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Introducción
La industria del vehículo eléctrico (VE) está creciendo a un ritmo sin precedentes, lo que indica un cambio en la estrategia del sector de la automoción. Los estudios de mercado sugieren que es probable que las ventas de unidades de automóviles eléctricos en todo el mundo alcancen los 30 millones en 2027. No cabe duda de que el uso de vehículos eléctricos sigue una trayectoria ascendente debido a las constantes innovaciones, la mejor comprensión del medio ambiente y los cambios de actitud de los consumidores.
Esta guía pretende explicar qué hace únicos a estos vehículos, empezando por los sistemas básicos que permiten la propulsión y terminando por los componentes estructurales y de soporte del vehículo completo. Así que, ahora, vamos a sumergirnos más a fondo en el reino de los componentes de los vehículos eléctricos.
Componentes básicos del VE
Los componentes clave de un vehículo eléctrico son la parte más crucial del vehículo, ya que determinan el rendimiento global del mismo. Estos componentes ev funcionan en paralelo para transformar la energía eléctrica almacenada en movimiento y proporcionar potencia mecánica. En las siguientes secciones, hablaremos de las principales piezas de los vehículos eléctricos que se consideran el núcleo de un vehículo eléctrico.
Batería
La batería es quizá la parte más importante de un vehículo eléctrico. Es el sistema de almacenamiento de energía que contiene la energía eléctrica que se utiliza para accionar el motor del vehículo. La capacidad de la batería, que suele estar formada por muchas celdas individuales agrupadas en módulos y luego en un pack, determina la autonomía del vehículo.
El tipo de batería (ión-litio, níquel-hidruro metálico, plomo-ácido), el voltaje y la densidad energética son algunos de los factores críticos que definen el rendimiento de las baterías. El pack de baterías también cuenta con complejos sistemas de control térmico y monitorización para garantizar un funcionamiento seguro y eficiente.
Motor eléctrico
El motor eléctrico es la fuente de energía de un vehículo eléctrico y se encarga de convertir la energía eléctrica del paquete de baterías en energía mecánica para hacer girar las ruedas. Los motores eléctricos se diferencian de los motores de combustión interna en que proporcionan par al principio y, por tanto, permiten una aceleración inmediata y una velocidad del motor controlada de forma casi inmediata.
Los distintos tipos de motores eléctricos que se utilizan en los VE son los motores síncronos de imanes permanentes (PMSM), los motores de reluctancia conmutada (SRM) y los motores de inducción; cada uno tiene sus propias ventajas en términos de eficiencia, potencia y coste.
Controlador del motor
El controlador del motor, también conocido como inversor de potencia, controla el flujo de electricidad del paquete de baterías al motor eléctrico. Controla la velocidad, la cantidad de fuerza que el motor puede aplicar a las ruedas y la dirección en la que debe aplicarse, permitiendo así que el vehículo avance, reduzca la velocidad o incluso retroceda.
En otras palabras, el controlador del motor es la unidad de control central de la transmisión eléctrica, ya que determina cómo reacciona el motor a órdenes como las del pedal del acelerador. El controlador del motor también contribuye a la eficiencia energética regulando el flujo de energía eléctrica en función de las condiciones y necesidades de conducción. Su funcionamiento eficiente y estable se basa por completo en una carcasa metálica fabricada con precisión que proporciona la energía crítica que necesita el motor. gestión térmica y blindaje electromagnético.
Baterías auxiliares
Además del paquete de baterías principal, los vehículos eléctricos pueden tener baterías adicionales, que son baterías de plomo-ácido de 12 V o de iones de litio. Son las baterías que se utilizan para otras funciones distintas de la propulsión, como la iluminación, el entretenimiento, los limpiaparabrisas y los elevalunas. Las baterías auxiliares suelen tener una capacidad comparativamente menor y pueden recargarse desde la batería principal o a través de un terminal de carga.
Cargador de a bordo
El cargador de a bordo es una parte crucial del sistema de carga del coche eléctrico y desempeña un papel importante en la carga de la batería. Se utiliza para convertir la electricidad de CA de la fuente externa en electricidad de CC que se utiliza para recargar el paquete de baterías.
Los cargadores de a bordo pueden ser de diferentes tipos en función de la capacidad de carga, que define la velocidad de carga del vehículo. Los cargadores de a bordo están pensados para soportar infraestructuras de carga rápida como la carga rápida de CC y, por lo tanto, las capacidades de carga rápida son cada vez más importantes. La seguridad y fiabilidad a largo plazo de un dispositivo de tan alta potencia depende en gran medida de una carcasa metálica robusta y térmicamente eficiente.
Convertidor CC/CC
El convertidor CC/CC se utiliza para convertir la alta tensión del paquete de baterías de tracción a una tensión más baja, normalmente 12 voltios, para alimentar otros sistemas del vehículo eléctrico, como las luces, el sistema de infoentretenimiento y la dirección asistida.
Sin el convertidor CC/CC, el coche no podría manejar los diferentes voltajes que necesitan todos los sistemas eléctricos del vehículo. Proteger este sensible hardware de conversión de potencia del duro entorno automovilístico es la tarea de una carcasa duradera y fabricada con precisión.
Sistema de barras de alta tensión
Como superautopista eléctrica del VE, el sistema de barras colectoras utiliza conductores sólidos de cobre o aluminio para transferir inmensas corrientes entre la batería, el inversor y el motor, sustituyendo a los pesados mazos de cables.
La fabricación de estos componentes requiere una precisión extrema en el estampado, el doblado y la aplicación de revestimientos aislantes. La forma exacta de la barra colectora y la calidad de la conexión son primordiales, ya que incluso los defectos más pequeños pueden causar resistencia, lo que provoca una pérdida crítica de energía en forma de calor y plantea graves riesgos para la seguridad. Esto hace que la fabricación de precisión sea esencial para la eficiencia y fiabilidad de toda la cadena cinemática, donde cada detalle importa.
Sistema de distribución de alta tensión
El sistema de distribución de alta tensión consta de cables, conectores, contactores y otros elementos que transfieren la energía eléctrica de forma segura y eficiente al motor, inversor, paquete de baterías, cargador de a bordo, convertidor CC/CC y otros componentes de alto calibre. La tensión suele ser superior a 400 voltios, por lo que se tiene en cuenta la eficiencia y la seguridad del vehículo.
Para evitar electroshocks y daños en los circuitos de alta tensión, este sistema cuenta con una serie de medidas de seguridad de gran eficacia que aumentan la seguridad de la instalación.
Sistema de gestión térmica (refrigeración)
La batería, el motor eléctrico y la electrónica de potencia deben funcionar a la temperatura adecuada para garantizar su eficacia y durabilidad. El sitio gestión térmica de un VE implica el uso de refrigeración líquida, refrigeración por aire o una combinación de ambas para refrigerar los componentes mencionados.
Los sensores de temperatura están estrechamente regulados por complejos sistemas de control que activan los sistemas de refrigeración para evitar el sobrecalentamiento o el subenfriamiento.
Unidad de control del vehículo (VCU)
La unidad de control del vehículo (VCU) actúa como unidad central de procesamiento del vehículo eléctrico. Es un sistema electrónico avanzado que controla y supervisa la funcionalidad de la cadena cinemática, el frenado, la dirección y los sistemas térmicos.
La VCU está conectada a varios sensores repartidos por todo el vehículo y recibe datos de ellos, los procesa y envía órdenes a los actuadores y otras unidades de control para mantener el rendimiento, la seguridad y la eficiencia del vehículo. Este "cerebro" del automóvil se apoya en una carcasa protectora, fabricada con precisión para garantizar su funcionamiento estable en todas las condiciones de conducción.
Interfaz de carga
La interfaz de carga es el punto de conexión en el que un vehículo eléctrico se conecta a una fuente de alimentación externa para cargarse. Existen varios tipos de conectores de carga en función de las regiones y las normas de carga, como el Tipo 1 (SAE J1772), el Tipo 2 (IEC 62196), CHAdeMO y CCS (Sistema de Carga Combinada). La interfaz de carga del vehículo define la compatibilidad del vehículo con diferentes equipos de carga.
Sistema de frenado regenerativo
El frenado regenerativo es un componente esencial de los vehículos eléctricos que permite convertir la energía cinética durante la desaceleración y el frenado. Cuando el conductor levanta el pie del acelerador o pisa el freno, el motor eléctrico se convierte en generador eléctrico y transforma la energía cinética del coche en electricidad que se almacena en la batería. Este proceso también contribuye a aumentar la eficiencia energética y la autonomía del vehículo, al tiempo que reduce el desgaste de los frenos de fricción convencionales.
Transmisión (o Reductor)
Los vehículos eléctricos emplean un sistema de transmisión, también conocido como reductor, que controla la velocidad del motor eléctrico para suministrar la potencia necesaria a las ruedas motrices.
La mayoría de los VE no tienen sistemas de transmisión de varias marchas, como es el caso de los vehículos tradicionales, ya que los motores eléctricos tienen un amplio rango de par. Esto se debe a la sencillez del sistema, que hace que los vehículos eléctricos sean eficientes y fiables.
El papel fundamental de la fabricación de chapa metálica en los componentes de los vehículos eléctricos
Entender cuáles son los componentes básicos es el primer paso. El siguiente es comprender cómo se fabrican para que funcionen de forma fiable y segura. La fabricación de chapa metálica de precisión es un proceso fundamental que da vida a muchos de estos componentes críticos del VE, abordando tres retos clave de ingeniería:
Blindaje contra interferencias electromagnéticas (EMI)
Los componentes electrónicos de alto voltaje como el controlador del motor, la VCU y la unidad de distribución de energía (PDU) generan una EMI significativa. Sus carcasas no son simples cajas; son escudos diseñados con precisión. Fabricadas con metales conductores como el aluminio o el acero, estas cajas actúan como jaulas de Faraday, evitando interferencias entre sistemas sensibles. El diseño de las costuras, los puntos de conexión a tierra e incluso la elección del revestimiento son fundamentales para garantizar la integridad electrónica del vehículo. Muchos diseños de cajas toman prestadas prácticas probadas de fabricación de metales para automoción para lograr durabilidad, apantallamiento EMI y ligereza.
Gestión térmica avanzada
Componentes como los inversores y los motores producen un calor intenso. Sus carcasas de chapa son partes activas del sistema de gestión térmica. Técnicas como el estampado de aletas de refrigeración integradas o la fabricación de canales de refrigeración líquida directamente en la estructura de la carcasa son esenciales. Esto permite una disipación eficaz del calor, protegiendo los componentes electrónicos y garantizando el máximo rendimiento y longevidad.
Integridad estructural y aligeramiento
La chapa metálica constituye la columna vertebral de la seguridad y la eficiencia del vehículo. Los componentes estructurales, como los refuerzos de las baterías, los soportes de los amortiguadores y los subchasis, se fabrican con acero de alta resistencia o aleaciones de aluminio. Los avanzados procesos de estampación y conformado permiten crear piezas mucho más ligeras que las tradicionales de fundición sin sacrificar su resistencia. Esta importante reducción de peso se traduce directamente en una mayor autonomía del vehículo y un mejor manejo. Estos diseños sensibles al peso están directamente relacionados con aligeramiento en automociónmejorando la eficiencia sin comprometer la seguridad ni la durabilidad.
Componentes básicos del VE
Más allá de los sistemas básicos que intervienen directamente en la propulsión, los vehículos eléctricos incorporan también numerosos componentes fundamentales que contribuyen a la funcionalidad, la seguridad y la estética generales del vehículo.
Paneles de carrocería
Los paneles de la carrocería de un vehículo eléctrico (VE) no sólo sirven para cubrir la superficie, sino que también protegen las partes internas del vehículo y a sus pasajeros de factores externos y golpes.
Los paneles utilizados en los VE, como el capó, los guardabarros, las puertas e incluso el techo, suelen estar fabricados con materiales ligeros pero duraderos, como aluminio, acero de alta resistencia o materiales compuestos. Últimamente, cada vez se presta más atención al uso de materiales más ligeros para mejorar la eficiencia y la autonomía de los vehículos eléctricos, lo que a su vez contribuye a la autonomía general y a la eficiencia de la batería.
Caja de la batería
La carcasa de la batería es un componente estructural crítico diseñado para alojar y proteger los módulos de la batería. Su fabricación debe resolver las exigencias contrapuestas de alta resistencia a los impactos, bajo peso y un sellado ambiental perfecto (IP67 o superior). La fabricación de chapa metálica de precisión es la tecnología clave para superar estos retos, siendo el sellado el más complejo. Conseguir este sellado exige mantener unas tolerancias dimensionales y una planitud extremadamente ajustadas en grandes superficies, lo que a menudo requiere procesos avanzados como la soldadura láser para controlar la distorsión térmica y garantizar la seguridad absoluta de la batería.
La siguiente tabla muestra la comparación de las propiedades clave de los materiales que se utilizan habitualmente para las carcasas de las baterías con el fin de determinar su aplicabilidad en diferentes aplicaciones:
| Tipo de material | Resistencia a la tracción | Espesor (rango típico) | Peso | Nivel de protección |
| Aleación de aluminio | 200-300 MPa | 1-3 mm | Ligero, aprox. 2,7 g/cm³ | Moderado (Adecuado para impactos ligeros y protección contra fuerzas externas) |
| Acero de alta resistencia | 600-1200 MPa | 1,5-4 mm | Más pesado, aprox. 7,85 g/cm³ | Alta (Proporciona una fuerte protección contra colisiones) |
| Compuesto de fibra de carbono | 1500-3000 MPa | 1-2 mm | Ultraligero, aprox. 1,6 g/cm³ | Muy alta (Excelente resistencia al impacto y al desgarro) |
| Compuesto plástico | 50-150 MPa | 2-5 mm | Ligero, aprox. 1,3-1,7 g/cm³. | Bajo a moderado (Adecuado para protección de bajo impacto) |
Placas de disipación de calor del sistema de refrigeración de la batería
Dado que la batería es un sistema que produce calor durante la carga y la descarga, se incorporan placas de disipación de calor para controlar la temperatura. Estas placas suelen estar asociadas al sistema de refrigeración de la batería, que está hecho de refrigerante para controlar la temperatura. Las placas están hechas de materiales conductores térmicos como el aluminio para garantizar que la temperatura esté bien regulada.
Es importante mantener la temperatura de la batería dentro del rango más adecuado para su uso, durabilidad y seguridad.
Chasis
El chasis es la estructura principal del vehículo que alberga todos los ensamblajes principales, como la carrocería, la cadena cinemática y otros conjuntos. En los vehículos eléctricos, el chasis se utiliza para alojar el gran paquete de baterías y ofrecer resistencia y protección en caso de accidente. Suele ser de acero de alta resistencia o de aluminio.
Componentes estructurales
Además de la carrocería, se utilizan otras piezas como vigas, soportes y refuerzos para reforzar el bastidor del vehículo y poder soportar las tensiones que se ejercen sobre él durante la conducción normal y, en caso de accidente, proteger a los ocupantes.
Estos componentes estructurales son especialmente relevantes en los vehículos eléctricos porque el paquete de baterías añade peso extra al chasis. La fibra de carbono y otros materiales ligeros, como el acero y el aluminio, se utilizan para reforzar estas piezas sin comprometer el peso del vehículo.
Caja del motor eléctrico
El recinto del motor eléctrico cumple varias funciones clave. En primer lugar, protege el motor de elementos ambientales como el polvo y el agua, al tiempo que controla el ruido. También es fundamental para la disipación del calor; para maximizar esta función, la carcasa se convierte a menudo en un componente de gestión térmica activa con características como aletas de refrigeración estampadas o canales de refrigeración líquida integrados.
Además, en muchos vehículos eléctricos modernos, la carcasa también actúa como parte estructural, mejorando la seguridad del chasis. Cumplir todas estas exigentes funciones en un solo componente requiere capacidades de fabricación avanzadas para crear características térmicas complejas sin comprometer la integridad estructural.
Caja de interfaz de carga
La caja de la interfaz de carga aloja las piezas que se utilizan para conectar el vehículo eléctrico a la estación de carga. Esto incluye el puerto de carga y los conectores relacionados. Para proteger el sistema de carga de las inclemencias meteorológicas y los impactos físicos, es necesario que la carcasa sea duradera, por eso es un componente importante del vehículo.
Embellecedor exterior
Algunos de los accesorios de acabado exterior son los retrovisores, los parachoques y las molduras, que dan al vehículo un aspecto completo y elegante. Aunque estas piezas son principalmente de naturaleza estética, también tienen propósitos funcionales como aumentar la eficiencia del vehículo y aumentar su seguridad.
Caja de carga
La caja de carga se utiliza para alojar los circuitos de carga que controlan el proceso de carga, especialmente cuando se utilizan sistemas de alta tensión para la carga de alta corriente. También garantiza que el sistema de carga sea seguro y fiable para evitar cualquier problema eléctrico durante la carga.
Puertas de coches
Las puertas son uno de los componentes más importantes de un coche, ya que son a la vez elementos estructurales y de seguridad. En los vehículos eléctricos, estos componentes suelen estar fabricados con materiales ligeros para reducir el peso total del coche y, al mismo tiempo, aumentar su durabilidad y resistencia a los choques. Además, las puertas de los vehículos eléctricos pueden tener cerraduras o sensores especiales para aumentar el nivel de seguridad.
Marcos de ventana
Además de servir de soporte estructural para las ventanillas del vehículo, los bastidores también desempeñan un papel importante en la aerodinámica. En algunos vehículos eléctricos, estos marcos se hacen más esbeltos para mejorar la eficiencia energética y disminuir la resistencia aerodinámica, lo que a su vez aumenta la autonomía.
Caja del módulo de control
La caja del módulo de control está diseñada para alojar los componentes electrónicos de control que se utilizan para controlar diferentes sistemas del vehículo, como el sistema de gestión de la batería, el sistema térmico y otros controladores. Por tanto, es importante que estos componentes se coloquen en una carcasa resistente y protectora para mejorar su funcionalidad y durabilidad.
Más allá de la mera protección física, la función principal de una caja para un controlador de motor o VCU es proporcionar un blindaje crítico contra interferencias electromagnéticas (EMI). Una carcasa bien diseñada es más que una caja; el diseño de sus juntas, el uso de juntas conductoras y los puntos de conexión a tierra están diseñados con precisión para evitar que el ruido electromagnético afecte a otros componentes electrónicos del vehículo.
Soportes de amortiguador
Los soportes de amortiguador sostienen el sistema de suspensión, lo que es esencial para una conducción y un manejo suaves. Estos soportes deben ser fuertes y resistentes al desgaste, ya que absorben los impactos y las vibraciones de la carretera. En los VE, el sistema de suspensión suele estar diseñado para adaptarse a la distribución del peso provocada por el paquete de baterías, proporcionando una experiencia de conducción confortable.
Componentes del sistema de suspensión
El sistema de suspensión de los vehículos eléctricos se encarga de mantener el contacto de los neumáticos con la carretera y garantizar una conducción suave. Incluye muelles, amortiguadores y brazos de control. El sistema de suspensión de los VE es crucial porque no solo contribuye al confort de marcha, sino que también garantiza la estabilidad del vehículo, sobre todo teniendo en cuenta que el centro de gravedad es más bajo en muchos VE debido a la ubicación del paquete de baterías.
TZR: Su socio de confianza para la fabricación de componentes de precisión para vehículos eléctricos
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El futuro panorama de los componentes para VE
El panorama de los componentes para vehículos eléctricos se prepara para una transformación significativa en los próximos años, impulsada por la investigación en curso, los avances tecnológicos y la evolución de la demanda del mercado.
Avance tecnológico en baterías
El rendimiento de los vehículos eléctricos siempre se ha visto limitado por la autonomía y los tiempos de carga, principalmente por la tecnología de las baterías. Sin embargo, la investigación y el desarrollo de baterías avanzadas de estado sólido, litio-azufre e incluso sodio-ion parecen muy prometedores. Se espera que estas baterías de nueva generación tengan densidades de energía mucho mayores, periodos de carga más cortos y una vida útil más larga que las baterías de iones de litio.
Un ejemplo que está acaparando la atención son las baterías de estado sólido, que se espera que sustituyan los electrolitos líquidos por materiales sólidos, lo que las hará mucho más eficientes y seguras. Se espera que este avance en la tecnología de las baterías mejore no sólo la autonomía y optimice el tiempo de carga de los vehículos eléctricos, sino que también reduzca drásticamente el coste de las baterías para vehículos eléctricos, haciéndolas mucho más accesibles al público en general.
Aligeramiento y aplicación de nuevos materiales
La eficiencia energética de un vehículo eléctrico es directamente proporcional a su peso, y un vehículo más ligero consume menos energía para funcionar. Esto mejora fundamentalmente la autonomía de conducción junto con la eficiencia general del combustible. La fibra de carbono, el aluminio y el acero de alta resistencia son materiales ligeros que poseen suficiente resistencia y seguridad para su uso en vehículos eléctricos.
Se prevé que en el futuro los vehículos eléctricos incorporen materiales compuestos avanzados y otros materiales innovadores. Estos materiales innovadores no sólo reducen el peso total, sino que también mejoran la resistencia a los choques, así como la gestión térmica y la aerodinámica del vehículo eléctrico. Además, la industria automovilística también está estudiando la posibilidad de utilizar materiales reciclados y procesos de producción sostenibles para que los vehículos eléctricos sean más ecológicos.
Inteligenciación y conexión en red
La avanzada fusión de sensores, software y conectividad está dando lugar a una sofisticación gradual de los componentes de los vehículos eléctricos. Los sistemas de gestión de baterías utilizan ahora inteligencia artificial para optimizar los ciclos de carga y predecir el estado de salud de la batería, lo que contribuye a garantizar su funcionamiento seguro y eficaz a lo largo del tiempo.
Los motores eléctricos y la electrónica de potencia incorporarán sistemas de control muy sofisticados que mejorarán la eficiencia y el rendimiento. Además, habrá más interconexión entre las piezas de los VE, lo que permitirá una comunicación fluida tanto dentro del vehículo como hacia la infraestructura exterior.
Reflexión final
El mercado de componentes para vehículos eléctricos es bastante diverso y cambia constantemente debido a la búsqueda constante de una mayor eficiencia, rendimiento y respeto por el medio ambiente. Desde el paquete de baterías y el motor eléctrico, que son los componentes principales de la cadena cinemática, hasta los componentes secundarios que proporcionan la estructura y funcionalidad del coche, cada pieza es crucial.
El conocimiento de estos componentes y de las tendencias que afectan a su evolución es valioso para cualquier persona relacionada con el negocio de la automoción o con el futuro del transporte. Con la tecnología en continuo avance, no sería de extrañar que surjan componentes aún más eficientes e innovadores que ayuden a impulsar el cambio hacia la movilidad eléctrica.
FAQS
Q: ¿Cuál es la vida útil de las piezas de los VE?
A: La durabilidad de las piezas de los VE difiere entre sí. Por ejemplo, la batería tiene una esperanza de vida de 8 a 15 años, mientras que el motor eléctrico puede durar tanto como el coche. Otras piezas, como el sistema de frenos y la suspensión, también tienen un ciclo de vida largo debido al sistema de frenado regenerativo de los VE.
Q: ¿Qué tareas de mantenimiento deben realizarse en los componentes del VE?
A: Los VE requieren menos mantenimiento que los vehículos de combustión interna. Las tareas de mantenimiento suelen incluir el diagnóstico de la batería y el motor, actualizaciones periódicas del software y la revisión de componentes como el sistema de frenos, los neumáticos y la suspensión. A diferencia de los vehículos de gasolina, los VE no requieren cambios de aceite.
Q: ¿Tienen los propietarios de VE la posibilidad de sustituir o mejorar la batería o los componentes del motor?
A: Los propietarios de VE pueden sustituir o mejorar su batería o motor, pero depende en gran medida del modelo de vehículo y de las políticas del fabricante. Algunos fabricantes ofrecen actualizaciones o sustituciones de la batería a través de sus redes de servicio, pero puede resultar caro y la disponibilidad de las piezas de recambio puede variar.
