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El vehículo y la batería eléctrica

Un vehículo eléctrico funciona con un motor eléctrico alimentado por una batería eléctrica, que se carga desde una red eléctrica doméstica o bien desde una estación de recarga pública o privada.

La principal diferencia entre los vehículos de combustión interna y los vehículos eléctricos es la tecnología y la fuente de energía que utilizan. Los primeros funcionan con motores de combustión con unos rendimientos aproximados del 30% y la fuente de energía es el gasóleo o la gasolina, mientras que los vehículos eléctricos funcionan con un motor alimentado por electricidad con rendimientos cercanos al 95%.

La implantación del vehículo eléctrico presenta una serie de ventajas y oportunidades para el desarrollo de una movilidad sostenible, dado que permite la integración de las energías renovables en un sector que depende de los derivados del petróleo en un porcentaje cercano al 95%. Se reduce pues la dependencia de los productos derivados del petróleo, se mejora la calidad del aire en nuestras ciudades, y se reduce también la emisión de gases de efecto invernadero, y permite un nuevo posicionamiento de la industria del automóvil implantada en Cataluña.

El parque móvil de vehículos eléctricos en Cataluña y el número de estaciones de recarga de acceso público aumentan constantemente, como se puede ver en la infografía de movilidad eléctrica que se actualiza trimestralmente.

Actualmente el mercado de vehículos eléctricos es muy completo, con turismos, vehículos industriales ligeros, bicicletas, motocicletas, ciclomotores y hasta vehículos industriales pesados y autobuses de diversas capacidades, todos 100% eléctricos o de cero emisiones:

Vehículos 100% eléctricos (BEV): disponen de un motor eléctrico que transforma la energía almacenada en las baterías en energía cinética que se transmite directamente al tren motor de las ruedas. Son vehículos que requieren un mantenimiento bajo, que normalmente se centra en el sistema de frenado y renovación de neumáticos, gastos que también tiene un vehículo convencional.
Aprovechan la energía de las frenadas y los desniveles para generar electricidad que se acumula en las baterías. Se trata de una opción que incorporan todos los eléctricos que utilizan el motor como alternador para ser más eficientes y aumentar su autonomía.

Vehículos eléctricos con autonomía extendida (Reeves): tienen un pequeño motor de combustión que alimenta la batería, generando electricidad para que no se descargue tan rápido y que a la vez pueda disponer de un extra de autonomía. Esta funcionalidad se puede usar o no según el criterio del conductor. El mantenimiento es similar al de un vehículo de combustión interna ya que dispone de un motor que hay que revisar con la misma periodicidad que un vehículo convencional.

Vehículos eléctricos híbridos (HEV): fueron el pioneros tecnológicos en la movilidad eléctrica para turismos. Actualmente hay una variante más avanzada que son los vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV). Estos vehículos disponen de dos motores, uno eléctrico y uno térmico convencional, aparte de las baterías que alimentan el motor eléctrico y un depósito de combustible para el motor térmico. Pueden funcionar en modo eléctrico en recorridos urbanos disponiendo de una autonomía considerable y usar el motor de combustión en desplazamientos por carretera. El mantenimiento de estos vehículos es el mismo que el de los vehículos convencionales, y el precio de adquisición es más elevado que el de un vehículo eléctrico puro, ya que se trata de un vehículo de propulsión doble y esto encarece el precio.

Los vehículos híbridos son una variante de los eléctricos, y disponen de los mismos elementos que los enchufables, pero la batería únicamente se recarga aprovechando la energía de las frenadas y la inercia en los desniveles y no tiene la opción de enchufarse a la red. El motor eléctrico sólo funciona de forma exclusiva a velocidades bajas y dispone de muy poca autonomía en modo eléctrico. Son vehículos más eficientes que los vehículos convencionales porque pueden recuperar energía en las frenadas o mediante el freno motor, mientras que en los vehículos convencionales esta energía se disipa.

Motocicletas y ciclomotores eléctricos: Las motocicletas eléctricas presentan muchas ventajas medioambientales con las tradicionales gracias a los motores eléctricos sin escobillas, al menos en la mayoría de los casos, y que cuentan con la particularidad de no disponer de piezas de contacto. Por este motivo, su mantenimiento es mucho más sencillo que el de otros vehículos similares

La batería tiene un papel fundamental en el funcionamiento de las motos eléctricas. En la mayoría de los casos, las podemos encontrar en forma de packs, de cuatro o cinco baterías de 12 voltios cada una, con un tiempo de recarga de entre cuatro y cinco horas para la totalidad de las mismas, aunque en las primeras dos horas se llega a cargar más de la mitad.

El cargador que permite la recarga de las baterías es un dispositivo externo que se conecta a cualquier enchufe doméstico.

Bicicleta eléctrica de pedaleo asistido: Es la tipología más común y la única que se considera legalmente como una bicicleta a todos los efectos. Por lo tanto, puede ir por carriles-bici, por pistas forestales, no requiere matrícula, no paga impuesto de circulación y no requiere carné de conducir.

La asistencia eléctrica sólo se puede accionar mediante el pedaleo del ciclista y en Europa la potencia del motor no puede superar los 250W ni asistir más allá de los 25 km / h. Aún así, se puede circular más rápido si el ciclista sigue pedaleando sin ayuda.

El rasgo más distintivo de las bicicletas eléctricas es el sensor de pedaleo. Este puede ser de velocidad o movimiento, que es el sistema de detección más sencillo y el más común en las bicicletas eléctricas más económicas, o de par motor o torsión, que detecta la fuerza que el ciclista ejerce sobre los pedales y ofrece una asistencia inmediata y proporcionada a esa fuerza.

Bicicleta eléctrica "rápida" (speed ebike): Aparentemente es como una bicicleta pero legalmente debe considerarse un ciclomotor y por tanto, sujeto a permisos, restricciones de zonas donde circular, impuestos, matriculación, retrovisores, casco obligatorio, etc.

En este caso la asistencia eléctrica se puede accionar igualmente con los pedales o también a demanda mediante un pulsador o acelerador. La potencia del motor puede superar los 250W y generalmente se sitúa entre los 350 y 500W. A diferencia de las bicicletas eléctricas de pedaleo asistido, el motor puede asistir al ciclista hasta una velocidad máxima de 45 km / h.

Otros tipos de vehículos eléctricos: También existen otros vehículos eléctricos de desplazamiento unipersonal como los patinetes eléctricos, los segways o ruedas eléctricas que se alimentan de una batería recargable y autonomía muy limitada, aproximadamente 12 a 20 km, que supone alrededor de una hora en funcionamiento. Son útiles para sustituir el desplazamiento a pie en trayectos urbanos cortos o bien en grandes instalaciones como aeropuertos o naves industriales. La velocidad de estas vehículos suele ser de entre 15 y 20 km / h.

Las baterías son un componente esencial de los vehículos eléctricos. Una batería eléctrica es un dispositivo que genera energía eléctrica mediante un procedimiento electroquímico que transforma la energía de una reacción química en energía eléctrica.

Existen baterías recargables (o acumuladores) y baterías o pilas desechables. Los vehículos eléctricos emplean acumuladores que están hechos de metales y compuestos químicos. Actualmente hay baterías de níquel-hierro, níquel-cadmio, níquel-yoduros metálicos o níquel-polímeros, aunque las más extendidas actualmente en los vehículos eléctricos son las de ión-litio para la sus reducidas dimensiones, peso, mayor autonomía y menor gasto en mantenimiento.

Las principales características de las baterías son:

Capacidad: La energía total que puede almacenar una batería, es decir su capacidad, se mide en vatios-hora (Wh), al igual que el consumo eléctrico de una vivienda. Este valor se especifica en la mayoría de baterías.

Autonomía: La cantidad de km que se puede recorrer con una batería varía según el uso que se haga del motor y de la conducción, especialmente las aceleraciones.

En términos generales, la mayoría de coches eléctricos se mueven con un consumo medio de entre 15 y 22 kWh / 100 km, por lo que una batería de 24 kWh debería poder ofrecer potencialmente energía para recorrer unos 150 km reales y una batería de 30 kWh unos 200 km reales.

Las bicicletas eléctricas en cambio, tienen una capacidad de entre 0,2 y 0,4 kWh y por tanto, pueden recorrer entre 25 y 60 km según la demanda de ayuda del motor que haga el usuario.

En cambio los vehículos eléctricos ligeros (patinetes eléctricos, los segways o ruedas eléctricas) tienen una capacidad de entre 0,15 y 0,25 kWh con una autonomía de entre 12 y 20 km.

Vida útil de las baterías: Según la mayoría de fabricantes la vida útil de una batería de ión-litio oscila entre los 800 y los 1.100 ciclos completos de carga. En este sentido, a nivel teórico un conductor que utiliza el vehículo diariamente para recorrer unos 75 km y realiza el equivalente a dos cargas completas semanales podría utilizar la batería durante un período de entre 6 y 8 años. En la práctica, hay que tener en cuenta que al igual que sucede con otros aparatos, la batería va sufriendo un ligero desgaste con independencia de su utilización que algunos fabricantes cuantifican de hasta un 5%.

Tiempo de carga: El tiempo de una carga completa varía sobre todo dependiendo de la capacidad total de la batería, de su voltaje y del transformador. De manera orientativa una batería de 20kW se recarga en un enchufe normal (3'3kW) en 6 horas.

Peso: Las baterías de mayor capacidad también pesan más, con diferencias que pueden llegar a los 3 o 4 kg. En este sentido, lo más recomendable es ajustar el tamaño de la batería al tipo de uso mayoritario que se quiera realizar de la bicicleta

Los fabricantes de vehículos, junto con empresas del sector eléctrico, están trabajando en posibles aplicaciones para la gestión de la batería, una vez ésta llega al final de su vida útil.

La batería del vehículo eléctrico, después de unos 8 a 10 años de uso y debido a la acumulación de ciclos de recarga, pierde una parte de su capacidad de recarga (alrededor de un 20%) afectando el rendimiento y las prestaciones del vehículo. En aquet momento, la batería sigue funcionando correctamente pero la autonomía se reduce, por lo que es recomendable cambiarla si se quiere seguir manteniendo las prestaciones iniciales del vehículo.

Por este motivo, a menudo en la compra de un vehículo eléctrico hay que tener en cuenta el coste del vehículo por un lado, y el del coste de la batería por el otro. Según los fabricantes se pueden encontrar diferentes opciones: batería de compra, de alquiler, de leasing ... y una vez finalizada su vida útil en el vehículo, el propietario puede optar por cambiar la batería o el propio vehículo.

Sin embargo, la batería sigue siendo útil y válida para otras aplicaciones, es decir, puede tener una segunda oportunidad después de una vida útil funcionando en un vehículo eléctrico. Esta batería seguirá ofreciendo sus virtudes de acumulación de energía, y una de las opciones más viable es funcionar como sistema estacionario de almacenamiento de energía eléctrica.

La batería puede acumular la energía eléctrica de origen renovable, fotovoltaica o eólica, y devolverla a la red eléctrica cuando sea necesaria, por ejemplo, cuando esté nublado o no haga viento, reduciendo la dependencia energética de origen fósil y aumentando la generación de energía eléctrica con energías renovables.

Las aplicaciones de segunda vida para las batería de un vehículo eléctrico pueden ser:

  • Almacenamiento de energía renovable.
  • Fuente de alimentación energética doméstica o industrial.
  • Gestión de carga inteligente de la red: las empresas pueden almacenar energía eléctrica generada en horas de poca demanda y luego aprovecharla para complementar horas punta.

La segunda vida útil de las baterías servirá para mejorar el balance económico en los vehículos eléctricos, que aún tienen un sobrecoste importante en la adquisición en comparación con modelos convencionales de combustión interna. A pesar de que el coste de las baterías ha disminuido drásticamente, aunque constituye la tercera parte del precio total de un vehículo eléctrico. Dotar a las baterías de un valor en el mercado de segundo uso abrirá el mercado de los vehículos eléctricos a un nuevo abanico de clientes.

Reciclaje de las baterías

Una vez finalizada la vida útil de las baterías, se debe tener en cuenta su reciclaje, ya que la mayoría de baterías contienen metales pesados y compuestos químicos, muchos de ellos perjudiciales para el medio ambiente. Es obligatorio llevarlas a un centro de reciclado especializado. En la Unión Europea es obligatorio reciclar el 95% del peso total de la batería. Hoy en día, todos los fabricantes de vehículos eléctricos han implementado en los talleres oficiales los procedimientos de comportamiento y manipulación de las baterías. Del mismo modo, las baterías defectuosas deben ser gestionadas para su envío al gestor final para reciclado y / o valorización.

La descarga de la electricidad residual de la batería es imprescindible antes de cualquier proceso de reciclado. Según el tipo de batería, el proceso de reciclaje será uno u otro en función de la naturaleza reactiva de los materiales que la componen. Los metales que se extraen de las baterías son aquellos más valiosos como el cobalto que se extrae en forma de óxido de cobalto y litio. El bajo coste económico del litio recuperado en las baterías no favorece una total recuperación del mismo. Como ejemplo de la evolución del reciclaje, indicó que el 98% del plomo que se utiliza en el mundo proviene del reciclaje. Los materiales de los electrodos de las baterías de Ni-MH son relativamente estables en condiciones estándares de trabajo; en cambio, en las baterías de ión litio se encuentra una mayor dificultad en el proceso de reciclaje debido a la gran reactividad de los materiales que la componen.

Por tanto, la reutilización de las baterías conlleva:

Mejoras energéticas.
Mejoras medioambientales.
Mejoras económicas.
Mejoras sociales.
Además, el reciclaje de las baterías permite poder cerrar el círculo de la batería en el proceso de la movilidad en vehículo eléctrico.