Una vez más el ELECTROMÓVIL – Motor de coche

Hemos leído sobre autos eléctricos muchas veces y mucho, pero la disminución de las reservas de hidrocarburos y la creciente contaminación del aire y las preocupaciones por el ruido predicen que obtendremos aún más. Muchas grandes ciudades de todo el mundo ya cuentan con coches eléctricos pequeños, coches e incluso más autobuses para el transporte público. Los autobuses eléctricos con remolque han estado funcionando en Düsseldorf y Múnich durante más de tres años. También se ha electrificado una línea completa en Stuttgart con 16 autobuses de propulsión híbrida. Luego, cada una de las principales fábricas de automóviles ya había experimentado con su “automóvil eléctrico”. Sin embargo, se habla menos sobre lo que hay debajo del capó, sino que solo obtenemos más o menos información sobre el resultado final. A continuación, queremos echar un vistazo a este compartimento del motor en particular.

En el último año, el desarrollo de automóviles eléctricos también ha logrado grandes resultados, se han cerrado algunos puntos muertos en el desarrollo y se han establecido vías de desarrollo viables. Una solución con parámetros tranquilizadores y excelentes se ha extendido por todo el mundo para la regulación de vehículos eléctricos. Anteriormente, se conocía un método para esto (en muchos casos todavía se usa hoy): el par y la velocidad del motor eléctrico se controlaban mediante una resistencia de alta pérdida. Ya en la década de 1940, estaban trabajando para reemplazar esta estructura desventajosa, en lugar de romper el circuito del motor con un interruptor mecánico. Sin embargo, este interruptor no “duró mucho tiempo” durante mucho tiempo, sus contactos ya estaban muy desgastados y soldados a una frecuencia de conmutación de 10 Hz. El descubrimiento del tiristor fue un cambio radical que permitió que la vieja idea se hiciera realidad.

LOS TRANVÍAS SON HOY su regulación de última generación la realizan choppers DC basados ​​en un principio similar, que operan con una eficiencia superior al 95%. Esta solución también ofrece otras ventajas, incluida una vida útil muy larga y la posibilidad de frenado regenerativo. También está técnicamente perfectamente resuelto convertir corriente continua en corriente alterna de diferentes frecuencias y controlarla. Todavía hay una lucha en curso: si un motor de CC (principalmente excitado externamente) o un motor asíncrono de CA deben incluirse en los automóviles eléctricos.
Un tema clave para la implementación práctica hoy, e incluso en el futuro cercano, es la insuficiencia de las centrales eléctricas. En Hungría, solo la batería de plomo-ácido tradicional, que tiene una capacidad de almacenamiento de energía dos órdenes de magnitud menor que la de los combustibles líquidos, todavía podría usarse para automóviles eléctricos que se pueden fabricar en una serie más grande en la actualidad. Por supuesto, las posibilidades para un mayor desarrollo de esta solución son indudablemente también, pero una cosa definitivamente invita a la reflexión. Si tuviéramos que triplicar la capacidad de almacenamiento específica (25-30 Wh / kg) de las mejores baterías de plomo-ácido hasta la fecha, nos estaríamos acercando al límite teórico de la capacidad de almacenamiento, y esto aún sería una competencia debatible para los motores de combustión interna. . (Capacidad de almacenamiento de gasolina, teniendo en cuenta la eficiencia media, 1500 Wh / kg).

BATERIAS ALKALINAS han evolucionado enormemente en los últimos años. Si bien hace cinco años los desarrolladores descartaban por completo la posibilidad de utilizar una batería de Ni-Cd en un vehículo eléctrico, hoy su capacidad de almacenamiento supera la de una batería de plomo-ácido. Sin embargo, mirando las otras opciones, la imagen no es más brillante aquí que con baterías de ácido; el valor máximo teóricamente alcanzable también es demasiado bajo.

Independientemente de las dificultades aparentemente irresolubles que todavía enfrentan los “sistemas de almacenamiento de energía electroquímica de alta energía”, su desarrollo debe abordarse porque podrían ser la solución futura al problema. Hoy en día, estos sistemas siguen siendo extremadamente costosos, su funcionamiento no es lo suficientemente confiable y su producción en masa plantea serios problemas tecnológicos. Sin embargo, examinando las posibilidades teóricas, resulta que su capacidad de almacenamiento de energía es muchas veces superior a la de las baterías convencionales, y pueden desarrollarse mucho en el futuro hasta que se acerque al límite teórico. De los “sistemas de alta energía”, se espera que las baterías alcalinas de Ni-Zn, Na-S y Li-F avancen en lo siguiente.

METALES ALCALINOS LIGEROS Y MUY ELECTRÓNICOS El uso de (Na y Li) presenta dificultades fundamentales, principalmente debido a que no se puede utilizar un electrolito acuoso para ellos. Los desarrolladores están intentando utilizar sales fundidas o materiales sólidos conductores de iones como electrolitos, es decir, metales alcalinos en sistemas de alta temperatura. La desventaja de tener que trabajar a altas temperaturas tiene la ventaja de que la conductividad de tales masas fundidas es suficientemente alta. Para el sistema Na-S con un voltaje de celda de equilibrio de 2.08 V, la densidad de energía teórica es de aproximadamente 800 Wh / kg. Para ello, se utiliza como electrolito una cerámica de aluminato a 300-400 ° C, que al mismo tiempo también separa los materiales de los electrodos. Con un sistema de este tipo, se ha logrado hasta ahora una densidad de energía de 150 Wh / kg (esto es el 19% del valor máximo teórico), con una esperanza de vida de unos pocos cientos de ciclos de carga.

La batería de electrodos de Li y F con una densidad de energía teórica de 6000 Wh / kg tiene un potencial aún mayor. Sin embargo, su implementación práctica aún se encuentra en una etapa muy temprana, especialmente la recargabilidad es un gran problema. La medida en que se puede poner en práctica un sistema depende de si los procesos son tecnológicamente manejables. La alta temperatura de los electrolitos requiere un aislamiento térmico extremadamente bueno de todo el sistema, lo que requiere el uso de pesos adicionales que reducen significativamente los valores esperados de alta densidad de energía.

Las pilas de combustible pueden desempeñar un papel muy importante en el desarrollo de los coches eléctricos y actualmente representan la vía más atractiva, pero quizás la de mayor riesgo para el desarrollo. Además de las ventajas conocidas de la propulsión eléctrica, las pilas de combustible tienen una ventaja adicional: el habitáculo se puede calentar mediante la pérdida de calor de la pila de combustible.

MUCHOS BENEFICIOS sin embargo, deben tenerse en cuenta desventajas adicionales. Tal es la falta de estaciones de servicio, pero más importante es el peligro del combustible gaseoso explosivo. De los diversos pares de combustibles, el desarrollo de celdas de hidrógeno / oxígeno electrolítico alcalino ha avanzado mucho. Su funcionamiento con aire y el suministro de hidrógeno de un reformador de alcohol metílico, amoniaco o gasolina es en principio posible, aunque todavía requiere un largo tiempo de desarrollo para producirse con equipos pequeños y ligeros. En lugar de una fuente de alimentación puramente de celda de combustible, generalmente se usan en paralelo una batería y una celda de combustible emparejadas. Esto permite que el conjunto de la celda de combustible se dimensione para absorber la potencia de un vehículo que viaja suavemente sin aceleración, y la batería proporciona el exceso de energía requerida para las cargas máximas. Al mismo tiempo, esta solución también puede aprovechar el frenado regenerativo, la unidad carga la batería durante las pausas de conducción y los períodos de baja carga. El suministro de hidrógeno y oxígeno a las pilas de combustible ya no es mucho más caro que la gasolina, y este precio podría reducirse significativamente mejorando las estaciones de servicio.

Incluso hoy en día, puede parecer un poco audaz hablar de energía nuclear en relación con un automóvil, cualquier vehículo de carretera. Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología nuclear, se espera que la conversión de energía nuclear en electricidad directa alcance un grado tal que la energía nuclear pueda utilizarse como fuente de energía primaria para cargar baterías de automóviles eléctricos. Esto también significaría un cambio revolucionario en el desarrollo de los coches eléctricos.
En Hungría, el Instituto de Investigación de la Electricidad se ocupa de la investigación de los “coches eléctricos” y las fuentes de energía electroquímicas especiales que les pertenecen. Todos los vehículos que se muestran en nuestras imágenes se hicieron con la ayuda de la WFD.
Todavía sería difícil predecir hoy qué dirección del desarrollo se fortalecerá en la próxima década y qué nuevas direcciones llegarán hasta ahora. Sin embargo, se espera que las conocidas desventajas de los motores de combustión interna forzarán tarde o temprano un “gran salto” en los coches eléctricos.

József Perényi