Comentario: El futuro es eléctrico

Cuando se trata de automóviles, los motores eléctricos pueden ser increíblemente ligeros, eficientes y potentes, escribe el profesor Peter Wilson de la Universidad de Bath.

Comentario: El futuro es eléctrico.

Cuando pensamos en los coches eléctricos, muy a menudo es desde la perspectiva de cero emisiones o tecnología respetuosa con el medio ambiente, a menudo también pensamos en términos de rango y rendimiento limitados. Sin embargo, esto se está volviendo menos cierto con cada año que pasa.

El auto más rápido del mundo de 0 a 60 mph no es un superdeportivo exótico, sino un auto de carreras 100% eléctrico construido por estudiantes universitarios, como el AMZ (Academic Motorsports Club Zurich, compuesto por estudiantes de ETH Zúrich y la Universidad de Ciencias Aplicadas de Lucerna. y Arts, en la foto de arriba), que lograron un tiempo sorprendente de 1.513 segundos para alcanzar las 60 mph. Para poner esto en perspectiva, el famoso Bugatti Veyron puede administrar lo mismo en aproximadamente 2.5 segundos. Tesla ha cambiado la percepción del automóvil eléctrico con sus vehículos de alto rendimiento que también pueden alcanzar rangos efectivos de más de 300 millas.

Como podemos ver con las cifras de rendimiento anteriores y considerando cómo el uso de KERS en la F1 ha proporcionado a los conductores un botón de impulso, los motores eléctricos son increíblemente ligeros, eficientes y potentes.

En el corto y mediano plazo, hay un paso claro a través del uso de sistemas de propulsión híbridos que pueden aprovechar los viajes urbanos limpios y sin emisiones y los viajes extraurbanos con motores de combustión interna de mayor alcance (ICE). Este es un enfoque efectivo y sensato en este período de transición de ICE a futuros sistemas de propulsión que son principalmente eléctricos.

Los autos híbridos parecen ofrecer un enfoque de bajas emisiones, sin embargo, ¿cuáles son los problemas con el cambio a los autos con emisiones ultra o incluso cero en el futuro y por qué son mucho más caros? Si desglosamos la tecnología dentro de un automóvil eléctrico, podemos ver rápidamente dónde surgen algunos de los problemas y dónde podrían estar los problemas.

Real world

¿Dónde nos deja esto ahora en el mundo real del público en general? Claramente, la tecnología para lograr un alto rendimiento está aquí y ahora, y parece que la tecnología de la batería está mejorando rápidamente para proporcionar más alcance de lo que antes era posible, sin embargo, todavía hay dudas para adoptar estos nuevos coches eléctricos en los números que tendrán un impacto real en el nivel de emisiones de carbono; ¿Qué es el escollo?

En la mayoría de los casos es bastante simple, el costo. Ser dueño de un Tesla suena bien, pero es demasiado caro para la mayoría de nosotros. Vale la pena recordar que el automóvil eléctrico es anterior al automóvil de combustión interna, por lo que podemos preguntarnos legítimamente por qué se ha tardado tanto en producir un vehículo que tenga sentido financiero y desde una perspectiva de rendimiento.

BLDC

Los motores modernos (como “BrushLess DC Motors – BLDC”) pueden proporcionar una excelente relación potencia / peso y no requieren mantenimiento. Esto contrasta con los motores cepillados más antiguos, como el tipo que se puede ver en un tren eléctrico donde las escobillas de carbón necesitaban ser reemplazadas periódicamente. Los EV no requieren una caja de cambios y se integran a la perfección en el sistema eléctrico de un automóvil moderno. También son muy simples de producir.

Hay un detalle que es un problema potencial: la escasez de los llamados materiales de “tierras raras”, específicamente el neodimio, que se utiliza en imanes permanentes y motores BLDC. Si el mundo cambia de la combustión interna a los motores eléctricos, esto requerirá la fabricación de cientos de millones de estos motores BLDC. El neodimio no es intrínsecamente raro; sin embargo, es difícil y costoso explotar y aislar, por lo tanto, existe el riesgo de que a medida que la evolución de los vehículos eléctricos se acelere, esto podría convertirse en un problema.

Las opciones alternativas como el Motor de reluctancia conmutada (SRM) no requieren estos materiales, sin embargo, se adaptan mejor a los motores de alta velocidad que a las velocidades relativamente bajas de la propulsión automotriz. Sin embargo, es justo decir que el motor eléctrico en sí mismo es bien comprendido, económico y eficiente como motor principal de los automóviles.

HIELO

La otra diferencia principal entre un vehículo ICE convencional y la mayoría de los vehículos eléctricos es el sistema de almacenamiento de combustible. En un sistema de combustión (como los motores de gasolina o diésel), una ventaja significativa es que el combustible debe mezclarse en densidades relativamente bajas con el aire, que se puede obtener directamente de la atmósfera. Esta relación aire / combustible o estequiométrica es de aproximadamente 14.5: 1 para motores de gasolina y 14.7: 1 para motores diesel.

En contraste, en un vehículo eléctrico, todo el combustible (la electricidad) debe almacenarse en una batería. La densidad de energía resultante para la mayoría de los vehículos eléctricos es por lo tanto mucho menor. Una excepción a esto es el motor de energía de celda de combustible de hidrógeno, que utiliza hidrógeno líquido como la fuente de combustible, que puede combinarse con el oxígeno de la atmósfera y rellenarse de una manera muy similar a los automóviles actuales basados ​​en ICE. Un inconveniente de este enfoque es que la mayoría de los países carecen de cualquier infraestructura de hidrógeno adecuada. Si bien este es un punto discutible (si lo construyes, ¿vendrán?) El costo de producir Hidrógeno también es alto y requiere una energía significativa para extraer y almacenar.

La realidad tanto de los costos de carbono como de la menor eficiencia en comparación con los vehículos eléctricos que funcionan con baterías mitiga el hidrógeno para los vehículos de consumo del mercado masivo del futuro.

El problema para todos los vehículos eléctricos ahora es el significativo costo adicional de un paquete de baterías lo suficientemente grande como para proporcionar un rango realista para el conductor. En este momento, el precio premium de los vehículos eléctricos se remonta al costo adicional requerido para el paquete de baterías.

La seguridad

¿Qué pasa con la seguridad? Las baterías de iones de litio tienen un historial de densidad de energía muy alta en comparación con otras tecnologías de baterías, sin embargo, ha habido incidentes desafortunados con las baterías que se incendiaron. Esto ha sucedido en productos de consumo y en algunos vehículos eléctricos (EV). ¿Esto hace que los vehículos eléctricos sean más peligrosos que los autos basados ​​en ICE? No lo creo

Los fabricantes de automóviles están construyendo paquetes de baterías con medidas térmicas cuidadosamente controladas dentro y controlando las tasas de carga y descarga para mantenerlos dentro de límites seguros. De hecho, ha habido muy pocos incidentes relacionados con EVs. Para poner esto en perspectiva, la Asociación Nacional de Protección contra Incendios en los EE. UU. Informó de 174,000 incendios de automóviles en 2015, y los datos de la oficina central del Reino Unido en 2018 informaron algo más de 11,000 incendios de vehículos en 2017.

Aunque el número absoluto de vehículos eléctricos en las carreteras todavía es pequeño (por ejemplo, aún menos del 2% de las matriculaciones de vehículos nuevos en el Reino Unido), no hay pruebas de que los vehículos eléctricos tengan más probabilidades de incendiarse, CNN informó en 2018 que para el mismo kilometraje , la probabilidad de incendio de un automóvil fue significativamente mayor para un automóvil de gasolina que para un vehículo eléctrico.

Es probable que aún sea demasiado pronto para hacer declaraciones categóricas sobre la seguridad relativa de las baterías de EV, sin embargo, cuando un EV se enciende, es noticia, debido a la novedad de la tecnología. La gasolina es peligrosa y altamente inflamable, incluso más en forma de vapor, al igual que el diesel, sin embargo, nos hemos acostumbrado a las precauciones que tomamos, por ejemplo, en las estaciones de servicio.

La tecnología de baterías continúa evolucionando y los nuevos materiales con tecnología de estado sólido ofrecen un futuro de tecnología de baterías muy segura casi sin riesgo de incendio. Al igual que con cualquier nueva tecnología, el ritmo de la investigación y el desarrollo en la tecnología de baterías es increíblemente rápido, y las perspectivas de una tecnología de baterías radicalmente mejorada son muy buenas. La infraestructura de carga se está expandiendo rápidamente, y se está volviendo normal ver los puntos de carga de vehículos eléctricos en las principales rutas y en nuestros pueblos y ciudades, lo que hace que sea mucho más fácil seguir moviéndose donde sea que nos encontremos.

Carga rapida

La carga y la conversión de energía son otras áreas que han visto mejoras importantes en un corto período de tiempo, con la posibilidad de una carga rápida con dispositivos modernos de electrónica de potencia (como el carburo de silicio) que pueden tolerar corrientes mucho más altas y temperaturas a corto plazo para proporcionar a los convertidores de energía la carga. Los paquetes de baterías en los EV y el motor siempre funcionan de manera eficiente. Las metodologías de control avanzadas también proporcionan una mayor eficiencia de operación para los motores y cargadores. La carga rápida no está limitada por la electrónica de potencia, sino por los límites térmicos de la tecnología de batería actual. Cuanto más alta es la corriente, más alta es la temperatura que produce la batería, que para la tecnología actual de Litio-Ion no se puede superar sin el riesgo de dañar las celdas individuales en el paquete de baterías.

El futuro de los vehículos eléctricos.

En muchos aspectos, el futuro de los vehículos eléctricos parece muy fuerte, y los obstáculos para una adopción más amplia están retrocediendo rápidamente. La belleza de los vehículos eléctricos del futuro es su relativa simplicidad, con sistemas de propulsión mucho más simples y compactos que el ICE convencional. La limitación clave desde una perspectiva técnica y comercial de los vehículos eléctricos sigue siendo el costo de la batería, sin embargo, a medida que esta tecnología continúa mejorando, al igual que con otras nuevas tecnologías, el costo se reducirá. Si bien esta reducción de costos ha sido dramática en la última década, se prevé que con el crecimiento de la industria automotriz china, esto se verá atenuado por un gran aumento en la demanda de baterías y, como resultado, podría haber una escasez de suministro mundial. El Comité de Negocios, Energía y Estrategia Industrial del Gobierno del Reino Unido vehículos eléctricos:

Proyectar en una década a partir de ahora es razonable predecir que la densidad de energía y el costo habrán progresado a un punto en el que el rango de un vehículo eléctrico típico será consistente con el de un vehículo basado en ICE, y el retorno del tiempo de inversión ser lo suficientemente breve como para justificar la inversión en una prima por la adquisición de un vehículo eléctrico. Mirando hacia el futuro, un aspecto de la industria automotriz que requerirá un ajuste importante es el soporte de mantenimiento y garantía para clientes, compañías automotrices y minoristas.

La capacitación será una parte esencial de esto para los mecánicos y concesionarios que garanticen que los vehículos se mantengan de manera segura y correcta, y que las reparaciones de la garantía en los paquetes de baterías requerirán habilidades y herramientas especializadas. Finalmente, con una red de carga cada vez más amplia y tiempos de carga reducidos, el uso de vehículos eléctricos para una gama más amplia de viajes (más allá del punto dulce existente de viajes más cortos, generalmente urbanos) se está convirtiendo en una opción realista para más y más conductores en todo el país . La variedad de vehículos, desde vehículos eléctricos supermini compactos hasta autos deportivos de alto rendimiento, ofrece al motorista una amplia variedad para satisfacer casi todos los requisitos.

Propiedad en vehículos eléctricos

El mundo claramente se está moviendo hacia un futuro de vehículos eléctricos, con un número creciente de vehículos en la carretera como evidencia de esa transición. Será un proceso largo con el alto costo inicial de los EV y las limitaciones de rango en la mayoría de los casos, más el legado de los vehículos basados ​​en ICE que permanecerán en el mercado durante muchos años después de la producción, sin embargo, la tendencia de un rápido aumento en la propiedad de los EV está apuntando Hacia esta tendencia continua.

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