 para mercancías. El total en circulación era de alrededor de 20.000 coches para transporte de personas y 10.000 comerciales.

No obstante, el vehículo con motor de combustión interna tomaba rápidamente la delantera por sus características de ligereza, maniobrabilidad, velocidad y autonomía, a pesar de que el automóvil eléctrico resistía, preferido por las mujeres, que juzgaban el coche de gasolina ruidoso, sucio y más difícil de conducir, características en cambio que lo hacía agradable a los hombres, animándolos sobre todo por la afición deportiva.

En 1915 tuvo gran resonancia un invento de Harry E. Dey y de Steimetz. Su automóvil eléctrico, en lugar de diferencial, tenía un motor diseñado de manera que la armadura y el inducido, unidos cada uno a un semieje, podían girar el uno respecto al otro. De esta manera la potencia se distribuía entre los semiejes, que podían girar en curva a velocidad distinta. Durante los descensos el motor funcionaba como dinamo para recuperar energía y actuaba de freno.

En 1917, un coche recorrió la distancia entre Atlantic City y Nueva York (300 km) a un promedio de 33 km/h.

En los años veinte, en Alemania, en Francia y en Italia se construyeron vehículos eléctricos ideados en gran parte para servicios específicos, que no exigían gran autonomía ni velocidad estable.

Más tarde, el automóvil eléctrico perdió rápidamente el interés, incluso en Europa, y el éxito del motor de explosión fue total. En las comparaciones, los resultados de los prototipos de propulsión eléctrica aparecieron demasiado mediocres. El problema de las baterías, pesadas e ineficientes, no pudo resolverse. Las prestaciones de los vehículos construidos para usos particulares sobre breves y determinados recorridos no se podían aceptar para coches que querían competir con los de los motores de gasolina.

Pero la segunda guerra mundial hizo que se reconsideraran las posibilidades del automóvil eléctrico. Por esta razón, se transformaron en propulsión eléctrica coches de producción normal. Se vieron circular algunos Fiat 500 (el topolino) accionados por un conjunto de baterías, que pesaban más de 400 kg, y coches más grandes con baterías dispuestas en el alojamiento del motor y en el maletero. Parece ser que el automóvil eléctrico expresamente proyectado y construido en mayor número de ejemplares, en aquel período, fue el Peugeot VLV.

Acabada la guerra, la propulsión eléctrica quedó circunscrita a los pequeños transportes especiales y a vehículos para uso preferentemente urbano. Después, hacia la mitad de los años sesenta, el problema cobró de nuevo actualidad, y ello por distintos motivos: los problemas del tráfico urbano, la contaminación atmosférica, el temor de la escasez de petróleo, pero también por las innegables ventajas típicas de la propulsión eléctrica, y por los progresos alcanzados en el sector de los acumuladores, que resultan más potentes y menos pesados.

La situación en los años setenta

En los años posteriores a 1970, los problemas ecológicos y la crisis del petróleo han puesto de actualidad el automóvil eléctrico. Particularmente en los Estados Unidos se ha despertado el interés en un público que ya tiene una cierta familiaridad con los enormemente difundidos vehículos para campos de golf, estaciones aéreas, parques, museos, etc. Según el presidente del Electric Vehicle Council, un tercio de los vehículos destinados a servicios que no utilizan las carreteras, son de propulsión eléctrica. En Long Beach (California) circulan por las carreteras unos 1.500 pequeños vehículos (karts) eléctricos. O sea, que existe ya una industria preparada y tiene interés en expansionarse.

Han sido numerosas las realizaciones de la General Motors; son de recordar los famosos vehículos Electrovair y Electrovan, accionados ambos por sistemas de propulsión con corriente alterna y alimentados respectivamente por baterías de plata y por una célula de combustible. A estos prototipos siguió el coche Stirlec de propulsión mixta, accionado por un motor eléctrico cuyas baterías se mantenían en carga por un grupo electrógeno con motor Stirling.

Entre las realizaciones más recientes se recuerdan los coches de la serie experimental G.M. 512, proyectados para la circulación en zonas urbanas prohibidas para los vehículos convencionales. Se trata de 2 pequeños coches cuya carrocería está formada en parte por resina de vidrio y a los cuales se han aplicado, respectivamente, un sistema de propulsión eléctrica integral y uno con regeneración térmica (mixto). Los datos del automóvil de propulsión eléctrica integral son: peso, 560 kg; motor, de 6 kW: velocidad máxima, 70 km/h y con 150 kg de baterías de plomo la autonomía está comprendida entre 50 y 70 km. Está provisto también de aire acondicionado.

Más recientemente, la General Motors ha realizado un automóvil accionado por una batería de cinc-aire del tipo recargable mecánicamente. Esta batería, no obstante, está acoplada a una batería de plomo, ya que no es capaz de suministrar la potencia suficiente para las aceleraciones. Es necesario citar el LRV 3, el todo terreno lunar usado por la NASA en las emisiones de 1971 y 1972, proyectado por la Boeing en colaboración con la General Motors. Algunas empresas menos importantes que tienen ya experiencia en la construcción de vehículos eléctricos para usos particulares, ofrecen modelos más pequeños de automóviles eléctricos con prestaciones limitadas.

En Europa, la situación es distinta en los diversos países. Gran Bretaña va a la vanguardia, dado el número de automóviles eléctricos en circulación. Se trata de vehículos industriales de capacidad útil relativamente baja: ambulancias, transportes de alimentos para hospitales, recolección y transporte de basuras, furgones para la distribución de mercancías, y furgonetas de diversos tipos. Las carretillas transportadoras, elevadoras y cargadoras de diversos tipos, usadas en las fábricas, en los hospitales y en los aeropuertos, alcanzan un total de más de 80.000. Sin embargo, el coche eléctrico está todavía en la etapa de la investigación, como en los demás países.

Al final de 1969 fue presentado el automóvil Enfield 465, realizado por la Enfield Automotive y destinado a ser producido en serie. Se trata de un coche de 2 + 2 plazas, con un peso total de alrededor de 700 kg, con carrocería de resina de vidrio. El sistema de control es del tipo electromecánico con conmutación de baterías. Puede alcanzar una velocidad de unos 64 km/h, y su autonomía, con 200 kg de baterías de plomo, es de 55 km. En los últimos años se han propuesto otros numerosos coches eléctricos británicos. Se recuerdan el Cárter Coaster y el Scamp, y también el más conocido Ford Comuta.

En los otros países europeos las tentativas y las investigaciones no han sido menos numerosas ni interesantes: típico es el pequeño vehículo de 3 ruedas, creado en Francia por los hermanos Jarret, para la circulación en áreas delimitadas, como fábricas, hospitales, aeropuertos, etc. A las ruedas traseras están acoplados directamente los motores eléctricos de concepción no convencional, de reluctancia variable sin colector, con conmutación electrónica. Su potencia total resulta inferior a 1 kW y la velocidad máxima es de 25 km/h. El peso total del vehículo es de alrededor de 170 kg; las baterías (48 V, 47 Ah), de 65 kg de peso, permiten una autonomía comprendida entre 30 y 70 km, según los recorridos. Su conducción está confiada a una palanca situada entre los 2 asientos, que actúa sobre el control electrónico de los 2 motores para efectuar la regulación diferenciada. Con este sistema de dirección, que el constructor considera aceptable para velocidades reducidas, el coche puede invertir su dirección girando sobre sí mismo. El frenado se efectúa en parte por medios eléctricos con los motores de propulsión y en parte por frenos mecánicos accionados con la misma palanca.

Entre los estudios realizados en Alemania se recuerdan los emprendidos por la iniciativa de la R.W.E. (Rheinich-Westfálische-Eleck-trizitátswerk), con la colaboración de las sociedades Bosch y Varta. La Bosch ha construido algunos prototipos transformando coches económicos de serie.

El Japón, país en el cual los estudios fueron iniciados en los años sesenta para reducir la contaminación atmosférica, progresa con mayor celeridad. Desde 1970 se han realizado unos 50 prototipos de dimensiones y de configuración diversas, algunos de los cuales son del tipo mixto. Se dice que las 2 grandes de la industria automovilística del Japón, la Toyota y la Nissan, intentan poner en marcha el desarrollo comercial de los vehículos eléctricos. La Exposición Mundial de Osaka, en 1970, fue para la Toyota-Daihatsu el banco de pruebas para sus realizaciones en este sector. Hasta 250 coches (accionados por un motor de 1,5 kW, con control electrónico, de una autonomía de 145 km, con una velocidad comprendida entre 5 y 15 km/h) circularon por los pabellones de la Exposición como taxis. Otros 60 automóviles eléctricos, también de la Daihatsu (con motor de 3 kW, velocidad comprendida entre 5 y 45 km/h y autonomía de 80-100 km) formaban parte de las dotaciones de la policía, bomberos, servicios sanitarios y de mantenimiento, por el interior de la Exposición. Ambos modelos pesaban alrededor de 1.000 kg, de los cuales 300 kg corresponden a las baterías de plomo. En el curso de la misma Exposición de Nissan presentó un coche pequeño de 2 plazas, con peso total de 600 kg que, equipado con baterías de plomo, desarrolló una velocidad máxima de 60 km/h, con una autonomía de 90 km, a la velocidad de 35 km/h. Pero el hecho más importante, que probablemente tendrá notables consecuencias sobre el desarrollo del automóvil eléctrico en el Japón, es la decisión del Gobierno japonés de dedicar una suma de unos 14 millones de dólares para la investigación. El programa prevé el estudio de 5 tipos de vehículos, de los cuales 2 serán para uso preferentemente urbano. Los primeros prototipos se realizaron ya y, después de la puesta a punto, se construyeron los de una segunda serie. Los modelos, uno para 4 ó 2 personas y 100 kg, y el otro para 5 ó 3 personas y 300 kg, fueron confiados a la Daihatsu y a la Toyota, respectivamente. También son estudiados por 7 empresas distintas 7 tipos de acumuladores.

De Italia cabe citar, como ejemplo de automóvil urbano eléctrico, el Zele. Tiene un motor con una potencia de 100 W, con un grupo de 8 baterías con una capacidad total de 160 Ah. Está provisto de un cambio de 3 marchas, cuya presencia es útil a los fines de autonomía. Pesa vacío 465 kg, la velocidad es de 40 km/h y la autonomía de 70 km.

Se han citado hasta aquí los modelos más avanzados y espectaculares, pero se debe recordar que las realizaciones más prácticas han sido conseguidas transformando a propulsión eléctrica automóviles normales producidos en serie. Este procedimiento es el más económico para estudiar la cantidad de energía necesaria para las baterías, el tipo de motores, los sistemas de control, las prestaciones del coche, el frenado, la dirección, etc.

Son dignos de mención los estudios realizados por la Fiat en el conjunto de las investigaciones encaminadas a reducir la contaminación atmosférica, que desde 1961 han tratado sobre las posibilidades de la propulsión con baterías eléctricas, a la vista de las actuales disponibilidades tecnológicas. Para las primeras experiencias se usaron coches con embrague y cambio, en concreto un furgón Fiat 200 y un coche Fiat 1100. El motor era de excitación compuesta, con uno de los arrollamientos alimentable independientemente. La regulación de la velocidad se lograba sólo con la variación de la corriente en el arrollamiento de excitación independiente. Al motor eléctrico estaba acoplado un cambio de engranajes con el correspondiente embrague. El sistema se eligió por las ventajas de sencillez, bajo coste y elevado rendimiento global, que habían sido las bases de la orientación de la investigación. A continuación se intentó hacer más fácil la conducción, eliminando el cambio. Esta fase fue realizada sobre un modelo 850. Este coche, con un peso total de unos 1.000 kg y equipado con 320 kg de baterías de plomo de tipo especial con cajas de plástico, repartidas entre el alojamiento del motor y el maletero delantero, permitía una autonomía de 50-60 km. El motor, proyectado y construido por la Fiat, tiene una potencia nominal de 15,5 kW (21 CV), que en fase de aceleración puede alcanzar hasta 33 kW (45 CV), una velocidad máxima de 72 km/h y una aceleración que le permite pasar de 0 a 50 km/h en 6 s. Prosiguiendo en las experiencias, con el fin de valorar con más realidad las prestaciones de los sistemas de regulación sobre un coche pequeño y ligero, en particular adaptado para uso urbano, fue transformado a propulsión eléctrica un Fiat 500, instalando un sistema substancialmente igual al del 850. Además, para simular las prestaciones que podían derivarse de las futuras baterías de alta densidad de energía y bajo peso, este coche fue equipado con sólo 160 kg de baterías dispuestas parte en el interior de la carrocería y parte en el maletero delantero. El peso total del coche resulta así de 720 kg; la velocidad sube a 80 km/h, con una aceleración que le permite pasar de 0 a 50 km/h en menos de 4 s. La misma empresa realizó también un automóvil urbano cuyo modelo de carrocería fue presentado ya en el Salón de Turín de 1972.

Composición del coche y costes

El equipo de propulsión del automóvil eléctrico está esencialmente compuesto, por las baterías, el motor, y los aparatos necesarios para variar por medio del acelerador el régimen de rotación y la potencia del motor. Los otros órganos del coche son similares o iguales a los de un vehículo convencional, con las variaciones de estructura necesarias para la instalación de las baterías que son voluminosas y pesadas. Una prerrogativa de la propulsión eléctrica es la de poder prescindir del embrague y el cambio; por esto hay tendencia a eliminarlos, si bien ello supone un mayor consumo de energía y, por tanto, menos autonomía. Las otras partes del automóvil pueden ser las mismas de un coche convencional o adaptadas al mayor peso del vehículo, causado por las baterías, y a las menores prestaciones. Esta adaptación afecta a las suspensiones, a los frenos y a la dirección. Generalmente, el coche eléctrico tiene sólo 2 pedales -acelerador y freno—, una palanca para elegir marcha hacia delante o atrás y un interruptor general. La tensión de la energía motriz es más elevada que la que alimenta la instalación eléctrica para las luces, limpiaparabrisas, encendedor y otros accesorios eléctricos; por esto es necesaria una batería de 12 V, cargada por las baterías de propulsión.

Constituye un problema la calefacción interna del automóvil, para lo cual se utiliza la energía desprendida en forma de calor por el motor y el sistema de regulación. Aún es mayor el problema del acondicionamiento térmico, porque absorbe una notable cantidad de energía, causando una reducción de las prestaciones del coche. El problema podrá resolverse mejor cuando se disponga de baterías de alta capacidad específica.

Como ya se ha mencionado, el éxito de los automóviles eléctricos está totalmente ligado al progreso de las baterías. Como no se dispone aún de baterías de alta energía específica (medida en Wh/kg), es decir pequeñas y ligeras, para resolver el problema de la autonomía se ha pensado recurrir al llamado sistema mixto. El sistema es una solución de compromiso entre la energía térmica y la eléctrica. El coche está equipado con un motor eléctrico y uno de gasolina, con baterías de propulsión y con un depósito de gasolina. El motor térmico mantiene en carga las baterías y sirve también para mover el vehículo en caso de falta de corriente. Se han realizado prototipos de coches mixtos con distintas relaciones de utilización de los 2 medios de propulsión. Es un sistema más bien complicado que resuelve sólo en parte el problema de la contaminación. Sin embargo, parece la solución más conveniente para los autobuses, ya que es muy importante no reducir la capacidad de transporte, como sucedería en el caso de que la propulsión fuese sólo eléctrica, ya que el peso de las baterías reduciría la capacidad útil. El sistema mixto está considerado como un medio de transición por los defensores del automóvil eléctrico, que ven con optimismo el futuro de las baterías.

A los aspectos técnicos hay que añadir los económicos, cuya importancia no se debe subvalorar. Las previsiones sobre el coste de un automóvil eléctrico están ligadas a las series que pueden llegar a producirse. Los elementos de juicio de que se dispone se limitan a producciones muy inferiores a las de vehículos convencionales, aunque significativos. Hay que tener en cuenta que los coches que hoy se pueden construir tienen baterías de plomo que, aunque son pesadas, resultan a buen precio. Los cálculos más realistas para valorar los costes de funcionamiento se basan en la comparación con un automóvil de gasolina idéntico. Estos cálculos dan resultados algos distintos según el país y según los precios de los componentes, de la energía eléctrica y de la gasolina: no obstante, son bastante homogéneos. El precio del automóvil eléctrico resulta, generalmente, 2-2,5 veces el de la versión de gasolina en base a las modificaciones que deben ser realizadas en la carrocería y en las partes mecánicas, el sistema de regulación adoptado (electromecánico o electrónico), la presencia o no del aparato de recarga de las baterías, etc. En el caso del vehículo no está comprendido el de las baterías, que se consideran como material de consumo. El coste de la energía consumida anualmente depende del número de kilómetros recorridos y del número de ciclos de descarga y recarga de las baterías, ya que de ello depende la duración de las propias baterías. De una se rie de comparaciones hechas se puede llegar a la conclusión que, como promedio, el coste por kilómetro recorrido es para el automóvil eléctrico del mismo orden que el del de gasolina. Sin embargo, la diferencia en el precio de adquisición es notable.

La batería

La batería es el depósito de energía eléctrica, que comprende varios elementos formados cada uno por un ánodo, un cátodo, un separador adecuado para aislar electrónicamente los electrodos en el interior, un electrólito y un recipiente o caja.

Desde el punto de vista técnico las características de la batería son: la energía específica (Wh/kg), la potencia específica (W/kg) y el tiempo para la recarga.

Desde el punto de vista económico, interesan la duración, el coste inicial y el de mantenimiento. Los acumuladores más convenientes son los de plomo expresamente estudiados para la propulsión. Además de las baterías de plomo, el mercado ofrece las alcalinas al cadmio-níquel o al hierro-níquel, excluyendo las de plata utilizadas en el vehículo lunar.

Se pueden clasificar según el valor específico de energía y de potencia tanto los acumuladores normales como los que están en curso de experimentación. Los acumuladores alcalinos equivalen, prácticamente, a los de plomo como energía específica; ofrecen una mayor potencia específica, tienen mayor duración y, con apropiados detalles de construcción, no necesitan mantenimiento; por el contrario, son bastantes más costosos (4-5 veces), tanto que no compensan su mayor duración y sólo se usan en casos particulares. Las baterías de plomo han alcanzado notables progresos desde los años cincuenta, pasando de 18 a poco más de 30 Wh/kg. Aún se está lejos del límite teórico de 166 Wh/kg, meta que será inalcanzable, ya que no se puede evitar la inclusión en el acumulador de elementos teóricamente pasivos, perc esenciales para la utilización práctica, como son las paredes de separación, las conexiones y la caja; por otra parte, no es aceptable comprometer la duración con la reducción de la consistencia de determinadas partes vitales, como el grosor del estrato de materia activa sobre los electro-ventiladores. No obstante, algunos investigadores han indicado la posibilidad de alcanzar valores de energía específica del orden de hasta 70-80 Wh/kg. Análogas consideraciones podrían hacerse para los acumuladores alcalinos Ni-Cd y Ni-Fe, para los cuales la diferencia entre los valores teóricos y los reales de la energía específica resulta todavía más elevada.

Dada la importancia del asunto, se están efectuando activas investigaciones para realizar nuevos tipos de acumuladores con prestaciones superiores y tiempos de recarga más breves. Desde hace años se han puesto en marcha, en particular en EE.UU., investigaciones en diversas direcciones. Acumuladores utilizando metales electroquímicamente muy activos, como los alcalinos y los alcalinotérreos, y con electrólitos orgánicos, han sido objeto de estudios por parte de la Guitón. La Ford y la General Motors han propuesto acumuladores con electrodos en estado fundido y con electrólitos constituidos por sales fundidas. Con estos acumuladores se piensa alcanzar energías específicas hasta 15 veces superiores a las de los actuales acumuladores de plomo. No obstante, el empleo de componentes en estado fundido plantea grandes problemas, que van desde la necesidad de una alta temperatura de trabajo, a las medidas de seguridad contra la formación de mezclas explosivas entre los componentes en caso de averías de la celda. Para objetivos militares ya se han empleado baterías cinc-aire, si bien no son recargables eléctricamente.

Los estudios sobre estos tipos recientes de acumuladores son llevados desde hace años, en los Estados Unidos, por la Gulf General Ato-mic, la Leesona Moss y la Yardney. El programa de investigación en Japón se basa en 7 tipos de baterías:

- de plomo con electrodo de muchos estratos (Japan Storage Battery Co.);

- de plomo con electrodos porosos (Shinkobe ElectricC o.);

- de plomo con celdas de muchos estratos y

Las principales complicaciones en los automóviles eléctricos estriban en el cableado, los interruptores y los reguladores, que deben ser dimensionados para soportar corrientes de centenares de amperios. Casi todos los fabricantes, para salvar este problema, han elevado la tensión de las baterías, conectándolas en serie hasta alcanzar valores comprendidos entre 60 y 100 V. Arriba, el grupo de regulación y el motor eléctrico de un Mini transformado para utilizar propulsión eléctrica.

En la batería de cinc-aire de la Sanyo, el electrólito en circulación está en forma de barro (slurry), en el cual está en suspensión el cinc en polvo. La recarga se efectúa en un tiempo muy breve substituyendo el slurry, del cual se recupera luego el cinc en una instalación electroquímica. También en Europa se están estudiando baterías de este tipo.

Los resultados obtenidos en las grandes investigaciones emprendidas hasta ahora no permiten esperar una inminente solución del problema de las baterías de alta energía específica. Por ahora el automóvil eléctrico sólo puede disponer de buenas baterías de plomo. Y no cabe pensar en las pilas de combustible, que, a pesar de los estudios realizados especialmente en Estados Unidos y en Francia, no pueden considerarse como una posibilidad razonable para la alimentación de vehículos eléctricos.

Regulación electromecánica

La energía eléctrica de las baterías se transforma en energía mecánica en las ruedas a través del motor eléctrico, cuya potencia y velocidad de rotación se regulan por un dispositivo más bien complicado, conectado con el pedal del acelerador. El conjunto del motor y el dispositivo de regulación forma el sistema de propulsión. Éste puede ser de regulación electromecánica o bien electrónica.

Los sistemas electromecánicos utilizan motores de corriente continua: los más conocidos poseen el motor excitado en serie, con regulación a base de variar la resistencia del circuito del motor o mediante conmutador de baterías. Estos sistemas se usan en muchos vehículos eléctricos producidos en serie, como las furgonetas (delivery van) que se utilizan mucho en Gran Bretaña para el transporte de paquetes. Como la velocidad de estos vehículos es baja, los sistemas de regulación electromecánica resultan convenientes, aunque sean discontinuos, y disipan una cierta cantidad de la energía disponible, porque son sencillos, seguros y poco costosos. Pero la conducción de un coche exige adoptar sistemas más refinados.

Como primer sistema cabe citar el de regulación independiente de la excitación, en el cual un motor de excitación compuesta tiene uno de los arrollamientos alimentable por separado. El circuito del motor no contiene ningún elemento de disipación; la regulación de la velocidad depende exclusivamente de la variación de la corriente del arrollamiento de excitación independiente. Esta variación puede efectuarse mediante un pequeño reóstato, dado que la corriente a regular es de valor muy reducido comparada con la que utiliza el motor. La energía gastada para la regulación resulta prácticamente insignificante y el rendimiento del sistema se identifica con el del motor, que puede alcanzar valores próximos al 95 %, incluso para motores de potencia del orden de sólo 10 kW. La variación de velocidad del motor es continua dentro de un campo de valores que, con oportunas especificaciones de proyecto, puede resultar suficientemente amplio. El sistema ofrece además, como consecuencia natural, la posibilidad de frenado dinámico con recuperación de energía, con un efecto parecido al de los motores de pistón; de hecho, en condiciones de sobreexcitación respecto a la velocidad impuesta por el automóvil, el motor se convierte sin discontinuidad en generador. Pero la velocidad del motor no puede descender por debajo de un determinado régimen, correspondiente a la máxima excitación; en consecuencia, el sistema completo de propulsión lleva un cambio y el correspondiente embrague.

A pesar de ello, el sistema presenta indudables ventajas de sencillez, de economía y de elevado rendimiento global, además de los ya mencionados, derivados de una regulación continua y progresiva con frenado de recuperación; ventajas que lo hacen interesante para muchas aplicaciones, en particular cuando va asociado a una transmisión automática.

Si se quiere evitar la aplicación del embrague y del cambio, se puede añadir una regulación al circuito del motor, que permita la variación del régimen de éste, desde la velocidad nula hasta la mínima para el inicio de la regulación sobre el campo independiente. Esta regulación, en su forma más simple, es reostática, lo que supone cierta disipación de energía a velocidades bajas del motor. Para efectuar sin disipación de energía esta regulación sobre el circuito del motor se puede recurrir a una instalación con conmutación de baterías, aunque presenta la desventaja de ser discontinua. Para eliminar la discontinuidad se puede recurrir a la regulación en el circuito del motor por medio de una instalación eléctrica de impulsos.

Regulación electrónica

Dada la complejidad de este tema, se examinarán las posibilidades de aplicación sin entrar en los problemas de los circuitos.

Ya difundido y aplicado en determinadas carretillas elevadoras y furgonetas eléctricas (delivery van) es el sistema de regulación por impulsos. La energía de la batería se envía al motor de corriente continua a través de un diodo controlado de silicio que funciona como un interruptor. Cuando el interruptor está cerrado (diodo en fase conductora), toda la tensión de la batería se aplica al motor; cuando está abierto (diodo en fase no conductora), el motor no está conectado a la batería. Si el interruptor virtual, constituido por el diodo controlado, se abre y se cierra con una frecuencia más bien elevada (100-200 Hz), el valor de la tensión media aplicada al motor se expresa por la relación entre el tiempo de conducción y el de interrupción. Variando esta relación, se modifica la tensión media del motor y, en consecuencia, su velocidad de rotación.

El diodo de recirculación (freewheel), dispuesto en paralelo al motor, tiene la misión de mantener la corriente (y por tanto el par) del motor lo más constante posible, incluso en los instantes de interrupción del diodo controlado, utilizando la energía inductiva almacenada en los arrollamientos del motor en la fase de conducción.

La energía disipada en la instalación de regulación se limita a las pérdidas de conmutación en los semiconductores y a las pérdidas magnéticas en el motor, causadas por la componente pulsante de la corriente. La investigación está dirigida sobre todo al desarrollo de instalaciones en corriente continua, dado que la energía disponible es de este tipo, pero no se abandonan las aplicaciones de motores de corriente alterna.

El motor de inducción de corriente alterna es más sencillo y consistente que el de corriente continua, ya que al no tener colector, no presenta las limitaciones mecánicas y de conmutación peculiares de éste; por tanto, es posible realizar unidades de gran potencia específica, gracias al elevado número de revoluciones al-canzables. Pero surge el problema de adecuar el sistema de regulación a las exigencias del motor. Es necesario transformar la energía de la batería de corriente continua en alterna. La velocidad y el par del motor asincrónico pueden ser regulados, controlando la frecuencia de sincronización y el deslizamiento; pero esto sólo es posible dentro de un determinado campo de velocidades, por debajo del cual es necesaria también una regulación de tensión. Todas estas regulaciones deben ser coordinadas por señales procedentes de captadores de velocidad y de par aplicados al motor. La regulación resultante es continua y progresiva, con posibilidad de frenado con recuperación en todo el campo de velocidades, características éstas que parecen ser ideales para la propulsión eléctrica. No obstante, los aspectos negativos hay que tenerlos en cuenta:

- limitado rendimiento global por las numerosas transformaciones de energía y por el tamaño si es proyectado para altas velocidades;

- complejidad de los circuitos y dispositivos auxiliares, incluso por la necesidad de extraer la energía disipada en los diversos órganos, comprendido el motor;

- coste elevado por el gran número de componentes, que no es comparable con el de otros sistemas de propulsión.

El sistema presenta motivos de interés para vehículos de gran potencia, en los cuales la importancia de los órganos auxiliares puede suponer un porcentaje bajo del coste total, o para aquellas aplicaciones donde el coste está subordinado a exigencias funcionales.

De la descripción anterior, resulta evidente que el automóvil eléctrico no ha encontrado todavía su forma definitiva, ni en lo que se refiere al sistema de propulsión ni en cuanto a la batería adecuada, aunque el primero no parece tan difícil de resolver. Las investigaciones sobre los sistemas de propulsión continúan y posiblemente llegarán a buenos resultados. Pero las soluciones más racionales, tanto desde el punto de vista técnico como del económico, se obtendrán sólo cuando el automóvil eléctrico pueda ser producido en series elevadas, lo que permitirá proyectar el motor eléctrico y el sistema de regulación como sistemas íntimamente relacionados.

Las fuentes de energía eléctrica

Así como el coche de gasolina no funciona si no hay petróleo, el automóvil eléctrico tampoco lo hace si no es alimentado por centrales eléctricas. Una parte de la energía eléctrica se obtiene en las centrales térmicas, que funcionan en su mayoría con combustibles derivados del petróleo.

La difusión del automóvil eléctrico supondría un ahorro de gasolina, pero causaría al mismo tiempo un aumento en el consumo del combustible para las centrales termoeléctricas. En lo que se refiere a la contaminación atmosférica, se reduciría en las ciudades, pero las centrales eléctricas deberían prever enormes instalaciones de depuración de los humos.

En el dibujo de abajo, entresacado de un estudio de la General Motors, se puede ver que a consecuencia de la serie de pérdidas debidas a las sucesivas transformaciones energéticas, la relación entre la energía que llega a las ruedas del vehículo y la energía térmica introducida en la central es del 10-16%. Si se considera que el rendimiento medio del motopropulsor térmico de un vehículo común es del orden del 20%, resulta que el consumo y la emisión de este último son inferiores a los atribuidos al automóvil eléctrico de igual potencia.

Como conclusión de esta breve descripción, parece ser que el sistema mixto de propulsión, citado anteriormente, es una solución de compromiso que, por ahora, satisface tanto desde el punto de vista de abastecimiento de energía como del de contaminación. Según este sistema, las baterías se cargan continuamente por un grupo electrógeno accionado por un motor térmico convencional, funcionando a régimen constante, correspondiente a la potencia media de funcionamiento del vehículo que, para la circulación en zonas urbanas, es sensiblemente inferior a la máxima del motopropulsor eléctrico. En tales condiciones es posible llegar a optimizar los parámetros ligados a la combustión, a niveles superiores a los que se pueden alcanzar con un motor sometido a cargas y a regímenes muy variables, con objeto de reducir al mínimo tanto el consumo como la emisión de productos nocivos.

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