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Tecnología en vehículos híbridos y eléctricos

El presente y futuro de los vehículos híbridos y eléctricos e infraestructuras asociadas, en 150 páginas.

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Portada de la monografíaLa sede del Instituto universitario de Investigación del Automóvil (INSIA), en el campus Sur de la Universidad Complutense de Madrid, acogió el pasado 18 de junio la presentación de la segunda monografía de ASEPA (Asociación Española de Profesionales de Automoción) sobre “Vehículos Híbridos y Eléctricos”, una obra coordinada por José María López Martínez, vocal de la junta directiva de dicha asociación y subdirector del Insia-UPM, con la que se pretende introducir al lector en las tecnologías de los vehículos híbridos y eléctricos y su implicación en la electrificación del transporte rodado.

Esta obra recoge, en 150 páginas, los retos tecnológicos de un transporte eléctrico y especialmente, de los sistemas de propulsión eléctricos, que supondrán un primer esfuerzo de investigación en la próxima década en muchas disciplinas de la ingeniería y que implicará tanto al ámbito industrial como al académico.

La monografía recoge las diferentes configuraciones de los vehículos híbridos y eléctricos y expone no sólo funcionamiento, rendimientos globales, ventajas e inconvenientes y retos tecnológicos de estos vehículos, sino también el análisis de los sistemas de almacenamiento de energía (baterías) y aspectos relacionados con la densidad de energía, capacidad, seguridad, duración, ciclos de carga-descarga y el interface de comunicación, presentando a las baterías de Li-ión como la opción más prometedora para la próxima generación de tecnologías en baterías, tanto para los híbridos como para vehículos eléctricos puros.

Otro aspecto que se analiza en el libro y que es fundamental para el desarrollo tecnológico y la implantación de este tipo de vehículos en el mercado es la infraestructura asociada a la carga de baterías para garantizar el suministro eléctrico.

Finalmente, se recogen casos prácticos sobre desarrollos de vehículos híbridos y eléctricos, de las casas Toyota, Honda, Opel y Mitsubishi y en el caso de vehículos industriales, la experiencia de Castrosua en autobuses propulsados por estas tecnologías.

Inaugurada por Francisco Aparicio Izquierdo, presidente de Asepa y director del Insia, la presentación de la monografía reunió a los diferentes profesionales que han participado en su redacción para desgranar los contenidos y temática que cada uno ha desarrollado.

En su intervención, Aparicio recordó que la electrificación del vehículo no es algo nuevo, sino que ha sido objeto de varias tentativas desde los orígenes, incluso, de la industria automovilística, pero que no llegaron a cuajar. “Esta vez sí –dijo-, se ha iniciado una era segura para el desarrollo del vehículo eléctrico, que no es una moda pasajera, sino que vuelve para quedarse como un desarrollo de futuro con mucho recorrido”.

Una vez finalizada la jornada, los asistentes a la misma pudieron probar, tomar fotos y grabar imágenes de varios vehículos de los comentados en la monografía, en la pista de INSIA.

Tal y como señala acertadamente Aparicio en el prólogo de esta monografía, “la electrificación del transporte por carretera establece un nuevo vínculo entre el sector energético y el sector transporte, así como un interesante campo de servicios relacionados con la gestión de la movilidad eléctrica que vincula a las compañías de suministro y operadores de red con los fabricantes y usuarios de los automóviles. Este planteamiento sólo es viable si se desarrollan nuevas soluciones de rutas de energía y potencia desde la generación de energía, vía infraestructura de red eléctrica, hasta el vehículo individual y, particularmente, sus acumuladores”.

Asimismo, instó a los actores implicados en este mercado a que “España no pierda, como impulsor del desarrollo del vehículo ecológico, el tren al que se ha subido y que se hagan esfuerzos añadidos para engancharnos al carro tecnológico del vehículo eléctrico y sus infraestructuras”.

Pros y contras de la tecnología actual

Sin duda, existe un importante cúmulo de razones para apostar por las tecnologías híbrida y eléctrica en el desarrollo de sistemas de propulsión de vehículos, pero aún quedan retos por superar.

López Martínez describe en su introducción el estado del arte, hoy día, de la tecnología de los vehículos híbridos y eléctricos, y establece un análisis DAFO (Debilidades, Amenazas, Fortalezas y Oportunidades) de cada una de estas tecnologías.

Así, frente a ventajas como la posibilidad de recuperar la energía durante las deceleraciones (frenada regenerativa) y un menor consumo y emisiones de CO2, los vehículos híbridos se enfrentan a inconvenientes como el mayor peso al que están sometidos, frente a un vehículo convencional, por efecto del motor eléctrico y de las baterías; a una posibilidad mayor de averías por tratarse de una tecnología más compleja y en definitiva, a un precio más caro, actualmente, que el de los vehículos con motor de combustión, desventajas éstas que precisan de soluciones eficientes, pues tal y como dejó claro otro de los autores de la monografía, José Manuel Méndez Sánchez, alto ejecutivo de Toyota, “los industriales no vamos a fabricar nada que el cliente no esté dispuesto a comprar”.

Respecto a los vehículos eléctricos, el coordinador del libro señala algunas ventajas como su emisión cero de CO2 utilizando energías renovables, el alto rendimiento del sistema propulsor, el bajo coste de operación y un funcionamiento silencioso. Por contra, es preciso afinar en aspectos como el aseguramiento adecuado de la autonomía y la seguridad en el sistema de almacenamiento de energía eléctrica, así como tiempos de carga aceptables, la reducción del coste de las baterías y el uso de energías renovables para el suministro eléctrico, con el fin de trasladar a la realidad el concepto “emisión cero” de estos vehículos.

López Martínez rubrica su capítulo con previsiones en torno a fechas de consolidación de las diferentes tecnologías de propulsión y señala que a corto plazo, los vehículos híbridos tendrán un mayor desarrollo, con una fecha de consolidación hacia el año 2013, mientras que prolonga hasta 2020 el de la consolidación del vehículo eléctrico, siempre que supere el desafío del coste y el desarrollo tecnológico de las baterías.

“A largo plazo, la utilización de las pilas de combustible proporcionará buenas características medioambientales y de rendimiento energético en los vehículos eléctricos. Podrían tener un desarrollo importante a partir de 2025-2030”, concluye el subdirector del Insia.

Tecnología de los motores eléctricos en vehículos

En su intervención para explicar el contenido de su capítulo, el profesor Jaime Rodríguez Arribas, titular del departamento de Ingeniería Eléctrica de la ETSII-UPM, destacó la principal característica de los motores eléctricos, su reversibilidad, “pudiendo funcionar como motores consumidores de energía eléctrica de las baterías, pero también como generadores, devolviéndoles energía”.

En su capítulo, escrito junto con el profesor Marcos Lafoz Pastor, describe los diferentes tipos de motores eléctricos que pueden integrarse en un vehículo eléctrico y concluye que los fabricantes habrán de escoger la alternativa que mejor se adapte a cada vehículo en función de su aplicación, pero afirmó que el futuro irá asociado a la implantación de motores eléctricos integrados en las ruedas, que actúan directamente sobre éstas.

Baterías para vehículos híbridos y eléctricos

Joaquín Chacón Guadalix, director general de Saft Baterías, propone en su capítulo el posicionamiento de las baterías de litio-ión como la nueva apuesta en la implantación de los vehículos eléctricos comerciales.

No obstante, afirma que “todavía no existe la batería que permita la puesta en marcha del coche eléctrico; tan sólo hay modelos para vehículos híbridos que utilizan la tecnología eléctrica durante pequeños periodos de tiempo, como el arranque”.

Chacón plantea limitaciones en los diseños de baterías empleados en la actualidad, como las bajas prestaciones, el coste, la seguridad y los efectos dañinos contra el medioambiente.

“La tecnología de litio-ión pueden dar muy diferentes prestaciones en función del diseño de la batería, no sólo de la energía electroquímica. Por ello, será fundamental diseñar la batería en función del vehículo al que vaya a ir destinada”, señaló el directivo de Saft Baterías.

Baterías de ión-litio para vehículos eléctricos

Más conciso sobre la tecnología de ión-litio es el capítulo que firman José Manuel Amarilla y Dino Tonti, del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC).

Amarilla es un convencido de esta tecnología, “no sólo por sus prestaciones electroquímicas y por una vida útil que cada vez se va prolongando más, sino también porque aún hay mucho terreno para evolucionar en su desarrollo”.

En su planteamiento, estos autores desgranan las propiedades de las tres químicas utilizadas en las baterías de ión-litio comerciales, descartando prototipos en laboratorio: la convencional (LiCoO2), la basada en la espinela (LiMn2O4) y en el fosfato del hierro del litio (LiFePO4).

“Si bien las baterías derivadas del LMO están más desarrolladas que las de LFP, éstas han experimentado un notable desarrollo en el último lustro debido a su menor coste económico y de impacto ambiental y mayor seguridad”, señaló Amarilla, para quien aún queda mucho por investigar en nuevos materiales y nuevos diseños de electrodos y baterías para lograr que el vehículo eléctrico alcance precios competitivos respecto a los modelos de combustión interna.

Ejemplos tangibles

Junto a las tecnologías y a sus previsiones de consolidación en el mercado, la monografía recoge ejemplos reales, de manos de algunos fabricantes de vehículos que han apostado por sistemas de propulsión híbridos y eléctricos en algunos de sus modelos.

Así pues, José Manuel Méndez, alto ejecutivo de Toyota, se centró en el desarrollo del modelo Prius a lo largo de la última década, pues está ligado al desarrollo de la marca en tecnología de propulsión híbrida.

En su alocución mencionó dos conceptos, “zerocitar” y “maximizar”, que marcan el espíritu de Toyota de lograr vehículos con tendencia al objetivo de cero emisiones y que a su vez, ofrezcan el máximo en su función y proporcionen todo lo que los usuarios esperan de un vehículo.

Por su parte, Roger Solergibert, director comercial general de Honda, hizo alusión al Honda FCX, buque insignia de la casa japonesa en vehículos ecológicos, pues se trata del primer vehículo comercializado con sistema de propulsión a base de pila de combustible con hidrógeno, y a los más de 10 años de experiencia en vehículos híbridos, con más de 500.000 unidades vendidas en el mundo.

En la monografía, este fabricante se centra en el modelo Insight, "el primero de una serie de coches híbridos diseñados por Honda para acercar los híbridos al público general y contribuir así a la difusión de esta tecnología ecológica".

Honda comercializa en España tres modelos híbridos, el Civic Hybrid, el Insight y el que presentó recientemente en el Salón del Vehículo Ecológico y la Movilidad Sostenible de Madrid, el pasado mayo: el deportivo CR-Z, “que además es el único que conserva la caja de cambios manual para mantener las sensaciones propias en la conducción de este tipo de vehículos”, señaló Solergibert.

El fabricante nipón pretende implantar tecnología híbrida en toda su gama y a finales de 2010, prevé implantar la versión híbrida del Honda Jazz.

Rafael del Río, director de negocio de coches eléctricos de Mitsubishi, dedica su capítulo al modelo de vehículo eléctrico i-MIEV, “que recoge los valores fundamentales de Mitsubishi en su propuesta “Drive@earth” (conducir respetando la tierra).

Este vehículo, que ya es una realidad desde julio de 2009 en el mercado japonés, llegará a Europa a finales de este año y tiene su base en el modelo “i”, una nueva generación de utilitarios de la casa que por diseño, seguridad y calidad, sintetiza el enunciado “Mitsubishi Driving Quality”.

Marcelino Iglesias, gerente de Ingeniería de Producto de GM España, dedica buena parte de su aportación a la monografía al Opel Ampera, “la única solución viable de coche eléctrico para su uso, tal y como estamos acostumbrados a hacerlo, con una autonomía eléctrica de 60 km, suficiente para la media de 50 km de desplazamiento habitual del 80% de los ciudadanos europeo, y con las prestaciones y capacidad, en espacio, de un coche convencional”, señaló. Iglesia concluye su capítulo con unas reflexiones sobre lo que llama “el nuevo ADN del automóvil” y donde escribe que “hoy estamos asistiendo al germen de un cambio radical en la esencia de los automóviles. La propulsión pasará a ser eléctrica (…)".

"Los controles mecánicos serán sustituidos por controles eléctricos y electromecánicos y los coches estarán conectados entre sí. Y este nuevo ADN pasa por la convergencia entre los vehículos eléctricamente propulsados con los vehículos conectados. Individualmente, estas tecnologías prometen mejoras significativas en el transporte automotriz. Cuando se combinan sinérgicamente, tienen el potencial de transformar la movilidad personal de una forma revolucionaria”, añade el directivo de GM España.

Antonio Barreiro Bravo, director técnico de Castrosúa, fue el último ponente de esta presentación y autor del capítulo que cierra la monografía, donde hace un análisis del estado del arte en autobuses eléctricos e híbridos.

Un transporte público limpio y energéticamente eficiente es la alternativa sostenible que asegura la movilidad en la ciudad y entre ellos, el autobús urbano es el único capaz de combinar la proximidad a la totalidad de espacios de la ciudad, con un ratio de ocupación de espacio público y coste muy favorable.

Para Barreiro, la realidad hoy día se encuentra en los autobuses híbridos con baterías recargables, que permite obtener vehículos con importantes ventajas, como una mayor eficiencia energética y ahorros de un 30% de consumo de combustible, recuperando energía en el frenado, y pudiendo circular con cero emisiones en espacios sensibles o contaminados, pero manteniendo la capacidad de transporte del autobús convencional e igual autonomía.

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