Acumuladores Eléctricos Para Motores De Tracción

Acumuladores eléctricos para motores de tracción

Índice

Introducción

2

Tipos de tracción.

3

Baterías para tracción ligera

3

Baterías para tracción de vehículos automóviles.

4

Baterías de ión de Litio

6

Vehículos híbridos

9

Toyota Prius Hibrido

13

Lexus RX 400h

15

Honda Civic IMA

18

1.- Introducción.

Las baterías para el accionamiento de motores de tracción están experimentando un auge tremendo actualmente. Hay varios factores que han intervenido en este desarrollo:

- Por un lado la conciencia sobre las necesidades medioambientales es cada vez mayor, situándose como una de las principales prioridades en la elección del vehículo a comprar. Esa necesidad de automóviles con emisiones cero, unido a la subida de los precios del petróleo, ha llegado a la industria, que, por fin, parece convencida de que se pueden comercializar de forma rentable vehículos eléctricos.

- La Comisión Europea sigue una línea de implantación de normativas más exigentes y restrictivas en cuanto a la cantidad de CO2 y no parece que vaya a variar esa política.

- La tecnología esta apoyando, por fin, los requerimientos de la sociedad, gracias al desarrollo de baterías para otros usos, como los teléfonos móviles de última generación. Esta necesidad de baterías más potentes y pequeñas para elementos electrónicos de gran consumo ha obligado a una investigación y desarrollo que va a favorecer, de rebote, a los vehículos eléctricos.

- La posible entrada de China en el mercado, mediante incentivos fiscales a los coches eléctricos, lo que dispararía las inversiones en el sector, por la gran importancia de un mercado tan amplio y en expansión como el chino para rentabilizar las inversiones.

2.- Tipos de tracción.

Dentro de la tracción podemos distinguir entre dos tipos:

- Tracción ligera: Tradicionalmente se han usado motores y baterías eléctricas para este tipo de tracción. Las baterías pueden ser las habituales de plomo u otras evoluciones más modernas. Alguno de los vehículos que denominamos de tracción ligera son:

En estos vehículos, la energía eléctrica es la única utilizada, y dependen de unas instalaciones fijas para cargar las baterías de donde obtener esa energía.

- Tracción pesada: Hace referencia a los vehículos de transporte de pasajeros y mercancías, donde, tradicionalmente, no se utiliza la electricidad como fuente de energía principal, pero que gracias a los avances de la técnica, lo será en un futuro inmediato. Algunos de estos vehículos son:

3.- Baterías para tracción ligera.

Como las baterías de plomo son de sobra conocidas, en este apartado sólo vamos a tratar un tipo de batería especial.

Aunque perteneciente a este tipo, se puede utilizar también como batería de arranque.

En la imagen de la derecha aparece una

batería de plomo tradicional, del tipo usado en

tracción ligera.

Este tipo especial de baterías las produce la marca Optima. Están basadas en la tecnología Spiracell®. En lugar de placas planas usadas en las baterías convencionales, se utilizan dos delgadas placas de plomo estrechamente enrolladas en una espiral entre las que se encuentra la microfibra de vidrio que contiene el acido. La técnica de enrollar las placas, unidas por sólidas conexiones, ofrece las máximas prestaciones con el mínimo peso y tamaño. Esto hace que la batería sea compacta, robusta y fácil de montar. También ofrecen baterías totalmente estancas para embarcaciones.

4.- Baterías de tracción en vehículos automóviles.

El principal problema en la aceptación de los coches eléctricos ha sido siempre la diferencia en capacidad de almacenar energía. En 1 Kg. de peso de baterías se podía almacenar la misma energía que en 18 gramos de gasolina. Incluso sin tener en cuenta las mayores perdidas de los motores térmicos, la diferencia era demasiado grande.

El desarrollo de nuevas baterías ha recortado estas distancias y ha facilitado la viabilidad de coches híbridos y eléctricos.

En la siguiente tabla aparecen los principales tipos de baterías utilizadas en tracción, así como sus características principales.

Tipo Energía / peso Tensión por elemento (V) Duración

(número de recargas) Tiempo de carga Auto-descarga

por mes (% del total)

Plomo 30-50 Wh/kg 2 V 20-30 8-16h 5 %

Ni-Cd 48-80 Wh/kg 1,25 V 500 1h 30%

Ni-H 60-120 Wh/kg 1,25 V 1000 2h-4h 20 %

Li-ion 110-160 Wh/kg 3,16 V 4000 2h-4h 10 %

Li-Po 100-130 Wh/kg 3,16 V 5000 1h-1.5h 10 %

Las baterías de plomo son las que tradicionalmente se utilizan en el arranque de motores térmicos, y por tanto, las que se empezaron a usar en los años 80 como baterías de tracción en los modelos eléctricos. Pero no eran adecuadas y ahora se utilizan otros tipos de baterías.

Baterías de níquel-cadmio (Ni-Cd)

Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de un compuesto de cadmio. El electrolito es de hidróxido de potasio. Esta configuración de materiales permite recargar la batería una vez está agotada, para su reutilización. Cada célula de NiCd puede proporcionar un voltaje de 1,2 V y una capacidad entre 0,5 y 2,3 Ah. Sin embargo, su densidad de energía es de tan sólo 50 Wh/kg, lo que hace que tengan que ser recargadas cada poco tiempo. También se ven afectadas por el efecto memoria.

Baterías de níquel-hidruro metálico (Ni-MH)

Utilizan un ánodo de hidróxido de níquel y un cátodo de una aleación de hidruro metálico. Cada célula de Ni-MH puede proporcionar un voltaje de 1,2 V y una capacidad entre 0,8 y 2,3 Ah. Su densidad de energía llega a los 80 Wh/kg. Este tipo de baterías se encuentran afectadas por el llamado efecto memoria, en el que en cada recarga se limita el voltaje o la capacidad (a causa de un tiempo largo, una alta temperatura, o una corriente elevada), imposibilitando el uso de toda su energía.

Baterías de iones de litio (Li-ion)

Las baterías de iones de litio (Li-ion) utilizan un ánodo de grafito y un cátodo de óxido de cobalto, trifilina (LiFePO4) u óxido de manganeso. Su desarrollo es más reciente, y permite llegar a densidades del orden de 115 Wh/kg. Además, no sufren el efecto memoria. Son las más utilizadas actualmente, y en las que se basa el futuro inmediato de los coches eléctricos e híbridos, por lo que las explicaremos, más adelante, con más profundidad que el resto.

Baterías de polímero de litio (Li-poli)

Son una variación de las baterías de iones de litio (Li-ion). Sus características son muy similares, pero permiten una mayor densidad de energía, así como una tasa de descarga bastante superior. Estas baterías tienen un tamaño más reducido respecto a las de otros componentes su tamaño y peso las hace muy útiles para equipos pequeños que requieran potencia y duración, como manos libres bluetooth.

5.- Baterías de ion de litio

Las propiedades de las baterías de Li-ion, como la ligereza de sus componentes, su elevada capacidad energética y resistencia a la descarga, la ausencia de efecto memoria o su capacidad para operar con un elevado número de ciclos de regeneración, han permitido el diseño de acumuladores livianos, de pequeño tamaño y variadas formas, con un alto rendimiento, especialmente adaptados para las aplicaciones de la industria electrónica de gran consumo. Desde la primera comercialización a principios de los años 1990 de un acumulador basado en la tecnología Li-ion, su uso se ha popularizado en aparatos como teléfonos móviles, agendas electrónicas, ordenadores portátiles y lectores de música.

A principios del siglo XXI, en el contexto de la creciente carestía de combustibles derivados del petróleo, la industria del automóvil anunció el desarrollo y comercialización de vehículos con motores eléctricos basados en la tecnología de las baterías de iones de litio, con los que se pueda disminuir la dependencia energética de estas fuentes a la vez que, siendo de baja emisión de gases invernadero, también limitar los efectos en el cambio climático debido al calentamiento global.

Ventajas

• Una elevada densidad de energía: Acumulan mucha mayor carga por unidad de peso y volumen.

• Poco peso: A igualdad de carga almacenada, son menos pesadas y ocupan menos volumen que las de tipo Ni-MH y mucho menos que las de Ni-Cd y Plomo.

• Gran capacidad de descarga. Algunas baterías de Li-Ión -las llamadas "Lipo" Litio-ión Polímero- que hay en el mercado, se pueden descargar totalmente en menos de dos minutos.

• Poco espesor: Se presentan en placas rectangulares, con menos de 5 mm de espesor. Esto las hace especialmente interesantes para integrarlas en dispositivos portátiles que deben tener poco espesor.

• Alto voltaje por

...