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Vehículos eléctricos en todo el mundo (desde arriba a la izquierda) :
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Un vehículo eléctrico , también llamado EV , utiliza uno o más motores eléctricos o motores de tracción para propulsión. Un vehículo eléctrico puede ser alimentado a través de un sistema colector por electricidad proveniente de fuentes externas al vehículo, o puede ser autónomo con una batería , paneles solares o un generador eléctrico para convertir el combustible en electricidad. [1] Los vehículos eléctricos incluyen, entre otros, vehículos de carretera y ferrocarril, embarcaciones de superficie y submarinas, aviones eléctricos y naves espaciales eléctricas .
Los vehículos eléctricos surgieron por primera vez a mediados del siglo XIX, cuando la electricidad era uno de los métodos preferidos para la propulsión de vehículos de motor, proporcionando un nivel de comodidad y facilidad de operación que los automóviles de gasolina de la época no podían lograr. Los motores de combustión interna modernos han sido el método de propulsión dominante para los vehículos de motor durante casi 100 años, pero la energía eléctrica se ha mantenido común en otros tipos de vehículos, como trenes y vehículos más pequeños de todo tipo.
En el siglo XXI, los vehículos eléctricos experimentaron un resurgimiento debido a los desarrollos tecnológicos y un mayor enfoque en las energías renovables . Una gran parte de la demanda de vehículos eléctricos desarrollados y un pequeño núcleo de do-it-yourself ingenieros (DIY) comenzó a compartir los detalles técnicos para hacer conversiones de vehículos eléctricos . Se introdujeron incentivos gubernamentales para aumentar las adopciones, incluso en los Estados Unidos y la Unión Europea. [2] [3]
Se espera que los vehículos eléctricos aumenten del 2% de la participación mundial en 2016 al 22% en 2030.
Historia [ editar ]
La energía motriz eléctrica comenzó en 1827, cuando el sacerdote húngaro Ányos Jedlik construyó el primer motor eléctrico crudo pero viable, provisto de estator, rotor y conmutador, y un año después lo usó para alimentar un automóvil pequeño. [5] Unos años más tarde, en 1835, el profesor Sibrandus Stratingh de la Universidad de Groningen, Países Bajos, construyó un automóvil eléctrico a pequeña escala, y entre 1832 y 1839 (el año exacto es incierto), Robert Anderson de Escocia inventó el primer carro eléctrico crudo, alimentado por celdas primarias no recargables . [6] Alrededor del mismo período, los primeros autos eléctricos experimentales también se movían sobre rieles. El herrero e inventor estadounidense Thomas Davenportconstruyó una locomotora eléctrica de juguete, impulsada por un motor eléctrico primitivo, en 1835. En 1838, un escocés llamado Robert Davidson construyó una locomotora eléctrica que alcanzó una velocidad de cuatro millas por hora (6 km / h). En Inglaterra se otorgó una patente en 1840 para el uso de rieles como conductores de corriente eléctrica, y patentes similares estadounidenses se emitieron a Lilley y Colten en 1847. [7]
Los primeros vehículos eléctricos producidos en masa aparecieron en Estados Unidos a principios del siglo XX. En 1902, "Studebaker Automobile Company" ingresó al negocio automotriz con vehículos eléctricos, aunque también ingresó al mercado de vehículos de gasolina en 1904. Sin embargo, con la llegada de Ford de automóviles de línea de ensamblaje baratos, los autos eléctricos quedaron en el camino [8]
Debido a las limitaciones de las baterías de almacenamiento en ese momento, los autos eléctricos no ganaron mucha popularidad, sin embargo, los trenes eléctricos ganaron una inmensa popularidad debido a sus economías y velocidades rápidas alcanzables. Para el siglo XX, el transporte ferroviario eléctrico se convirtió en un lugar común. [ citación necesitada ] Con el tiempo, su uso comercial de uso general se redujo a roles especializados, como camiones de plataforma , carretillas elevadoras , ambulancias, [9] tractores de remolque y vehículos de reparto urbano, como el icónico flotador de leche británico ; Durante la mayor parte del siglo XX, el Reino Unido fue el mayor usuario mundial de vehículos eléctricos de carretera. [10]
Los trenes electrificados se utilizaron para el transporte de carbón, ya que los motores no usaban oxígeno precioso en las minas. La falta de recursos fósiles naturales en Suiza obligó a la rápida electrificación de su red ferroviaria . Una de las primeras baterías recargables , la batería de níquel-hierro , fue favorecida por Edison para su uso en automóviles eléctricos.
Los vehículos eléctricos se encontraban entre los primeros automóviles, y antes de la preeminencia de los motores de combustión interna ligeros y potentes , los automóviles eléctricos tenían muchos registros de velocidad y distancia terrestre de vehículos a principios del siglo XX. Fueron producidos por Baker Electric , Columbia Electric , Detroit Electric y otros, y en un momento de la historia vendieron vehículos a gasolina. De hecho, en 1900, el 28 por ciento de los automóviles en la carretera en los EE. UU. Eran eléctricos. Los vehículos eléctricos eran tan populares que incluso el presidente Woodrow Wilson y sus agentes del servicio secreto recorrieron Washington, DC, en su Milburn Electrics, que cubría entre 60 y 70 millas (100 y 110 km) por carga. [11]
Varios desarrollos contribuyeron al declive de los autos eléctricos. [12] La mejora de la infraestructura vial requería un rango mayor que el ofrecido por los automóviles eléctricos, y el descubrimiento de grandes reservas de petróleo en Texas, Oklahoma y California condujo a una amplia disponibilidad de gasolina / gasolina asequible, lo que hace que los automóviles de combustión interna sean más baratos operar a largas distancias. [13] También los automóviles de combustión interna se volvieron cada vez más fáciles de operar gracias a la invención del arranque eléctrico por Charles Kettering en 1912, [14] que eliminó la necesidad de una manivela para arrancar un motor de gasolina y el ruido emitido por ICE los autos se volvieron más soportables gracias al uso delsilenciador , que Hiram Percy Maxim había inventado en 1897. A medida que se mejoraban las carreteras fuera de las zonas urbanas, la gama de vehículos eléctricos no podía competir con el ICE. Finalmente, el inicio de la producción en masa de vehículos a gasolina por Henry Ford en 1913 redujo significativamente el costo de los automóviles a gasolina en comparación con los automóviles eléctricos. [15]
En la década de 1930, National City Lines , que era una asociación de General Motors , Firestone y Standard Oil of California, compró muchas redes de tranvías eléctricos en todo el país para desmantelarlas y reemplazarlas por autobuses GM. La sociedad fue condenada por conspirar para monopolizar la venta de equipos y suministros a sus compañías subsidiarias, pero fueron absueltos de conspirar para monopolizar la provisión de servicios de transporte.
Experimentación [ editar ]
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El surgimiento de la tecnología de metal-óxido-semiconductor (MOS) condujo al desarrollo de modernos vehículos eléctricos de carretera. [16] El MOSFET (transistor de efecto de campo MOS o transistor MOS), inventado por Mohamed M. Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959, [17] [18] condujo al desarrollo del poder MOSFET por Hitachi en 1969 , [19] y el microprocesador de un solo chip de Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima y Stanley Mazor enIntel en 1971. [20] El MOSFET de potencia y el microcontrolador , un tipo de microprocesador de un solo chip, condujeron a avances significativos en la tecnología de vehículos eléctricos. Los convertidores de potencia MOSFET permitieron operar a frecuencias de conmutación mucho más altas, facilitaron la conducción, redujeron las pérdidas de potencia y redujeron significativamente los precios, mientras que los microcontroladores de un solo chip podían administrar todos los aspectos del control de la unidad y tenían la capacidad de administrar la batería. [16] Otra tecnología importante que permitió los automóviles eléctricos modernos aptos para la autopista es la batería de iones de litio , [21] inventada por John Goodenough , Rachid Yazami yAkira Yoshino en la década de 1980, [22] que fue responsable del desarrollo de vehículos eléctricos capaces de viajes de larga distancia. [21]
En enero de 1990, el presidente de General Motors presentó su concepto EV de dos plazas, el "Impacto", en el Auto Show de Los Ángeles. Ese septiembre, la Junta de Recursos del Aire de California ordenó la venta de vehículos eléctricos de los principales fabricantes de automóviles, en fases que comenzaron en 1998. De 1996 a 1998, GM produjo 1117 EV1 , de los cuales 800 se pusieron a disposición mediante contratos de arrendamiento de tres años. [23]
Chrysler, Ford, GM, Honda y Toyota también produjeron un número limitado de vehículos eléctricos para los conductores de California. En 2003, al vencimiento de los arrendamientos EV1 de GM, GM los suspendió. La interrupción se ha atribuido de diversas maneras a:
- el exitoso desafío de la corte federal de la industria automotriz al mandato de vehículos de cero emisiones de California ,
- Una regulación federal que requiere que GM produzca y mantenga piezas de repuesto para los pocos miles de EV1 y
- El éxito de la campaña mediática de las industrias petrolera y automotriz para reducir la aceptación pública de los vehículos eléctricos.
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Una película realizada sobre el tema en 2005–2006 se tituló ¿Quién mató al coche eléctrico? y estrenada en cines por Sony Pictures Classics en 2006. La película explora los roles de los fabricantes de automóviles , la industria petrolera , el gobierno de EE. UU. , las baterías, los vehículos de hidrógeno y los consumidores, y cada uno de sus roles para limitar el despliegue y la adopción de esta tecnología.
Ford lanzó al mercado una serie de furgonetas de reparto Ford Ecostar . Honda, Nissan y Toyota también embargaron y aplastaron la mayoría de sus vehículos eléctricos, que, como los GM EV1, solo habían estado disponibles mediante arrendamiento cerrado. Después de las protestas públicas, Toyota vendió 200 de sus RAV EV a compradores ansiosos; luego se vendieron por encima de su precio original de cuarenta mil dólares. Esta lección no fue ignorada; BMW de Canadá vendió una serie de Mini EV cuando terminaron sus pruebas canadienses.
Reintroducción [ editar ]
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Durante las últimas décadas, el impacto ambiental de la infraestructura de transporte basada en el petróleo, junto con el temor al pico del petróleo , ha llevado a un renovado interés en una infraestructura de transporte eléctrico. [24] EVs difieren de combustible fósil Accionado vehículos en que la electricidad que consumen puede generarse a partir de una amplia gama de fuentes, incluyendo los combustibles fósiles, energía nuclear y fuentes renovables como la energía de las mareas , la energía solar , la energía hidroeléctrica , y la energía eólica o cualquier combinación de esos. La huella de carbonoy otras emisiones de vehículos eléctricos varían según el combustible y la tecnología utilizada para la generación de electricidad . [25] [26] La electricidad puede almacenarse a bordo del vehículo utilizando una batería, volante o supercondensadores . Los vehículos que utilizan motores que funcionan según el principio de la combustión generalmente solo pueden derivar su energía de una sola fuente o de unas pocas, generalmente combustibles fósiles no renovables. Una ventaja clave de los vehículos eléctricos híbridos o enchufables es el frenado regenerativo , que recupera la energía cinética, típicamente perdida durante el frenado por fricción como calor, a medida que la electricidad se restablece en la batería a bordo.
En marzo de 2018 , hay algunos 45 de producción en serie de carretera con capacidad de coches totalmente eléctricos disponibles en varios países. A principios de diciembre de 2015, el Leaf, con 200,000 unidades vendidas en todo el mundo, era el auto más eléctrico del mundo con capacidad para autopistas más vendido de todos los tiempos, seguido del Tesla Model S con entregas globales de aproximadamente 100,000 unidades. [29] Las ventas globales de Leaf alcanzaron el hito de 300,000 unidades en enero de 2018. [27]
Hasta mayo de 2015 , más de 500,000 autos de pasajeros y vehículos utilitarios ligeros totalmente eléctricos con capacidad para carretera se habían vendido en todo el mundo desde 2008, del total de ventas globales de aproximadamente 850,000 vehículos eléctricos enchufables de servicio liviano . [30] [31] A partir de mayo de 2015 , los Estados Unidos tenían la flota más grande de vehículos eléctricos enchufables aptos para carretera en el mundo, con aproximadamente 335,000 autos eléctricos enchufables legales de carretera vendidos en el país desde 2008, y representando alrededor del 40% del stock mundial. [32] [33] California es el mercado regional de automóviles enchufables más grande del país, con casi 143,000 unidades vendidas entre diciembre de 2010 y marzo de 2015, lo que representa más del 46% de todos los automóviles enchufables vendidos en los Estados Unidos [34][35] [36] [37] Las ventas globales acumulativas de automóviles y camionetas totalmente eléctricas superaron el hito de 1 millón de unidades en septiembre de 2016. [38]
Noruega es el país con la penetración de mercado per cápita más alta del mundo, con cuatro vehículos eléctricos enchufables por cada 1000 habitantes en 2013. [39] En marzo de 2014, Noruega se convirtió en el primer país donde más de 1 de cada 100 automóviles de pasajeros en el carreteras es un enchufe eléctrico. [40] [41] En 2016, el 29% de todas las ventas de automóviles nuevos en el país eran híbridos a batería o enchufables. [42] Noruega también tenía la mayor cuota de mercado del segmento eléctrico enchufable del mundo de las ventas totales de automóviles nuevos, 13.8% en 2014, frente al 5.6% en 2013. [32] [43] En junio de 2016, Andorra se convirtió en el segundo país en esta lista, con un 6% de cuota de mercado que combina vehículos eléctricos e híbridos enchufables[44] debido a una fuerte política pública que ofrece múltiples ventajas. [45] En mayo de 2015, había 58.989 vehículos eléctricos enchufables registrados en Noruega, que constaban de 54.160 vehículos totalmente eléctricos y 4.829 híbridos enchufables. [46] A finales de 2016, se vendió el automóvil a batería número 100,000 de Noruega. [42]
Según algunas estimaciones, las ventas de vehículos eléctricos pueden constituir casi un tercio de las ventas de automóviles nuevos para fines de 2030. [47]
En abril de 2019, la compañía China BYD Auto lanzó el primer autobús biarticulado del mundo, BYD K12A, [48] que funcionará como prueba en el sistema BRT de Bogotá , Colombia TransMilenio en agosto de 2019. [49]
Fuentes de electricidad [ editar ]
Hay muchas formas de generar electricidad, de costos variables, eficiencia y conveniencia ecológica.
Conexión a plantas generadoras [ editar ]
- Conexión directa a las plantas de generación como es común entre los trenes eléctricos , trolebuses y trolebuses (Ver también: líneas aéreas , tercer tren y recolección de corriente de conducto )
- El vehículo eléctrico en línea recolecta energía de tiras de energía eléctrica enterradas bajo la superficie de la carretera a través de inducción electromagnética
Generadores a bordo y EV híbridos [ editar ]
(Consulte los artículos sobre locomoción híbrida diesel-eléctrica y gasolina-eléctrica para obtener información sobre los vehículos eléctricos que también usan motores de combustión ).
- generada a bordo utilizando un motor diesel: diesel-eléctrico locomotora
- generado a bordo utilizando una celda de combustible : vehículo de celda de combustible
- generado a bordo utilizando energía nuclear: submarinos nucleares y portaaviones
- fuentes renovables como la energía solar : vehículo solar
También es posible tener vehículos eléctricos híbridos que derivan electricidad de múltiples fuentes. Como:
- sistema de almacenamiento de electricidad recargable a bordo (RESS) y una conexión continua directa a plantas de generación terrestres con el fin de recargar en carretera con un alcance de autopista sin restricciones [50]
- sistema de almacenamiento de electricidad recargable a bordo y una fuente de energía de propulsión alimentada (motor de combustión interna): híbrido enchufable
Otra forma de conversión química a eléctrica son las celdas de combustible , proyectadas para uso futuro.
Para vehículos eléctricos especialmente grandes, como los submarinos , la energía química del diesel-eléctrico puede ser reemplazada por un reactor nuclear . El reactor nuclear generalmente proporciona calor, que impulsa una turbina de vapor , que impulsa un generador, que luego se alimenta a la propulsión. Ver energía nuclear
Algunos vehículos experimentales, como algunos automóviles y un puñado de aviones, usan paneles solares para la electricidad.
Almacenamiento a bordo [ editar ]
| Tipo de vehiculo | Combustible usado |
|---|---|
| Vehículo totalmente petrolero | Mayor uso de petróleo |
Vehículo eléctrico híbrido regular | Menos uso de petróleo, pero no se puede enchufar |
| Vehículo híbrido enchufable | Menos uso de petróleo, uso residual de electricidad |
| Vehículo totalmente eléctrico (BEV, AEV) | Mayor uso de electricidad. |
Estos sistemas se alimentan de una planta generadora externa (casi siempre cuando está estacionaria), y luego se desconectan antes de que ocurra el movimiento, y la electricidad se almacena en el vehículo hasta que se necesite.
- Vehículos eléctricos completos (FEV). [51] Los métodos de almacenamiento de energía incluyen:
- energía química almacenada en el vehículo en baterías de a bordo: batería de vehículos eléctricos (BEV) típicamente con una batería de iones de litio
- almacenamiento de energía cinética: volantes
- energía estática almacenada en el vehículo en condensadores eléctricos de doble capa a bordo
Las baterías, los condensadores eléctricos de doble capa y el almacenamiento de energía del volante son formas de almacenamiento de energía eléctrica recargable a bordo. Al evitar un paso mecánico intermedio, la eficiencia de conversión de energía se puede mejorar sobre los híbridos ya discutidos, evitando conversiones de energía innecesarias. Además, las conversiones de baterías electroquímicas son fáciles de revertir, lo que permite almacenar energía eléctrica en forma química.
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