Vehículo eléctrico

Un vehículo eléctrico ( EV ) es un vehículo que utiliza uno o más motores eléctricos o motores de tracción para propulsión. Un vehículo eléctrico puede alimentarse a través de un sistema colector con electricidad de fuentes externas al vehículo, o puede ser autónomo con una batería , paneles solares , celdas de combustible o un generador eléctrico para convertir el combustible en electricidad. [1] Los vehículos eléctricos incluyen, entre otros, vehículos de carretera y ferroviarios, embarcaciones de superficie y submarinas, aeronaves eléctricas y naves espaciales eléctricas .

Tesla Semi 5.jpgMaglev en Daejeon 05.jpg
Trolebús eléctrico en São Paulo, BrasilTranvía eléctrico en Viena
Nissan LEAF (4055945788) .jpgBYD K9, un bus eléctrico alimentado con batería de fosfato de hierro a bordo
El Shatabdi Express en IndiaSolar Impulse, un avión eléctrico que dio la vuelta al mundo en 2015
Patinete eléctrico de fabricación española, Torrot MuviBicicleta eléctrica en Manhattan, Nueva York
Vehículos eléctricos de todo el mundo (desde arriba a la izquierda) :

Los vehículos eléctricos aparecieron por primera vez a mediados del siglo XIX, cuando la electricidad estaba entre los métodos preferidos para la propulsión de vehículos de motor, proporcionando un nivel de comodidad y facilidad de operación que no podían alcanzar los coches de gasolina de la época. Los motores de combustión interna modernos han sido el método de propulsión dominante para los vehículos de motor durante casi 100 años, pero la energía eléctrica se ha mantenido común en otros tipos de vehículos, como trenes y vehículos más pequeños de todo tipo.

Comúnmente, el término EV se usa para referirse a un automóvil eléctrico. En el siglo XXI, los vehículos eléctricos han experimentado un resurgimiento debido a los desarrollos tecnológicos y un mayor enfoque en las energías renovables y la posible reducción del impacto del transporte en el cambio climático y otros problemas ambientales . Project Drawdown describe los vehículos eléctricos como una de las 100 mejores soluciones contemporáneas para abordar el cambio climático . [2]

Los incentivos gubernamentales para aumentar la adopción se introdujeron por primera vez a fines de la década de 2000, incluso en los Estados Unidos y la Unión Europea , lo que llevó a un mercado en crecimiento para los vehículos en la década de 2010. [3] [4] Se espera que el aumento del interés y la conciencia pública y los incentivos estructurales, como los que se están incorporando a la recuperación ecológica de la pandemia COVID-19, aumente considerablemente el mercado de vehículos eléctricos. Un pre-COVID 2019 [ ¿cuándo? ] El análisis proyectó que se espera que los vehículos eléctricos aumenten del 2% de la participación mundial en 2016 al 22% en 2030. [5] Gran parte de este crecimiento del mercado se espera en mercados como América del Norte y Europa; Una revisión de la literatura de 2020 sugirió que el crecimiento en el uso de vehículos eléctricos, especialmente los vehículos personales eléctricos, actualmente parece económicamente improbable en las economías en desarrollo. [6]

Edison y un modelo 47 de Detroit Electric de 1914 (cortesía del Museo Nacional de Historia Estadounidense )
Un vehículo eléctrico y un automóvil antiguo en exhibición en un salón del automóvil de 1912

La fuerza motriz eléctrica comenzó en 1827, cuando el sacerdote húngaro Ányos Jedlik construyó el primer motor eléctrico tosco pero viable, provisto de estator, rotor y conmutador; al año siguiente, lo usó para impulsar un automóvil diminuto. [7] En 1835, el profesor Sibrandus Stratingh de la Universidad de Groningen , Países Bajos , construyó un automóvil eléctrico a pequeña escala, y entre 1832 y 1839 (el año exacto es incierto), Robert Anderson de Escocia inventó el primer carro eléctrico tosco. alimentado por pilas primarias no recargables . [8] El herrero e inventor estadounidense Thomas Davenport construyó una locomotora eléctrica de juguete, impulsada por un motor eléctrico primitivo, en 1835. En 1838, un escocés llamado Robert Davidson construyó una locomotora eléctrica que alcanzaba una velocidad de cuatro millas por hora (6 km / h). h). En Inglaterra se otorgó una patente en 1840 para el uso de rieles como conductores de corriente eléctrica, y se otorgaron patentes estadounidenses similares a Lilley y Colten en 1847. [9]

Los primeros vehículos eléctricos producidos en masa aparecieron en Estados Unidos a principios del siglo XX. En 1902, Studebaker Automobile Company ingresó al negocio automotriz con vehículos eléctricos, aunque también ingresó al mercado de vehículos de gasolina en 1904. Sin embargo, con el advenimiento de los autos de línea de ensamblaje baratos de Ford, la popularidad de los autos eléctricos disminuyó significativamente. [10]

Debido a las limitaciones de las baterías de almacenamiento en ese momento, los autos eléctricos no ganaron mucha popularidad; sin embargo, los trenes eléctricos ganaron una inmensa popularidad debido a sus economías y velocidades alcanzables. En el siglo XX, el transporte ferroviario eléctrico se convirtió en algo común debido a los avances en el desarrollo de las locomotoras eléctricas . Con el tiempo, su uso comercial de uso general se redujo a roles especializados como camiones de plataforma , carretillas elevadoras , ambulancias, [11] tractores de remolque y vehículos de reparto urbano, como el icónico flotador de leche británico ; Durante la mayor parte del siglo XX, el Reino Unido fue el mayor usuario mundial de vehículos eléctricos de carretera. [12]

Se utilizaron trenes electrificados para el transporte de carbón, ya que los motores no utilizaban el valioso oxígeno de las minas. La falta de recursos fósiles naturales de Suiza obligó a la rápida electrificación de su red ferroviaria . Una de las primeras baterías recargables  , la batería de níquel-hierro  , fue favorecida por Edison para su uso en automóviles eléctricos.

Los vehículos eléctricos se encontraban entre los primeros automóviles y, antes de la preeminencia de los potentes motores de combustión interna ligeros , los automóviles eléctricos tenían muchos récords de velocidad y distancia en tierra a principios del siglo XX. Fueron producidos por Baker Electric , Columbia Electric , Detroit Electric y otros, y en un momento de la historia se vendieron más que los vehículos de gasolina. En 1900, el 28 por ciento de los automóviles que circulaban en Estados Unidos eran eléctricos. Los vehículos eléctricos eran tan populares que incluso el presidente Woodrow Wilson y sus agentes del servicio secreto recorrieron Washington, DC en su Milburn Electrics, que cubría entre 100 y 110 km por carga. [13]

Varios desarrollos contribuyeron a la disminución de la popularidad de los automóviles eléctricos. [14] La infraestructura vial mejorada requirió un alcance mayor que el ofrecido por los autos eléctricos, y el descubrimiento de grandes reservas de petróleo en Texas, Oklahoma y California condujo a la amplia disponibilidad de gasolina / gasolina asequible, lo que hizo que los autos de combustión interna fueran más baratos para operar en largas distancias. [15] Además, los automóviles de combustión interna se volvieron cada vez más fáciles de operar gracias a la invención del arrancador eléctrico por Charles Kettering en 1912, [16] que eliminó la necesidad de una manivela para arrancar un motor de gasolina, y el ruido emitido Los coches de ICE se volvieron más llevaderos gracias al uso del silenciador , que Hiram Percy Maxim había inventado en 1897. A medida que se mejoraron las carreteras fuera de las zonas urbanas, la autonomía de los vehículos eléctricos no pudo competir con la ICE. Finalmente, el inicio de la producción en masa de vehículos a gasolina por Henry Ford en 1913 redujo significativamente el costo de los autos a gasolina en comparación con los autos eléctricos. [17]

En la década de 1930, National City Lines , que era una sociedad de General Motors , Firestone y Standard Oil of California, compró muchas redes de tranvías eléctricos en todo el país para desmantelarlas y reemplazarlas con autobuses de GM. La sociedad fue condenada por conspirar para monopolizar la venta de equipos y suministros a sus empresas subsidiarias, pero fueron absueltas de conspirar para monopolizar la prestación de servicios de transporte.

Experimentación

Esta foto de 1973 de una estación de carga en Seattle muestra un AMC Gremlin modificado para tomar energía eléctrica; tenía un alcance de aproximadamente 50 millas con una sola carga.

La aparición de la tecnología de semiconductores de óxido de metal (MOS) condujo al desarrollo de vehículos de carretera eléctricos modernos. [18] El MOSFET (transistor de efecto de campo MOS, o transistor MOS), inventado por Mohamed M. Atalla y Dawon Kahng en Bell Labs en 1959, [19] [20] llevó al desarrollo del MOSFET de potencia por Hitachi en 1969 , [21] y el microprocesador de un solo chip de Federico Faggin , Marcian Hoff , Masatoshi Shima y Stanley Mazor en Intel en 1971. [22] El MOSFET de potencia y el microcontrolador , un tipo de microprocesador de un solo chip, llevaron a avances significativos en tecnología de vehículos eléctricos. Los convertidores de potencia MOSFET permitían el funcionamiento a frecuencias de conmutación mucho más altas, facilitaban la conducción, reducían las pérdidas de potencia y reducían significativamente los precios, mientras que los microcontroladores de un solo chip podían gestionar todos los aspectos del control de la unidad y tenían la capacidad de gestión de la batería. La tecnología de transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) hizo posible el uso del motor trifásico de CA síncrono al crear una corriente alterna trifásica sintética a partir de, por ejemplo, un paquete de baterías de tracción de CC. Esta técnica fue desarrollada por Hughes y GM y utilizada en su Electricar de EE. UU. En 1995, pero aún usaba baterías de plomo-ácido pesadas (26 cuentas de 12 voltios) conectadas en serie. GM más tarde desarrolló una camioneta pickup eléctrica y luego la EV1. Este motor y controlador se mantuvo vivo y se usó en autos convertidos por AC Propulsion, donde introdujeron la batería de litio y luego Elon Musk vio y abrazó. [18] Otra tecnología importante que permitió a los automóviles eléctricos modernos con capacidad para autopistas es la batería de iones de litio , [23] inventada por John Goodenough , Rachid Yazami y Akira Yoshino en la década de 1980, [24] que fue responsable del desarrollo de vehículos eléctricos capaz de viajes de larga distancia. [23]

En enero de 1990, el presidente de General Motors presentó su concepto de vehículo eléctrico biplaza, el "Impact", en el Salón del Automóvil de Los Ángeles. Ese septiembre, la Junta de Recursos del Aire de California ordenó la venta de vehículos eléctricos a los principales fabricantes de automóviles, en fases a partir de 1998. De 1996 a 1998, GM produjo 1117 EV1 , 800 de los cuales se pusieron a disposición mediante contratos de arrendamiento de tres años. [25]

Chrysler, Ford, GM, Honda y Toyota también produjeron un número limitado de vehículos eléctricos para los conductores de California. En 2003, tras la expiración de los arrendamientos EV1 de GM, GM los suspendió. La interrupción se ha atribuido de diversas formas a:

  • el exitoso desafío judicial federal de la industria automotriz al mandato de vehículos de cero emisiones de California ,
  • una regulación federal que requiere que GM produzca y mantenga repuestos para los pocos miles de EV1 y
  • el éxito de la campaña mediática de las industrias del petróleo y del automóvil para reducir la aceptación pública de los vehículos eléctricos.
Coche eléctrico General Motors EV1 (1996-1998), historia contada en la película ¿Quién mató al coche eléctrico?

Una película sobre el tema realizada en 2005-2006 se tituló ¿Quién mató al coche eléctrico? y estrenada en cines por Sony Pictures Classics en 2006. La película explora los roles de los fabricantes de automóviles , la industria petrolera , el gobierno de EE. UU. , las baterías, los vehículos de hidrógeno y el público en general, y cada uno de sus roles para limitar el despliegue y adopción de esta tecnología. .

Ford lanzó al mercado varias de sus furgonetas de reparto Ford Ecostar . Honda, Nissan y Toyota también recuperaron y aplastaron la mayoría de sus vehículos eléctricos, que, al igual que los GM EV1, solo habían estado disponibles mediante un contrato de arrendamiento cerrado. Después de las protestas públicas, Toyota vendió 200 de sus vehículos eléctricos RAV ; luego vendieron por encima de su precio original de cuarenta mil dólares. Más tarde, BMW of Canada vendió varios Mini EV cuando terminaron sus pruebas canadienses.

La producción del Citroën Berlingo Electrique se detuvo en septiembre de 2005.

Reintroduccion

El stock mundial de vehículos eléctricos ha crecido de manera constante durante la década de 2010. [26]

Durante las últimas décadas, el impacto ambiental de la infraestructura de transporte basada en petróleo, junto con el temor al pico del petróleo , ha llevado a un renovado interés en una infraestructura de transporte eléctrico. [27] EVs difieren de combustible fósil Accionado vehículos en que la electricidad que consumen puede generarse a partir de una amplia gama de fuentes, incluyendo los combustibles fósiles, energía nuclear y fuentes renovables como la energía de las mareas , la energía solar , la energía hidroeléctrica , y la energía eólica o cualquier combinación de ellos. La huella de carbono y otras emisiones de los vehículos eléctricos varía según el combustible y la tecnología utilizada para la generación de electricidad . [28] [29] La electricidad puede almacenarse a bordo del vehículo utilizando una batería, un volante o supercondensadores . Los vehículos que utilizan motores que funcionan según el principio de combustión generalmente solo pueden obtener su energía de una o de unas pocas fuentes, generalmente combustibles fósiles no renovables. Una ventaja clave de los vehículos eléctricos híbridos o enchufables es el frenado regenerativo , que recupera la energía cinética, que normalmente se pierde durante el frenado por fricción en forma de calor, a medida que se restablece la electricidad en la batería de a bordo.

A marzo de 2018, hay unos 45 coches totalmente eléctricos de producción en serie con capacidad para autopistas disponibles en varios países. A principios de diciembre de 2015, el Leaf, con 200.000 unidades vendidas en todo el mundo, era el automóvil totalmente eléctrico con capacidad para carreteras más vendido del mundo de todos los tiempos, seguido del Tesla Model S con entregas globales de alrededor de 100.000 unidades. [30] Las ventas mundiales de Leaf alcanzaron las 300.000 en enero de 2018. [31]

En mayo de 2015, más de 500.000 automóviles de pasajeros totalmente eléctricos y vehículos utilitarios ligeros con capacidad para carreteras se han vendido en todo el mundo desde 2008, de un total de ventas mundiales de alrededor de 850.000 vehículos eléctricos enchufables ligeros . [32] [33] A mayo de 2015, Estados Unidos tenía la flota más grande de vehículos eléctricos enchufables con capacidad para carreteras en el mundo, con alrededor de 335,000 autos eléctricos enchufables legales para autopistas vendidos en el país desde 2008, y representando alrededor del 40% del stock mundial. [34] [35] California es el mercado regional de automóviles enchufables más grande del país, con casi 143.000 unidades vendidas entre diciembre de 2010 y marzo de 2015, lo que representa más del 46% de todos los automóviles enchufables vendidos en los EE . UU. [36] [ 37] [38] [39] Las ventas globales acumuladas de coches y furgonetas totalmente eléctricos superaron el hito del millón de unidades en septiembre de 2016. [40]

Noruega es el país con la penetración de mercado per cápita más alta del mundo, con cuatro vehículos eléctricos enchufables por cada 1000 habitantes en 2013. [41] En marzo de 2014, Noruega se convirtió en el primer país donde más de 1 de cada 100 automóviles de pasajeros en el carreteras es un enchufe eléctrico. [42] [43] En 2016, el 29% de todas las ventas de automóviles nuevos en el país fueron híbridos enchufables o a batería. [44] Noruega también tenía la cuota de mercado del segmento eléctrico enchufable más grande del mundo en las ventas totales de automóviles nuevos, 13,8% en 2014, frente al 5,6% en 2013. [34] [45] En junio de 2016, Andorra se convirtió en el segundo país en esta lista, con un 6% de cuota de mercado combinando vehículos eléctricos e híbridos enchufables [46] debido a una política pública fuerte que proporciona múltiples ventajas. [47] A finales de 2016, se vendió el coche de batería número 100.000 de Noruega. [44]

En abril de 2019, la empresa china BYD Auto lanzó el primer autobús eléctrico biarticulado , el BYD K12A. [48] El autobús operará como prueba en TransMilenio , el sistema BRT de Bogotá , Colombia, en agosto de 2019. [49] Según algunas estimaciones, las ventas de vehículos eléctricos pueden constituir casi un tercio de las ventas de automóviles nuevos para fines de 2030. [ 50]

Hay muchas formas de generar electricidad, de diferentes costos, eficiencia y conveniencia ecológica.

Una locomotora eléctrica en Brig , Suiza
El MAZ-7907 utiliza un generador incorporado para alimentar motores eléctricos en las ruedas.
Autobús eléctrico en Santa Bárbara, California

Conexión a plantas generadoras

  • Conexión directa a plantas de generación como es común entre trenes eléctricos , tranvías , trolebuses y trolebuses (Ver también: líneas aéreas , tercer carril y colector de corriente de conductos )
  • El vehículo eléctrico en línea recolecta energía de las regletas eléctricas enterradas bajo la superficie de la carretera a través de inducción electromagnética

Generadores a bordo y vehículos eléctricos híbridos

  • Generada a bordo utilizando un motor diesel: diesel-eléctrico de múltiples unidades locomotora y diesel-eléctrico (DEMU)
  • Generado a bordo utilizando una pila de combustible : vehículo de pila de combustible
  • Generados a bordo utilizando energía nuclear: submarinos nucleares y portaaviones
  • Fuentes renovables como la energía solar : vehículo solar

También es posible tener vehículos eléctricos híbridos que obtengan electricidad de múltiples fuentes, como:

  • Sistema de almacenamiento de electricidad recargable a bordo (RESS) y conexión continua directa a plantas de generación terrestres con fines de recarga en carretera con autonomía de carretera sin restricciones [51]
  • Sistema de almacenamiento de electricidad recargable a bordo y fuente de alimentación de propulsión alimentada (motor de combustión interna): híbrido enchufable

Para vehículos eléctricos especialmente grandes, como los submarinos , la energía química del diesel-eléctrico puede ser reemplazada por un reactor nuclear . El reactor nuclear generalmente proporciona calor, que impulsa una turbina de vapor , que impulsa un generador, que luego se alimenta a la propulsión. Ver propulsión marina nuclear .

Algunos vehículos experimentales, como algunos automóviles y un puñado de aviones, utilizan paneles solares para generar electricidad.

Almacenamiento a bordo

Uso de combustible en diseños de vehículos
Tipo de vehiculoCombustible usado
Vehículo íntegramente de petróleoMayor uso de petróleo
Vehículo eléctrico híbrido regularMenor uso de petróleo,
pero no se puede conectar
Vehículo híbrido enchufableMenor uso de petróleo,
uso residual de electricidad
Vehículo
totalmente eléctrico (BEV, AEV)		Utiliza exclusivamente electricidad
  • v
  • t
  • mi

Estos sistemas se alimentan desde una planta generadora externa (casi siempre cuando están estacionados) y luego se desconectan antes de que se produzca el movimiento, y la electricidad se almacena en el vehículo hasta que se necesita.

  • Vehículos completamente eléctricos (FEV). [52] Los métodos de almacenamiento de energía incluyen:
    • Energía química almacenada en el vehículo en baterías a bordo: Vehículo eléctrico de batería (BEV) típicamente con una batería de iones de litio
    • Almacenamiento de energía cinética: volantes
    • Energía estática almacenada en el vehículo en condensadores eléctricos de doble capa integrados

Las baterías, los condensadores eléctricos de doble capa y el almacenamiento de energía por volante son formas de sistemas de almacenamiento de electricidad a bordo recargables. Al evitar un paso mecánico intermedio, la eficiencia de conversión de energía se puede mejorar en comparación con los híbridos al evitar conversiones de energía innecesarias. Además, las conversiones de baterías electroquímicas son fáciles de revertir, lo que permite que la energía eléctrica se almacene en forma química. [ cita requerida ]

Bus eléctrico a batería alimentado con baterías de iones de litio
Camión eléctrico e-Force One

La mayoría de los vehículos eléctricos utilizan baterías de iones de litio (Li-Ions o LIB). Las baterías de iones de litio tienen una densidad de energía más alta , una vida útil más larga y una densidad de potencia más alta que la mayoría de las otras baterías prácticas. Los factores complicados incluyen seguridad, durabilidad, avería térmica y costo . Las baterías de iones de litio deben usarse dentro de rangos de temperatura y voltaje seguros para que funcionen de manera segura y eficiente. [53]

Aumentar la vida útil de la batería reduce los costos efectivos. Una técnica consiste en operar un subconjunto de celdas de batería a la vez y cambiar estos subconjuntos. [54]

En el pasado, las baterías de níquel-hidruro metálico se usaban en algunos autos eléctricos, como los fabricados por General Motors. [55] Estos tipos de baterías se consideran obsoletos debido a su tendencia a autodescargarse con el calor. [56] Además, Chevron poseía una patente para este tipo de batería, lo que creaba un problema para su desarrollo generalizado. [57] Estos factores, junto con su alto costo, han llevado a que las baterías de iones de litio se conviertan en la batería predominante para los vehículos eléctricos. [58]

Los precios de las baterías de iones de litio están disminuyendo constantemente, lo que contribuye a una reducción del precio de los vehículos eléctricos. [59]

La potencia del motor eléctrico de un vehículo, como en otros vehículos, se mide en kilovatios (kW). 100 kW es aproximadamente igual a 134 caballos de fuerza , pero los motores eléctricos pueden entregar su par máximo en un amplio rango de RPM. Esto significa que el rendimiento de un vehículo con un motor eléctrico de 100 kW supera al de un vehículo con un motor de combustión interna de 100 kW, que solo puede entregar su par máximo dentro de un rango limitado de velocidad del motor.

La energía se pierde durante el proceso de convertir la energía eléctrica en energía mecánica. Aproximadamente el 90% de la energía de la batería se convierte en energía mecánica, y las pérdidas se producen en el motor y la transmisión. [60]

Por lo general, la electricidad de corriente continua (CC) se alimenta a un inversor de CC / CA donde se convierte en electricidad de corriente alterna (CA) y esta electricidad de CA se conecta a un motor de CA trifásico.

Para trenes eléctricos, carretillas elevadoras y algunos coches eléctricos, a menudo se utilizan motores de CC. En algunos casos, se utilizan motores universales y luego se pueden emplear CA o CC. En vehículos de producción reciente, se han implementado varios tipos de motores; por ejemplo, motores de inducción en vehículos Tesla Motor y máquinas de imán permanente en Nissan Leaf y Chevrolet Bolt. [61]

Generalmente es posible equipar cualquier tipo de vehículo con un tren de fuerza eléctrico.

Vehículos terrestres

Vehículos eléctricos puros

Un vehículo eléctrico puro o un vehículo totalmente eléctrico se alimenta exclusivamente a través de motores eléctricos. La electricidad puede provenir de una batería ( vehículo eléctrico con batería ), panel solar ( vehículo solar ) o pila de combustible ( vehículo con pila de combustible ).

VE híbridos

Un vehículo eléctrico híbrido combina un sistema de propulsión convencional (generalmente un motor de combustión interna ) con un motor eléctrico. A abril de 2016, se han vendido más de 11 millones de vehículos eléctricos híbridos en todo el mundo desde su creación en 1997. Japón es el líder del mercado con más de 5 millones de híbridos vendidos, seguido de los Estados Unidos con ventas acumuladas de más de 4 millones de unidades desde 1999, y Europa con aproximadamente 1,5 millones de híbridos entregados desde 2000. [62] Japón tiene la penetración de mercado de híbridos más alta del mundo. Para 2013, la participación de mercado híbrido representaba más del 30% de los vehículos de pasajeros estándar nuevos vendidos y aproximadamente el 20% de las ventas de vehículos de pasajeros nuevos, incluidos los automóviles kei . [63] Noruega ocupa el segundo lugar con una cuota de mercado de híbridos del 6,9% de las ventas de coches nuevos en 2014, seguida de los Países Bajos con el 3,7%. [64]

Las ventas globales de híbridos son de Toyota Motor Company con más de 9 millones de híbridos Lexus y Toyota vendidos en abril de 2016, [65] seguido de Honda Motor Co., Ltd. con ventas globales acumuladas de más de 1,35 millones de híbridos a junio de 2014, [66] [67] [68] Ford Motor Corporation con más de 424.000 híbridos vendidos en los Estados Unidos hasta junio de 2015, [69] [70] [71] [72] [73] y el Grupo Hyundai con ventas globales acumuladas de 200.000 híbridos a marzo de 2014, incluidos los modelos híbridos de Hyundai Motor Company y Kia Motors . [74] A abril de 2016, las ventas de híbridos en todo el mundo están lideradas por el Toyota Prius liftback, con ventas acumuladas de más de 3,7 millones de unidades. La placa de identificación del Prius ha vendido más de 5,7 millones de híbridos hasta abril de 2016. [75]

Vehículo eléctrico enchufable

El Chevrolet Volt fue el híbrido enchufable más vendido del mundo de todos los tiempos. Las ventas globales de la familia Volt / Ampera superaron las 100.000 unidades en octubre de 2015. [76]

Un vehículo eléctrico enchufable (PEV) es cualquier vehículo de motor que se puede recargar desde cualquier fuente externa de electricidad, como enchufes de pared , y la electricidad almacenada en los paquetes de baterías recargables impulsa o contribuye a impulsar las ruedas. PEV es una subcategoría de vehículos eléctricos que incluye vehículos eléctricos de batería (BEV), vehículos híbridos enchufables (PHEV) y conversiones de vehículos eléctricos de vehículos eléctricos híbridos y vehículos con motor de combustión interna convencional . [77] [78] [79]

Las ventas globales acumuladas de vehículos eléctricos puros ligeros aptos para carreteras superaron el millón de unidades en total, a nivel mundial, en septiembre de 2016. [40] [80] Las ventas globales acumuladas de vehículos enchufables y furgonetas utilitarias totalizaron más de dos millones al final de 2016, del cual el 38% se vendió en 2016, [81] y ascendió a tres millones en noviembre de 2017. [82]

A partir de enero de 2018, el automóvil eléctrico enchufable más vendido del mundo es el Nissan Leaf, con ventas globales de más de 300,000 unidades. [31] A junio de 2016, le siguió el Tesla Model S totalmente eléctrico con unas 129.400 unidades vendidas en todo el mundo, el Chevrolet Volt híbrido enchufable, que junto con su hermano el Opel / Vauxhall Ampera ha combinado unas ventas globales de unas 117.300 unidades, el Mitsubishi Outlander P -HEV con aproximadamente 107,400 unidades y el Prius Plug-in Hybrid con más de 75,400 unidades. [83]

Vehículo eléctrico de autonomía extendida

Un vehículo eléctrico de autonomía extendida (REEV) es un vehículo impulsado por un motor eléctrico y una batería enchufable. Un motor de combustión auxiliar se usa solo para complementar la carga de la batería y no como la fuente principal de energía. [84]

EV dentro y fuera de la carretera

Un sistema de propulsión eléctrico utilizado por Power Vehicle Innovation para camiones o autobuses [85]

En carretera los vehículos eléctricos incluyen los coches eléctricos, trolebuses eléctricos, autobuses eléctricos , autobuses eléctricos de batería , carretillas eléctricas , bicicletas eléctricas , motocicletas y scooters eléctricos , transportadores personales , los vehículos eléctricos de barrio , carros de golf , carros de leche , y carretillas elevadoras . Los vehículos todoterreno incluyen tractores y vehículos todo terreno electrificados .

Vehículos eléctricos ferroviarios

Un tranvía (o tranvía) que extrae corriente de un solo cable aéreo a través de un pantógrafo .

La naturaleza fija de una línea ferroviaria hace que sea relativamente fácil alimentar los vehículos eléctricos a través de líneas aéreas permanentes o terceros rieles electrificados , lo que elimina la necesidad de baterías pesadas a bordo. Locomotoras eléctricas , unidades eléctricas múltiples , tranvías eléctricos (también llamados tranvías o trolebuses), sistemas de trenes ligeros eléctricos y tránsito rápido eléctrico son de uso común hoy en día, especialmente en Europa y Asia.

Dado que los trenes eléctricos no necesitan llevar un motor de combustión interna pesado o baterías grandes, pueden tener muy buenas relaciones de potencia a peso . Esto permite que los trenes de alta velocidad , como los TGV de dos pisos de Francia, operen a velocidades de 320 km / h (200 mph) o más, y que las locomotoras eléctricas tengan una potencia de salida mucho mayor que las locomotoras diesel . Además, tienen una mayor potencia de sobretensión a corto plazo para una aceleración rápida, y el uso de frenos regenerativos puede devolver la potencia de frenado a la red eléctrica en lugar de desperdiciarla.

Los trenes Maglev también son casi siempre vehículos eléctricos. [86]

También hay trenes de pasajeros eléctricos de batería que operan en líneas ferroviarias no electrificadas.

Vehículos espaciales rover

Se han utilizado vehículos tripulados y no tripulados para explorar la Luna y otros planetas del sistema solar . En las últimas tres misiones del programa Apollo en 1971 y 1972, los astronautas condujeron vehículos itinerantes lunares alimentados por baterías de óxido de plata a distancias de hasta 35,7 kilómetros (22,2 millas) en la superficie lunar. [87] Rovers no tripulados que funcionan con energía solar han explorado la Luna y Marte . [88] [89]

Vehículos eléctricos aerotransportados

Desde los inicios de la aviación, la energía eléctrica para aviones ha recibido mucha experimentación. Actualmente, los aviones eléctricos voladores incluyen vehículos aéreos tripulados y no tripulados.

Vehículos eléctricos marítimos

Motor saildrive eléctrico Oceanvolt SD8.6

Los barcos eléctricos fueron populares a principios del siglo XX. El interés en el transporte marítimo silencioso y potencialmente renovable ha aumentado constantemente desde finales del siglo XX, ya que las células solares han proporcionado a las lanchas motoras una gama infinita de veleros . Los motores eléctricos pueden y también se han utilizado en veleros en lugar de los motores diésel tradicionales. [90] Los transbordadores eléctricos funcionan de forma habitual. [91] Los submarinos utilizan baterías (cargadas por motores diésel o gasolina en la superficie), energía nuclear , pilas de combustible [92] o motores Stirling para hacer funcionar hélices accionadas por motores eléctricos.

Nave espacial propulsada eléctricamente

La energía eléctrica tiene una larga historia de uso en naves espaciales . [93] [94] Las fuentes de energía utilizadas para las naves espaciales son las baterías, los paneles solares y la energía nuclear. Los métodos actuales para propulsar una nave espacial con electricidad incluyen el cohete de chorro de arco , el propulsor de iones electrostáticos , el propulsor de efecto Hall y la propulsión eléctrica por emisión de campo . Se han propuesto varios otros métodos , con diferentes niveles de viabilidad. [ especificar ]

Un trolebús utiliza dos cables aéreos para proporcionar suministro de corriente eléctrica y regresar a la fuente de alimentación.
Hess Swisstrolley 3 en St. Gallen
Autobús eléctrico de batería de BYD en los Países Bajos

La mayoría de los grandes sistemas de transporte eléctrico funcionan con fuentes estacionarias de electricidad que están conectadas directamente a los vehículos a través de cables. La tracción eléctrica permite el uso de frenado regenerativo , en el que los motores se utilizan como frenos y se convierten en generadores que transforman el movimiento de, generalmente, un tren en energía eléctrica que luego se retroalimenta a las líneas. Este sistema es particularmente ventajoso en operaciones montañosas, ya que los vehículos que descienden pueden producir una gran parte de la potencia requerida para los que ascienden. Este sistema regenerativo solo es viable si el sistema es lo suficientemente grande para utilizar la energía generada por los vehículos que descienden.

En los sistemas anteriores, el movimiento lo proporciona un motor eléctrico rotatorio . Sin embargo, es posible "desenrollar" el motor para conducir directamente contra una pista especial emparejada. Estos motores lineales se utilizan en trenes de levitación magnética que flotan sobre los rieles apoyados por levitación magnética . Esto permite casi ninguna resistencia a la rodadura del vehículo y ningún desgaste mecánico del tren o la vía. Además de los sistemas de control de alto rendimiento necesarios, la conmutación y la curvatura de las vías se vuelve difícil con los motores lineales, que hasta la fecha ha restringido sus operaciones a servicios punto a punto de alta velocidad.

  • En julio de 2019, Bjørn Nyland logró un nuevo récord de distancia con el Tesla Model 3. Condujo 2.781 km (1.728 millas) en 24 horas. [95]
  • En marzo de 2020, el comediante suizo Michel von Tell estableció un nuevo récord mundial de automovilismo con el E-Harley LiveWire. En 24 horas condujo 1.723 km (1.071 millas) en condiciones estándar, con un solo conductor. El récord se informó en todo el mundo. [96] [97] [98]

Componentes

El tipo de batería , el tipo de motor de tracción y el diseño del controlador del motor varían según el tamaño, la potencia y la aplicación propuesta, que puede ser tan pequeña como un carrito de compras motorizado o una silla de ruedas , pasando por pedelecs , motocicletas y scooters eléctricos, vehículos eléctricos de barrio. , carretillas elevadoras industriales e incluyendo muchos vehículos híbridos.

Fuentes de energia

Los vehículos eléctricos son mucho más eficientes que los vehículos de combustibles fósiles y tienen pocas emisiones directas. Al mismo tiempo, dependen de la energía eléctrica que generalmente es proporcionada por una combinación de plantas de combustibles no fósiles y plantas de combustibles fósiles. En consecuencia, los vehículos eléctricos pueden ser menos contaminantes en general modificando la fuente de electricidad. En algunas áreas, las personas pueden solicitar a las empresas de servicios públicos que proporcionen su electricidad a partir de energía renovable.

Los estándares de eficiencia y contaminación de los vehículos de combustibles fósiles tardan años en filtrarse a través de la flota de vehículos de una nación. Los nuevos estándares de eficiencia y contaminación se basan en la compra de vehículos nuevos, a menudo cuando los vehículos actuales que ya están en la carretera llegan al final de su vida útil. Solo unas pocas naciones establecen una edad de jubilación para los vehículos antiguos, como Japón o Singapur , lo que obliga a la actualización periódica de todos los vehículos que ya están en la carretera.

Pilas

prototipos de baterías de polímero de iones de litio . Las celdas de polietileno de litio más nuevas proporcionan hasta 130 Wh / kg y duran miles de ciclos de carga.

Una batería de vehículo eléctrico (EVB), además de los sistemas especiales de batería de tracción utilizados para vehículos industriales (o recreativos), son baterías que se utilizan para alimentar el sistema de propulsión de un vehículo eléctrico de batería (BEV). Estas baterías suelen ser una batería secundaria (recargable) y suelen ser baterías de iones de litio. Las baterías de tracción, diseñadas específicamente con una capacidad de alto amperio-hora, se utilizan en carretillas elevadoras, carros de golf eléctricos, fregadoras de piso, motocicletas eléctricas, automóviles eléctricos, camiones, camionetas y otros vehículos eléctricos.

Eficiencia

Los vehículos eléctricos convierten más del 59-62% de la energía de la red en las ruedas. Los vehículos de gasolina convencionales convierten sólo entre el 17% y el 21%. [99]

Radiación electromagnética

Se ha afirmado que la radiación electromagnética de los motores eléctricos de alto rendimiento está asociada con algunas dolencias humanas, pero tales afirmaciones carecen en gran medida de fundamento, excepto en el caso de exposiciones extremadamente elevadas. [100] Los motores eléctricos pueden protegerse dentro de una jaula de Faraday metálica , pero esto reduce la eficiencia al agregar peso al vehículo, aunque no es concluyente que se pueda contener toda la radiación electromagnética.

Cargando

Capacidad de la red

Si una gran proporción de vehículos privados se convirtiera en electricidad de la red, aumentaría la demanda de generación y transmisión, y las consiguientes emisiones. [101] Sin embargo, el consumo total de energía y las emisiones disminuirían debido a la mayor eficiencia de los vehículos eléctricos durante todo el ciclo. En los EE. UU., Se ha estimado que ya existe una planta de energía y una infraestructura de transmisión casi suficientes, asumiendo que la mayor parte de la carga se produciría de la noche a la mañana, utilizando las fuentes de carga base más eficientes fuera de las horas pico . [102]

Sin embargo, en el Reino Unido, mientras que el sistema de transmisión de electricidad de alto voltaje de National Grid puede gestionar actualmente la demanda de un millón de coches eléctricos, Steve Holliday (director ejecutivo de National Grid PLC) dijo que "la penetración por encima de eso se convierte en un problema real. Las redes de distribución local en ciudades como Londres pueden tener dificultades para equilibrar sus redes si los conductores optan por enchufar todos sus automóviles al mismo tiempo ".

Estaciones de carga

BYD e6
Un autobús eléctrico Sunwin en Shanghai en una estación de carga
Una estación de carga de autobuses eléctricos de batería en Ginebra, Suiza

Los vehículos eléctricos generalmente se cargan desde tomas de corriente convencionales o estaciones de carga dedicadas, un proceso que generalmente toma horas, pero se puede realizar durante la noche y, a menudo, proporciona una carga que es suficiente para el uso diario normal.

Sin embargo, con la implementación generalizada de redes de vehículos eléctricos en las grandes ciudades del Reino Unido y Europa, los usuarios de vehículos eléctricos pueden enchufar sus autos mientras están en el trabajo y dejarlos cargar durante todo el día, extendiendo el rango posible de desplazamientos y eliminando la ansiedad por la autonomía .

Un sistema de recarga que evita la necesidad de un cable es Curb Connect, patentado en 2012 [103] por el Dr. Gordon Dower. En este sistema, los contactos eléctricos se instalan en los bordillos, como los espacios de estacionamiento en ángulo en las calles de la ciudad. Cuando se estaciona un vehículo debidamente autorizado de modo que su extremo delantero sobresalga del bordillo, los contactos del bordillo se energizan y se produce la carga.

Otra solución propuesta para la recarga diaria es un sistema de carga inductivo estandarizado como Plugless Power de Evatran . Los beneficios son la conveniencia de estacionarse sobre la estación de carga y la infraestructura de cableado y conexión minimizada. [104] [105] [106] Qualcomm está probando un sistema de este tipo en Londres a principios de 2012. [107] [108]

Otra solución propuesta para los viajes de larga distancia típicamente menos frecuentes es la "carga rápida", como la línea Aerovironment PosiCharge (hasta 250 kW) y la línea Norvik MinitCharge (hasta 300 kW). Ecotality es un fabricante de estaciones de carga y se ha asociado con Nissan en varias instalaciones. El reemplazo de la batería también se propone como una alternativa, aunque ningún OEM, incluido Nissan / Renault, tiene planes de producción de vehículos. El intercambio requiere estandarización entre plataformas, modelos y fabricantes. El intercambio también requiere muchas veces más paquetes de baterías en el sistema.

Según la investigación del Departamento de Energía realizada en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico , el 84% de los vehículos existentes podrían cambiarse a híbridos enchufables sin necesidad de una nueva infraestructura de red. [109] : 1 En términos de transporte, el resultado neto sería una reducción total del 27% en las emisiones de gases de efecto invernadero dióxido de carbono , metano y óxido nitroso , una reducción total del 31% en óxidos de nitrógeno , una ligera reducción en óxido nitroso emisiones, un aumento en las emisiones de material particulado , las mismas emisiones de dióxido de azufre y la casi eliminación de las emisiones de monóxido de carbono y compuestos orgánicos volátiles (una disminución del 98% en el monóxido de carbono y una disminución del 93% en los compuestos orgánicos volátiles). [109] : 13 Las emisiones se desplazarían lejos del nivel de la calle, donde tienen "grandes implicaciones para la salud humana". [109] : 4

Cambio de batería

En lugar de recargar los vehículos eléctricos desde la toma de corriente, las baterías podrían reemplazarse mecánicamente en estaciones especiales en unos minutos (cambio de batería ).

Las baterías con la mayor densidad energética , como las pilas de combustible de metal y aire, normalmente no se pueden recargar de forma puramente eléctrica. En cambio, se necesita algún tipo de proceso metalúrgico, como la fundición de aluminio y similares.

Las celdas de combustible de silicio-aire, aluminio-aire y otras celdas de combustible de metal-aire parecen candidatos prometedores para baterías intercambiables. [110] [111] [ fuente no confiable ]

Cualquier fuente de energía, renovable o no renovable, podría usarse para rehacer las celdas de combustible de metal-aire usadas con una eficiencia relativamente alta. Se necesitará inversión en infraestructura. El costo de tales baterías podría ser un problema, aunque podrían fabricarse con ánodos y electrolitos reemplazables. [ investigación original? ]

Cambio de chasis

En lugar de reemplazar las baterías, es posible reemplazar todo el chasis (incluidas las baterías, el motor eléctrico y las ruedas) de un vehículo eléctrico modular .

Este sistema fue patentado en 2000 por el Dr. Gordon Dower y Ridek Corporation ha construido tres prototipos con licencia para carreteras en Point Roberts, Washington. [se necesita una fuente de terceros ] [112] Dower propuso que una persona podría poseer solo la carrocería (o quizás algunas carrocerías de diferentes estilos) para su vehículo, y arrendaría el chasis de un grupo, reduciendo así los costos de depreciación asociados con el vehículo propiedad.

Carga dinámica

La carga dinámica permite que los vehículos eléctricos se carguen mientras se conduce por carreteras o autopistas. Suecia está probando cuatro tecnologías de carga dinámica diferentes. Ellos son:

Tecnologías de carga dinámica probadas en Suecia [113] [114]
TipoDesarrolladorEnergía
(regalo)		Energía
(pendiente de más
desarrollo)		Requerido
cobertura vial en
poder actual		Millones de SEK por km
de camino en la actualidad
cobertura requerida		Referencias
Líneas de alta tensiónSiemens650 kW1000 kW35%12,4[113] : 140-144 [114] : 23-24,54
Fuente de alimentación a nivel del suelo
a través de ferrocarril en carretera		Elways200 kilovatios800 kW67%9.4-10.5[113] : 146-149 [114] : 21-23,54
Fuente de alimentación a nivel del suelo
a través del ferrocarril en carretera		Elonroad300 kilovatios500 kilovatios60%11,5-15,3[114] : 25-26,54
Fuente de alimentación a nivel del suelo
a través de bobinas inductivas en carretera		Electreon25 kilovatios180 kilovatios90%19,5-20,8[113] : 171-172 [114] : 26-28,54

Otras tecnologías en desarrollo

Se está trabajando en condensadores eléctricos convencionales de doble capa para lograr la densidad de energía de las baterías de iones de litio, que ofrecen una vida útil casi ilimitada y sin problemas ambientales. Los condensadores eléctricos de doble capa de alto K, como el EESU de EEStor, podrían mejorar la densidad de energía de iones de litio varias veces si se pueden producir. Las baterías de litio-azufre ofrecen 250 Wh / kg . [115] Las baterías de iones de sodio prometen 400 Wh / kg con una expansión / contracción mínima durante la carga / descarga y una superficie muy alta. [116] Investigadores de una de las universidades estatales ucranianas afirman que han fabricado muestras de pseudocondensador basadas en el proceso de intercalación de iones de litio con 318 Wh / kg de energía específica, que parecen ser al menos dos veces mejores en comparación con las típicas de iones de litio. baterías. [117]

Seguridad

La Organización de las Naciones Unidas en Ginebra ( CEPE ) ha adoptado el primer reglamento internacional (Reglamento 100) sobre la seguridad de los coches eléctricos tanto totalmente eléctricos como híbridos, con la intención de garantizar que los coches con un tren de potencia eléctrico de alta tensión , como los híbridos y totalmente eléctricos Los vehículos eléctricos son tan seguros como los automóviles de combustión. La UE y Japón ya han indicado que tienen la intención de incorporar el nuevo Reglamento de la CEPE en sus respectivas normas sobre normas técnicas para vehículos. [118]

Existe una creciente preocupación por la seguridad de los vehículos eléctricos, dada la tendencia demostrada de la batería de iones de litio, más prometedora para el uso de vehículos eléctricos debido a su alta densidad de energía, a sobrecalentarse, lo que posiblemente provoque un incendio o una explosión, especialmente cuando se daña en un accidente. . La Administración Nacional de Seguridad del Tráfico en las Carreteras de EE. UU . Abrió una investigación de defectos del Chevrolet Volt el 25 de noviembre de 2011 en medio de preocupaciones sobre el riesgo de que las baterías se incendien en un accidente. En ese momento, la firma de consultoría automotriz CNW Marketing Research informó de una disminución en el interés público en el Volt, citando que los incendios habían tenido un impacto en la percepción pública. [119] La respuesta pública impulsó a GM a realizar mejoras de seguridad en el sistema de baterías en diciembre, y la NHTSA cerró su investigación el 20 de enero de 2012, encontrando que el asunto se resolvió satisfactoriamente sin que quedara "ninguna tendencia de defectos discernibles". La agencia también anunció que ha desarrollado una guía provisional para aumentar la conciencia e identificar las medidas de seguridad adecuadas con respecto a los vehículos eléctricos para la comunidad de respuesta a emergencias, los agentes del orden, los operadores de grúas, las instalaciones de almacenamiento y las personas. [120] [121]

Ventajas y desventajas de los vehículos eléctricos

Ambiental

Los vehículos eléctricos no emiten contaminantes del aire del tubo de escape; sin embargo, los vehículos eléctricos se cargan con electricidad que se genera por medios que tienen impactos en la salud y el medio ambiente, y las emisiones al aire asociadas con la fabricación de un vehículo eléctrico pueden ser mayores que las de la fabricación de un vehículo convencional. [122] [123]

En general, las emisiones al aire de producir y operar un EV pueden ser menores o mayores que las de producir y operar un vehículo convencional, dependiendo de la combinación de la red eléctrica regional, el momento de la carga del EV, los patrones de conducción, el clima, el conjunto de emisiones al aire. en estudio, y se comparan los diseños específicos de vehículos eléctricos y convencionales. [124] [125] [126] [127] [128] [129]

Dependiendo del alcance y las suposiciones de un estudio dado, los autores pueden afirmar que los vehículos eléctricos son ambientalmente superiores a los vehículos convencionales, que causan más contaminación o que la respuesta depende de una variedad de factores. En general, en las regiones donde la red eléctrica tiene bajas emisiones, los vehículos eléctricos pueden reducir los costos de salud y ambientales de las emisiones atmosféricas; Sin embargo, debido a que la electricidad se comercializa entre regiones y la combinación de generadores en la red eléctrica responde a la demanda y las señales del mercado de manera compleja, puede ser difícil identificar sin ambigüedades las emisiones marginales generadas por las centrales eléctricas cuando se carga un vehículo eléctrico. [130] [125] [126] [128]

Una limitación del potencial medioambiental de los vehículos eléctricos es que el simple hecho de cambiar la flota de automóviles de propiedad privada existente de los ICE a los vehículos eléctricos no liberará espacio en la carretera para viajes activos o transporte público . [131] Los vehículos eléctricos de micromovilidad , como las bicicletas eléctricas , pueden contribuir a la descarbonización de los sistemas de transporte, especialmente fuera de las zonas urbanas que ya están bien comunicadas por el transporte público . [132]

Socioeconómico

Desde su primer lanzamiento comercial en 1991, las baterías de iones de litio se han convertido en una tecnología importante para lograr sistemas de transporte con bajas emisiones de carbono. Se ha afirmado que los motores eléctricos son más sostenibles que los motores de combustión interna de uso tradicional. La sostenibilidad del proceso de producción de baterías no se ha evaluado completamente en términos económicos, sociales o ambientales. [133]

Se considera que los recursos son propiedad de la sociedad en general. Sin embargo, los procesos comerciales de extracción de materias primas en la práctica plantean problemas de transparencia y responsabilidad en la gestión de los recursos extractivos. En la compleja cadena de suministro de la tecnología del litio, hay diversas partes interesadas que representan los intereses corporativos, los grupos de interés público y las élites políticas que se preocupan por los resultados de la producción y el uso de la tecnología. Una posibilidad de lograr procesos extractivos equilibrados sería el establecimiento de estándares comúnmente acordados sobre la gobernanza de la tecnología en todo el mundo. [133]

El cumplimiento de estos estándares puede evaluarse mediante la Evaluación de la sostenibilidad en los marcos de cadenas de suministro (ASSC). Por este medio, la evaluación cualitativa consiste en examinar la gobernanza y el compromiso social y ambiental. Los indicadores para la evaluación cuantitativa son los sistemas y estándares de gestión, el cumplimiento y los indicadores sociales y ambientales. [134]

Mecánico

Chasis Tesla Model S con motor de accionamiento
Vista en corte de un motor de accionamiento Tesla Model S

Los motores eléctricos son mecánicamente muy simples y, a menudo, logran una eficiencia de conversión de energía del 90% [135] en toda la gama de velocidades y potencia de salida, y pueden controlarse con precisión. También se pueden combinar con sistemas de frenado regenerativo que tienen la capacidad de convertir la energía del movimiento en electricidad almacenada. Esto se puede utilizar para reducir el desgaste de los sistemas de frenos (y el consiguiente polvo de las pastillas de freno) y reducir el requerimiento total de energía de un viaje. El frenado regenerativo es especialmente eficaz para el uso en ciudad de arranque y parada.

Se pueden controlar con precisión y proporcionar un alto par de motor estacionario a en movimiento, a diferencia de los motores de combustión interna, y no necesitan varias marchas para adaptarse a las curvas de potencia. Esto elimina la necesidad de cajas de cambios y convertidores de par .

Los vehículos eléctricos proporcionan un funcionamiento silencioso y suave y, en consecuencia, tienen menos ruido y vibraciones que los motores de combustión interna. [136] Si bien este es un atributo deseable, también ha suscitado preocupación por el hecho de que la ausencia de los sonidos habituales de un vehículo que se aproxima representa un peligro para los peatones ciegos, ancianos y muy jóvenes. Para mitigar esta situación, los fabricantes de automóviles y las empresas individuales están desarrollando sistemas que producen sonidos de advertencia cuando los vehículos eléctricos se mueven lentamente, hasta una velocidad en la que los ruidos normales de movimiento y rotación (carretera, suspensión, motor eléctrico, etc.) se vuelven audibles. [137]

Los motores eléctricos no requieren oxígeno, a diferencia de los motores de combustión interna; esto es útil para submarinos y rovers espaciales .

Resiliencia energética

La electricidad se puede producir a partir de una variedad de fuentes; por lo tanto, proporciona el mayor grado de resiliencia energética . [138]

Eficiencia energética

La eficiencia del ' tanque a las ruedas ' de los vehículos eléctricos es aproximadamente un factor de tres más alta que los vehículos con motor de combustión interna. [136] La energía no se consume mientras el vehículo está parado, a diferencia de los motores de combustión interna que consumen combustible en ralentí. Sin embargo, al observar la eficiencia del pozo a la rueda de los vehículos eléctricos, sus emisiones totales, aunque aún más bajas, están más cerca de una gasolina o diésel eficiente en la mayoría de los países donde la generación de electricidad se basa en combustibles fósiles. [139] [140] [141]

La eficiencia del pozo a la rueda de un vehículo eléctrico tiene menos que ver con el vehículo en sí y más con el método de producción de electricidad. Un vehículo eléctrico en particular se volvería instantáneamente dos veces más eficiente si la producción de electricidad se cambiara de combustibles fósiles a energía renovable, como la energía eólica, la energía de las mareas, la energía solar y la energía nuclear. Por lo tanto, cuando se cita "pozo a las ruedas", la discusión ya no es sobre el vehículo, sino sobre toda la infraestructura de suministro de energía; en el caso de los combustibles fósiles, esto también debería incluir la energía gastada en exploración, minería, refinación, y distribución.

El análisis del ciclo de vida de los vehículos eléctricos muestra que incluso cuando funcionan con la electricidad más intensiva en carbono de Europa, emiten menos gases de efecto invernadero que un vehículo diésel convencional. [142]

Costo de recarga

El costo de operar un vehículo eléctrico varía enormemente según la ubicación. En algunas partes del mundo, conducir un vehículo eléctrico cuesta menos que un vehículo comparable a gasolina, siempre y cuando no se tenga en cuenta el precio de compra inicial más alto. En los EE. UU., En los estados que tienen un programa de tarifas eléctricas escalonadas, "combustible "para los vehículos eléctricos de hoy en día cuesta a los propietarios mucho más que el combustible de un vehículo de gasolina comparable. Un estudio de 2011 realizado por la Universidad de Purdue descubrió que, en California, la mayoría de los usuarios ya alcanzan el tercer nivel de precios de la electricidad cada mes, y agregar un vehículo eléctrico podría llevarlos al cuarto o quinto nivel (más alto, más caro), lo que significa que lo harán pagar más de $ 0.45 por kWh por electricidad para recargar su vehículo. A este precio, que es más alto que el precio medio de la electricidad en los EE. UU., Es mucho más caro conducir un vehículo eléctrico puro que conducir un vehículo tradicional de gas puro. "El objetivo de un sistema de precios escalonados es desalentar el consumo. Está destinado a hacer que piense en apagar las luces y conservar la electricidad. En California, la consecuencia no deseada es que los automóviles híbridos enchufables no serán económicos con este sistema ", dijo Tyner (el autor), cuyos hallazgos fueron publicados en la versión en línea de la revista Energy Policy. [143]

Estabilización de la red

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Vídeo sobre la estabilización de una red inteligente con vehículo eléctrico.

Dado que los vehículos eléctricos se pueden enchufar a la red eléctrica cuando no están en uso, existe la posibilidad de que los vehículos que funcionan con baterías reduzcan la demanda de electricidad al suministrar electricidad a la red desde sus baterías durante los períodos de mayor uso (como el aire acondicionado a media tarde). uso) mientras realizan la mayor parte de su carga por la noche, cuando hay capacidad de generación no utilizada. [101] [144] Esta conexión de vehículo a red (V2G) tiene el potencial de reducir la necesidad de nuevas plantas de energía, siempre que a los propietarios de vehículos no les importe reducir la vida útil de sus baterías, al ser agotadas por la compañía eléctrica. durante los picos de demanda. También está comprobado que un estacionamiento de vehículos eléctricos pudo desempeñar bien el papel de un agente que brinda respuesta a la demanda . [145] [ aclaración necesaria ]

Además, es posible que la infraestructura eléctrica actual deba hacer frente a una proporción cada vez mayor de fuentes de energía de salida variable, como la eólica y la solar fotovoltaica. [ ampliar inicialismo ] Esta variabilidad podría abordarse ajustando la velocidad a la que se cargan las baterías de los vehículos eléctricos, o posiblemente incluso se descargan.

Algunos conceptos ven intercambios de baterías y estaciones de carga de baterías, al igual que las estaciones de servicio de hoy. Estos requerirán enormes potenciales de almacenamiento y carga, que podrían manipularse para variar la tasa de carga y generar energía durante los períodos de escasez, al igual que los generadores diésel se utilizan durante períodos cortos para estabilizar algunas redes nacionales. [146] [147]

Distancia

Los vehículos eléctricos pueden tener un alcance más corto en comparación con los vehículos con motores de combustión interna. [148] [149] La mayoría de los propietarios optan por cargar sus vehículos principalmente en sus casas cuando no están en uso debido a que sus tiempos de carga suelen ser más lentos y a su comodidad adicional. [150]

Calefacción de vehículos eléctricos

En climas fríos, se necesita una energía considerable para calentar el interior de un vehículo y descongelar las ventanas. En los motores de combustión interna, este calor ya existe como calor residual de combustión desviado del circuito de refrigeración del motor. Este proceso compensa los costos externos de los gases de efecto invernadero . Si esto se hace con vehículos eléctricos de batería, la calefacción interior requiere energía adicional de las baterías de los vehículos. Aunque se podría obtener algo de calor del motor o de los motores y la batería, su mayor eficiencia significa que no hay tanto calor residual disponible como el de un motor de combustión.

Sin embargo, para los vehículos que están conectados a la red, los vehículos eléctricos con batería se pueden precalentar o enfriar, con poca o ninguna necesidad de energía de la batería, especialmente para viajes cortos.

Los diseños más nuevos se centran en el uso de cabinas sobreaisladas que pueden calentar el vehículo utilizando el calor corporal de los pasajeros. Sin embargo, esto no es suficiente en climas más fríos, ya que un conductor entrega solo unos 100 W de potencia de calefacción. Un sistema de bomba de calor , capaz de enfriar la cabina durante el verano y calentarla durante el invierno, parece ser [¿ según quién? ] la forma más práctica y prometedora de resolver la gestión térmica del VE. En 2008, Ricardo Arboix [151] introdujo un nuevo concepto basado en el principio de combinar la gestión térmica de la batería EV con la gestión térmica de la cabina mediante un sistema de bomba de calor. Esto se hace agregando un tercer intercambiador de calor, conectado térmicamente con el núcleo de la batería, a la bomba de calor tradicional o al sistema de aire acondicionado utilizado en modelos EV anteriores como el GM EV1 y el Toyota RAV4 EV. El concepto ha demostrado traer varios beneficios, como prolongar la vida útil de la batería, así como mejorar el rendimiento y la eficiencia energética general del EV. [152] [153] [154] [155]

Los cambios del transporte privado al público (tren, trolebús , tránsito rápido personal o tranvía) tienen el potencial de generar grandes ganancias en eficiencia en términos de la distancia recorrida por un individuo por kWH.

Las investigaciones muestran que la gente prefiere los tranvías, [156] porque son más silenciosos y más cómodos y se percibe que tienen un estatus más alto. [157] Por lo tanto, puede ser posible reducir el consumo de combustibles fósiles líquidos en las ciudades mediante el uso de tranvías eléctricos. Los tranvías pueden ser la forma de transporte público más eficiente desde el punto de vista energético, con vehículos con ruedas de goma que utilizan dos tercios más de energía que el tranvía equivalente y funcionan con electricidad en lugar de combustibles fósiles.

En términos de valor actual neto , también son los más baratos: los tranvías de Blackpool siguen funcionando después de 100 años, [158] pero los autobuses de combustión solo duran unos 15 años.

En mayo de 2017, India fue el primero en anunciar planes para vender solo vehículos eléctricos para 2030. [159] [160] El gobierno del primer ministro Narendra Modi puso en marcha el plan mediante una licitación para comprar 10.000 vehículos eléctricos, [161] aclamado como "la iniciativa de adquisición de vehículos eléctricos más grande del mundo". [162] Además de satisfacer la urgente necesidad de mantener bajo control la contaminación del aire, el gobierno indio apunta a reducir la factura de importación de petróleo y el costo de funcionamiento de los vehículos.

Con casi un tercio de todos los autos nuevos vendidos en 2017, ya sean completamente eléctricos o híbridos, Noruega es el líder mundial [ cita requerida ] en la adopción de autos eléctricos y presiona para vender solo autos eléctricos o híbridos para 2030. [ cita requerida ] Otro Las naciones también adoptaron esta práctica, y Francia y el Reino Unido anunciaron el plan para prohibir la venta de automóviles a gasolina y diésel para 2040. [ cita requerida ] Austria, China, Dinamarca, Alemania, Irlanda, Japón, los Países Bajos, Portugal, Corea y España también ha fijado objetivos oficiales para la venta de coches eléctricos. [ cita requerida ]

Muchos gobiernos ofrecen incentivos para promover el uso de vehículos eléctricos, con el objetivo de reducir la contaminación del aire y el consumo de aceite. Algunos incentivos pretenden incrementar las compras de vehículos eléctricos compensando el precio de compra con una subvención. Otros incentivos incluyen tasas impositivas más bajas o exenciones de ciertos impuestos e inversión en infraestructura de carga.

En algunos estados de EE. UU., Las empresas de automóviles se han asociado con empresas de servicios públicos privados locales para ofrecer grandes incentivos en determinados vehículos eléctricos. Por ejemplo, en el estado de Florida, Nissan y NextEra Energy, una compañía de energía local, están trabajando juntas para ofrecer incentivos de $ 10,000 en el Nissan Leaf 2017 totalmente eléctrico. Además, el gobierno ofrece incentivos para vehículos eléctricos de hasta $ 7,500 a las personas que cumplan con los requisitos establecidos por el Crédito Fiscal Federal para Vehículos Eléctricos. Un Nissan Leaf 2017 estándar cuesta alrededor de $ 30,000. Como resultado, los residentes de Florida podrían comprar un Leaf nuevo por menos de la mitad del precio de mercado. [163]

La empresa de servicios públicos privada local de San Diego, San Diego Gas and Electric (SDG & E), ofrece a sus clientes un incentivo para vehículos eléctricos de $ 10,000 por un BMW i3 2017. [164]

Sonoma Clean Power, la empresa de servicios públicos que atiende tanto a Sonoma como a Mendocino, ofrece a sus clientes incentivos para vehículos eléctricos de hasta $ 2,000 en un Volkswagen e-Golf. Además, Volkswagen ofrece un incentivo de $ 7,000 para la compra de un e-Golf. Además de estos incentivos locales y el crédito fiscal federal, los residentes de California pueden recibir incentivos estatales de hasta $ 2,500 en forma de reembolsos estatales. Por lo tanto, los clientes de Sonoma Clean Power pueden potencialmente ahorrar hasta $ 19,000 en un e-Golf. [165]

En marzo de 2018, NPR informó que la demanda de electricidad en los EE. UU. Había comenzado a disminuir. La Autoridad del Valle de Tennessee proyectó una caída del 13 por ciento en la demanda entre los siete estados a los que sirve, que es "la primera disminución persistente en los 85 años de historia de la agencia de propiedad federal". Para combatir esto, las empresas del sector de servicios públicos lanzaron programas para involucrarse más en el mercado de automóviles eléctricos. Por ejemplo, las empresas de servicios públicos comenzaron a invertir en infraestructura de carga de vehículos eléctricos y a asociarse con fabricantes de automóviles para ofrecer reembolsos a las personas que compran vehículos eléctricos. [166]

In the UK, the Office for Low Emission Vehicles (OLEV), working for the Department for Transport and the Department for Business, Energy and Industrial Strategy, offers grants[167] for the installation of up to two charge points both in private residences and up to 20 for commercial organisations.[168] The UK government has committed to net zero carbon by 2050. One policy that is linked to this commitment is the introduction of clean air zones in 5 cities and 23 local authorities in the next 12 months.[timeframe?] Non-compliant vehicles will face charges.[169]

Rimac Concept One, electric supercar, since 2013. 0 to 100 km/h in 2.8 seconds, with a total output of 800 kW (1,073 hp)
Tesla Model S, since 2012. 0 to 100 km/h in 2.5 seconds, recharging in 30 minutes to 80 percent, range 600 km

In 2008, Ferdinand Dudenhoeffer, head of the Centre of Automotive Research at the Gelsenkirchen University of Applied Sciences in Germany, predicted that "by 2025, all passenger cars sold in Europe will be electric or hybrid electric".[170] The COVID-19 pandemic gave birth to proposals for radical change in the organisation of the city, such as the Manifesto for the Reorganisation of the City after COVID19, published in Barcelona and signed by 160 academics and 300 architects, highly critical towards a transportation based on the private electric vehicle considered as a false solution.[171][172][173]

Environmental considerations

Despite one of the goals of electric vehicle adoption being to limit the carbon footprint and pollution caused by internal combustion engine vehicles, a rising concern amongst environmentalists and scientists[174] is the manufacturing process of electric vehicle batteries. In current practice, these vehicle batteries rely heavily on the mining industry of rare earth metals such as cobalt, nickel, and copper.[175] The land ore mining industry has been shown to generate between 1.9-5.1 GT of carbon dioxide amongst other issues.[176] An alternative method of sourcing essential battery materials being deliberated amongst the global community is deep sea mining of these metals,[177] which according to research can lead to lower carbon dioxide emissions in the electric vehicle supply chain.[178]

Improved batteries

Advances in lithium-ion batteries, driven at first by the personal-use electronics industry, allow full-sized, highway-capable EVs to travel nearly as far on a single charge as conventional cars go on a single tank of gasoline. Lithium batteries have been made safe, can be recharged in minutes instead of hours (see recharging time), and now last longer than the typical vehicle (see lifespan). The production cost of these lighter, higher-capacity lithium-ion batteries is gradually decreasing as the technology matures and production volumes increase (see price history).[179][180]

Many companies and researchers are also working on newer battery technologies, including solid state batteries[181] and alternate technologies.[182]

Battery management and intermediate storage

Another improvement is to decouple the electric motor from the battery through electronic control, employing supercapacitors to buffer large but short power demands and regenerative braking energy. The development of new cell types combined with intelligent cell management improved both weak points mentioned above. The cell management involves not only monitoring the health of the cells but also a redundant cell configuration (one more cell than needed). With sophisticated switched wiring, it is possible to condition one cell while the rest are on duty.[citation needed]

Electric trucks

Electric Renault Midlum used by Nestlé.

Small electric trucks have been used for decades for specific or limited uses, such as milk floats or the electric Renault Maxity.

Larger electric trucks have been made in the 2010s, such as prototypes of electric Renault Midlum tested in real conditions[183][184] and trucks by E-Force One and Emoss. Mercedes-Benz, a division of Daimler, began delivering ten eActros units to customers in September 2018 for a two-year real-world test.[185] DAF, a division of Paccar, delivered its first CF articulated truck to Jumbo for testing in December 2018.[186]

Fuso, a division of Daimler, began deliveries of the eCanter in 2017.[187] Freightliner, another division of Daimler, began delivering e-M2 trucks to Penske in December 2018, and will commercialise its larger e-Cascadia in 2019.[188] MAN, a division of Volkswagen AG, delivered its first unit of its e-TGM articulated truck to Porsche in December 2018, larger-scale production is scheduled to begin in 2019.[189]

Renault and Volvo hoped to launch their first mass-produced electric trucks in early 2019.[190][191]

Announced in 2017, the Tesla Semi was expected to hit production lines in 2019.[192]

Hydrogen trains

Particularly in Europe, fuel-cell electric trains are gaining in popularity to replace diesel-electric units. In Germany, several Länder have ordered Alstom Coradia iLINT trainsets, in service since 2018,[193] with France also planning to order trainsets.[194] The United Kingdom, the Netherlands, Denmark, Norway, Italy, Canada[193] and Mexico[195] are equally interested. In France, the SNCF plans to replace all its remaining diesel-electric trains with hydrogen trains by 2035.[196] In the United Kingdom, Alstom announced in 2018 their plan to retrofit British Rail Class 321 trainsets with fuel cells.[197]

With the increase in number of the electric vehicles, it is necessary to create an appropriate number of charging stations to supply the increasing demand.[198] We also need a proper management system that coordinates the charging turn of each vehicle so that we can avoid having some charging stations overloaded of vehicles and others empty.[199]

  • Dual-mode vehicle
  • Electrathon
  • Electric Auto Association
  • Electric car use by country
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