Fundamentos del Vehículo Eléctrico

Los vehículos eléctricos representan una solución innovadora frente al desafío del calentamiento global. A diferencia de los motores de combustión interna, estos vehículos utilizan energía eléctrica para su propulsión, reduciendo significativamente las emisiones de gases contaminantes.

Para determinar las necesidades de un vehículo eléctrico, es fundamental calcular la energía requerida para su recorrido diario. Esta se obtiene dividiendo el nivel de actividad diario (km) entre el rendimiento del vehículo $km/kWh$. Este cálculo resulta esencial para dimensionar adecuadamente las necesidades energéticas.

La potencia mínima del cargador también debe ser considerada cuidadosamente. Se calcula dividiendo la energía del recorrido entre el tiempo disponible para la carga, multiplicando este resultado por 1.2 para compensar posibles pérdidas en la instalación y equipos. Este valor representa la potencia necesaria para cada vehículo en la flota.

⚡ Dato importante: Para la instalación de puntos de carga, siempre busca asesoría de un electricista autorizado por la SEC. La seguridad eléctrica es prioritaria en la electromovilidad.

Antecedentes de la Electromovilidad

La electromovilidad surge como respuesta al creciente problema del calentamiento global. En diciembre de 2015, un hito significativo ocurrió cuando 196 naciones firmaron el "Acuerdo de París sobre el Cambio Climático", estableciendo como objetivo mantener el aumento de temperatura global por debajo de 2°C respecto a niveles preindustriales.

Los vehículos ecológicos, también llamados vehículos eléctricos de alto voltaje, emplean motores eléctricos como fuente principal o complementaria de propulsión. Su importancia radica en que utilizan electricidad como energía, evitando así la emisión directa de gases de efecto invernadero durante su funcionamiento.

Los autos eléctricos ofrecen múltiples beneficios ambientales: no generan CO₂ durante su uso, son más silenciosos que los vehículos convencionales, requieren menos mantenimiento y tienen una mayor eficiencia energética. Estos factores los convierten en alternativas atractivas para reducir la contaminación.

🌿 Recuerda: Cada año, quemar 153 kilos de carbón emite la misma cantidad de CO₂ que un auto mediano. La transición a vehículos eléctricos puede ayudar significativamente a reducir esta huella de carbono.

Control de Emisiones y Componentes

El control de emisiones se ha convertido en una prioridad mundial para los vehículos. La eficiencia del combustible no solo reduce el consumo durante la conducción, sino también las emisiones nocivas. Las regulaciones actuales limitan específicamente las emisiones de CO₂, reconocido como un gas de efecto invernadero.

Los principales contaminantes emitidos por vehículos tradicionales incluyen los hidrocarburos (HC), que irritan el sistema respiratorio; el monóxido de carbono (CO), un gas tóxico que interfiere con el transporte de oxígeno en la sangre; y los óxidos de nitrógeno (NOx), que causan inflamación bronquial y contribuyen a la lluvia ácida.

Los vehículos eléctricos presentan múltiples componentes especializados. La batería de alto voltaje almacena la energía eléctrica, mientras que el Sistema de Control de Batería (BMS) supervisa su estado y regula los procesos de carga y descarga. El Relé de Alta Potencia (PRA) conecta los circuitos de alto voltaje siguiendo las indicaciones del BMS.

⚠️ Atención: Los cables de alto voltaje en vehículos eléctricos siempre están cubiertos con una envoltura aislante de color naranja para facilitar su identificación y mejorar la seguridad durante el mantenimiento.

Tipos de Vehículos Eléctricos y Componentes

Actualmente existen cuatro categorías principales de vehículos eléctricos en el mercado: HEV, PHEV, EV y FCEV, cada uno con características y funcionamiento distintos.

El Vehículo Eléctrico Híbrido (HEV) combina un motor eléctrico y uno de combustión. La batería se recarga mediante el motor o el sistema de generación de energía, además del frenado regenerativo. Por su parte, el Vehículo Eléctrico Híbrido Enchufable (PHEV) funciona de manera similar pero con mayor capacidad de batería y la posibilidad de cargarse desde fuentes externas.

El Vehículo Eléctrico (EV) opera exclusivamente con motores eléctricos, con una autonomía determinada por la capacidad de su batería. Puede cargarse tanto en modo rápido como normal. Finalmente, el Vehículo Eléctrico de Celda de Combustible (FCEV) también funciona con motores eléctricos pero utiliza hidrógeno líquido como fuente de energía para generar electricidad a través de una pila de combustible.

Los componentes esenciales incluyen la Unidad de Control de Potencia Híbrida (HPCU) o Eléctrica (EPCU), el Motor de Accionamiento Eléctrico, el Generador y Arranque Híbrido (HSG), el Compresor Eléctrico, la ECU/TCU, la Bomba de Agua Eléctrica (EWP), la batería de 12V y el Cargador Integrado (OBC).

🔌 Importante: Cada vehículo eléctrico requiere una batería de 12V tradicional además de su batería principal de alto voltaje, ya que muchos sistemas del vehículo siguen funcionando con este voltaje estándar.

Áreas de Utilización y Sistemas de Carga

Los vehículos eléctricos están ganando terreno en diversos sectores. En el transporte personal urbano, los automóviles y scooters eléctricos son ideales para trayectos cortos en entornos urbanos. Las flotas comerciales como taxis y servicios de reparto adoptan estos vehículos para reducir costos y cumplir objetivos ambientales.

El transporte público incorpora cada vez más autobuses eléctricos para mejorar la calidad del aire, mientras que en logística y reparto, las furgonetas y camiones eléctricos ofrecen ventajas para entregas urbanas. Los vehículos de dos y tres ruedas eléctricos brindan opciones eficientes para la movilidad personal.

Otros sectores incluyen vehículos recreativos como carritos de golf, uso empresarial para operaciones cotidianas, vehículos especiales para construcción o agricultura, flotas de arrendamiento y uso personal aprovechando la conveniencia de la carga doméstica.

El proceso de carga comienza con la conexión del enchufe al puerto del vehículo, seguido por la identificación y comunicación entre vehículo y cargador. Después ocurre la negociación de potencia, donde se determina la potencia óptima según factores como la capacidad de la batería y restricciones de la red.

🔋 Consejo práctico: Evita la descarga completa de la batería; es recomendable recargar el vehículo cuando el nivel baja del 30% y nunca permitir que descienda del 10% para maximizar su vida útil.

Tipos de Baterías y Motores Eléctricos

Las baterías son componentes fundamentales en los vehículos eléctricos, existiendo varios tipos con características específicas. Las baterías de plomo ofrecen un precio competitivo y alta estabilidad, pero tienen baja densidad energética y vida útil corta. Las baterías de hidruro metálico de níquel presentan mejor rendimiento y vida útil más prolongada, aunque sufren de alta autodescarga y caída de voltaje.

Las celdas de combustible generan agua mediante reacción, con amplia gama de aplicaciones, pero enfrentan problemas de almacenamiento de hidrógeno y eficiencia del 55%. Las baterías de iones de litio, las más utilizadas actualmente, son fáciles de usar repetidamente, tienen alto voltaje por celda (superior a 3V) y excelente densidad energética, aunque son sensibles a temperaturas extremas y tienen riesgo de incendio si se dañan.

Respecto a los motores, existen tres tipos principales. El motor de CC funciona cuando la corriente fluye por un conductor en campo magnético, tiene estructura simple pero vida útil limitada por el desgaste de los cepillos. El motor de inducción CA genera campo magnético giratorio cuando la corriente alterna trifásica circula por la bobina del estator, ofreciendo gran resistencia y alto par, sin necesidad de imán permanente.

El motor síncrono de CA también crea campo magnético giratorio pero con rotor de imán permanente que gira en sincronía con el campo, proporcionando alto par sin necesidad de cepillos, aunque puede tener pérdidas significativas con cargas bajas y su mantenimiento es complejo.

💡 Dato técnico: El diagrama de Ragone es una herramienta esencial para comparar tecnologías de almacenamiento, representando la relación entre densidad de energía $Wh/kg$ y potencia específica $W/kg$. Las baterías de iones de litio destacan en este diagrama por su excelente equilibrio entre ambas características.

Normativa y Seguridad en Electromovilidad

En Chile existen diversas normativas que regulan la electromovilidad, abarcando tanto vehículos como sistemas de carga. El Decreto N°107/2016 del Ministerio de Energía establece un sistema de etiquetado de eficiencia energética para vehículos, incluyendo los eléctricos, cuyo rendimiento se mide en kilómetros por kilovatio-hora $km/kWh$.

El Decreto N°145/2018 del Ministerio de Transportes define los requisitos técnicos, constructivos y de seguridad para la homologación de vehículos eléctricos. Por su parte, la Ley N°21.088 regula la convivencia de diversos medios de transporte, reconociendo a los "ciclos eléctricos" como vehículos con pedales y asistencia eléctrica de hasta 0,25 kW.

La Resolución Exenta N°1555/2020 exime a los vehículos eléctricos e híbridos de las restricciones vehiculares, mientras que la Ley 21305 sobre Eficiencia Energética define estándares vehiculares y permite contar hasta tres veces el rendimiento de vehículos eléctricos en el cálculo del promedio, incentivando su adopción.

En cuanto a incentivos fiscales, la Resolución Exenta N°56 del Servicio de Impuestos Internos reduce la vida útil normal de estos vehículos de 7 a 3 años, y la depreciación acelerada de 2 a 1 año, ofreciendo ventajas tributarias significativas para empresas.

🔄 Actualización importante: Actualmente se está desarrollando un proyecto para permitir la conversión de vehículos convencionales a eléctricos, una iniciativa que abre nuevas posibilidades para la electromovilidad en Chile sin necesidad de adquirir vehículos nuevos.