Motores y baterías base de la apuesta de Porsche por la movilidad eléctrica

Los motores síncronos, imprescindibles en un mundo eléctrico

Aunque existen dos tipos de motores eléctricos (el síncrono o PSM, y el asíncrono o ASM), Porsche sabía que los motores síncronos eran la clave de la electromovilidad del futuro a pesar de ser menos rentables. No solo porque a largo plazo su rendimiento es mucho mejor, también porque se calientan menos y eso reduce las necesidades de los sistemas de refrigeración. 

Los motores síncronos que Porsche desarrolló para sus vehículos eléctricos funcionan con el principio físico del electromagnetismo. Están compuestos por un rotor y un estator que interactúan a través de campos magnéticos para generar el movimiento del motor. El rotor es la parte giratoria y la fija, el estátor. La conexión y desconexión continua de esa tensión eléctrica crea fuerzas de atracción y repulsión, lo que provoca el movimiento de rotación.

Pues bien, Porsche eligió para los rotores de sus motores síncronos unos imanes permanentes de alta calidad con aleaciones de neodimio-hierro-boro. Para sus estatores, lo que se hizo fue cambiar el bobinado y conseguir con ellos que en el mismo espacio que en otros vehículos eléctricos, los de Porsche tengan más potencia y par motor que en cualquier otro motor síncrono.

Esa innovación tecnológica se consigue utilizando bobinas en horquilla en lugar de cilíndrica. Así, cada uno de los alambres de la bobina se dobla en forma de “U” como si fueran grapas que se apoyan unas sobre otras, lo que permite introducir más cantidad de cobre en el estátor. El 70% es cobre, un 20% más que en los bobinados tradicionales. 

Las primeras baterías de 800 voltios

Las baterías de alto rendimiento con ánodos de silicio en lugar de grafito se convertían en uno de los proyectos de desarrollo de Porsche. Así nacían las baterías del primor eléctrico de Porsche, el Taycan, que suponen un equilibrio perfecto entre autonomía, prestaciones y sostenibilidad. 

La idea cuando se comenzó a desarrollarlas, era conseguir que se aumentara la potencia sin que el peso se viera afectado, y además, reducir los tiempos de carga. De esta manera, para el conductor viajar con un deportivo eléctrico sería tan excitante en la conducción como con un coche de gasolina, pero sin sacrificar ni tiempo de carga ni potencia.

Con esa idea, el Taycan se convertía en el primer vehículo de serie en ofrecer una tensión de 800 voltios en lugar de los 400 voltios habituales de los automóviles eléctricos. Porsche desarrolló una batería única que duplicaba la tensión y que además de almacenar energía, conseguía mejorar la dinámica del coche y aumentar su agilidad. Debido a su situación, mucho más pegada al suelo que en otros vehículos eléctricos, la batería consigue acercar el peso al suelo y bajar el centro de gravedad del coche, aumentando aún más su deportividad. 

En el caso de esta batería, la carcasa fue tan importante a nivel de innovación como la propia batería en sí. Su estructura de sándwich, compuesta por una cubierta superior y un soporte inferior, ofrece mucho más espacio para las celdas. Más espacio, significa más cantidad de celdas y por lo tanto más capacidad. Y más capacidad significa más autonomía. Por ejemplo, la batería Performance Plus de dos capas que encontramos de serie en el Taycan Turbo y Turbo S tiene 396 celdas.

La tecnología está en constante evolución, pero con Porsche a la cabeza de la investigación, no tardaremos en ver por ejemplo, mejoras en las baterías. Actualmente Porsche participa directamente en los desarrollos de baterías a través del Grupo Cellforce y Group14 Technologies. 

Las baterías de iones de litio darán paso en un futuro a las de estado sólido con las que se espera conseguir un aumento de la densidad energética de hasta el 50%. Así, la evolución química y física de las celdas permitirá en el futuro que la autonomía de los coches eléctricos aumente hasta los 1.300 kilómetros. Con ellas, se busca mejorar no solo la capacidad de energía, también la capacidad de carga, la seguridad y la vida útil. 

La frenada inteligente del Taycan

Solo con dos segundos de frenada el Taycan Turbo S es capaz de generar hasta 290 kW de energía. Lo suficiente para recorrer 700 metros. La magia se produce gracias al sistema de frenada eléctrica de Porsche que da solución a dos problemas: la fricción y el desgaste que conlleva y las partículas que se emiten durante una frenada tradicional.

Está previsto que se implante en el futuro una norma que limite la emisión de partículas de los frenos de los coches. Con la idea de que el Taycan se convirtiese en un vehículo no solo para el presente sino para el futuro, y buscando también mejorar la autonomía y el consumo de sus eléctricos, se instaló en un sistema de frenada eléctrica con el que Porsche mataba dos pájaros de un tiro: se reducía el uso de los frenos de fricción y por lo tanto la emisión de partículas, y se aprovechaba la frenada para recargar la batería del coche. 

En condiciones normales, los frenos de fricción del Taycan solo actúan un 10 % de las veces en que se pisa el pedal. Para el resto, se usa esa frenada eléctrica que hace uso de la capacidad de los motores eléctricos de trabajar en dos sentidos. Cuando el motor se resiste magnéticamente al giro, el par negativo frena el vehículo y son las ruedas las que mueven el motor. Así, en lugar de consumir energía, la genera y una vez generada solo hay que redirigirla a la batería. 

En lugar de utilizar frenos mecánicos tradicionales, la tecnología del Taycan usa un sistema de frenos regenerativos que aprovecha la energía cinética generada durante la desaceleración. A más velocidad, más recuperación. Conducir el doble de rápido es conseguir el cuádruple de energía durante la frenada. 

Aerodinámica activa para reducir el consumo

Además de motores adecuados, baterías adaptadas para conseguir el mayor rendimiento y sistemas específicos para coches eléctricos, la aerodinámica tiene que adaptarse a un vehículo que circula con energía eléctrica. Hay que pensar que al no tener tubo de escape y contar con un fondo plano, la aerodinámica es diferente. No solo porque al mejorarla se reduce el consumo y aumenta por lo tanto la autonomía, también porque la refrigeración en un vehículo eléctrico es muy diferente y se necesita menos cantidad de aire.

“En el ciclo de conducción WLTP la resistencia aerodinámica causa entre el 30 y el 40 % del consumo en los coches eléctricos, frente a menos del 10 % en un vehículo con motor diésel o de gasolina”, tal y como explicaba Thomas Wiegand, Director de Aerodinámica, Investigación y Desarrollo de Porsche AG. 

Y es precisamente ese el problema a solucionar, que en un vehículo eléctrico aumente la influencia relativa de la aerodinámica en el consumo de energía. El objetivo es que la resistencia aerodinámica no dispare el consumo de energía eléctrica, sobre todo a velocidades altas. La solución es la aerodinámica activa.

Este sistema juega con diferentes elementos aerodinámicos que se van regulando según las necesidades. Por ejemplo, las entradas de aire inferiores laterales de la parte frontal tienen elementos móviles que dirigen el aire hacia dos radiadores. O en la parte trasera, el alerón del taycan se mueve en tres posiciones diferentes para reducir la resistencia, aumentar la eficiencia y la autonomía o hasta generar carga para conseguir mejores tiempos por vuelta en circuito.

Con este sistema inteligente, el aspecto de los vehículos durante la marcha cambiará en el futuro. No estaremos ante un coche estático, sino ante uno que se adapta de forma inteligente, automática y autómata a las diferentes condiciones durante su conducción, por ejemplo adoptar en su parte trasera una forma más angulosa a velocidades altas para formar bordes de separación más afilados. 

Con un valor Cx a partir de 0,22, el Taycan tiene el mejor coeficiente de resistencia al avance de todos los modelos actuales de Porsche. Eso no significa que se haya alcanzado el máximo de sus posibilidades. De hecho Porsche ya está trabajando para crear vibraciones en la carrocería que alteren el flujo de aire sobre ella y modifiquen así la aerodinámica del vehículo.