General Motors estrena la batería eléctrica Bolt, que promete
tiene un rango de 200-milla y cuesta alrededor de $ 30,000. GM, CC BY
n un esfuerzo para impulsar la adopción de vehículos eléctricos de pila de combustible, Toyota Motors a principios de este mes hizo más de 5,600 patentes disponible para otros fabricantes de automóviles. Unos días más tarde, General Motors presentó el perno eléctrico, un vehículo eléctrico diseñado para ejecutar millas 200 con baterías.
Los fabricantes de automóviles, mientras tanto, continúan desarrollando otros tipos de vehículos eléctricos: híbridos enchufables y eléctricos híbridos.
Los vehículos eléctricos son la alternativa más prometedora a los automóviles convencionales a gasolina y diesel. ¿Pero cómo es cada tecnología diferente? ¿Y cuáles son los beneficios relativos y los desafíos comerciales para cada uno?
Cómo Llegamos Aquí
Comencemos con similitudes. Los vehículos eléctricos de batería enchufable (BEV), vehículos eléctricos híbridos (HEV), vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) y vehículos eléctricos con celda de combustible de hidrógeno (FCEV) son todos vehículos eléctricos. Todos son propulsados por un motor eléctrico y tienen baterías para almacenar o suministrar electricidad según se requiera y absorber energía al frenar el vehículo.
Algunos de estos vehículos también pueden generar electricidad a bordo, ya sea a través de un motor de combustión a gasolina o de una celda de combustible impulsada por hidrógeno.
Todos ellos representan una ruptura fundamental de los vehículos de combustión de gasolina que manejamos hoy en día de tres maneras: la transmisión es eléctrica, en lugar de mecánica; el motor debajo de la campana es electroquímico en lugar de basado en combustión; y el combustible es electricidad e hidrógeno, en lugar de gasolina.
Las fuerzas detrás de estos cambios tecnológicos comenzaron en los últimos 1980 con el reconocimiento de los fabricantes de automóviles de que la disponibilidad de petróleo a largo plazo es limitada y que se necesitaría una plataforma de vehículo y combustible alternativos para asegurar un modelo de negocio futuro viable. El hidrógeno fue seleccionado como el combustible y se estableció un camino de 25-year para la comercialización del vehículo de célula de combustible.
Desde 1990, surgieron tres fuerzas adicionales para afirmar aún más la decisión de apuntar al vehículo de pila de combustible de hidrógeno como el producto del futuro, incluido el cambio climático, políticas que favorecen la independencia del combustible y las regulaciones de calidad del aire, especialmente en California.
Vehículos eléctricos a batería (BEV)
En los últimos cinco años, sin embargo, ha habido un resurgimiento de los vehículos eléctricos de batería, que dependen únicamente de la energía de la batería. Los ejemplos incluyen el Nissan Leaf, el GM Spark y el Kia Soul. Después de 40 a 60 millas, las baterías se agotan y deben recargarse conectándolo a un circuito residencial o cargador 220-volt, especialmente diseñado en un centro comercial o lugar de trabajo. El tiempo de carga depende del voltaje, la tecnología del cargador y el "estado de carga" de la batería (es decir, cuánto se ha agotado la batería), pero generalmente requiere de una a seis horas para cargar completamente el vehículo.
Un BEV es atractivo porque su rango satisface la mayoría de los viajes realizados por el público, la recarga en el hogar es conveniente y la conducción es silenciosa y sin vibraciones. El tamaño del vehículo es relativamente pequeño, lo que proporciona una buena maniobrabilidad y un estacionamiento relativamente fácil, y no hay contaminantes del aire durante la conducción. Los BEV también tienen el potencial de equilibrar la red eléctrica al cobrar durante la noche cuando los recursos de la red están infrautilizados.
Trabajar contra los BEV es el tiempo requerido para recargar el vehículo y la ansiedad de rango, es decir, la preocupación sobre el campo de manejo limitado, que experimentan los conductores, que efectivamente reduce el alcance útil del vehículo. Además, la carga puede estresar la red eléctrica y hay casos en los que no hay infraestructura de carga disponible, especialmente para las personas que viven en apartamentos.
Siguiendo el mandato de vehículos de cero emisiones de California, los BEV se comercializaron por primera vez en los 1990, pero el mercado disminuyó en los 2000. Con una cantidad de autos de pasajeros disponibles para venta o alquiler, el mercado se está probando hoy para evaluar la demanda pública de este vehículo de alcance limitado pero conveniente. Los avances en la tecnología de la batería tienen el potencial de aumentar el alcance.
Vehículos eléctricos híbridos (HEV)
Los vehículos eléctricos híbridos son un BEV con un motor de combustión de gasolina a bordo para generar electricidad y mover el automóvil junto con el motor eléctrico. Pueden proporcionar el mismo rango 300-milla que la gente espera con un vehículo de gasolina convencional. Y con controles de software avanzados, el motor de combustión interactúa con las baterías para lograr altas eficiencias y bajas emisiones de contaminantes.
Los HEV se han puesto a la venta en los Estados Unidos desde 2000, y el Prius, introducido por primera vez por Toyota en Japón en 1997, es un ejemplo destacado. En 2012 y 2013, el Prius fue el vehículo más vendido en California con más de siete millones de vehículos vendidos, lo que refleja la aceptación notablemente positiva de los consumidores del vehículo.
Vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV)
PHEV son un HEV con capacidad de la batería añadido que puede ofrecer una gama de propulsión eléctrica de entre diez y 60 millas. El Chevy Volt, por ejemplo, puede conducir casi 40 millas en energía de la batería antes de que un generador de gasolina entra en acción. Esto permite la conveniencia de recargar las baterías durante la noche en el hogar y una cocina eléctrica diaria que la mayoría del público estadounidense no exceda. Y el PHEV ofrece la gama 300-millas que el público está acostumbrado a conducir. 
Un Prius enchufable tiene una batería más grande y tiene un sistema totalmente eléctrico
rango de aproximadamente 10 millas antes de entrar en modo híbrido. Toyota
Vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno (FCEV)
Los vehículos de pila de combustible son vehículos eléctricos híbridos con dos diferencias principales. Una celda de combustible, un dispositivo electroquímico que toma un combustible, como el hidrógeno y el oxígeno del aire para generar electricidad, reemplaza el motor de gasolina debajo del capó. La celda de combustible tiene una eficiencia notablemente alta (tres veces la del automóvil de gasolina convencional) y cero emisiones de contaminantes del aire al conducir. El producto de la reacción es agua, que se drena a través del tubo de escape con nitrógeno y algo de oxígeno restante del aire. Y en lugar de un tanque de gasolina, hay tanques de almacenamiento de hidrógeno. El tiempo de reabastecimiento de combustible de un vehículo de pila de combustible es comparable a un automóvil de gasolina convencional y el combustible puede ser de origen nacional.
Algunos de los desafíos asociados con los vehículos de pila de combustible son el número limitado de estaciones de abastecimiento de hidrógeno a nivel nacional. California tiene la mayor cantidad de estaciones de abastecimiento de hidrógeno en los EE. UU., Con 51 proyectado para operar al final de 2015, 70 al final de 2017 y 100 de 2020. Sesenta y ocho estaciones se consideran el mínimo inicial para admitir la aceptación de vehículos con pila de combustible en el estado.
Avanzando
El mercado está descubriendo que el BEV es un complemento atractivo (no reemplazo) del vehículo de gasolina convencional. El HEV y PHEV propulsados por gasolina están surgiendo para cumplir con las regulaciones medioambientales mientras se mantiene la experiencia general de conducción de alcance y tamaño al que el mercado está acostumbrado.
El costo de los vehículos y el costo de conducir los vehículos son, para todos los propósitos prácticos, competitivos y convincentes. Dependiendo del costo de la electricidad y el costo de la gasolina, el costo por milla puede favorecer a uno u otro. El PHEV brinda al cliente la opción de usar electricidad o gasolina.
El vehículo eléctrico de pila de combustible está surgiendo como una evolución natural del híbrido eléctrico híbrido y enchufable. Como resultado, uno puede prever que el BEV y el FCEV representan las alternativas de próxima generación al vehículo de gasolina convencional e hibridado para satisfacer las necesidades de transporte de servicio liviano. El BEV proporciona comodidad y maniobrabilidad, y el FCEV proporciona autonomía, flexibilidad en el tamaño del vehículo y carga rápida de combustible. Ambos vehículos logran independencia de combustible, una separación de la geopolítica y atractivos atributos ambientales.
El costo de compra y el costo de operación de los vehículos con batería eléctrica y celda de combustible son comparables en la actualidad. Es probable que el costo del hidrógeno disminuya en el futuro debido a la competencia del mercado y los avances en la tecnología, y que el costo de la electricidad aumente. Eso significa que el costo por milla de operación de un vehículo eléctrico con celda de combustible, en comparación con un vehículo eléctrico con batería, probablemente disminuirá.
Este artículo se publicó originalmente el La conversación
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Sobre el Autor
El Dr. Scott Samuelsen es Profesor de Ingeniería Mecánica, Aeroespacial y Ambiental en la Universidad de California, Irvine (UCI). Es el Director del Programa Avanzado de Energía y Energía, el Laboratorio de Combustión UCI y el Centro Nacional de Investigación de Celdas de Combustible para el Departamento de Energía de EE. UU. Y la Comisión de Energía de California. El profesor Samuelsen es co-presidente de California Stationary Fuel Cell Collaborative, una alianza público-privada única que aborda la tecnología crítica y los obstáculos del mercado para acelerar la comercialización de sistemas avanzados de generación de energía.
