El impulso al desarrollo de los vehículos eléctricos está en su punto más alto, con un fuerte interés por parte de los consumidores que impulsa a los fabricantes de equipos originales, grandes y pequeños, a realizar la transición de sus vehículos a la propulsión eléctrica. Pero el entusiasmo viene acompañado de una gran confusión.
¿Cuál es la diferencia entre los distintos tipos de vehículos? ¿Cómo se recargan estos vehículos y qué distancia pueden recorrer antes de necesitar una carga? ¿Cómo influye el tipo de vehículo en las decisiones de arquitectura? He aquí lo esencial.
Tipos de vehículos
El mercado mundial de vehículos eléctricos (VE) es una pequeña parte del mercado total de la automoción, pero se espera que eso cambie, y rápido. Según Boston Consulting Group, la cuota de mercado global de los VE creció del 8 por ciento en 2019 al 12 por ciento en 2020, y la firma espera que los VE representen más de la mitad de todos los vehículos ligeros vendidos para 2026.
Vehículo eléctrico es, en realidad, un término genérico. De hecho, hay varios tipos de vehículos eléctricos. Todos utilizan la electricidad para al menos una parte de su funcionamiento, pero ahí acaban las similitudes. En la actualidad hay cuatro tipos principales, enumerados aquí por su dependencia de la energía de las baterías:
- Vehículo eléctrico híbrido suave: Los MHEV (por sus siglas en inglés) mejoran el kilometraje de la gasolina utilizando una modesta batería de 48V y un motor eléctrico para aumentar la eficiencia de su motor de combustión interna (ICE). A diferencia de un vehículo eléctrico híbrido, un MHEV no funciona únicamente con energía eléctrica, aunque el motor de combustión interna puede apagarse durante el frenado, la marcha por inercia y la parada. Además, incluso cuando el motor de combustión interna está apagado, el motor eléctrico puede alimentar elementos no esenciales como el aire acondicionado o la calefacción de los asientos.
- Vehículo eléctrico híbrido: Los HEV (por sus siglas en inglés) son el tipo de híbrido más común y el que lleva más tiempo en el mercado. Los HEV tienen dos propulsores: un motor de combustible y un motor eléctrico con una batería más grande. Cuando el coche se pone en marcha, primero rueda con energía eléctrica. Luego, en cuanto el vehículo alcanza la velocidad, entra en acción el motor de gasolina. Un sistema informático a bordo determina cuándo se debe utilizar la electricidad o el gas. Además, los usuarios no enchufan un HEV. Mediante un proceso conocido como "frenado regenerativo", la batería eléctrica del coche se recarga un poco cada vez que el conductor pisa los frenos. El Toyota Prius es el HEV más conocido.
- Vehículo eléctrico híbrido enchufable: Los PHEV (por sus siglas en inglés) dividen la diferencia entre los vehículos eléctricos de batería (BEV, descritos a continuación) y los HEV. Al igual que los BEV, los PHEV tienen un motor eléctrico que se recarga mediante un enchufe externo. Y, al igual que los HEV, también tienen un motor de combustión. Una gran diferencia con respecto a los HEV es que un PHEV puede recorrer una distancia decente sólo con energía eléctrica -unos 30 o 30 kilómetros- gracias al mayor tamaño de su batería y a su capacidad de recarga en la red. Algunos ejemplos de PHEV son variantes del Toyota Corolla y el RAV4, el Volvo XC40 y el BMW Serie 3.
- Vehículo eléctrico de batería: Los BEV (por sus siglas en inglés) se alimentan completamente de electricidad, lo que significa que un BEV no tiene un motor de combustión interna, ni un depósito de combustible, ni un tubo de escape. En su lugar, cuenta con uno o varios motores eléctricos alimentados por una batería de mayor tamaño a bordo. Los usuarios cargan la batería a través de una toma de corriente externa. Los BEV existen actualmente en varias formas, como coches, autobuses, motocicletas y scooters, e incluso barcos.
Existe una quinta categoría, pero todavía es un trabajo en curso: los vehículos eléctricos de pila de combustible. Un FCEV (por sus siglas en inglés) funciona con un motor eléctrico alimentado por batería, pero con una diferencia: se carga con hidrógeno, en lugar de electricidad, y produce su propia electricidad.
Cómo cambia la arquitectura
Hay varias diferencias arquitectónicas en el paso de uno de estos tipos de VE a otro.
La más evidente es la capacidad de la batería, que se mide en kilovatios hora (kWh). Dado que el motor eléctrico de un MHEV sólo asiste a un motor de gas, puede tener una batería de 1 kWh o menos. La batería de un HEV tiene que suministrar suficiente energía para que el vehículo funcione durante breves periodos, por lo que podría ser de hasta 8 kWh, mientras que un PHEV podría tener una batería de hasta 15 kWh para conducir más lejos sólo con energía eléctrica.
La batería de un BEV completo tiene que alimentar todo el vehículo, todo el tiempo, por lo que las capacidades típicas de los BEV oscilan entre unos 40 kWh y 80 kWh, aunque ahora están apareciendo algunos con baterías de hasta 200 kWh.
El mayor cambio arquitectónico se produce al pasar del HEV al PHEV. Ese es el punto en el que la energía exterior -de la red, posiblemente de una toma de corriente en la casa del propietario del vehículo- entra ahora en el vehículo. Recibir energía de corriente alterna (CA) de la toma de corriente significa que el vehículo tiene que tener una entrada, que lleva a un cargador a bordo que convierte la energía en corriente continua (CC) para cargar la batería. Cuando la batería alimenta los dispositivos del vehículo, la energía sigue siendo CC, pero requiere un inversor para cambiar a CA y alimentar los motores eléctricos.
El PHEV siempre tiene un motor de gasolina al que recurrir y tiene una batería más pequeña, por lo que la carga convencional probablemente será suficiente para cargarlo en poco tiempo. Los PHEV suelen cargarse en un par de horas con un cable de carga en modo 2, es decir, uno que pueda conectarse a una toma de corriente doméstica estándar.
En el caso de los BEV, este método podría llevar más de un día para cargar completamente sus baterías de mayor capacidad, por lo que muchos propietarios de BEV optan por instalar un cargador de EV montado en la pared de su casa y/o utilizar estaciones de carga públicas, incluidas las estaciones de carga rápida que pueden cargar el BEV en menos de una hora.
En consecuencia, cuando se pasa de un PHEV a un BEV, este cambio en la velocidad de carga se convierte en una consideración que impulsa las decisiones de arquitectura. Mientras que los BEVs eliminan todos los componentes ICE, lo que reduce la complejidad, el requisito de una carga más rápida significa añadir capacidades de carga DC.
La carga de alta velocidad implica una mayor potencia. Mientras que los vehículos con motor de combustión interna utilizan baterías de 12 voltios, las baterías de los BEV suelen suministrar 350 voltios, y algunos fabricantes de equipos originales llegan incluso a los 800 voltios. Una mayor potencia requiere cables y conectores más grandes y robustos para permitir una carga más rápida.
El voltaje tiene que reducirse para los distintos componentes -especialmente los electrónicos que funcionan a 12 V o menos-, pero en general se trata de un enfoque eficiente que ahorra energía. Los fabricantes de equipos originales están descubriendo que incluso los híbridos suaves pueden lograr una mayor eficiencia utilizando 48V para los componentes de mayor potencia, como los sistemas de aire acondicionado o de suspensión activa, y reduciendo el voltaje para los componentes electrónicos. El uso de 48V también facilita el encendido y apagado del motor al arrancar y parar.
Todas estas piezas -baterías, convertidores, inversores, cables y conectores- añaden peso y complejidad, pero los fabricantes de equipos originales pueden reducir esa complejidad con un enfoque reflexivo que tenga en cuenta la arquitectura eléctrica/electrónica completa, como la Smart Vehicle Architecture™ de Aptiv.
La selección y la compra de un vehículo eléctrico implican compensaciones y decisiones que, suponiendo que todo vaya bien, conducirán a una gran recompensa para garantizar una movilidad más ecológica. Lo mismo ocurre con el diseño y la construcción de un vehículo.