Un sistema de propulsión que lo cambia todo

Vehículos electrificados: mucho más que sólo un nuevo tipo de coche. Las empresas con visión de futuro están actualmente reinventando la movilidad basada en los sistemas de propulsión eléctricos al mismo tiempo que se reinventan a sí mismas.

1,3 billones de kilómetros o, para usar un ejemplo más fácil de entender, 30 millones de órbitas de la Tierra en un solo año. Según un estudio llevado a cabo por la Comisión Europea, ésa es la distancia que los ciudadanos europeos viajarán en 2040. Incluso de aquí a 20 años, tres de cada cuatro de estos viajes se llevarán a cabo en un coche. Esta clase de movilidad ya no puede conseguirse usando únicamente motores de combustión. Incluso con el nivel actual de movilidad, que es alrededor de un 30 por ciento inferior a los pronósticos, muchas ciudades europeas no llegan a cumplir con los estándares medioambientales en relación con sustancias como los óxidos de nitrógeno. Los estados miembros de la Unión Europea, así como otros países como China, Rusia, Brasil, India y Australia, también se han comprometido a reducir drásticamente sus emisiones. Y, por supuesto, todos somos conscientes de que las reservas de combustibles fósiles son finitas.

Esto contrasta con la demanda de movilidad individual, que parece ser infinita. Cualquiera que desee satisfacer esta demanda a largo plazo y asegurar que el confort, la seguridad y el placer de conducir sigan estando, como mínimo, a la par con los coches actuales, no encontrará manera de eludir los sistemas de propulsión eléctricos libres de emisiones. Además de fabricantes conocidos, empresas que entran de forma tardía al sector desde otros sectores, proveedores y nuevas empresas están trabajando contra reloj en el desarrollo de la movilidad eléctrica.

Plena potencia con sólo pulsar un botón

Encender y disfrutar del silencio – sin duda uno de los atractivos de los sistemas de propulsión eléctricos. Sin embargo, los fabricantes deben hacer más, en especial aquellos cuyos clientes se han acostumbrado – tras décadas de optimización de los motores de combustión – a exigir lo mejor. Sus sistemas de propulsión eléctricos deben garantizar el mayor rendimiento posible en la conducción durante largos periodos de tiempo. Cualquier fabricante que domine este desafío generará un entusiasmo duradero entre los clientes – gracias a los puntos fuertes del sistema de propulsión eléctrico.

En principio, el sistema de propulsión eléctrico tiene una enorme ventaja en términos de dinámica de conducción: como puede suministrar su potencia inmediatamente gracias al bloqueo por fuerza, el par se puede transferir a las ruedas con tan sólo un breve retraso. Esto significa que, incluso los coches pequeños o los vehículos compactos, pueden producir una aceleración más potente que sus homólogos impulsados de manera convencional.

Aceleración para expertos

Particularmente para los recién llegados a la industria del automóvil, estos valores de aceleración son un potente argumento de venta – especialmente ahora que la mayoría de países del mundo imponen unos límites de velocidad estrictos que hacen que las velocidades máximas potenciales e incluso las velocidades medias elevadas sean inalcanzables. La elección del término “argumento de venta” en la frase anterior ha sido totalmente deliberada: cualquiera que pise el pedal varias veces rápidamente en uno de los vehículos actualmente disponibles en el mercado, observará que la potencia de aceleración se ve reducida considerablemente tras los primeros intentos. Lo mismo sucede con las velocidades medias elevadas que son estándar en países como Alemania. Stefan Weckbach, Jefe de Vehículos Eléctricos de Batería, ha señalado que acelerar de 0 a 100 km/h en menos de tres segundos supone una exigencia tan grande para la batería y para el motor que los fabricantes no pueden hacer que se pueda repetir. Es por eso que Porsche ha dedicado un gran esfuerzo a trabajar en los motores eléctricos que impulsarán al coche totalmente eléctrico que se lanzará al mercado a finales de 2019. “La reproducibilidad del rendimiento y de la potencia es una cuestión de vital importancia”, dice Weckbach.

Cuando se usan correctamente, los motores eléctricos no sólo permiten una propulsión rápida, sino también una dinámica especial en las curvas: como los ejes individuales pueden utilizar siempre toda la potencia de los motores, la tracción a las cuatro ruedas es sumamente variable y permite una distribución personalizada de la potencia desde los motores a las ruedas individuales dependiendo de la situación de conducción. La vectorización del par con un flujo completo de energía – una ventaja decisiva en términos de seguridad y deportividad – hecha posible por los mejores sistemas de propulsión eléctricos.

Una autonomía ilimitada

Una de las razones por las que el motor de combustión se impuso al sistema de propulsión eléctrico a principios del siglo pasado fue que el combustible estaba fácilmente accesible en todas partes, además de ser ligero y fácil de usar. Un depósito de combustible da para mucho. Gracias a las nuevas soluciones técnicas, sin embargo, estas ventajas dejarán de ser algo exclusivo de los motores diesel y de gasolina – también las podrán disfrutar los propietarios de vehículos eléctricos. Las tecnologías del futuro también permitirán que los conductores puedan recargar sus vehículos sobre la marcha sin ni siquiera darse cuenta.

Antes de sus primeras pruebas de conducción con los vehículos de combustión construidos por su marido, Bertha Benz tuvo que pensar detenidamente: ¿dónde está la farmacia más cercana? Al principio de la época de los motores diesel y de gasolina, a finales del siglo 19, los coches sólo podían recorrer distancias cortas con un depósito de combustible, y las gasolineras aún no existían. Apenas sorprende que hicieran falta varios años para que el público se convenciera de los méritos de un coche a motor personal.

Desde entonces, la industria ha solucionado este problema más o menos en todas las partes del mundo. Los fabricantes de coches también han desarrollado motores que pueden viajar hasta 1000 kilómetros con un depósito de combustible. En la era de la movilidad eléctrica, esto también será posible – a pesar de todas las profecías pesimistas. Los estándares de movilidad exigidos por los clientes son aquellos que ya conocen de los motores de combustión. El suministro de energía, la autonomía y la duración de la carga de los vehículos eléctricos son por tanto factores clave que deben ser aprovechados por los fabricantes para generar entusiasmo por los vehículos eléctricos en los clientes por razones distintas a su rendimiento de conducción. Los fabricantes de vehículos tradicionales, los fabricantes de baterías, los proveedores de energía y las agencias gubernamentales están trabajando duro para asegurar que todo esto se pueda llevar a cabo.

Garantizar un suministro integral de energía es en sí misma una tarea enorme. “Incluso si sólo hay un millón de vehículos eléctricos en Alemania, se necesitarán aproximadamente 33.000 puntos de carga públicos y semipúblicos para el tráfico diario, así como aproximadamente 2600 puntos de carga públicos para el tráfico de larga distancia. También pueden ser útiles hasta 4000 puntos de carga extrarápida, dependiendo del diseño de la infraestructura de carga estándar y de la seguridad deseada del suministro”. Ésta fue la conclusión alcanzada por una investigación llevada a cabo por el Instituto de Investigaciones sobre el Transporte en el Centro Aeroespacial Alemán y el Instituto Tecnológico de Karlsruhe. Aún nos queda mucho para llegar a esa cifra, y Alemania es sólo uno de muchos países. Los individuos móviles esperan un nivel similar de suministro en Europa, China, Japón, Rusia y Estados Unidos, así como en Suramérica y África.

Sentando las bases para la construcción de la red de carga rápida más potente

La industria ha reconocido que la transición energética en las calles sólo se puede poner en marcha trabajando conjuntamente. Por eso los fabricantes BMW, Daimler, Ford y el Grupo Volkswagen (incluyendo a Audi y Porsche) han fundado Ionity, una empresa conjunta cuyo objetivo es sentar las bases para la construcción de la red de carga rápida para vehículos eléctricos más potente de Europa. Ionity planea crear y gestionar unas 400 estaciones de carga rápida para 2022. Otras iniciativas están llevando a cabo proyectos similares, a veces en diferentes continentes y, a menudo, con el apoyo del gobierno.

Los parques de carga del futuro también estarán abiertos a todos los coches, independientemente de la marca o del tipo de carga. Esto se conseguirá a través del estándar CSS. La próxima década también verá el aumento y la aparición generalizada de los sistemas de carga sin cables, que funcionan de un modo similar a los cargadores de inducción de los cepillos de dientes. Permitirán que los conductores carguen sus vehículos mientras esperan en el semáforo, mientras están aparcados en un aparcamiento o incluso mientras conducen por las autopistas. Especialistas como Qualcomm ya han desarrollado esta tecnología al nivel de producción en serie. Los sistemas de pago electrónico en cada punto de carga también serán estándar.

Según Michael Kiefer, Jefe de Sistemas de Alto Voltaje en Porsche Engineering, los nuevos sistemas de propulsión sólo obtendrán una aceptación generalizada cuando estas instalaciones estén en funcionamiento. El experto añade: “Para ofrecer al cliente una experiencia perfecta, la infraestructura debe estar en sintonía con lo que el vehículo puede hacer”.

Por eso Porsche ha desarrollado una estación de carga especial para sus vehículos de alto rendimiento. Su principal punto fuerte es la tecnología de carga rápida que cuenta con un voltaje de 950 V y una potencia de carga de hasta 350 kW, permitiendo a los conductores “repostar” en menos de 20 minutos. No hace falta decir que estos desarrollos internos cumplen con todos los estándares internacionales y están basados en un enchufe de carga estandarizado en aras de la compatibilidad, lo cual significa que se pueden usar para cargar cualquier otro vehículo eléctrico disponible comercialmente.

Los fabricantes también están abordando su tercer mayor desafío con empeño y vigor: aumentar la autonomía que pueden suministrar las baterías. Incluso hoy, una autonomía de 500 kilómetros o más ya no es un sueño imposible para los vehículos impulsados eléctricamente. Para lograr tales hazañas, sin embargo, los modelos actuales requieren una batería muy grande y, en consecuencia, costosa y pesada.

En un futuro no muy lejano, los vehículos eléctricos continuarán a la zaga de los motores de combustión en términos de relación potencia-peso. Mientras que la densidad energética en las baterías de iones de litio de última generación recientemente diseñadas hace posible lograr hasta 0,20 kW/h por kilogramo (kWh/kg), un litro de diesel ofrece un valor de 10 kWh/kg, lo cual es 50 veces mejor. El hecho de que la corriente sea más eficiente (por un factor de tres más o menos) no puede compensar esta diferencia. Para lograr mayores autonomías con un uso de batería realista, los vehículos eléctricos tendrán que mejorar hasta el punto de ser mucho más inteligentes que los vehículos actuales.

Conduce inteligente – conduce eléctrico

Por ejemplo, cuando el conductor mira la pantalla OLED en el Porsche Mission E, la pantalla sigue su mirada. En el estudio conceptual, las cinco pantallas del conductor utilizan la tecnología de seguimiento de la mirada para detectar cuando el conductor las está mirando – y muestran la información correspondiente. Esto no es un truco. Esta tecnología ayuda a los conductores a anticipar los problemas, así como a desarrollar un estilo de conducción sumamente eficiente en términos energéticos. Incluso hoy, muchos coches anticipan de manera autónoma lo que está por delante en la carretera – y responden a las situaciones de conducción que tienen lugar a muchos kilómetros de distancia o justo a la vuelta de la esquina. Pueden hacer esto gracias a los datos de navegación o a la inteligencia de enjambre.

Estudio conceptual de Porsche: Mission E

Un sistema de propulsión eléctrico puede usar las fuerzas de desaceleración para recargar la batería. Una solución inteligente al problema de la autonomía. Esta inteligencia está creciendo constantemente, y también integrará otras tecnologías inteligentes, como una planificación de las rutas más inteligente, con una parada en un cargador superrápido de Porsche o la ruta más directa a una carretera con carga inductiva. En el futuro, será habitual que los conductores recarguen cuando sea necesario y sin interrupciones. La tecnología inteligente asegurará que las baterías estén siempre en un estado ideal de carga; es decir, entre un 40 y un 70 por ciento. Y si hay un corte de energía en casa, el vehículo eléctrico incluso podrá mantener funcionando el congelador.

Esta tecnología tiene una importancia aún mayor en términos de la transición energética en su conjunto. Una gran flota de vehículos eléctricos podría solucionar el problema del almacenamiento de la energía intermitente del viento, el sol o el agua; las baterías de los vehículos eléctricos podrían integrarse así en una red inteligente a nivel nacional.

Progreso sostenible

La era de la movilidad eléctrica vendrá acompañada de una revolución energética que ya está tomando forma en el mar, en las montañas y en miles de tejados. Como deja claro un estudio publicado por el “Zukunftsinstitut”, decir adiós a los combustibles fósiles es el principio central de la economía y de la movilidad del futuro. Los compromisos internacionales exigen que las emisiones de gases invernadero del transporte se reduzcan al menos un 50 por ciento en comparación con los niveles de 1990 para 2050 como muy tarde. Las conferencias sobre el clima subrayan esta apremiante necesidad.

Nos enfrentamos a una elección crucial: ¿deberían los coches de emisión cero estar alimentados por electricidad de centrales eléctricas de carbón o por fuentes de energía renovable? Según un estudio de la Organización de Transporte y Medio Ambiente, la electricidad era el combustible más limpio disponible en el momento en que se llevó a cabo el estudio en 2016. Sin embargo, el estudio también encontró que un vehículo eléctrico en Europa emite una media de 78 g de CO2 por kilómetro de forma indirecta, por ejemplo como resultado de la generación de electricidad en centrales eléctricas de carbón. En los países que utilizan una proporción elevada de carbón, como China, las cifras son incluso más pesimistas. Los cálculos también omitieron la energía necesaria para fabricar la batería, que actualmente es mucha – según un estudio del Ministerio de Medio Ambiente de Suecia, las emisiones asociadas son equivalentes a las causadas por conducir un vehículo con un motor de combustión durante varios años.

Pero incluso estos desafíos se pueden solucionar de manera sostenible, y eso es justamente lo que está sucediendo. En 2016, el 78,4 por ciento de la capacidad total de generación de energía de nueva instalación en Europa estaba basada en la energía eólica o solar. En la Unión Europea, la energía eólica sólo está por detrás del gas natural como fuente de energía. También en este caso, la movilidad eléctrica puede mostrar el camino – por ejemplo, a través de un uso coherente de la energía verde para la tecnología de carga. Esto hace que la movilidad neutral a nivel climático sea una perspectiva realista.