Vehículo eléctrico de batería
Tipo de vehículo eléctrico

El Nissan Leaf (izquierda) y el Tesla Model S (derecha) fueron los automóviles totalmente eléctricos más vendidos del mundo en 2018.
Carga del Peugeot e208 en una estación de carga de alta potencia
Punto de carga

Un vehículo eléctrico de batería ( BEV ), vehículo eléctrico puro , vehículo solo eléctrico , vehículo completamente eléctrico o vehículo totalmente eléctrico es un tipo de vehículo eléctrico (EV) que utiliza energía exclusivamente de una batería a bordo . Esta definición excluye los vehículos eléctricos híbridos . Los BEV utilizan motores eléctricos y controladores de motor en lugar de motores de combustión interna (ICE) para la propulsión. Obtienen toda la energía de los paquetes de baterías y, por lo tanto, no tienen motor de combustión interna, celda de combustible o tanque de combustible . Los BEV incluyen, entre otros [1] [2] , motocicletas, bicicletas, scooters, patinetas, vagones de ferrocarril, embarcaciones, carretillas elevadoras, autobuses, camiones y automóviles.

En 2016, se utilizaron 210 millones de bicicletas eléctricas a diario en todo el mundo. [3] Las ventas globales acumuladas de vehículos eléctricos ligeros aptos para circular por carretera superaron el hito del millón de unidades en septiembre de 2016. [4] A octubre de 2020 [actualizar], el coche totalmente eléctrico más vendido del mundo en la historia es el Tesla Model 3 , con unas 645.000 ventas estimadas, [5] seguido del Nissan Leaf con más de 500.000 ventas a septiembre de 2020. [actualizar][ 6]

Historia

Durante la década de 1880, Gustave Trouvé , Thomas Parker y Andreas Flocken construyeron automóviles eléctricos experimentales, pero los primeros vehículos eléctricos de batería prácticos aparecieron durante la década de 1890. [7] Las flotas de vehículos de batería se expandieron en 1931 y, en 1967, le dieron a Gran Bretaña la flota de vehículos eléctricos más grande del mundo. [ cita requerida ]

Terminología

Los vehículos eléctricos híbridos utilizan tanto motores eléctricos como motores de combustión interna y no se consideran vehículos puros o totalmente eléctricos. [8]

Los vehículos eléctricos híbridos cuyas baterías se pueden cargar externamente se denominan vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) y funcionan como vehículos eléctricos de batería durante su modo de agotamiento de carga . Los PHEV con un sistema de propulsión en serie también se denominan vehículos eléctricos de autonomía extendida (REEV), como el Chevrolet Volt y el Fisker Karma .

Los vehículos eléctricos enchufables (PEV) son una subcategoría de vehículos eléctricos que incluye los vehículos eléctricos de batería (BEV) y los vehículos híbridos enchufables (PHEV).

Las conversiones de vehículos eléctricos de vehículos eléctricos híbridos y vehículos con motor de combustión interna convencionales (también conocidos como vehículos de combustión total) pertenecen a una de las dos categorías. [8] [9]

En China, los vehículos eléctricos enchufables, junto con los vehículos eléctricos híbridos, se denominan vehículos de nueva energía (NEV). [10] Sin embargo, en los Estados Unidos, los vehículos eléctricos de barrio (NEV) son vehículos eléctricos de batería que están limitados legalmente a carreteras con límites de velocidad establecidos no superiores a 45 millas por hora (72 km/h), generalmente están construidos para tener una velocidad máxima de 30 millas por hora (48 km/h) y tienen un peso máximo cargado de 3000 libras (1400 kg). [11]

Vehículos por tipo

El concepto de vehículos eléctricos de batería es utilizar baterías cargadas a bordo de vehículos para su propulsión. Los coches eléctricos de batería son cada vez más atractivos con el aumento de los precios del petróleo y el avance de la nueva tecnología de baterías ( iones de litio ) que tienen mayor potencia y densidad energética (es decir, mayor aceleración posible y más autonomía con menos baterías). [12] En comparación con los tipos de baterías más antiguos, como las baterías de plomo-ácido. Las baterías de iones de litio , por ejemplo, tienen ahora una densidad energética de 0,9-2,63 MJ/L, mientras que las baterías de plomo-ácido tenían una densidad energética de 0,36 MJ/L (es decir, de 2,5 a 7,3 veces mayor). Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer si se compara con los combustibles derivados del petróleo y los biocombustibles (la gasolina tiene una densidad energética de 34,2 MJ/L -38x a 12,92x mayor- y el etanol tiene una energía de 24 MJ/L -26x a 9,12x mayor-). Esto se compensa parcialmente con una mayor eficiencia de conversión de los motores eléctricos: los vehículos eléctricos de batería viajan aproximadamente tres veces más lejos que los vehículos de combustión interna de tamaño similar por MJ de energía almacenada.

Los vehículos eléctricos de batería (BEV) incluyen automóviles , camiones ligeros y vehículos eléctricos de barrio .

Carril

  • Vagones eléctricos de batería:
Unidad múltiple eléctrica a batería EV-E301 en la línea Karasuyama , Japón

En Japón se utilizan comercialmente trenes eléctricos a batería en forma de unidades múltiples eléctricas a batería ( BEMU ) . Se cargan mediante pantógrafos , ya sea cuando circulan por líneas ferroviarias electrificadas o durante las paradas en estaciones de tren especialmente equipadas. Utilizan la energía de la batería para la propulsión cuando circulan por líneas ferroviarias que no están electrificadas y han sustituido con éxito a las unidades múltiples diésel en algunas de esas líneas.

Otros países también han probado o pedido este tipo de vehículos.

  • Locomotoras:
  • Carro ferroviario eléctrico:

Autobús

BYD K9A en Cantón

Chattanooga, Tennessee , opera nueve autobuses eléctricos de tarifa cero , que han estado en funcionamiento desde 1992 y han transportado 11,3 millones de pasajeros y cubierto una distancia de 3.100.000 kilómetros (1.900.000 millas). Fueron fabricados localmente por Advanced Vehicle Systems. Dos de estos autobuses se utilizaron para los Juegos Olímpicos de Verano de 1996 en Atlanta. [13] [14]

A principios del verano de 2000, el aeropuerto de Hong Kong comenzó a operar un autobús eléctrico Mitsubishi Rosa de 16 pasajeros y, en el otoño de 2000, la ciudad de Nueva York comenzó a probar un autobús escolar alimentado por batería con capacidad para 66 pasajeros , una versión totalmente eléctrica del Blue Bird TC/2000 . [15] Un autobús similar funcionó en Napa Valley, California , durante 14 meses hasta abril de 2004. [16]

En los Juegos Olímpicos de Pekín 2008 se utilizó una flota de 50 autobuses eléctricos, que tienen una autonomía de 130 km (81 mi) con el aire acondicionado encendido. Utilizan baterías de iones de litio y consumen alrededor de 1 kW⋅h/mi (0,62 kW⋅h/km; 2,2 MJ/km). Los autobuses fueron diseñados por el Instituto de Tecnología de Pekín y construidos por Jinghua Coach. [17] Las baterías se reemplazan por otras completamente cargadas en la estación de recarga para permitir el funcionamiento de los autobuses las 24 horas. [18]

En Francia , el fenómeno del autobús eléctrico está en desarrollo, pero algunos autobuses ya están funcionando en numerosas ciudades. [19] PVI, una empresa de tamaño mediano ubicada en la región de París, es uno de los líderes del mercado con su marca Gepebus (que ofrece Oreos 2X y Oreos 4X ). [20]

En Estados Unidos , el primer autobús eléctrico de batería con carga rápida está en funcionamiento en Pomona, California , desde septiembre de 2010 en Foothill Transit . El Proterra EcoRide BE35 utiliza baterías de titanato de litio y puede cargarse rápidamente en menos de 10 minutos. [21]

En 2012, los camiones pesados ​​y los autobuses contribuyeron con el 7% de las emisiones de calentamiento global en California. [22]

En 2014, se entregó el primer autobús escolar totalmente eléctrico de producción al Distrito Escolar Unificado Kings Canyon en el Valle de San Joaquín , California . El autobús fue uno de los cuatro que encargó el distrito. Este autobús escolar eléctrico a batería, que tiene cuatro baterías de níquel-sodio, es el primer autobús escolar eléctrico moderno aprobado para el transporte de estudiantes por cualquier estado. [23]

En 2016, incluidos los vehículos pesados ​​ligeros, había aproximadamente 1,5 millones de vehículos pesados ​​en California. [22]

El primer autobús escolar totalmente eléctrico del estado de California se detiene frente al edificio del Capitolio de California en Sacramento

La misma tecnología se utiliza para impulsar los transbordadores comunitarios de Mountain View. Esta tecnología recibió el apoyo de la Comisión de Energía de California y el programa de transbordadores cuenta con el apoyo de Google. [24]

Cielo de truenos

Thunder Sky (con sede en Hong Kong) fabrica baterías de iones de litio que se utilizan en submarinos y tiene tres modelos de autobuses eléctricos: el EV-6700 para 10/21 pasajeros, con una autonomía de 280 km (170 mi) con una carga rápida de 20 minutos, los autobuses urbanos EV-2009 y el autobús de carretera EV-2008 para 43 pasajeros, que tiene una autonomía de 300 km (190 mi) con una carga rápida (20 minutos al 80 por ciento) y 350 km (220 mi) con una carga completa (25 minutos). Los autobuses también se construirán en Estados Unidos y Finlandia. [25]

Tindo libre

Tindo es un autobús totalmente eléctrico de Adelaida, Australia . El Tindo (palabra aborigen que significa sol) es fabricado por Designline International [26] en Nueva Zelanda y obtiene su electricidad de un sistema solar fotovoltaico en la estación central de autobuses de Adelaida . Los viajes son de tarifa cero como parte del sistema de transporte público de Adelaida. [27]

Primer autobús de transporte público eléctrico con carga rápida y batería

El autobús de transporte público EcoRide BE35 de Proterra , llamado Ecoliner por Foothill Transit en West Covina, California, es un autobús eléctrico de batería, de carga rápida y de servicio pesado. El sistema de propulsión ProDrive de Proterra utiliza un motor UQM y frenado regenerativo que captura el 90 por ciento de la energía disponible y la devuelve al sistema de almacenamiento de energía TerraVolt, que a su vez aumenta la distancia total que puede recorrer el autobús en un 31-35 por ciento. Puede viajar de 30 a 40 millas (48-64 km) con una sola carga, es hasta un 600 por ciento más eficiente en el consumo de combustible que un autobús diésel o de GNC típico y produce un 44 por ciento menos de carbono que el GNC. [28] Los autobuses Proterra han tenido varios problemas, el más notable en Filadelfia, donde se retiró del servicio toda la flota. [29]

Camiones

Durante la mayor parte del siglo XX, la mayoría de los vehículos de carretera eléctricos a batería del mundo eran camiones lecheros británicos . [30] El siglo XXI fue testigo del desarrollo masivo de los camiones eléctricos BYD . [31]

Furgonetas

En marzo de 2012, Smith Electric Vehicles anunció el lanzamiento del Newton Step-Van, un vehículo totalmente eléctrico y de cero emisiones construido sobre la versátil plataforma Newton que cuenta con una carrocería transitable producida por Utilimaster, con sede en Indiana . [32]

BYD suministra a DHL una flota de distribución eléctrica de vehículos comerciales BYD T3 . [33]

Coches

Aunque los coches eléctricos suelen ofrecer una buena aceleración y una velocidad máxima generalmente aceptable, la energía específica más baja de las baterías de producción disponibles en 2015 en comparación con los combustibles basados ​​en carbono significa que los coches eléctricos necesitan baterías que representan una fracción bastante grande de la masa del vehículo, pero que aun así suelen ofrecer una autonomía relativamente baja entre cargas. La recarga también puede llevar mucho tiempo. Para viajes con una sola carga de batería, en lugar de viajes largos, los coches eléctricos son formas prácticas de transporte y se pueden recargar durante la noche.

Los autos eléctricos pueden reducir significativamente la contaminación de la ciudad al tener cero emisiones . [34] [35] [36] El ahorro de gases de efecto invernadero de los vehículos depende de cómo se genera la electricidad. [37] [38]

Los coches eléctricos están teniendo un gran impacto en la industria automotriz [39] [40] dadas las ventajas en la contaminación urbana , la menor dependencia del petróleo y la combustión, y la escasez y el aumento esperado en los precios de la gasolina. [41] [42] [43] Los gobiernos del mundo están prometiendo miles de millones para financiar el desarrollo de vehículos eléctricos y sus componentes. [44] [45]

La Fórmula E es un campeonato internacional de monoplazas totalmente eléctricos. La serie se concibió en 2012 y el campeonato inaugural comenzó en Pekín el 13 de septiembre de 2014. La serie está sancionada por la FIA. Alejandro Agag es el actual director ejecutivo de la Fórmula E. [46] [47]

Actualmente, el campeonato de Fórmula E lo disputan diez equipos con dos pilotos cada uno (tras la retirada del Team Trulli, temporalmente solo compiten nueve equipos). Las carreras se llevan a cabo generalmente en circuitos callejeros temporales en el centro de las ciudades que tienen una longitud de aproximadamente entre 2 y 3,4 kilómetros (1,2 y 2,1 millas). Actualmente, solo el ePrix de la Ciudad de México se lleva a cabo en un circuito mixto, una versión modificada del Autódromo Hermanos Rodríguez. [ cita requerida ]

Vehículos eléctricos para discapacitados en Årdalstangen, Noruega
Vehículos eléctricos para personas con discapacidad en Årdalstangen , Noruega

Vehículos para usos especiales

Los vehículos especiales se presentan en una amplia gama de tipos, desde los relativamente comunes, como los carros de golf , hasta los carros de golf eléctricos , los camiones lecheros , los vehículos todo terreno , los vehículos eléctricos para el vecindario y una amplia gama de otros dispositivos. Algunos fabricantes se especializan en máquinas de trabajo "en planta" impulsadas por electricidad.

Motocicletas, scooters y rickshaws

Los vehículos de tres ruedas incluyen los rickshaws eléctricos , una variante motorizada del ciclorickshaw . La adopción a gran escala de vehículos eléctricos de dos ruedas puede reducir el ruido del tráfico y la congestión vial, pero puede requerir adaptaciones de la infraestructura urbana existente y de las normas de seguridad. [48]

Ather Energy de India lanzó su scooter eléctrico Ather 450 con motor BLDC y baterías de iones de litio en 2018. [49] [50] También de India, AVERA [51] , una nueva empresa de energía renovable, lanzará dos modelos de scooters eléctricos [52] a fines de 2018, con tecnología de batería de fosfato de hierro y litio . [53] [ necesita actualización ]

Bicicletas

Una persona montando una bicicleta eléctrica en Tokio.
Pedelecs del programa de alquiler de bicicletas Call a Bike en Berlín

La India es el mayor mercado mundial de bicicletas, con 22 millones de unidades vendidas al año. En 2024, los vehículos eléctricos de dos ruedas representarán un mercado de 2.000 millones de dólares, con más de 3 millones de unidades vendidas en la India. [54]

El gobierno indio está lanzando planes e incentivos para promover la adopción de vehículos eléctricos en el país y aspira a convertirse en un centro de fabricación de vehículos eléctricos en los próximos cinco años. [55] [56]

China ha experimentado un crecimiento explosivo en las ventas de bicicletas eléctricas sin asistencia, incluido el tipo scooter, con ventas anuales que saltaron de 56.000 unidades en 1998 a más de 21 millones en 2008, [57] y alcanzaron un estimado de 120 millones de bicicletas eléctricas en la carretera a principios de 2010. China es el principal fabricante mundial de bicicletas eléctricas, con 22,2 millones de unidades producidas en 2009.

Transportadores personales

Se están fabricando una variedad cada vez mayor de transportadores personales , incluidos monociclos autoequilibrados de una rueda , scooters autoequilibrados , patinetes eléctricos y patinetas eléctricas .

Barcos

En todo el mundo circulan varios barcos eléctricos alimentados por baterías, algunos de ellos con fines comerciales. Se están construyendo y explotando transbordadores eléctricos. [58]

Tecnología

Uso de combustible en el diseño de vehículos
Tipo de vehículoCombustible utilizado
Vehículo de combustión únicamente
(ICE)		Utiliza exclusivamente petróleo u otro combustible.
Vehículo eléctrico microhíbrido
(μHEV)		Utiliza exclusivamente petróleo u otro combustible,
pero puede apagar el motor para consumir menos.
Vehículo eléctrico híbrido suave
(MHEV, BAHV)		Utiliza exclusivamente petróleo u otro combustible,
pero tiene batería eléctrica para consumir menos.
Vehículo híbrido enchufable
(PHEV)		Utiliza una mezcla de petróleo u otro combustible
y electricidad de la red eléctrica .
Vehículo totalmente eléctrico
(BEV, AEV)		Utiliza exclusivamente electricidad de la red eléctrica.
Vehículo de pila de combustible
(FCV, FCEV)		Utiliza exclusivamente hidrógeno u otro combustible
para generar electricidad.

Controladores de motor

El controlador del motor recibe una señal de los potenciómetros conectados al pedal del acelerador y utiliza esta señal para determinar cuánta energía eléctrica se necesita. [59] Esta energía de CC es suministrada por el paquete de baterías y el controlador regula la energía al motor, suministrando CC de ancho de pulso variable o CA de amplitud variable de frecuencia variable, según el tipo de motor. El controlador también maneja el frenado regenerativo , mediante el cual se recolecta energía eléctrica a medida que el vehículo disminuye la velocidad y esta energía recarga la batería. [59] Además de la administración de energía y motor, el controlador realiza varias comprobaciones de seguridad, como detección de anomalías, pruebas de seguridad funcional y diagnóstico de fallas. [60]

Paquete de batería

Curva de aprendizaje de las baterías de iones de litio: el precio de las baterías disminuyó un 97% en tres décadas. [61] [62]

La mayoría de los vehículos eléctricos actuales utilizan una batería eléctrica , que consiste en celdas electroquímicas con conexiones externas para proporcionar energía al vehículo. [63]

La tecnología de baterías para vehículos eléctricos ha evolucionado desde las primeras baterías de plomo-ácido utilizadas a fines del siglo XIX hasta la década de 2010, hasta las baterías de iones de litio que se encuentran en la mayoría de los vehículos eléctricos en la actualidad. [60] La batería en su conjunto se conoce como paquete de baterías , que es un grupo de múltiples módulos y celdas de batería. Por ejemplo, el paquete de baterías del Tesla Model S tiene hasta 7104 celdas, divididas en 16 módulos con 6 grupos de 74 celdas en cada uno. Cada celda tiene un voltaje nominal de 3 a 4 voltios , según su composición química.

Motores

Los vehículos eléctricos han utilizado tradicionalmente motores de corriente continua de bobinado en serie, un tipo de motor eléctrico de corriente continua con escobillas . Los motores de corriente continua con excitación independiente y los de imán permanente son solo dos de los tipos de motores de corriente continua disponibles. Los vehículos eléctricos más recientes han utilizado una variedad de tipos de motores de corriente alterna , ya que son más simples de construir y no tienen escobillas que se puedan desgastar. Por lo general, se trata de motores de inducción o motores eléctricos de corriente alterna sin escobillas que utilizan imanes permanentes. Existen varias variaciones del motor de imán permanente que ofrecen esquemas de accionamiento más simples y/o un menor costo, incluido el motor eléctrico de corriente continua sin escobillas .

Una vez que se suministra energía eléctrica al motor (desde el controlador), la interacción del campo magnético dentro del motor hará girar el eje de transmisión y, en última instancia, las ruedas del vehículo. [59]

Economía

El almacenamiento de baterías de vehículos eléctricos es un elemento clave para la transición energética global , que depende de un mayor almacenamiento de electricidad en estos momentos. Como la disponibilidad de energía es el factor más importante para la vitalidad de una economía, la infraestructura de almacenamiento móvil de baterías de vehículos eléctricos puede considerarse uno de los proyectos de infraestructura más significativos para facilitar la transición energética hacia una economía totalmente sostenible basada en energías renovables. Un metaestudio que muestra gráficamente la importancia del almacenamiento de electricidad describe la tecnología en contexto. [64]

Impacto ambiental

Generación de energía

Los vehículos eléctricos no producen emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) durante su funcionamiento, pero la electricidad utilizada para alimentarlos puede hacerlo durante su generación. [65] Los dos factores que impulsan las emisiones de los vehículos eléctricos de batería son la intensidad de carbono de la electricidad utilizada para recargar el vehículo eléctrico (comúnmente expresada en gramos de CO2 por kWh) y el consumo del vehículo específico (en kilómetros/kWh).

La intensidad de carbono de la electricidad varía en función de la fuente de electricidad donde se consume. Un país con una alta proporción de energía renovable en su combinación eléctrica tendrá una baja intensidad de carbono. En la Unión Europea, en 2013, la intensidad de carbono tuvo una fuerte variabilidad geográfica, pero en la mayoría de los estados miembros, los vehículos eléctricos eran "más ecológicos" que los convencionales. En promedio, los automóviles eléctricos ahorraron entre un 50 y un 60% de emisiones de CO2 en comparación con los motores alimentados con diésel y gasolina. [ cita requerida ]

Además, el proceso de descarbonización está reduciendo constantemente las emisiones de GEI debidas al uso de vehículos eléctricos. En la Unión Europea, en promedio, entre 2009 y 2013 hubo una reducción en la intensidad de carbono de la electricidad del 17%. [66] Desde una perspectiva de evaluación del ciclo de vida , considerando los GEI necesarios para construir la batería y su fin de vida útil, los ahorros de GEI son entre un 10 y un 13% menores. [67]

El marco del modelo de código abierto VencoPy se puede utilizar para estudiar las interacciones entre los vehículos, los propietarios y el sistema eléctrico en general. [68]

Construcción de vehículos

También se emiten GEI durante la fabricación del vehículo eléctrico. Las baterías de iones de litio que se utilizan en el vehículo requieren más materiales y energía para su producción debido al proceso de extracción del litio y el cobalto, esenciales para la batería. [69] Esto significa que cuanto más grande es el vehículo eléctrico, más dióxido de carbono se emite. La misma relación tamaño-emisiones se aplica a la fabricación de todos los productos.

Las minas que se utilizan para producir el litio y el cobalto utilizados en las baterías también están creando problemas para el medio ambiente, ya que los peces mueren hasta 240 km (150 mi) río abajo de las operaciones mineras debido a fugas de productos químicos y los productos químicos también se filtran en las fuentes de agua que utilizan las personas que viven cerca de las minas, lo que crea problemas de salud para los animales y las personas que viven cerca. [70]

Véase también

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Vehículos alimentados por batería .

Referencias

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Lectura adicional

Patentes
Organizaciones
  • Sociedad de vehículos a batería (Reino Unido)
  • Zap-Map: el directorio nacional de puntos de recarga del Reino Unido.
  • Asociación Europea de Vehículos Eléctricos de Batería, Híbridos y de Pilas de Combustible (AVERE).
  • Club EV checo – (CZ) Ing. sección en galería de fotos.
  • Grupo de interés de vehículos eléctricos de la Asociación de tecnología alternativa.
  • Asociación Australiana de Vehículos Eléctricos.
  • Sociedad de coches eléctricos.
Noticias
  • Razones para comprar un coche eléctrico en 2013
  • AeroVironment obtiene patente estadounidense para gestión y control de datos energéticos de vehículos eléctricos (Green Car Congress)
  • Estación de carga solar para el vehículo eléctrico Ford Focus
Estudios
  • "Aplicación de la evaluación del ciclo de vida a la tecnología a nanoescala: baterías de iones de litio para vehículos eléctricos" (PDF) . Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos. 13 de abril de 2013. Archivado desde el original (PDF) el 2 de diciembre de 2013 . Consultado el 3 de abril de 2018 .
  • "Vehículos híbridos y eléctricos: la propulsión eléctrica gana terreno" (PDF) . Agencia Internacional de la Energía (AIE). Mayo de 2013. Archivado desde el original (PDF) el 26 de febrero de 2021. Consultado el 3 de abril de 2018 .
  • Lee, Henry; Lovellette, Grant (julio de 2011). "¿Los coches eléctricos transformarán el mercado de vehículos de Estados Unidos?" (PDF) . Belfer Center for Science and International Affairs, Universidad de Harvard. Archivado desde el original (PDF) el 1 de agosto de 2011. Consultado el 3 de abril de 2018 .
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