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Guía de terminología de vehículos eléctricos: conceptos clave explicados
Los vehículos eléctricos tienen su propia terminología —algunos términos familiares, otros técnicos— que pueden parecer misteriosos y confusos para los no iniciados. Saber qué significan estos términos es esencial para decidir no solo si un VE es adecuado para usted, sino también para elegir qué VE se adapta mejor a sus necesidades. Por ejemplo, ¿le preocupa la rapidez con la que su coche acepta la gasolina en la estación? No, pero necesitará saber qué tan rápido su coche y su hogar pueden recargar una batería para aprovechar la carga doméstica, y no hay una respuesta estándar. Pero podemos acercarle a la respuesta mediante la comprensión de los términos relacionados con la carga, y mucho más.
Corriente alterna (CA)
La forma que toma la electricidad en la red eléctrica y en los hogares y otras estructuras
Con la corriente alterna, los electrones cambian de dirección regularmente. La relevancia de la CA en el mundo de los vehículos eléctricos es que todas las baterías requieren corriente continua (CC), en la que los electrones fluyen siempre en la misma dirección. Por lo tanto, cada vez que se carga un vehículo, la CA debe convertirse, o rectificarse, en CC.
En las cargas de Nivel 1 y 2, un componente oculto en cada vehículo eléctrico llamado módulo de carga se encarga de esta tarea, así como de controlar la tasa de carga. En el caso de una carga rápida pública en CC, el cargador es externo y suministra CC directamente a la batería del coche, evitando su módulo de carga integrado, que constituye un cuello de botella para el flujo de corriente. El cargador rápido CC comienza con casi el doble del voltaje doméstico y rectifica la CA externamente utilizando componentes más voluminosos de los que un coche podría albergar. Estas son las dos razones por las que la carga CC puede ser mucho más rápida que el Nivel 2.
La corriente alterna recibe su nombre porque la corriente cambia de dirección, lo que ocurre 60 veces por segundo en Estados Unidos. Es difícil entender lo que esto significa, y es aún más confuso cuando se profundiza y se aprende que cuando la corriente se invierte, técnicamente va de positivo a negativo en el mismo conductor. Pero la CA tiene ventajas sobre la CC, como pérdidas mínimas en la transmisión a largas distancias, y el hecho de que se pueden usar transformadores para aumentar o disminuir su voltaje. Irónicamente, la mayoría de los coches eléctricos utilizan motores de tracción de CA, así que sí, la CC de la batería debe reconvertirse en CA, un proceso llamado inversión, para impulsar el vehículo. De hecho, los híbridos suelen utilizar motores de CA, lo que significa que la corriente se convierte literalmente constantemente de CA a CC o viceversa. Cada vez que se producen estas conversiones, ya sea dentro o fuera del coche, hay pérdidas de energía asociadas.
Los vehículos convencionales de gasolina y diésel utilizan alternadores accionados por correa, que son generadores de CA, a pesar de que todas las demandas eléctricas son de CC.
Alternador
Un tipo de generador que produce corriente alterna
En todos los coches convencionales modernos, el motor de gasolina o diésel acciona un alternador mediante una correa para generar la electricidad que mantiene cargada la batería de arranque y alimenta las luces, la electrónica y otros componentes eléctricos a bordo. Hoy en día, literalmente todos estos dispositivos requieren CC, lo que hace que un tipo de generador que produce solo corriente alterna parezca una elección extraña, pero los alternadores son el generador de elección porque son más pequeños, ligeros y duraderos mecánicamente que los generadores de CC —tres de los criterios que más interesan a los fabricantes de automóviles. Este ha sido el caso desde la década de 1960, cuando la rectificación de estado sólido (conversión de CA a CC) se volvió viable. Los alternadores incorporan tales rectificadores y reguladores de voltaje para garantizar el voltaje de CC apropiado.
Amperios
Abreviatura de amperios, una medida de la corriente eléctrica que los propietarios de coches eléctricos tienen más probabilidades de encontrar al configurar una carga doméstica de Nivel 2.
El Nivel 2 significa 240 voltios, pero la cantidad de energía entregada al coche también depende del flujo de corriente, que varía considerablemente entre los cargadores de Nivel 2. Para usar la clásica analogía de la fontanería para la electricidad que fluye por un cable, el voltaje representa la presión que fuerza el agua a través de una tubería, y la corriente es el caudal de agua determinado principalmente por el diámetro de la tubería. Para sacar más agua del extremo de la tubería, puede aumentar la presión o el diámetro de la tubería. Lo mismo ocurre con la electricidad: aumente el voltaje o la corriente (amperaje) para obtener más potencia (medida en vatios) al otro extremo del cable. Al igual que la tubería, un cable de mayor diámetro presenta menos resistencia y permite un mayor flujo de corriente.
Los amperios son la unidad de medida de la capacidad del servicio eléctrico que una casa puede distribuir desde la compañía eléctrica —como 50, 100 o 200 amperios— y la corriente que un circuito dado o un cargador de Nivel 2 puede dejar pasar.
Pack de Baterías
El componente completo de almacenamiento de energía en un vehículo eléctrico o híbrido, incluyendo las celdas de batería individuales, así como la electrónica de soporte y, generalmente, los sistemas de gestión térmica.
Las celdas de un pack, sin importar su tipo, generalmente se agrupan en módulos, que añaden estructura y simplifican el reemplazo de celdas defectuosas. Los packs incluyen un sistema de gestión de la batería que rastrea el estado de carga del pack y monitorea los voltajes y temperaturas de las celdas. Los packs contienen su propio fusible y un medio de desconexión manual del resto del vehículo para el mantenimiento. Suelen estar presentes contactores (relés robustos), especialmente en los sistemas eléctricos de batería pura, para aislar la batería del vehículo si falla una prueba de seguridad a bordo o si se detecta una colisión.
Los vehículos eléctricos a batería utilizan un líquido en circulación para gestionar la temperatura de la batería, a excepción del Nissan Leaf, que no tiene gestión térmica activa. En la mayoría de estos packs, hay canales por los que el refrigerante (generalmente una mezcla de agua y anticongelante clásico) circula y luego sale de la batería para ser acondicionado en un simple radiador o en un intercambiador de calor conectado a un circuito de aire acondicionado o bomba de calor.
Celda de Batería
El componente más pequeño de una batería, del cual pueden ser necesarios cientos para alcanzar los voltajes necesarios para alimentar un coche híbrido o eléctrico.
Como todas las demás celdas de batería individuales, estas solo funcionan con unos pocos voltios cada una. (Lo que llamamos una batería con un voltaje más alto, como una batería de coche de 12 voltios, es en sí misma un conjunto de celdas separadas en una carcasa —en este ejemplo, seis celdas). Las celdas de batería de iones de litio vienen en tres tipos básicos, es decir, tres formas: cilíndrica, prismática y de bolsa. Las baterías cilíndricas que alimentan algunos vehículos eléctricos se parecen tanto a algo que podrías poner en una linterna que podrías pensar que son poco sofisticadas. Los detractores han dicho lo mismo sobre la eficiencia de su empaquetado porque su forma deja espacio entre ellas, pero a Tesla le ha ido muy bien durante la mayor parte de su historia, aunque la marca ahora está interesada en las celdas prismáticas, que tienen la forma de un mazo de cartas o una tableta de chocolate. El estilo elegido por la mayoría de los otros fabricantes de vehículos eléctricos ha sido la celda de bolsa, que se parece a una bolsa Ziploc de mylar prácticamente vacía. A diferencia de los otros dos estilos, la celda de bolsa flexible depende de un módulo de batería para su estructura.
Módulo de Batería
Un subconjunto estructural del pack de baterías de un vehículo eléctrico en el que las celdas de la batería se dividen y contienen para su monitorización y, si es necesario, su reemplazo.
Dado que el voltaje de una celda de batería es del orden de unos pocos voltios, se utilizan decenas o incluso cientos de ellas en los vehículos eléctricos, agrupadas en carcasas que proporcionan estructura (particularmente importante para las celdas de bolsa) y simplifican el cableado. Cada módulo generalmente tiene su propio sensor de voltaje y temperatura y solo tiene dos terminales, sin importar cuántas celdas estén cableadas juntas, lo que depende del diseño del fabricante. Típicamente, los módulos incluyen canales aislados a través de los cuales circula el refrigerante para gestionar el estado térmico del pack de baterías.
Sistema de Carga Combinada (CCS)
Un conector de carga para VE casi universal (excepto para Tesla) en el mercado estadounidense que combina el conector CA J1772 con dos conductores para carga rápida CC en un solo puerto compuesto.
Mientras que los primeros vehículos eléctricos de origen japonés dependían de un conector separado llamado CHAdeMO para la carga rápida en CC, la mayoría de los nuevos vehículos eléctricos con esta capacidad (excepto Tesla, que tiene su propio conector) proporcionan este puerto CCS compuesto. Al buscar opciones de carga pública en línea o mediante una aplicación, los propietarios de estos coches deben seleccionar J1772 para la carga de Nivel 2 y CCS para la carga rápida en CC.
Corriente Continua (CC)
Forma que toma la electricidad en las baterías y en la mayoría de los circuitos electrónicos.
Con la corriente continua, los electrones fluyen en una sola dirección. La principal relevancia en el mundo de los vehículos eléctricos es que la electricidad se transmite en la red eléctrica como corriente alterna (CA). Por lo tanto, cada vez que se carga la batería del coche, la CA debe convertirse o rectificarse en CC. Con la carga de Nivel 1 y Nivel 2, el propio coche lo logra mediante un componente invisible llamado módulo de carga a bordo. Los cargadores rápidos de CC comienzan con un voltaje casi el doble del doméstico y rectifican la CA externamente utilizando componentes voluminosos a menudo ocultos lejos del área de carga antes de suministrar la CC directamente a la batería del coche, evitando su módulo de carga integrado, que es un cuello de botella para el flujo de corriente.
Aunque algunos vehículos eléctricos utilizan motores de tracción de CC, la mayoría utiliza motores de CA, lo que significa que el vehículo debe convertir la CC de la batería en CA para acelerar —y viceversa durante la frenada regenerativa. La rectificación y la inversión, que es el nombre de la conversión de CC a CA, conllevan ineficiencias, pero los fabricantes de automóviles que eligen motores de CA piensan en el rendimiento y la eficiencia general del vehículo, no en un solo componente o proceso. Para lo que vale, incluso un vehículo convencional depende de la CA gracias al uso de un alternador, que es un generador que produce CA, aunque la CC reina en todo el vehículo.
Carga Rápida CC
Un tipo de carga pública que puede cargar vehículos compatibles varias veces más rápido que el cargador CA de Nivel 2 más rápido al suministrar un voltaje CC más alto directamente a la batería. Los Superchargers de Tesla son cargadores rápidos de CC.
Los vehículos eléctricos actuales son más adecuados para una carga rápida en CC cuando el tiempo es limitado (por ejemplo, en un viaje largo o cuando la autonomía es baja). El término “rápida” está en el nombre, pero los principiantes en vehículos eléctricos no encontrarán la carga rápida en CC comparable a un llenado de gasolina, que puede proporcionar cientos de kilómetros de autonomía en minutos. Los fabricantes de automóviles generalmente afirman que la carga rápida en CC implica sesiones de 30 minutos, pero rara vez representa una carga completa. Aunque cada vez más fabricantes incluyen carga rápida en CC gratuita con la compra de un nuevo vehículo eléctrico, casi todos reconocen que la carga rápida frecuente comprometerá la vida útil de la batería del vehículo. Cuando hay un costo, la carga rápida es más cara que la carga pública de Nivel 2, generalmente lo suficiente como para eliminar las ventajas financieras de conducir un eléctrico con carga doméstica.
Los cargadores rápidos de CC y la CA trifásica que requieren los hacen extremadamente costosos para una instalación doméstica. La potencia que proporcionan varía de 24 a 350 kW, pero no hay garantía de que el vehículo eléctrico, independientemente de su propia especificación de aceptación, se cargará a ese ritmo.
Carga en Destino
Un nuevo nombre para la carga pública de Nivel 2 donde los vehículos eléctricos pueden estacionarse el tiempo suficiente para añadir kilómetros apreciables.
Popularizado por Tesla, el término carga en destino pretende distinguir la carga más lenta fuera del hogar de la carga rápida en CC (o Supercarga, en lenguaje Tesla).
Coeficiente de Arrastre (Cd)
Una medida de la resistencia de un vehículo al aire a través del cual pasa.
La forma más esbelta de los vehículos actuales refleja un movimiento aerodinámico que comenzó hace varias décadas, en parte para mejorar la eficiencia energética. La resistencia, como un freno de estacionamiento bloqueado o cualquier otra forma de resistencia, se opone al esfuerzo del motor o motor de tracción. Cuanto mayor sea el coeficiente de arrastre de un vehículo, más trabaja su motor y más combustible consume, ya sea gasolina, diésel o electricidad.
El coeficiente de arrastre de un vehículo está influenciado no solo por su tamaño y forma, sino también por la superficie de su parte inferior y por la altura a la que se encuentra sobre el suelo. Los vehículos que se pegan al suelo tienden a ser más aerodinámicos, por lo que los vehículos modernos con suspensiones activas a menudo están diseñados para bajarse automáticamente a velocidad de autopista. No hay duda de que los vehículos más eficientes del mercado —generalmente híbridos y eléctricos— son los hatchbacks, ya que la parte trasera alta es intrínsecamente más aerodinámica que un sedán o cupé tradicional con un maletero que desciende abruptamente desde la línea del techo. Los diseñadores de vehículos trabajan en túneles de viento para intentar ganar centésimas de punto en los modelos futuros. Después de ir tan lejos como fue posible con las formas generales, los ingenieros han centrado su atención en el flujo de aire alrededor de las rued