¿Qué hacen los ingenieros para obtener más potencia en un vehículo eléctrico?

[malonso]

Si a aficionados a los coches le preguntamos cómo conseguir más potencia en un motor térmico, prácticamente todos sabrían dar una respuesta lógica de las opciones para conseguir el aumento de potencia deseado; Las respuestas serían del tipo de aumentar la cilindrada o poner uno o dos turbos o poner más cilindros etc; Aunque Ford con su Ecoboost ha conseguido la cuadratura del círculo al obtener una buena potencia con un motor pequeño y con 3 cilindros.

Pero: ¿Qué hacen los ingenieros en un motor eléctrico para conseguir más potencia?  ¿Qué diferencias hay entre el motor eléctrico de un trillizo y el del Tesla Model S de 400 y pico caballos? Dejo la respuesta a los ingenieros ya que yo sólo soy un aficionado y ahí lógicamente no llegan mis conocimientos.

[Greybeard]

Advertencia: no soy profesional y hablo sólo en plan divulgativo; quedaré encantado de leer a cuantos me complementen y/o corrijan, que yo también quiero aprender. 

En un coche convencional, la mayor parte de las "optimizaciones" que hacen los chip-tuners se reduce a subir la presión del turbo; con ello metes más oxígeno y puedes quemar más combustible, luego obtienes más potencia.

En un eléctrico, ¿cómo podemos "quemar más combustible"? Necesitamos más kilowatios. Veamos.

La cosa es sencilla: W=V*I. Watios son voltios por amperios. Hay que aumentar la tensión, la corriente o ambas.

Lo primero que se hace es elevar la tensión (interesa trabajar con corrientes menores para que haya menos pérdidas), pero hay un límite práctico en el entorno de los 400 voltios; pasar de ahí requeriría componentes eléctricos/electrónicos no estándar.

La tensión a la que trabajan los motores del Tesla o los trillizos no es muy diferente, sí lo es la corriente que son capaces de manejar.

¿De qué forma podríamos "chipear" nuestros eléctricos? Si giras la cabeza hacia las bicis eléctricas, lo primero que hacen es elevar la tensión de la batería; así, a una bici de 24V le meten 36, o a una de 36 le meten 48V. Si incrementas un 50% la tensión, en ese mismo porcentaje elevarás la potencia, manejando las mismas corrientes. ¿Cuáles son los problemas? Que los componentes electrónicos deben estar dimensionados para soportar la nueva tensión (en muchos casos la electrónica es la misma para la versión de 24 y la de 36V y no hay problema), y que las pérdidas se incrementan en el mismo porcentaje, con lo que, particularmente a bajas velocidades de giro -donde el rendimiento es peor y las pérdidas son mayores- nos podemos encontrar con recalentamiento excesivo, que puede conducir a la destrucción del bobinado (motor a la basura)

De alguna manera, ya se "chipean" de serie nuestros coches; el motor de mi trillizo tiene una potencia nominal (la que es capaz de entregar de forma permanente: 35 kW) y una puntual (que es capaz de entregar durante unos minutos, antes de que empiece a recalentarse el motor: 49 kW). Nuevamente, algunos coches térmicos también lo realizan mediante el "overboost" (permitir transitoriamente una presión de turbo superior a la máxima, durante unos segundos, para adelantamientos, etc)

Nuestros coches no son bicicletas y cambiar la tensión de la batería no parece empresa fácil (salvo, tal vez, para un Twizy). Otro sitio donde podría elevarse la tensión sería en el inversor, pero mis escasos conocimientos no llegan a especular con sus implicaciones.

¿Aumentar la corriente manteniendo la tensión? No parece posible sin cambiar el motor, salvo en la fase de arranque donde están más limitados. Pero creo que hay poco que rascar ahí, y pasarnos de corriente con el motor a baja velocidad puede suponer la destrucción del motor.

[Ritxi]

Vaya por delante que yo tampoco soy ingeniero ni nada parecido, simplemente me interesa el tema y leo bastante, incluso a veces hasta entiendo lo que leo...

Coincido básicamente con Grey pero con algunas diferencias.

¿De qué depende la potencia que es capaz de ofrecer un  determinado motor eléctrico?

Básicamente de dos cosas: de la alimentación eléctrica que le llega y del controlador del motor.

La alimentación energética a su vez depende de dos factores en el caso del coche eléctrico, la potencia que es capaz de proporcionar la batería (DC) y la potencia que es capaz de proporcionar el inversor (AC). Unos ejemplos:

Los fabricantes son muy reacios a publicar datos concretos de las baterías, pero hace tiempo leí que la AESC de los Leaf/Fluence/kangoo era capaz de garantizar 90 kW continuos (se supone que pico y a plena carga serán más). Suficiente para la kangoo/fluence, pero quizás un poco cortos para los 80 kW que ofrece el motor del Leaf, puesto que a plena potencia (pérdidas incluidas) eso supone un consumo de casi los 90 kW de la batería. Si lo publicado es cierto, con una batería envejecida o con unas tª muy frías o con un nivel de carga bajo, la batería no será capaz de proporcionar suficiente energía al motor para alcanzar su potencia máxima. Y desde luego se queda muy justa para obtener una potencia mayor de este motor.

En el caso del inversor hay un buen ejemplo. En el caso del Tesla Model S hay dos versiones del modelo con batería de 85 kWh, el Model S "normal" de 270 kW y el Model S "performance" de 310 kW. Tienen la misma batería y el mismo motor, pero el inversor del "performance" es más potente.

Y en cuanto al controlador del motor, hay que tener en cuenta que estos motores están orientados a la máxima eficiencia para conseguir la máxima autonomía. Y dependen para ello de un controlador muy volcado en conseguir esa eficiencia. Dicho de otra manera, estos motores están muy "capados". En esta página se habla de la influencia del controlador en la potencia y la eficiencia de pequeños motores eléctricos http://www.micromo.com/motor-calculations.aspx. Actuando sobre el controlador, un motor eléctrico puede dar cifras de potencias muy dispares. Un ejemplo es el e-golf, que dispone de 3 programaciones diferentes de potencia seleccionables por el conductor: 75 Cv, 95 CV y 116 CV. Y seguramente se podrían conseguir potencias muy superiores de este motor si nos olvidamos de la eficiencia. Además, en los vehículos eléctricos los motores están todos refrigerados por agua y con conjuntos intercooler-ventiladores como en los térmicos (los ventiladores pocas veces se ponen en marcha porque no son tan necesarios, salvo condiciones extremas) que hacen que los problemas térmicos de estos motores no sean tan peligrosos como en otros motores con menor control térmico.

En resumen, modificando o cambiando los controladores del motor se pueden  conseguir mayores potencias. Pero de  momento no hay anuncios de preparadores como sí los hay en los térmicos. Supongo que será una cuestión de volumen de vehículos, con el tiempo aparecerán. Pero además será fundamental tener muy en cuenta la potencia del inversor y la batería.

[anxoibiza]

pongo mi pequeño granito de arena según me explicaron en clase.

malonso: tu post a que se refiere, ¿a potenciar un motor existente o diseñar un nuevo motor?

Si el tema es  potenciar un motor existente hay poco donde rascar, está diseñado para X potencia y algo se podría ganar sí, pero a base de sobrecalentamiento y expandiendo las corrientes parasitas, (perdiendo eficiencia) otra cosa sería que el motor no esté dando toda la potencia para cual fué diseñado.


Si diseñamos un motor nuevo, pues donde se mejora es en la chapa magnetica, que son un montón de chapas puestas una encima de otra y se consigue frenar las corrientes parásitas, por lo cual dirigimos mejor el flujo magnetico hacia donde nos interesa.
Aparte de eso también se juega con el diseño de los canales por donde van las bobinas, porque según sean éstes varia un poco la forma del flujo magnetico,
Después me puedo meter con la seccion de los hilos y como van las bobinas puestas en el motor, pero teniendo en cuenta que el variador/inverter llamale X, hace lo que le da la gana con los voltios, amperios, frecuencia, bobinas.... pues no me meto en este tema y que haga lo que le parezca.

no se si aclaré algo o no, puse lo que me enseñaron

PD: para ver la evolución de la chapa magnetica se puede ver que los motores de hace 30 años eran grandes y pesados para conseguir la misma potencia que hoy en día con un motor pequeño y ligero.