Batería de iones de litio [ editar ]
La mayoría de los vehículos eléctricos usan baterías de iones de litio ( iones de litio o LIB). Las baterías de iones de litio tienen mayor densidad de energía , mayor vida útil y mayor densidad de energía que la mayoría de las otras baterías prácticas. Los factores complicados incluyen seguridad, durabilidad, descomposición térmica y costo . Las baterías de iones de litio deben usarse dentro de rangos seguros de temperatura y voltaje para poder operar de manera segura y eficiente. [52]
El aumento de la vida útil de la batería disminuye los costos efectivos. Una técnica es operar un subconjunto de las celdas de la batería a la vez y cambiar estos subconjuntos. [53]
En el pasado, las baterías de níquel e hidruro metálico se usaban entre automóviles EV como los fabricados por General Motors. [54] Estos tipos de baterías se consideran obsoletos debido a sus tendencias a la autodescarga en el calor. [55] Además, Chevron tenía la patente de las baterías, lo que creó un problema para su desarrollo generalizado. [56] Estos detractores, junto con su alto costo, han llevado a que las baterías de iones de litio (Li-Ion) sean la batería predominante para los vehículos eléctricos. [57]
El precio de las baterías de iones de litio disminuye constantemente, lo que hace que los vehículos eléctricos sean más asequibles y atractivos en el mercado. [58]
Motor eléctrico [ editar ]
La potencia del motor eléctrico de un vehículo, como en otros vehículos, se mide en kilovatios (kW). 100 kW es aproximadamente igual a 134 caballos de fuerza , pero los motores eléctricos pueden entregar su par máximo en un amplio rango de RPM. Esto significa que el rendimiento de un vehículo con un motor eléctrico de 100 kW excede el de un vehículo con un motor de combustión interna de 100 kW, que solo puede entregar su par máximo dentro de un rango limitado de velocidad del motor.
La energía se pierde durante el proceso de convertir la energía eléctrica en energía mecánica. Aproximadamente el 90% de la energía de la batería se convierte en energía mecánica, las pérdidas se encuentran en el motor y la transmisión. [59]
Por lo general, la electricidad de corriente continua (CC) se alimenta a un inversor de CC / CA donde se convierte en electricidad de corriente alterna (CA) y esta electricidad de CA se conecta a un motor de CA trifásico.
Para trenes eléctricos, carretillas elevadoras y algunos automóviles eléctricos, a menudo se utilizan motores de corriente continua. En algunos casos, se utilizan motores universales , y luego se pueden emplear CA o CC. En vehículos de producción recientes, se han implementado varios tipos de motores, por ejemplo: motores de inducción dentro de vehículos Tesla Motor y máquinas de imanes permanentes en el Nissan Leaf y el Chevrolet Bolt. [60]
Tipos de vehículos [ editar ]
En general, es posible equipar cualquier tipo de vehículo con un tren motriz eléctrico.
Vehículos terrestres [ editar ]
Vehículo eléctrico enchufable [ editar ]
Un vehículo eléctrico enchufable (PEV) es cualquier vehículo de motor que se puede recargar desde cualquier fuente externa de electricidad, como enchufes de pared , y la electricidad almacenada en los paquetes de baterías recargables impulsa o contribuye a conducir las ruedas. PEV es una subcategoría de vehículos eléctricos que incluye vehículos eléctricos o de batería (BEV), vehículos híbridos enchufables (PHEV) y conversiones de vehículos eléctricos híbridos y vehículos de motor de combustión interna convencionales . [62] [63] [64]
Las ventas globales acumuladas de vehículos eléctricos puros livianos aptos para carretera superaron el millón de unidades en total, a nivel mundial, en septiembre de 2016. [38] [65] Las ventas globales acumuladas de automóviles enchufables y furgonetas utilitarias totalizaron más de 2 millones al final de 2016, de los cuales el 38% se vendieron en 2016, [66] y el hito de 3 millones se logró en noviembre de 2017. [67]
A partir de enero de 2018 , los automóviles eléctricos enchufables más vendidos del mundo son los Nissan Leaf, con ventas globales de más de 300,000 unidades. [27] A partir de junio de 2016 , le siguió el Tesla Model S totalmente eléctrico con alrededor de 129,400 unidades vendidas en todo el mundo, el híbrido enchufable Chevrolet Volt , que junto con su hermano Opel / Vauxhall Ampera ha combinado ventas globales de aproximadamente 117,300 unidades, el Mitsubishi Outlander P-HEV con aproximadamente 107,400 unidades y el Prius Plug-in Hybrid con más de 75,400 unidades. [68]
EV híbridos [ editar ]
Un vehículo eléctrico híbrido combina un tren motriz convencional (usualmente propulsado por combustibles fósiles) con alguna forma de propulsión eléctrica. Desde abril de 2016 , se han vendido más de 11 millones de vehículos eléctricos híbridos en todo el mundo desde su creación en 1997. Japón es el líder del mercado con más de 5 millones de híbridos vendidos, seguido de Estados Unidos con ventas acumuladas de más de 4 millones de unidades desde 1999, y Europa con aproximadamente 1,5 millones de híbridos entregados desde 2000. [69] Japón tiene la mayor penetración de mercado híbrido del mundo. Para 2013, la participación en el mercado híbrido representaba más del 30% de los vehículos de pasajeros estándar nuevos vendidos, y alrededor del 20% de las ventas de vehículos de pasajeros nuevos, incluidos los automóviles kei . [70]Noruega ocupa el segundo lugar con una cuota de mercado híbrida del 6,9% de las ventas de automóviles nuevos en 2014, seguida de los Países Bajos con el 3,7%. [71]
Las ventas globales de híbridos son de Toyota Motor Company con más de 9 millones de híbridos Lexus y Toyota vendidos a partir de abril de 2016 , [72] seguido de Honda Motor Co., Ltd. con ventas globales acumuladas de más de 1.35 millones de híbridos a partir de junio de 2014 , [73] [74] [75] Ford Motor Corporation con más de 424,000 híbridos vendidos en los Estados Unidos hasta junio de 2015, [76] [77] [78] [79] [80] y el Grupo Hyundai con ventas globales acumuladas de 200,000 híbridos a partir de marzo de 2014 , incluidos Hyundai Motor Company yModelos híbridos de Kia Motors . [81] A partir de abril de 2016 , las ventas híbridas en todo el mundo están lideradas por el retroceso Toyota Prius , con ventas acumuladas de más de 3.7 millones de unidades. La placa de identificación del Prius ha vendido más de 5,7 millones de híbridos hasta abril de 2016. [82]
EV en carretera y fuera de carretera [ editar ]
Los vehículos eléctricos están en el camino en muchas funciones, incluyendo coches eléctricos, trolebuses eléctricos, autobuses eléctricos , baterías autobuses eléctricos , carretillas eléctricas , bicicletas eléctricas , motocicletas y scooters eléctricos , transportadores personales , los vehículos eléctricos de barrio , carros de golf , carros de leche , y carretillas elevadoras . Los vehículos todoterreno incluyen tractores y vehículos todo terreno electrificados .
Vehículos eléctricos ferroviarios [ editar ]
La naturaleza fija de una línea ferroviaria hace que sea relativamente fácil alimentar los vehículos eléctricos a través de líneas aéreas permanentes o terceros rieles electrificados , eliminando la necesidad de baterías pesadas a bordo. Las locomotoras eléctricas, los tranvías / tranvías / tranvías eléctricos, los sistemas de trenes ligeros eléctricos y el tránsito rápido eléctrico son de uso común hoy en día, especialmente en Europa y Asia.
Dado que los trenes eléctricos no necesitan llevar un motor de combustión interna pesado o baterías grandes, pueden tener muy buenas relaciones potencia / peso . Esto permite que los trenes de alta velocidad , como los TGV de dos pisos de Francia, operen a velocidades de 320 km / h (200 mph) o más, y que las locomotoras eléctricas tengan una potencia de salida mucho mayor que las locomotoras diesel . Además, tienen una mayor potencia de sobretensión a corto plazo para una aceleración rápida, y el uso de frenos regenerativos puede devolver la potencia de frenado a la red eléctrica en lugar de desperdiciarla.
Vehículos rover espaciales [ editar ]
Se han utilizado vehículos tripulados y no tripulados para explorar la Luna y otros planetas del sistema solar . En las últimas tres misiones del programa Apollo en 1971 y 1972, los astronautas condujeron vehículos lunar móviles con baterías de óxido de plata a distancias de hasta 35.7 kilómetros (22.2 millas) en la superficie lunar. [85] Rovers no tripulados, con energía solar han explorado la Luna y Marte . [86] [87]
EV aerotransportados [ editar ]
Desde el comienzo de la era de la aviación, la energía eléctrica para aviones ha experimentado una gran cantidad de experimentación. Los aviones eléctricos que actualmente vuelan incluyen vehículos aéreos tripulados y no tripulados.
Seaborne EVs [ editar ]
Los barcos eléctricos fueron populares a principios del siglo XX. El interés en el transporte marítimo silencioso y potencialmente renovable ha aumentado constantemente desde finales del siglo XX, ya que las células solares han dado a las embarcaciones a motor una gama infinita de veleros . Los motores eléctricos pueden y también se han utilizado en veleros en lugar de motores diesel tradicionales. [88] Los transbordadores eléctricos operan rutinariamente. [89] Los submarinos usan baterías (cargadas por motores diesel o de gasolina en la superficie), energía nuclear , celdas de combustible [90] o motores Stirling para hacer funcionar hélices accionadas por motores eléctricos.
Nave espacial de propulsión eléctrica [ editar ]
La energía eléctrica tiene una larga historia de uso en naves espaciales . [91] [92] Las fuentes de energía utilizadas para las naves espaciales son baterías, paneles solares y energía nuclear. Los métodos actuales de propulsar una nave espacial con electricidad incluyen el cohete de chorro de arco , el propulsor de iones electrostáticos , el propulsor de efecto Hall y la propulsión eléctrica de emisión de campo . Se han propuesto otros métodos , con diferentes niveles de viabilidad. [ especificar ]
Energía y motores [ editar ]
La mayoría de los grandes sistemas de transporte eléctrico funcionan con fuentes estacionarias de electricidad que están conectadas directamente a los vehículos a través de cables. La tracción eléctrica permite el uso del frenado regenerativo , en el cual los motores se usan como frenos y se convierten en generadores que transforman el movimiento de, por lo general, un tren en energía eléctrica que luego se retroalimenta a las líneas. Este sistema es particularmente ventajoso en operaciones montañosas, ya que los vehículos descendentes pueden producir una gran parte de la potencia requerida para los ascendentes. Este sistema regenerativo solo es viable si el sistema es lo suficientemente grande como para utilizar la potencia generada por los vehículos descendentes.
En los sistemas anteriores, el movimiento es proporcionado por un motor eléctrico rotativo . Sin embargo, es posible "desenrollar" el motor para conducir directamente contra una pista coincidente especial. Estos motores lineales se utilizan en trenes maglev que flotan sobre los rieles soportados por levitación magnética . Esto permite casi ninguna resistencia a la rodadura del vehículo y el desgaste mecánico del tren o la vía. Además de los sistemas de control de alto rendimiento necesarios, la conmutación y el curvado de las pistas se vuelve difícil con los motores lineales, que hasta la fecha ha restringido sus operaciones a servicios punto a punto de alta velocidad.
Propiedades [ editar ]
Componentes [ editar ]
El tipo de batería , el tipo de motor de tracción y el diseño del controlador del motor varían de acuerdo con el tamaño, la potencia y la aplicación propuesta, que puede ser tan pequeña como un carrito de compras motorizado o una silla de ruedas , a través de pedelecs , motocicletas y scooters eléctricos, vehículos eléctricos del vecindario. , carretillas elevadoras industriales y muchos vehículos híbridos.
Fuentes de energía [ editar ]
Aunque los vehículos eléctricos tienen pocas emisiones directas, todos dependen de la energía creada a través de la generación de electricidad , y generalmente emitirán contaminación y generarán desechos, a menos que sean generados por plantas de energía de fuentes renovables . Dado que los vehículos eléctricos utilizan cualquier electricidad suministrada por su operador de red eléctrica / operador de red, los vehículos eléctricos pueden hacerse más o menos eficientes, contaminantes y costosos de operar, modificando las estaciones generadoras eléctricas. Esto lo haría una empresa de servicios eléctricos bajo una política energética del gobierno, en un plazo negociado entre las empresas de servicios públicos y el gobierno.
Los estándares de eficiencia y contaminación de vehículos con combustibles fósiles tardan años en filtrarse a través de la flota de vehículos de una nación. Los nuevos estándares de eficiencia y contaminación se basan en la compra de vehículos nuevos, a menudo a medida que los vehículos actuales que ya están en la carretera llegan al final de su vida útil. Solo unas pocas naciones establecen una edad de jubilación para los vehículos antiguos, como Japón o Singapur , lo que obliga a la actualización periódica de todos los vehículos que ya están en la carretera.
Los vehículos eléctricos aprovecharán las ganancias ambientales que sucedan cuando una estación de generación de energía renovable entre en línea, una estación de energía de combustibles fósilesestá fuera de servicio o actualizado. Por el contrario, si la política gubernamental o las condiciones económicas desplazan a los generadores para usar combustibles fósiles más contaminantes y vehículos con motor de combustión interna (ICEV), o fuentes más ineficientes, puede ocurrir lo contrario. Incluso en tal situación, los vehículos eléctricos son aún más eficientes que una cantidad comparable de vehículos de combustible fósil. En áreas con un mercado de energía eléctrica desregulado, el propietario de un vehículo eléctrico puede elegir si ejecutar su vehículo eléctrico con fuentes de energía eléctrica convencionales, o estrictamente con fuentes de energía eléctrica renovables (presumiblemente a un costo adicional), empujando a otros consumidores a fuentes convencionales, y cambiar en cualquier momento entre los dos.
Baterías [ editar ]
Eficiencia [ editar ]
Debido a los diferentes métodos de carga posibles, las emisiones producidas se han cuantificado de diferentes maneras. [93] Los vehículos totalmente eléctricos e híbridos enchufables también tienen diferentes características de consumo. [94]
Radiación electromagnética [ editar ]
Se ha afirmado que la radiación electromagnética de los motores eléctricos de alto rendimiento está asociada con algunas dolencias humanas, pero tales afirmaciones son en gran medida sin fundamento, excepto por exposiciones extremadamente altas. [95] Los motores eléctricos pueden protegerse dentro de una jaula metálica de Faraday , pero esto reduce la eficiencia al agregar peso al vehículo, aunque no es concluyente que pueda contener toda la radiación electromagnética.
Cargando [ editar ]
Capacidad de cuadrícula [ editar ]
Si una gran proporción de vehículos privados se convirtiera en electricidad de la red, aumentaría la demanda de generación y transmisión, y las consiguientes emisiones. [96] Sin embargo, el consumo general de energía y las emisiones disminuirían debido a la mayor eficiencia de los vehículos eléctricos en todo el ciclo. En los EE. UU., Se estima que ya existe una infraestructura de transmisión y central eléctrica casi suficiente, suponiendo que la mayor parte de la carga se realice de la noche a la mañana, utilizando las fuentes de carga base fuera de pico más eficientes . [97]
En el Reino Unido, sin embargo, las cosas son diferentes. Si bien el sistema de transmisión de electricidad de alto voltaje de National Grid actualmente puede gestionar la demanda de 1 millón de automóviles eléctricos, Steve Holliday (CEO de National Grid PLC) dijo que "la penetración más allá se convierte en un problema real. Las redes de distribución locales en ciudades como Londres pueden tener dificultades para equilibrar sus cuadrículas si los conductores eligen enchufar sus automóviles al mismo tiempo ".
Estaciones de carga [ editar ]
Los vehículos eléctricos generalmente se cargan desde tomas de corriente convencionales o estaciones de carga dedicadas, un proceso que generalmente lleva horas, pero que se puede hacer durante la noche y a menudo proporciona una carga que es suficiente para el uso diario normal.
Sin embargo, con la implementación generalizada de redes de vehículos eléctricos dentro de las grandes ciudades del Reino Unido y Europa, los usuarios de vehículos eléctricos pueden enchufar sus automóviles mientras están en el trabajo y dejarlos cargar durante todo el día, ampliando el posible rango de desplazamientos y eliminando la ansiedad de rango .
Un sistema de recarga que evita la necesidad de un cable es Curb Connect, patentado en 2012 [98] por el Dr. Gordon Dower. En este sistema, los contactos eléctricos están instalados en bordillos, como espacios de estacionamiento en ángulo en las calles de la ciudad. Cuando un vehículo debidamente autorizado está estacionado de modo que su extremo delantero sobresalga del bordillo, los contactos del bordillo se energizan y se produce la carga.
Otra solución propuesta para la recarga diaria es un sistema de carga inductiva estandarizado como el Plugless Power de Evatran . Los beneficios son la conveniencia de estacionar sobre la estación de carga y la infraestructura minimizada de cableado y conexión. [99] [100] [101] Qualcomm está probando dicho sistema en Londres a principios de 2012. [102] [103]
Otra solución propuesta para el viaje de larga distancia, menos frecuente, es la "carga rápida", como la línea Aerovironment PosiCharge (hasta 250 kW) y la línea Norvik MinitCharge (hasta 300 kW). Ecotality es un fabricante de estaciones de carga y se ha asociado con Nissan en varias instalaciones. El reemplazo de la batería también se propone como alternativa, aunque ningún OEM, incluido Nissan / Renault, tiene planes de producción de vehículos. El intercambio requiere estandarización en plataformas, modelos y fabricantes. El intercambio también requiere muchas más baterías en el sistema.
Según la investigación del Departamento de Energía realizada en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico , el 84% de los vehículos existentes podrían cambiarse a híbridos enchufables sin requerir una nueva infraestructura de red. [104] : 1 En términos de transporte, el resultado neto sería una reducción total del 27% en las emisiones de gases de efecto invernadero, dióxido de carbono , metano y óxido nitroso , una reducción total del 31% en los óxidos de nitrógeno , una ligera reducción en el óxido nitroso emisiones, un aumento en las emisiones de partículas, las mismas emisiones de dióxido de azufre y la casi eliminación deEmisiones de monóxido de carbono y compuestos orgánicos volátiles (una disminución del 98% en monóxido de carbono y una disminución del 93% en compuestos orgánicos volátiles). [104] : 13 Las emisiones serían desplazadas fuera del nivel de la calle, donde tienen "altas implicaciones para la salud humana". [104] : 4
Cambio de batería [ editar ]
En lugar de recargar los EV de una toma de corriente, las baterías podrían reemplazarse mecánicamente en estaciones especiales en un par de minutos ( intercambio de baterías ).
Las baterías con mayor densidad de energía , como las celdas de combustible de metal y aire, generalmente no se pueden recargar de manera puramente eléctrica. En cambio, se necesita algún tipo de proceso metalúrgico, como la fundición de aluminio y similares.
Las celdas de combustible de silicio-aire, aluminio-aire y otras de metal-aire parecen candidatos prometedores para el intercambio de baterías. [105] [106] Cualquier fuente de energía, renovable o no renovable, podría utilizarse para rehacer las celdas de combustible de metal-aire usadas con una eficiencia relativamente alta. Se necesitará inversión en infraestructura. El costo de tales baterías podría ser un problema, aunque podrían fabricarse con ánodos y electrolitos reemplazables.
Intercambio de chasis [ editar ]
En lugar de reemplazar las baterías, es posible reemplazar todo el chasis (incluidas las baterías, el motor eléctrico y las ruedas) de un vehículo modular eléctrico .
Tal sistema fue patentado en 2000 por el Dr. Gordon Dower y la Corporación Ridek ha construido tres prototipos con licencia de carretera en Point Roberts, Washington. [se necesita una fuente de terceros ] [107] Dower propuso que un individuo podría poseer solo la carrocería (o quizás algunas carrocerías de estilo diferente) para su vehículo, y arrendaría el chasis de un grupo, reduciendo así los costos de depreciación asociados con el vehículo propiedad.
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