Los autos eléctricos están causando una revolución en el mundo automovilístico. Estos vehículos silenciosos, libres de contaminación y de alto rendimiento se espera que hagan obsoletos a sus contrapartes de motores de combustión interna para el 2025. En este artículo, analizaremos las tecnologías ocultas detrás del modelo Tesla S, que recientemente se convirtió en el auto de aceleración más rápida del mundo. Veremos cómo los autos eléctricos han logrado un rendimiento superior a través del estudio de la tecnología del motor de inducción, el inversor, la batería de iones de litio y, sobre todo, el mecanismo sincronizado del vehículo, de manera lógica y paso a paso.
El motor de inducción: el corazón de los autos eléctricos
El motor de inducción, una invención del gran científico Nikola Tesla hace más de 100 años, es la pieza clave del auto Tesla. Este motor consta de dos partes principales: el estator y el rotor. El rotor es simplemente una colección de barras conductoras cortocircuitadas por anillos finales. Al estator se le suministra corriente alterna trifásica, lo cual produce un campo magnético giratorio. El motor Tesla produce un campo magnético de 4 polos. Este campo magnético giratorio induce corriente en las barras del rotor, haciendo que este gire. Una de las ventajas del motor de inducción es que su velocidad depende de la frecuencia de la fuente de alimentación de corriente alterna. Así, simplemente variando la frecuencia de la alimentación eléctrica, podemos controlar la velocidad de las ruedas y, por lo tanto, la velocidad del auto. Esto hace que el control de velocidad de los autos eléctricos sea fácil y confiable.
La batería y el inversor: la fuente de energía
La energía que alimenta el motor del auto Tesla proviene de un paquete de baterías, que produce corriente continua (DC). Antes de suministrar esta energía al motor, debe convertirse a corriente alterna (AC), y para esto se utiliza un inversor. El inversor también controla la frecuencia de la corriente alterna, lo que a su vez controla la velocidad del motor. Además, el inversor puede variar la amplitud de la corriente alterna, lo que permite controlar la potencia de salida del motor. Por lo tanto, el inversor actúa como el «cerebro» del auto eléctrico.
El paquete de baterías: almacenando energía de manera eficiente
El paquete de baterías del auto Tesla está compuesto por miles de celdas de iones de litio comunes. Estas celdas están conectadas en una combinación de serie y paralelo para producir la energía requerida para mover el auto. Una innovación importante de Tesla es la refrigeración por glicol que se hace pasar por tubos metálicos entre las celdas del paquete de baterías. Esto garantiza una refrigeración efectiva, minimizando los puntos calientes y logrando una distribución uniforme de la temperatura, lo que prolonga la vida útil de la batería. Además, el paquete de baterías está distribuido a lo largo del piso del auto, lo que brinda rigidez estructural y mejora la estabilidad del vehículo, gracias a un centro de gravedad más bajo.
El tren de transmisión: transmitiendo el poder a las ruedas
La potencia generada por el motor se transfiere a las ruedas motrices a través de una caja de cambios. En el caso del Tesla Model S, se utiliza una transmisión de una sola velocidad debido a la eficiencia del motor en un amplio rango de condiciones de funcionamiento. Esta transmisión de una sola velocidad reduce la velocidad de salida del motor en dos pasos. Incluso se logra la marcha atrás cambiando el orden de las fases de alimentación. En un auto eléctrico, la única función de la transmisión es reducir la velocidad y multiplicar el par asociado.
El sistema de frenado regenerativo: ahorrando energía mientras frena
Una característica interesante de los autos eléctricos es su sistema de frenado regenerativo. Este sistema permite aprovechar la energía cinética del auto al frenar y convertirla en electricidad en lugar de desperdiciarla en forma de calor. Durante el frenado regenerativo, el mismo motor de inducción actúa como un generador: las ruedas impulsan el rotor del motor, y para convertir el motor en generador, debemos asegurarnos de que la velocidad del rotor sea mayor que la velocidad del campo magnético giratorio. Aquí es donde entra en juego el inversor, ajustando la frecuencia de la corriente de entrada para mantener la velocidad del campo magnético por debajo de la velocidad del rotor. De esta manera, se genera electricidad en las bobinas del estator a un nivel mucho mayor que la electricidad suministrada. Esta electricidad generada se almacena nuevamente en el paquete de baterías. Dado que el frenado regenerativo permite controlar con precisión la velocidad del vehículo, se puede conducir eficientemente utilizando solo un pedal.
Seguridad y eficiencia: las ventajas de los autos eléctricos
Los autos eléctricos son mucho más seguros que los autos de combustión interna. Además, el costo de mantenimiento y conducción de un auto eléctrico es mucho menor que el de un auto con motor de combustión interna. Con los avances tecnológicos, los autos eléctricos prometen ser los vehículos del futuro.
