Componentes de coches eléctricos
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Componentes principales básicos del vehículo eléctrico
El automóvil o el componente del vehículo eléctrico y su función dependen del tipo de automóvil. Hay al menos cuatro tipos de coches eléctricos que se venden actualmente comercialmente y funcionan en el mundo. Hay varios componentes, piezas o elementos principales de vehículos eléctricos comunes y su función, como baterías de tracción, inversores (convertidores CC-CC), motores de tracción, cargadores y controladores integrados. Los diferentes tipos de componentes del automóvil eléctrico determinan cómo funciona el automóvil. Mexpolimeros tiene el material para mantener el flujo de electricidad destinado a :
• Cajas eléctricas
• Conectores de alto voltaje
• Guías de cable y soportes de arnés
• Interruptores de alto voltaje
• Desconexión manual del servicio
• Enchufes de carga, receptáculos y carcasas
• Sistema de gestión de batería
• Sensores
Los principales elementos básicos de los coches eléctricos instalados en casi todos los tipos de coches eléctricos son los siguientes:
El esqueleto del automóvil eléctrico se llama marco espacial y está hecho de aluminio para ser resistente y liviano. Las ruedas también están hechas de aluminio en lugar de acero, nuevamente como método de ahorro de peso. Las piezas de aluminio se vierten en una fundición utilizando moldes especialmente diseñados y exclusivos del fabricante. Los marcos de los asientos y el corazón del volante están hechos de magnesio, un metal ligero. El cuerpo está hecho de un plástico compuesto resistente a los impactos que es reciclable.
Instrumentación y los controles
La instrumentación y los controles siguen los desarrollos de los otros sistemas necesarios para los vehículos eléctricos y vehículos eléctricos. Los algoritmos de control son un área importante, al igual que los estándares para las interfaces internas del vehículo, desde el vehículo hasta la infraestructura y desde el vehículo hasta el conductor. Los sistemas de control de los vehículos eléctricos híbridos son significativamente más complejos que los de los vehículos eléctricos puros. Monitorear el sistema de almacenamiento de energía para determinar el rango efectivo restante sigue siendo un desafío importante; esto dependerá claramente del tipo de sistema de almacenamiento de energía y de la técnica de conducción característica del conductor, todo lo cual puede tener que modelarse eventualmente. Se requerirá una autoprueba de la electrónica, las interfaces, los sensores y el sistema de monitoreo. Todos los componentes de los sistemas auxiliares deben optimizarse en paralelo para obtener el mayor beneficio en eficiencia. Los componentes clave considerados en los sistemas auxiliares son:
- Cargadores de batería y la infraestructura asociada (los sistemas conductores e inductivos están bajo consideración y prueba).
- El sistema de frenado, donde un gran desafío es lograr que el frenado por fricción convencional y el regenerativo trabajen juntos en una operación uniforme y sin problemas.
- La calefacción, ventilación y aire acondicionado deben ser muy eficientes; Se utilizan bombas de calor de alta eficiencia, con la posibilidad de dispositivos Peltier (basados en dispositivos de estado sólido) para uso futuro a largo plazo, después de un mayor desarrollo para mejorar el rendimiento.
- Los conjuntos de dirección asistida en desarrollo incluyen un sistema eléctrico híbrido como mecanismo de impulso, aunque es necesario que sea un sistema de muy alta confiabilidad.
Los temas importantes que se desarrollaron en todas las sesiones fueron la necesidad de desarrollar la infraestructura de fabricación y mejorar las técnicas de fabricación para reducir significativamente el costo de los componentes; la importancia de los estándares para los componentes, las interfaces entre ellos y en las interfaces para el intercambio de datos; y la necesidad de reducir el riesgo de inversión en desarrollo tecnológico y la formación de nuevas instalaciones de fabricación e infraestructura. La innovación y la experiencia están ahí para resolver los desafíos técnicos. Son los desafíos económicos que deben afrontarse para la introducción con éxito de la nueva e importante industria de vehículos eléctricos e híbridos.
Paquete de baterías de tracción
La función de la batería en un automóvil eléctrico es como un sistema de almacenamiento de energía eléctrica en forma de electricidad de corriente continua (CC). Si recibe una señal del controlador, la batería enviará energía eléctrica de CC al inversor para luego utilizarla para impulsar el motor. El tipo de batería utilizada es una batería recargable que está dispuesta de tal manera que forma lo que se denomina un paquete de baterías de tracción . Existen varios tipos de baterías para automóviles eléctricos. El más utilizado es el tipo de baterías de iones de litio.
Inversor de energía
El inversor funciona para cambiar la corriente continua (CC) de la batería en una corriente alterna (CA) y luego esta corriente alterna es utilizada por un motor eléctrico. Además, el inversor en un automóvil eléctrico también tiene una función para cambiar la corriente CA cuando se frena regenerativo a corriente CC y luego se usa para recargar la batería. El tipo de inversor utilizado en algunos modelos de coches eléctricos es la categoría de inversor bidireccional.
Controlador
La función principal del controlador es como regulador de energía eléctrica de baterías e inversores que se distribuirá a los motores eléctricos. Mientras que el controlador en sí recibe la entrada principal del pedal del automóvil (que lo configura el conductor). Este ajuste del pedal determinará la variación de frecuencia o variación de voltaje que ingresará al motor y, al mismo tiempo, determinará la velocidad del automóvil. En resumen, esta unidad gestiona el flujo de energía eléctrica entregada por la batería de tracción, controlando la velocidad del motor de tracción eléctrica y el par que produce. Este componente determinará cómo funciona el coche eléctrico.
Reductor
El reductor es un tipo de transmisión que sirve para transmitir eficazmente la potencia del motor a la rueda. Pero lleva el nombre especial - reductor - por una razón: el motor tiene un RPM mucho más alto que el de un motor de combustión interna, por lo que mientras que las transmisiones cambian las RPM del motor para adaptarse a las circunstancias de conducción, el reductor siempre debe reducir las RPM a un nivel apropiado. Con las RPM reducidas, el tren motriz EV puede aprovechar el par motor más alto resultante
Frenado regenerativo
A medida que el automóvil eléctrico se mueve, el motor eléctrico genera un impulso de avance y se puede usar para cargar las baterías cuando aplica los frenos, lo que comúnmente se conoce como frenado regenerativo. Puede recuperar hasta un quince por ciento de la energía utilizada para la aceleración. Aunque este componente es realmente efectivo, no puede generar lo suficiente para recargar completamente un automóvil eléctrico..
Transmisión
La transmisión transfiere potencia mecánica del motor de tracción eléctrico para impulsar las ruedas.
Cables de alto voltaje
Cables de CC entre la batería y la electrónica de potencia y cables entre la electrónica de potencia y la máquina eléctrica (a menos que esos componentes se coloquen uno al lado del otro). Puede tener un peso total de alrededor de 10 kg en vehículos híbridos, pero puede ser menor para un vehículo eléctrico puro, ya que la batería, el motor y el convertidor se pueden colocar más cerca uno del otro.
Motor de tracción eléctrica
Debido a que el controlador proporciona energía eléctrica desde la batería de tracción, los motores de tracción eléctrica funcionarán girando la transmisión y las ruedas. Algunos coches eléctricos híbridos utilizan un tipo de motor-generador que realiza las funciones de propulsión y regeneración. En general, el tipo de motor eléctrico utilizado es el motor BLDC (CC sin escobillas). El motor convierte la energía eléctrica en energía cinética que mueve las ruedas. La ventaja de usar el motor en lugar de un motor es numerosa: primero, se minimizan el ruido y la vibración que normalmente asociamos con los automóviles. Muchos pasajeros que conducen vehículos eléctricos por primera vez se sorprenden de lo silencioso y cómodo que se siente el viaje. Además, el tren motriz de los vehículos eléctricos es más pequeño que el motor, lo que proporciona mucho espacio adicional para un diseño eficiente del vehículo, como espacio de cabina ampliado o almacenamiento. El motor también es en parte un generador eléctrico: convierte la energía cinética generada en la marcha neutra (por ejemplo, mientras el automóvil va cuesta abajo) en energía eléctrica ahorrada en la batería. La misma idea de ahorro de energía se aplica cuando el automóvil está reduciendo su velocidad, culminando con el llamado "sistema de frenado regenerativo". El motor o sistema de tracción tiene partes metálicas y plásticas que no necesitan lubricantes. También incluye componentes electrónicos sofisticados que regulan el flujo de energía de las baterías y controlan su conversión a potencia de conducción. La electrónica también es un componente clave para el panel de control que se encuentra en la consola; el sistema informático de a bordo opera puertas, ventanas, un sistema de monitoreo de presión de neumáticos, aire acondicionado, arranque del automóvil, reproductor de CD y otras instalaciones comunes a todos los automóviles. Algunos de los vehículos eléctricos están equipados con un mecanismo que puede controlar los niveles de frenado regenerativo a través de palancas de cambio en el volante, lo que no solo mejora la economía de combustible sino que también agrega un elemento interesante y divertido a la conducción.
Batería
La batería almacena energía eléctrica y es el equivalente a un tanque de combustible en un motor de combustión interna. La distancia máxima de conducción de un vehículo eléctrico a menudo está determinada por la capacidad de la batería: cuanto mayor es la capacidad, mayor es la distancia de conducción. En ese sentido, aumentar la capacidad puede parecer una opción obvia, ya que una gran distancia de conducción reduce la molesta necesidad de paradas frecuentes en las estaciones de carga. Pero la elección en realidad no es tan obvia, porque el tamaño y el peso de la batería también tienen grandes implicaciones en el rendimiento del vehículo. La batería más grande y pesada quita espacio de la cabina / almacenamiento y empeora la eficiencia energética y el ahorro de combustible. La mejor manera de optimizar el rendimiento, entonces, es maximizar la densidad de energía de la batería, es decir, tener una batería pequeña y liviana que almacene la mayor cantidad de energía eléctrica posible. Gracias a los avances recientes en la tecnología de la batería, los vehículos eléctricos más recientes cuentan con mejoras significativas con respecto a los modelos más antiguos en términos de densidad de la batería y distancia de conducción. El Kia Soul Booster EV, por ejemplo, está equipado con una batería de iones de litio de 64 kWh que dura una distancia máxima de 386 km (según los estándares de certificación coreanos). La duración de la batería también experimentó mejoras significativas: asumiendo un patrón de uso normal, la batería del Soul Booster EV puede durar todo el ciclo de vida del vehículo. Para explicarlo con más detalle, comprenda primero que las baterías de iones de litio de los vehículos eléctricos muestran una duración de la batería que varía con el patrón de carga. Si el patrón de carga es tal que toda la batería se agota y se recarga por completo, la batería se puede usar para 1,000 cargas; si la batería se usa a la mitad (50%) y se recarga, 5,000 cargas; si se usa una quinta parte de la batería (20%) y se recarga, 8.000 cargas. Es decir, si el Soul Booster EV se conduce 77 kilómetros al día (equivalente al 20% de la distancia máxima de conducción) y se recarga todas las noches, la batería puede durar 8.000 días (22 años).
Sistema de gestión de batería (BMS)
El sistema de gestión de la batería (BMS) gestiona las numerosas celdas de la batería para que puedan funcionar como si fueran una sola entidad. La batería del EV consta de decenas a miles de mini celdas, y cada celda debe estar en una condición similar a las demás para optimizar la durabilidad y el rendimiento de la batería. La mayoría de las veces, el BMS está integrado en el cuerpo de la batería, aunque a veces está incorporado en la Unidad de control de energía eléctrica (EPCU). El BMS supervisa principalmente el estado de carga / descarga de la celda, pero cuando detecta una falla en la celda, ajusta automáticamente el estado de energía de la celda (encendido / apagado) a través de un mecanismo de relé (el mecanismo condicional para abrir / cerrar otros circuitos).
Sistema de calentamiento de batería
En temperaturas más bajas, la batería ve una disminución tanto en la capacidad de carga como en la velocidad. El calentador de batería existe para mantener la batería dentro del rango de temperatura ideal, evitando que el rendimiento estacional disminuya y manteniendo la distancia máxima de conducción. El sistema también funciona durante la carga, lo que garantiza la eficiencia de la carga. Sistema térmico: enfriamiento : este sistema mantiene un rango de temperatura de funcionamiento adecuado del motor, el motor eléctrico, la electrónica de potencia y otros componentes.
Cargador a bordo (OBC)
El cargador es un dispositivo de carga de batería. Los cargadores obtienen electricidad de fuentes externas, como la red pública o las plantas de energía solar. La electricidad de CA se convierte en electricidad de CC y luego se almacena en la batería. Hay 2 tipos de cargadores de coches eléctricos:
- Cargador de a bordo: el cargador está ubicado e instalado en el automóvil
- Cargador externo: el cargador no está ubicado o no está instalado en el automóvil
El cargador integrado (OBC) se utiliza para convertir la corriente alterna (CA) de cargadores lentos o cargadores portátiles utilizados en los enchufes domésticos en corriente continua (CC). Esto puede hacer que el OBC parezca similar al inversor tradicional, pero difieren de manera crucial en su función; el OBC es para cargar y el inversor es para acelerar / desacelerar. Por cierto, el OBC no es necesario en la carga rápida, ya que los cargadores rápidos ya suministran la electricidad en corriente continua.
Puerto de carga
El puerto de carga permite que el vehículo se conecte a una fuente de alimentación externa para cargar la batería de tracción.
Unidad de control de energía eléctrica (EPCU)
La Unidad de control de energía eléctrica (EPCU) es una integración eficiente de casi todos los dispositivos que controlan el flujo de energía eléctrica en el vehículo. Consiste en el inversor, el convertidor CC-CC de baja tensión (LDC) y la unidad de control del vehículo (VCU).
Inversor
El inversor convierte la CC de la batería en CA, que luego se utiliza para controlar la velocidad del motor. El dispositivo es responsable de ejecutar la aceleración y la desaceleración, por lo que desempeña un papel crucial en la maximización de la capacidad de conducción del EV.
Convertidor CC-CC de baja tensión
Convertidor CC/CC: esta es una de las piezas de automóviles eléctricos que convierte la energía de CC de mayor voltaje del paquete de baterías de tracción a la energía de CC de menor voltaje necesaria para hacer funcionar los accesorios del vehículo y recargar la batería auxiliar. El LDC convierte la electricidad de alto voltaje de la batería de alto voltaje del EV en bajo voltaje (12V) y la suministra a los diversos sistemas electrónicos del vehículo. Todos los sistemas electrónicos en el EV usan electricidad de bajo voltaje, por lo que el alto voltaje en la batería debe convertirse primero para que sea útil para estos sistemas.
Unidad de control del vehículo
Como la torre de control de todos los sistemas de control de energía eléctrica en el vehículo, la VCU es posiblemente el componente más importante de la EPCU. Supervisa casi todos los mecanismos de control de potencia del vehículo, incluido el control del motor, el control de frenado regenerativo, la gestión de carga de A / C y la fuente de alimentación para los sistemas electrónicos.
Tanques de almacenamiento en automóviles
Los tanques de combustible de plástico se usaban tradicionalmente en vehículos con motores de combustión interna. Actualmente, los vehículos eléctricos híbridos que tienen un ICE, así como una batería, también constan de tanques de combustible de plástico. Estos tanques de combustible de plástico ayudan a reducir el peso, que es uno de los requisitos clave de la industria del automóvil. Los vehículos eléctricos de autonomía extendida cumplen con el requisito de autonomía extendida de la batería de los consumidores para hacer funcionar vehículos eléctricos en largas distancias. Un tanque de combustible en un vehículo basado en ICE que depende de su capacidad y eficiencia de combustible para cubrir distancias máximas. Los tanques más grandes son más pesados; aunque aumentan la distancia máxima recorrida por un vehículo, ocupan más espacio. Tradicionalmente, los tanques de almacenamiento de combustible para automóviles se componen de metal o plástico. Los tanques de almacenamiento que están hechos de metal incluyen tanques de acero o aluminio soldados con láminas estampadas. Los tanques de combustible de plástico están hechos de polietileno de alta densidad (HDPE) , PA6 con capa interna de EVOH, mediante moldeo por soplado. El tanque de plástico moldeado por soplado a base de HDPE puede adoptar formas complejas, lo que ayuda directamente a ahorrar espacio. Sin embargo, el HDPE carece en términos de seguridad y capacidad de funcionamiento a largo plazo.
Otros componentes
- Componentes del panel como lentes, biseles, perillas, ensamblajes, manijas de puertas y componentes de manijas, carcasas y partes del techo corredizo
- Componentes debajo del capó , como cárteres de aceite, ventiladores y cubiertas de ventilador, cinemática de HVAC
- Componentes exteriores como guardabarros, rejillas, parachoques, paneles de puertas, rieles del piso, carcasas de luces, placas de deslizamiento y embellecedores de ruedas
- Componentes interiores como salidas de aire, guanteras, manijas de las puertas, placas frontales del tablero y piezas de instrumentaciónPlásticos, acolchado de espuma, vinilo y telas forman la cubierta del tablero, los revestimientos de las puertas y los asientos.
- Los neumáticos son de goma, pero, a diferencia de los neumáticos estándar, están diseñados para inflarse a presiones más altas, por lo que el automóvil rueda con menos resistencia para ahorrar energía. Los neumáticos de los coches eléctricos también contienen sellador para sellar cualquier fuga automáticamente, también para la conservación de la energía eléctrica. Los neumáticos autosellantes también eliminan la necesidad de un neumático de repuesto, otra característica que ahorra peso y material.
- El parabrisas es de vidrio solar que evita que el interior se sobrecaliente con el sol y que se forme escarcha en invierno.
- Los materiales que proporcionan conservación térmica reducen el consumo de energía que la calefacción y el aire acondicionado imponen a las baterías, tablero, asiento, moldura, parachoques, cuerpo, batería, motor, iluminación, cableado.
Plásticos para el mercado de vehículos eléctricos
El polipropileno se puede formar fácilmente en casi cualquier forma. Tiene propiedades como baja densidad, resistencia química, repelencia al agua y resistencia al estrés, agrietamiento y condiciones climáticas extremas. El bajo costo y la flexibilidad de moldeo permiten que se utilicen en varios componentes / piezas de automóviles. El polipropileno se usa ampliamente en aplicaciones automotrices como parachoques, aislamiento de cables, cajas de baterías, alfombras para interiores y exteriores y fibras de alfombras.
ABS, PU, PA, PC, PVB, PVC, PMMA, HDPE, LDPE, PBT
Aisladores de mica automotrices
Los aisladores de mica para automóviles son ideales para el sector del automóvil. Durables y flexibles, pueden adaptarse rápidamente para cumplir con los cambiantes desafíos de desempeño de la industria. La mica se utilizó por primera vez en la industria automotriz como un aditivo para la grasa de ejes, pero rápidamente se convirtió en un componente crítico de los motores de arranque, alternadores y muchos otros componentes que requieren propiedades superiores de aislamiento térmico y eléctrico. En el mercado emergente de vehículos eléctricos de hoy, la mica se utiliza en toda la industria como una barrera incombustible a alta temperatura alrededor y para aislar eléctricamente paquetes de baterías y otros componentes críticos. Casos de uso :
- Baterías - Aisladores y blindaje térmico
- Arrancadores, alternadores y componentes eléctricos diversos que requieren una capacidad de alta temperatura
- Juntas de carcasa de motor y turbo
- Cargadores y estaciones de vehículos eléctricos
- Sistemas de baterías térmicas en evolución que requieren aislamiento y protección contra el calor