Motor sincrono y asincrono eplicacion

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA (ICAI)

INGENIERO INDUSTRIAL (MECÁNICO)

DISEÑO DE UN GRUPO PROPULSOR

REGENERATIVO PARA SU

INCORPORACIÓN EN VEHÍCULOS

CONVENCIONALES DOTADOS DE MOTOR

DE COMBUSTIÓN INTERNA

Autor: Juan Carlos Noriega García Director: Miguel Ángel Pérez Salaverría

Madrid Mayo 2013

AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN ACCESO ABIERTO ( RESTRINGIDO) DE DOCUMENTACIÓN

1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma.

El autor D. Juan Carlos Noriega García, como alumno de la UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS (COMILLAS), DECLARA

que es el titular de los derechos de propiedad intelectual, objeto de la presente cesión, en relación con la obra Proyecto Fin de Carrera: “Diseño de un grupo propulsor regenerativo para su incorporación en vehículos convencionales dotados de motor de combustión interna”1, que ésta es una obra original, y que ostenta la condición de autor en el sentido que otorga la Ley de Propiedad Intelectual como titular único o cotitular de la obra.

En caso de ser cotitular, el autor (firmante) declara asimismo que cuenta con el consentimiento de los restantes titulares para hacer la presente cesión. En caso de previa cesión a terceros de derechos de explotación de la obra, el autor declara que tiene la oportuna autorización de dichos titulares de derechos a los fines de esta cesión o bien que retiene la facultad de ceder estos derechos en la forma prevista en la presente cesión y así lo acredita.

2º. Objeto y fines de la cesión.

Con el fin de dar la máxima difusión a la obra citada a través del Repositorio institucional de la Universidad y hacer posible su utilización de forma libre y

gratuita ( con las limitaciones que más adelante se detallan) por todos los usuarios del repositorio y del portal e-ciencia, el autor CEDE a la Universidad Pontificia Comillas de forma gratuita y no exclusiva, por el máximo plazo legal y con ámbito universal, los derechos de digitalización, de archivo, de reproducción, de distribución, de comunicación pública, incluido el derecho de puesta a disposición electrónica, tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual. El derecho de transformación se cede a los únicos efectos de lo dispuesto en la letra (a) del apartado siguiente.

3º. Condiciones de la cesión.

1 Especificar si es una tesis doctoral, proyecto fin de carrera, proyecto fin de Máster o cualquier otro trabajo que deba ser objeto de evaluación académica

Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesión de derechos contemplada en esta licencia, el repositorio institucional podrá:

(a) Transformarla para adaptarla a cualquier tecnología susceptible de incorporarla a internet; realizar adaptaciones para hacer posible la utilización de la obra en formatos electrónicos, así como incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e incorporar “marcas de agua” o cualquier otro sistema de seguridad o de protección.

(b) Reproducirla en un soporte digital para su incorporación a una base de datos electrónica, incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores, a los efectos de garantizar su seguridad, conservación y preservar el formato. .

(c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo abierto institucional, accesible de modo libre y gratuito a través de internet.2

(d) Distribuir copias electrónicas de la obra a los usuarios en un soporte digital. 3

4º. Derechos del autor.

El autor, en tanto que titular de una obra que cede con carácter no exclusivo a la Universidad por medio de su registro en el Repositorio Institucional tiene derecho a:

a) A que la Universidad identifique claramente su nombre como el autor o propietario de los derechos del documento.

b) Comunicar y dar publicidad a la obra en la versión que ceda y en otras posteriores a través de cualquier medio.

c) Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada. A tal fin deberá ponerse en contacto con el vicerrector/a de investigación ([email protected]).

2 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría redactado en los siguientes términos: (c) Comunicarla y ponerla a disposición del público a través de un archivo institucional, accesible de modo restringido, en los términos previstos en el Reglamento del Repositorio Institucional

3 En el supuesto de que el autor opte por el acceso restringido, este apartado quedaría eliminado.

d) Autorizar expresamente a COMILLAS para, en su caso, realizar los trámites necesarios para la obtención del ISBN.

d) Recibir notificación fehaciente de cualquier reclamación que puedan formular terceras personas en relación con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos de propiedad intelectual sobre ella.

5º. Deberes del autor.

El autor se compromete a:

a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningún derecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual o cualquier otro.

b) Garantizar que el contenido de las obras no atenta contra los derechos al honor, a la intimidad y a la imagen de terceros.

c) Asumir toda reclamación o responsabilidad, incluyendo las indemnizaciones por daños, que pudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieran infringidos sus derechos e intereses a causa de la cesión.

d) Asumir la responsabilidad en el caso de que las instituciones fueran condenadas por infracción de derechos derivada de las obras objeto de la cesión.

6º. Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional.

La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y respetuoso con los derechos del autor, según lo permitido por la legislación aplicable, y con fines de estudio, investigación, o cualquier otro fin lícito. Con dicha finalidad, la Universidad asume los siguientes deberes y se reserva las siguientes facultades:

a) Deberes del repositorio Institucional:

- La Universidad informará a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos, y no garantiza ni asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un uso posterior de las obras no conforme con la legislación vigente. El uso posterior, más allá de la copia privada, requerirá que se cite la fuente y se reconozca la autoría, que no se obtenga beneficio comercial, y que no se realicen obras derivadas.

- La Universidad no revisará el contenido de las obras, que en todo caso permanecerá bajo la responsabilidad exclusiva del autor y no estará obligada a ejercitar acciones legales en nombre del autor en el supuesto de infracciones a

derechos de propiedad intelectual derivados del depósito y archivo de las obras. El autor renuncia a cualquier reclamación frente a la Universidad por las formas no ajustadas a la legislación vigente en que los usuarios hagan uso de las obras.

- La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra en un futuro.

b) Derechos que se reserva el Repositorio institucional respecto de las obras en él registradas:

- retirar la obra, previa notificación al autor, en supuestos suficientemente justificados, o en caso de reclamaciones de terceros.

Madrid, a 1 de Mayode 2013

ACEPTA

Fdo……………………………………………………………

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INGENIERO INDUSTRIAL (MECÁNICO)

DISEÑO DE UN GRUPO PROPULSOR

REGENERATIVO PARA SU

INCORPORACIÓN EN VEHÍCULOS

CONVENCIONALES DOTADOS DE MOTOR

DE COMBUSTIÓN INTERNA

Autor: Juan Carlos Noriega García Director: Miguel Ángel Pérez Salaverría

Madrid Mayo 2013

UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS

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DISEÑO DE UN GRUPO PROPULSOR REGENERATIVO PARA SU INCORPORACIÓN EN VEHÍCULOS CONVENCIONALES DOTADOS DE MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA

Autor: Noriega García, Juan Carlos

Director: Pérez Salaverría, Miguel Ángel

Entidad colaboradora: ICAI-Universidad Pontificia Comillas

RESUMEN DEL PROYECTO

Introducción

Hace tiempo que la industria del automóvil comenzó a estudiar diferentes alternativas para reducir los consumos y emisiones de los actuales vehículos de combustión. La creciente conciencia ecológica y la continua subida de los precios de los combustibles han acelerado el interés de los ciudadanos, y los fabricantes encuentran ya un nicho de mercado con expectativas de crecimiento en el que hacer negocio. Sin embargo, los altos precios ocasionados por la falta de elevados volúmenes, así como la desconfianza de los consumidores ante nuevas tecnologías, hacen indispensable el apoyo gubernamental en forma de subvenciones y concienciación social.

En este contexto se plantea el presente proyecto, cuyo objetivo es desarrollar un estudio técnico y económico para la conversión de vehículos con motor de combustión en vehículos híbridos, ya que esta es la variable que más acogida está teniendo en el sector de movilidad ecológica ante las limitaciones que todavía presentan los vehículos eléctricos, fundamentalmente de autonomía. El proyecto se divide en cuatro partes fundamentales: análisis estratégico, análisis técnico, análisis económico y análisis ambiental.

Metodología y resultados

En el análisis estratégico se realiza en primer lugar un estudio de mercado en el que se analiza cuáles son las principales tecnologías alternativas que se presentan frente al vehículo térmico, concluyendo la híbrida como la comercialmente más atractiva. Posteriormente se identifican, a través de un análisis de las 5 Fuerzas de Porter, los factores del entorno que puedan influenciar de manera externa sobre desarrollo de la comercialización del servicio de conversión planteado.


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Dado que las especificaciones de la conversión en el aspecto técnico e irremediablemente económico dependen del vehículo escogido para realizarla, el siguiente paso de la estrategia y el más importante es la elección de dicho modelo. Tras un análisis basado en la cuota de mercado en los últimos 8 años de diferentes modelos planteados, el precio de los mismos, su público objetivo y la comercialización o no de vehículos ecológicos por parte del fabricante del modelo, se escoge el Seat Ibiza Sport Coupé 1.2TSI 85CV como vehículo en el que instalar el kit de conversión.

Finalmente en el apartado estratégico se lleva a cabo un análisis DAFO para analizar los principales factores internos que pueden suponer el éxito o fracaso en la comercialización del proyecto. Si bien el análisis DAFO se incluye en este primer apartado, no se desarrolló hasta terminar los análisis técnico, económico y ambiental.

En el estudio técnico, tras analizar las distintas posibilidades de hibridación, se decide instalar un sistema de hibridación paralelo, en el que dos motores eléctricos generan tracción en las ruedas traseras al tiempo que se mantiene inalterado el sistema de tracción del eje delantero. Se elige esta disposición en busca de realizar las mínimas modificaciones en el vehículo, lo que en definitiva influirá en la simplicidad de instalación del kit, el precio de la conversión y la posibilidad de mantener la garantía del fabricante.

Con esa configuración, se opta por la opción de híbrido enchufable, resultando un vehículo reconvertido orientado a funcionar con tracción eléctrica trasera en zonas urbanas, mientras que se emplea el motor de combustión en el resto de modos de circulación. Para ello, se dimensiona el grupo propulsor considerando una velocidad máxima de funcionamiento eléctrico de 50km/h, una aceleración 0-50km/h en 6,5 segundos y una capacidad para subir pendientes máximas del 6%. Con los resultados obtenidos se escogen los componentes necesarios entre la oferta disponible encontrada, resultando la elección de los motores, controladores y baterías a emplear, así como algún otro componente adicional necesario.

Finalmente se estudia la posición óptima de los componentes y su influencia en el reparto de pesos del vehículo, se comprueba la validez del kit en los requerimientos de tracción y se analiza la autonomía resultante para el funcionamiento eléctrico del vehículo, que se sitúa ligeramente por encima de los 100km.

El último paso del estudio técnico consiste en analizar los procesos de homologación necesarios para que se permita la circulación del vehículo reconvertido, de acuerdo a la normativa española de Reformas de Importancia.


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En el análisis económico se plantea un modo de negocio basado en un único taller inicial realizando la conversión en una zona del extrarradio de la ciudad de Madrid. Para ello se calcula una inversión inicial necesaria de 236.000€, obtenida mediante un crédito a 5 años bajo una tasa de interés anual del 9%. Se fija un precio de venta de la conversión de 13.100€, lo que supone un margen del 25% sobre el precio de los materiales a emplear, y se analiza el desempeño del taller bajo cuatro escenarios distintos. Estos escenarios presentan cuatro situaciones con diferentes perspectivas de número de conversiones solicitadas el primer año e incremento de demanda anual.

Se analiza la rentabilidad del taller en los distintos escenarios a lo largo de sus primeros nueve años de vida mediante los criterios económicos de VAN y TIR. Se desecha el escenario excelente por considerarse excesivamente optimista y se concluye que la situación óptima es fijar un objetivo de 103 conversiones el primer año con un incremento de demanda anual del 5%.

Bajo estas condiciones se logra un valor actual neto del proyecto de 40.567,70€ y una tasa de rentabilidad del 12%, recuperando la inversión a partir del sexto año.

Finalmente se plantea también desde la perspectiva del cliente la cantidad de kilómetros a recorrer por ciudad en modo eléctrico necesarios para rentabilizar la instalación del kit, cuya cifra final se sitúa alrededor de los 150.000km

En el estudio ambiental se pretende analizar la reducción de emisiones del vehículo reconvertido con respecto al original, fundamentalmente de los dos tipos de emisiones más dañinas: el CO2 y las partículas de NOx. Esta reducción se dará únicamente en la circulación por ciudad y bajo el uso de los motores eléctricos. Sin embargo es ahí precisamente donde el motor de combustión se muestra más contaminante por lo que el resultado ecológico es óptimo. Los resultados del análisis se presentan en la siguiente tabla:

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Conclusiones

El proyecto plantea una opción muy interesante a través de la cual se puede convertir un vehículo convencional que ya esté circulando por las carreteras en un


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vehículo híbrido enchufable, resultando enormemente más ecológico y siendo posible además ahorrar dinero si se realiza un nivel de kilometraje mínimo.

Se ha conseguido ofrecer un precio no excesivo, por debajo del coste de adquisición de un Seat Ibiza nuevo del mismo modelo, y lejos de los elevados precios de un coche híbrido o eléctrico actual.

En definitiva, el proyecto resulta interesante para vehículos que circulen la mayor parte del tiempo por ciudad, donde se aprovecha el kit instalado.

Las perspectivas de crecimiento del vehículo híbrido y eléctrico son elevadas pero también inciertas, dado que no se están cumpliendo como se esperaba, por lo que proyectos como el aquí presentado, más allá del valor técnico que puedan tener, tienen posibilidades reales de aprovechar la situación para hacerse un hueco en el mercado


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REGENERATIVE DRIVE GROUP DESIGN TO BE INSTALLED IN INTERNAL COMBUSTION ENGINE MOTOR VEHICLES.

Author: Noriega García, Juan Carlos

Director: Pérez Salaverría, Miguel Ángel

Collaborative entity: ICAI-Universidad Pontificia Comillas

ABSTRACT

Introduction

The automotive industry has been looking alternative solutions to reduce consumption and emissions in combustion cars for the last years. The ecological awareness growth and the continuous fuel price rising have accelerated the citizens’ interest. As a consequence, manufacturers can find now a niche with growing business expectations. However, high prices caused by the lack of a big number of customers, joint with people’s distrust of new technologies, make absolutely necessary the Governments support in form of direct aids and social awareness.

Thus, the project is filed in this context, with the aim of developing a technical and economical analysis for the conversion of combustion engine cars into hybrid models. The hybrid the technology is chosen for the conversion, as the same has shown a better acceptance by the customers, mainly because of the technological limitations showed by electric cars in terms of autonomy. The project is structured in four main parts: strategic analysis, technical analysis, economical analysis and environmental analysis.

Methodology and results

In the strategic analysis, a study of the most important technologies aimed to replace the combustion cars has been carried out, with the hybrid technology getting the strongest position. Then, Porter’s 5 Forces model has been applied to analyze any external factor that may influence in the commercializing of the project.

The next step was to decide the car model in which the conversion kit going would be installed, as this affects both the technical and the economical approach. To do so, an analysis has been done regarding the market share of different


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models during the last 8 years. Also some other considerations have been taken into account, such as the price of the vehicle or if the manufacturer of that model is already offering any kind of electrical or hybrid vehicle. Finally, the Seat Ibiza Sport Coupé 1.2TSI 85CV is the car chosen for the kit to be installed in.

The last part of the strategic study has been to carry a SWOT analysis, in order to identify the internal factors that may appear as key factors for the success of the project.

The technical analysis started by defining the hybridization configuration to be applied in the car, among the different existing possibilities. As a consequence, a parallel hybrid solution was chosen, in which two electric motors carry the torque in the rear axle while the front axle drive stays untouched. This disposition looks to make the minimal modifications in the car, which will influence over the simplicity of the kit, the price of the conversion and the possibility of maintaining the manufacturer’s guarantee.

The project develops a plug-in hybrid solution. With such system, the vehicle can make use of the electrical power of the rear axle while driving in the city, using the combustion engine in any other situation. In order to do this, the drive group is designed considering a maximum velocity of 50km/h, an acceleration 0-50km/h in 6,5 seconds and a maximum slope of the road of 6%. Once the results were obtained, the motors, controllers, batteries and other components were chosen.

Finally, the optimum location of the components within the car and the weight distribution is studied. The validity of the kit regarding traction aspects is also analyzed. As a result of the conversion, the electric autonomy of the vehicle is slightly over 100km, with no use at all for the combustion engine.

The last step of the technical study is to analyze the homologation process which needs to be taken over the converted car in order to be able to circulate on the roads.

The economical part of the project analyzes a business model based in a single workshop located in the surroundings of Madrid, where the conversion kit is installed. An initial investment of €236,000 is estimated trough a bank credit with a 9% annual interest rate. The sale price of the kit is fixed at €13,100, which means a 25% margin over the price of the materials used. In this context, the performance of the workshop is analyzed under three different scenarios. These scenarios present different perspectives regarding the number of cars converted during the first year and the annual demand growing rate.


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The profitability of the workshop is studied under the NPV and IRR criteria in the first nine years of the business. The “excellent” scenario is disregarded for being too optimistic, thus the optimum situation is concluded to be a sales objective of 103 units during the first year with an annual growth of the demand rated at 5%.

In this situation a NPV of €40,567.70 and a IRR of 12% are reached, with the investment being paid back in the sixth year.

Finally, from the customer point of view, the project analyzes the number of kilometers needed to be driven in electric mode to return the investment. The result comes in form of 150,000km.

The environmental study analyzes the reduction in emissions of the reconverted vehicle, compared to the original one. Basically the comparison is made for CO2

and NOx emissions, and is only valid for the city electric driving mode. The results of the study are shown in the table below:

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Conclusions

The project shows a very interesting solution where a conventional vehicle already circulating on the road can be turned into a plug-in hybrid vehicle. In this way, a more ecological car is obtained and it is possible to save money if a certain minimum number of kilometers are driven.

It has been possible to achieve an affordable price, not excessive, below the price of a new model and far away from the prices of the current EVs and HEVs.

To sum up, the installation of the kit becomes especially interesting for vehicles circulating around the city the majority of the time.

Growing perspectives of both electric and hybrid vehicles are high, but also there are some uncertainties that could make that the expectative may not be accomplished. Therefore, projects like the one hereby presented have a real chance to take advantage of the situation to get a place in the market, beyond the technical value of the project.


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Índice de tablas ...................................................................................................... 23

Índice de ilustraciones ........................................................................................... 25

Capítulo 1: Introducción ....................................................................................... 27

Capítulo 2: Estudio de mercado ............................................................................ 29

2.1Análisis de la situación de las diferentes tecnologías .................................. 29

2.1.1Tecnología de vehículos eléctricos ....................................................... 29

2.1.2Vehículo de hidrógeno .......................................................................... 32

2.1.3Biocombustibles .................................................................................... 34

2.1.4Vehículos híbridos ................................................................................ 36

2.2Análisis del entorno ..................................................................................... 37

2.2.1Aplicación del modelo de las 5 fuerzas de porter ................................. 38

2.2.1.1Amenaza de entrada de nuevos competidores ................................ 38

2.2.1.2Amenaza de productos sustitutivos ................................................ 39

2.2.1.3Rivalidad interna entre competidores ............................................. 39

2.2.1.4Poder de negociación de proveedores ............................................ 40

2.2.1.5Poder de negociación de clientes ................................................... 40

2.3 Análisis interno de la empresa .................................................................... 41

2.3.1Posicionamiento de la empresa ............................................................. 41

2.3.1.1 Localización de la empresa ........................................................... 41

2.3.1.2 Elección de la marca y modelo ..................................................... 43

2.3.2Análisis dafo ......................................................................................... 47

2.3.2.1 Fortalezas ...................................................................................... 47

2.3.2.2 Debilidades .................................................................................... 48

2.3.2.3 Oportunidades ............................................................................... 48

2.3.2.4 Amenazas ...................................................................................... 48

Capítulo 3: Estudio técnico ................................................................................... 51

3.1Curvas características de un motor de combustión interna ......................... 51

3.2Motores eléctricos ........................................................................................ 53


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3.2.1Motores de corriente continua .............................................................. 53

3.2.2Motor de corriente continua sin escobillas (dc brushless) .................... 54

3.2.3Motor asíncrono o de inducción ........................................................... 56

3.2.4Motor síncrono ...................................................................................... 57

3.2.4.1 Motor síncrono de imanes permanentes ........................................ 57

3.2.4.1 Motor síncrono de reluctancias conmutadas ................................. 59

3.2.4Motor de flujo axial .............................................................................. 60

3.3Baterías ....................................................................................................... 60

3.4 Análisis de las distintas opciones híbridas y elección del modelo a implantar ................................................................................................... …….63

3.4.1Híbridos en serie ................................................................................... 63

3.4.2HÍbridos en paralelo .............................................................................. 65

3.4.3Elección del modelo a implantar. .......................................................... 69

3.5DInámica del vehículo ................................................................................ 72

3.5.1Fuerzas que se oponen al avance del vehículo ...................................... 72

3.5.1.1 Resistencia a la rodadura ............................................................... 73

3.5.1.2 Resistencia aerodinámica .............................................................. 74

3.5.1.3Fuerza de ascensión ........................................................................ 76

3.5.2Ecuación de la dinámica de tracción ..................................................... 77

3.5.3Cargas dinámicas en los ejes y esfuerzo de tracción máximo ............. 82

3.5.3.1 Componente estática del reparto de cargas .................................... 84

3.5.3.2 Componente dinámica debida a la aceleración ............................. 84

3.5.3.3 Componente dinámica debida a pendientes .................................. 85

3.5.4Comportamiento del vehículo ............................................................... 85

3.5.4.1 Velocidad máxima ......................................................................... 85

3.5.4.1 Aceleración .................................................................................... 87

3.6Potencia y consumo de las baterías ............................................................. 90

3.7Dimensionamiento de grupo propulsor ....................................................... 91

3.7.1Selección del motor ............................................................................... 96

3.7.2Selección de las baterías ....................................................................... 99

3.7.2.1Autonomía eléctrica ..................................................................... 102


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3.7.3Selección del controlador/variador ..................................................... 105

3.8 Posición de los componentes ..................................................................... 107

3.8.1 Posición de las baterías y controladores ............................................. 107

3.8.2 Posición de los motores ...................................................................... 108

3.8.3Centro de gravedad y par máximo de tracción. .................................. 112

3.9Sujección de los componentes ................................................................... 114

3.9.1 Sujecciónes de las baterías .................................................................. 115

3.9.1 Soporte de los paquetes de 8 baterías ................................................. 118

3.9.2 Sujección del soporte del paquete de 8 baterías ................................. 121

3.9.3 Soporte para los paquetes de 2 baterías .............................................. 122

3.9.4 Sujección del soporte del paquete de 2 baterías ................................. 122

3.9.5 Platabandas para choques laterales ..................................................... 123

3.9.6 Sujección de las platabandas............................................................... 125

3.9.7 Fabricación de los soportes de las baterías ......................................... 125

3.10Recarga de las baterías ........................................................................... 127

3.10.1Coste de la recarga ............................................................................ 129

3.11 ableado ................................................................................................... 130

Capítulo 4: Homologación .................................................................................. 131

4.1Reforma nº11: montaje de separadores o ruedas de especificaciones distintas a las originales ................................................................................................. 132

4.2Reforma 44: cambio de tipo de vehículo ................................................... 133

4.3Reforma 46: cambio de alguna de las características indicadas en la tarjeta itv del vehículo ................................................................................................ 134

Capítulo 5: Estuidio económico .......................................................................... 135

5.1Estudio económico del proyecto ................................................................ 135

5.1.1Inversión inicial .................................................................................. 135

5.1.2Ingresos ............................................................................................... 136

5.1.3 Costes .................................................................................................. 137

5.1.3.1 Costes de materiales ..................................................................... 137

5.1.3.2Costes de personal ........................................................................ 137

5.1.3.3 Costes financieros ........................................................................ 138


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5.1.3.4 Publicidad .................................................................................... 138

5.2Evaluación financiera y conclusión ........................................................... 138

Capítulo 6: Estuidio ambiental ............................................................................ 141

Bibliografía ......................................................................................................... 143

Anexo i: Presupuesto .......................................................................................... 145

Anexo ii: Rentabilidad ........................................................................................ 147

Anexo iii: Fichas técnicas productos................................................................... 155


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Tabla 1: Ventas de vehículos eléctricos en España en 2012 ................................ 31

Tabla 2: Matriculaciones por CCAA ................................................................... 42

Tabla 3: Ventas de vehículos híbridos y eléctricos en 2011 ................................. 43

Tabla 4: Modelos de coches más vendidos desde 2005 en España....................... 45

Tabla 5: Tipos de baterías Ion Litio. ..................................................................... 63

Tabla 6: Valores típicos del coeficiente de rodadura ............................................ 74

Tabla 7: Valores del coeficiente de adhesión para distintas superficies ............... 82

Tabla 8: Pares exigidos al motor ........................................................................... 96

Tabla 9: Caracterísitcas motor GKN EVO AF-140 .............................................. 97

Tabla 10: Características motor Apex DD31w ..................................................... 97

Tabla 11:Características Motor Yaya-750 ............................................................ 98

Tabla 12: Características del motor Printed Motor Works XR32 ......................... 98

Tabla 13: Densidad energética por tipo de batería. ............................................... 99

Tabla 14: Baterías Ion-Litio de la marca Valence. ............................................. 100

Tabla 15: Características batería UEV-318XP ................................................... 100

Tabla 16: Gasto energético del vehículo en el ciclo Europa ............................... 104

Tabla 17:Clases de choque ASI .......................................................................... 115

Tabla 18: Planta y alzado de las sujeciones de las baterías................................. 116

Tabla 19: Reacciones en los paquetes de 8 baterías ............................................ 120

Tabla 20: Espesores por material en paquetes de 8 baterías ............................... 121

Tabla 21: Espesores por material en paquetes de 2 baterías ............................... 122

Tabla 22: Reacciones en platabandas .................................................................. 124

Tabla 23: Espesores por material - Platabandas .................................................. 124

Tabla 24: Características conector SAE J1772 ................................................... 128

Tabla 25: Tarifas eléctricas de tres franjas .......................................................... 129

Tabla 26: Inversión inicial en el proyecto ........................................................... 136

Tabla 27: Definición de los escenarios de éxito del proyecto ............................. 137

Tabla 28: Resultados del estudio de rentabilidad ................................................ 138

Tabla 29: Emisiones de CO2 por tecnología de generación eléctrica ................. 142

Tabla 30: Comparativa emisiones Seat Ibiza SC 1.2TSI 85CV - Vehículo reconvertido......................................................................................................... 142


24


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Ilustración 1. Renault Twizy ................................................................................. 32

Ilustración 2: Curva de carga parcial de un MCI .................................................. 52

Ilustración 3:Curva de carga parcial con isoconsumos. ........................................ 53

Ilustración 4: Motor de corriente continua ............................................................ 54

Ilustración 5: Motor de corriente continua sin escobillas ..................................... 55

Ilustración 6: Motor asíncrono de jaula de ardilla ............................................... 57

Ilustración 7: Constitución de un motor síncrono de imanes permanentes ........... 58

Ilustración 8: Motor síncrono de reluctancias conmutadas .................................. 59

Ilustración 9: Motor de flujo axial ........................................................................ 60

Ilustración 10: Esquema de funcionamiento híbrido serie. ................................... 64

Ilustración 11: Ejemplo disposición híbrido serie ................................................. 65

Ilustración 12:Esquema híbrido paralelo. ............................................................. 67

Ilustración 13: Esquema híbrido serie-paralelo .................................................... 68

Ilustración 14:PSD Toyota ................................................................................... 69

Ilustración 15: Posibilidades de conexión en sistema híbrido paralelo ................ 70

Ilustración 16: Conjunto motor eléctrico-reductora-diferencial .......................... 71

Ilustración 17: Ejemplo de motor en rueda ........................................................... 72

Ilustración 18: Esfuerzos aerodinámicos debidos a la forma del vehículo ........... 75

Ilustración 19:Coeficiente de resistencia aerodinámico ........................................ 76

Ilustración 20: Fuerza de ascensión ...................................................................... 77

Ilustración 21: Diagrama del cuerpo libre de una rueda del eje delantero. .......... 78

Ilustración 22: Diagrama del cuerpo libre de la carrocería del vehículo ............. 80

Ilustración 23: Esfuerzo de tracción de un motor de gasolina con una transmisión de 4 velocidades ................................................................................................... 86

Ilustración 24: Coeficiente de inercia rotacional .................................................. 88

Ilustración 25: Características de la batería UEV-18XP ..................................... 101

Ilustración 26:Curva de descarga de batería UEV-18XP .................................... 101

Ilustración 27: Ciclo Europa ............................................................................... 102

Ilustración 28:Primera parte del ciclo Europa (ciclo urbano) ............................. 103

Ilustración 29: Controlador Gen4 Size6 .............................................................. 105

Ilustración 30: Sevcon ClearView ...................................................................... 107

Ilustración 31: Motor Printed Motor Works XR32 ............................................. 109

Ilustración 32: Suspensión de rueda tirada con elemento torsional. ................... 110

Ilustración 33: Posicionamiento del conjunto motor-Tambor de freno .............. 111

Ilustración 34: Bombeo llanta ............................................................................. 111

Ilustración 35: Esquema de cargas en paquetes de baterías ................................ 118

Ilustración 36: Esquema de cargas en platabandas de paquetes de baterías. ..... 123


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Ilustración 37: Conector SAE J1772 ................................................................... 129

Ilustración 38: Normalización de la reforma 11 en la Tarjeta ITV ..................... 133

Ilustración 39: Aspectos que determinan el tipo de vehículos M1 ..................... 133


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Hace ya años que el mundo del automóvil comenzó a estudiar diferentes soluciones para reducir el consumo de los vehículos y tratar de implantarlas en los mismos. Los aspectos que han motivado y motivan esta tendencia son tanto de aspecto ambiental, con preocupación por las emisiones de gases a la atmósfera y por unas existencias de combustibles fósiles no infinitas, como económico, pues la reducción de los consumos influye directamente en el bolsillo del conductor.

Sin embargo, actualmente ya no se puede hablar de una tendencia en la evolución de las prestaciones de los vehículos por parte de los fabricantes, sino más bien de una absoluta obligación. Esta situación ha surgido debido a los precios exageradamente elevados en que oscilan hoy en día los combustibles, tanto gasolina como diesel, que han colocado a los bajos consumos como una de las principales ventajas competitivas para cualquier marca del mercado del automóvil. Se puede decir que es uno de los mayores atractivos para el consumidor a la hora de comprar según que gama de vehículos. Por otra parte, también las regulaciones y limitaciones ambientales son cada vez más estrictas y las sociedades se encuentran en un momento histórico de gran conciencia ambiental, especialmente en Europa Occidental.

Si bien históricamente algunas de las innovaciones para reducir consumos fueron la introducción del motor diesel y la mejora de las eficiencias de los motores mediante por ejemplo, la introducción de nuevos tipos de inyectores o el control electrónico de la apertura y cierre de las válvulas del motor para mejorar el ciclo de cuatro tiempos, actualmente parece que se está alcanzando un techo con los sistemas existentes y el margen de mejora es cada vez menor.

De este modo, ya se consideran diferentes soluciones como son el empleo nuevos combustibles como el Hidrógeno o los biocombustibles, nuevos sistemas de propulsión como los vehículos con motor eléctrico o alternativas mixtas como los vehículos híbridos que incorporan un motor eléctrico y el motor de combustión interna alternativa tradicional También existen propuestas para mejorar de manera importante la eficiencia manteniendo el principio del motor de combustión, entre las que tal vez destace con más fuerza el motor de compresión variable.

Lo que en cualquier caso parece evidente es que la industria ya ha comenzado a movilizarse de una manera generalizada y los fabricantes que escojan la


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tecnología adecuada y sean capaces de desarrollarla antes que los demás, alcanzarán una posición muy reforzada en el mercado.


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2.1 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN DE LAS DIFERENTES TECNOLOGÍAS

El proyecto se basa en la implantación de un sistema de propulsión híbrido en vehículos convencionales, por este motivo, se pretende mostrar al lector los motivos por los cuáles este es el sistema elegido y no otro. Para ello se procederá a realizar un breve resumen de las principales tecnologías que se presentan como alternativas a la actual y los factores que puedan hacerlas triunfar o fracasar.

La última de las tecnologías que se mencionarán será precisamente la híbrida, con la intención de poder mostrar al lector por qué se considera la más oportuna para el proyecto comparándola con las demás.

2.1.1 TECNOLOGÍA DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

El principio de funcionamiento del vehículo eléctrico es simple: se sustituye el motor de combustión interna por uno o más motores eléctricos alimentados por un conjunto de baterías, eliminando por tanto el uso de combustibles fósiles y reduciendo a cero las emisiones y el consumo de los mismos.

Así, una estimación de consumo del vehículo tradicional es 6,5 litros/100 km y para un vehículo eléctrico 14kW/100 km. Esto se traduce en términos económicos en que si a día de hoy el precio/litro de gasolina ronda los 1,4€, se tendría un gasto aproximado de 9.1 €/100km, mientras que con las tarifas nocturnas reducidas de las compañías eléctricas el coche eléctrico podría recorrer esa misma distancia a un precio de entre 1€ y 2 €, considerablemente menor. Para un supuesto de 10.000 km/año, se ahorraría alrededor de 700€/año [1].

Por otra parte, el ahorro también se produce en los costes de mantenimiento ya que por ejemplo el uso de aceites lubricantes y transmisiones mecánicas se ve fuertemente reducido. También supone una mejora importante el ruido casi


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inexistente que produce el motor eléctrico en comparación con el motor térmico. Además, los vehículos eléctricos no producen emisiones contaminantes en su entorno, tan sólo en los lugares de generación.

Los principales inconvenientes de este modelo de vehículos residen en la limitada autonomía de que disponen sus baterías, aunque con la incorporación de las modernas baterías de Litio se están alcanzando autonomías que rondan los 150 km. Se trata sin duda del aspecto más crítico para la evolución del vehículo eléctrico y los fabricantes de baterías están realizando grandes esfuerzos para conseguir aumentar las autonomías. De este modo Axeon, el principal fabricante europeo de baterías de Litio, prevé que para 2015 se empezarán a emplear baterías de Litio-Azufre, que permitirían casi doblar la autonomía sin necesidad de aumentar el tamaño ni el peso, y resultando además más baratas. Axeon considera que ya a partir de 2020 se empezarían a introducir las baterías de Litio-Aire, que permitirían obtener autonomías superiores a los 500 km. Por supuesto estas son previsiones y se trata de tecnologías en fase de desarrollo pero lo que resulta obvio es que los esfuerzos realizados para mejorar la autonomía de las baterías darán sus frutos.

Existen en la actualidad los llamados vehículos eléctricos de autonomía extendida que incorporan un motor de combustión que no moverá en ningún caso el automóvil, si no que se empleará para recargar las baterías una vez que estas se agotan. Un ejemplo es por ejemplo el reciente Chevrolet Volt, que con este sistema logra alcanzar una autonomía combinada de más de 500 km.

Actualmente todavía le está costando al vehículo eléctrico penetrar en el mercado. En el año 2012 se registraron unas ventas de 20.000 vehículos eléctricos [2] en toda Europa mientras que en Estados Unidos se llegó a los 56.000 (incluyendo híbridos enchufables), un 216% más que en 2011 [3]. En España concretamente se vendieron 484 coches eléctricos en 2012, un 28,4% más que en el año anterior. Si bien esto significa aumentos año tras año, siguen siendo cifras casi insignificantes, ya que por ejemplo en 2012 representaron un mísero 0,07% de las ventas totales de turismos en España. [4].

Uno de los factores que influyen fuertemente en estas bajas cifras, a parte del escepticismo de los consumidores en cuanto al éxito de esta tecnología, reside en los elevados precios, en torno a 8000 y 17000 euros más caros que un turismo convencional. Por este motivo, los gobiernos lanzan políticas de apoyo para tratar de incentivar la compra de vehículos eléctricos. En España sin ir más lejos, aparece el plan MOVELE, cuyo objetivo es precisamente el de incentivar la introducción del vehículo eléctrico entre los años 2012 y 2014. Entre otras acciones, en el año 2011 dedicó 72 millones de euros en forma de ayudas directas


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a la compra de vehículos eléctricos, y llevó a cabo la instalación de más de 500 puntos de recarga. Además dependiendo de la región existen otro tipo de ayudas; en Madrid por ejemplo el estacionamiento es gratuito para coches eléctricos tanto en zona verde como azul.

En cualquier caso, estas medidas si bien sí que están consiguiendo aumentar las cifras de ventas, lo hacen en una medida muy reducida y tal vez por debajo de las expectativas creadas.

Otro aspecto que dificulta la comercialización de vehículos eléctricos en España es que la red de recargas está todavía en desarrollo y necesita ampliarse bastante para poder ofrecer un servicio aceptable para los compradores.

Lo que sí es cierto e incuestionable es que los fabricantes no quieren quedarse atrás en lo que puede ser una de la tecnología dominante en un horizonte no muy lejano y por ello cada vez son más los que se suman a desarrollar vehículos de este tipo y comercializarlos. En la siguiente tabla se muestran los principales vehículos eléctricos matriculados en España en 2012, incluyendo el Think City de la empresa noruega Think Global. A estos vehículos hay que añadir el Renault Twizy, que por su estructura de cuadriciclo de una sola plaza a veces no se incluye en estas listas, pero que se trata del vehículo eléctrico más vendido en España, con 867 unidades vendidas en los primeros 6 meses de 2012.

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Tabla 1: Ventas de vehículos eléctricos en España en 2012 [5]


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2.1.2 VEHÍCULO DE HIDRÓGENO

Los vehículos pueden emplear el Hidrógeno del mismo modo que se emplea la gasolina, con un motor de explosión a base de este combustible. Sin embargo, este método de aprovechar el Hidrógeno no supone ninguna ventaja con respecto a los sistemas actuales sino más bien todo lo contrario. La forma de empleo que presenta al Hidrógeno como posible combustible alternativo son los llamados “Coches de Hidrógeno con pila de combustible”. A grandes rasgos se trata en realidad de una variante del coche eléctrico, con la diferencia de que en vez de almacenar la energía eléctrica de la red en baterías, el vehículo de Hidrógeno es capaz de generar su propia energía eléctrica a bordo mediante una pila de combustible alimentada por Hidrógeno y Oxígeno que genera como único subproducto de la reacción agua, por lo que es totalmente limpio.

Los vehículos de Hidrógeno pueden repostarse además de una manera similar a los vehículos con motor de combustión, en estaciones de repostaje en apenas unos minutos. Suplen por lo tanto la falta de autonomía de los vehículos eléctricos manteniendo su carácter ecológico.

Sin embargo, existen todavía importantes impedimentos para su comercialización generalizada. El más importante es de carácter técnico, y reside en el almacenaje del propio Hidrógeno. Este gas es el elemento químico más ligero, por lo que

Ilustración 1. Renault Twizy


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tiene una elevadísima tendencia a la fuga y a temperatura ambiente ocupa muchísimo volumen. Por este motivo, se consideran 2 maneras para almacenarlo.

La primera opción consiste en almacenarlo en estado líquido. El inconveniente reside en que para ello es necesario enfriar el Hidrógeno hasta los -253ºC, lo que supone un problema tanto por la complejidad técnica y elevado coste que suponen los depósitos, como por la propia energía que necesitan los mismos para enfriar el gas hasta temperaturas tan bajas, ya que esta energía se toma del coche, reduciendo así su autonomía.

La otra opción consiste en almacenar el Hidrógeno a presiones muy elevadas, por encima de los 300 bares. De esta manera se consigue almacenar cantidades suficientes del gas en volúmenes más reducidos.

En cualquier caso, los elevados precios actuales de la pila de combustible elevan el precio de los vehículos de Hidrógeno. De esta manera es necesario asumir unos precios demasiado altos para comprar un vehículo de Hidrógeno, que si bien no contaminan, no ofrecen tampoco prestaciones superiores a cualquier vehículo con motor de combustión interna convencional, más allá de la suavidad y un motor silencioso. Por poner un ejemplo, Hyundai ha lanzado recientemente su prototipo iX35 FCEV, un vehículo de Hidrógeno con 160 CV y autonomía de algo más de 500 km que almacena el hidrógeno en bombonas a 700 bares de presión, del que esperan producir unas 1000 unidades entre 2013 y 2015 para producir 10000 unidades anuales a partir de entonces. Si bien lo que pretende Hyundai es comercializarlo en países con una mayor conciencia ecológica como son Suecia o Dinamarca, el precio de compra en España asciende a los 125.000€, una cifra demasiado elevada, aunque bien es cierto que supone una reducción bestial comparado con los 800.000€ de su anterior prototipo presentado en 2004.

Por otra parte no sólo el almacenamiento del Hidrógeno supone un reto técnico si no que también su obtención presenta dificultades. A pesar de tratarse del elemento químico más abundante, no es posible encontrarlo individualmente en la naturaleza sino formando siempre parte de algún compuesto. Los expertos explican que la manera óptima de obtener el Hidrógeno es a base de disociarlo del agua (H2O). Pero los procesos industriales actuales para obtener Hidrógeno emplean combustibles que en definitiva emiten CO2, por lo que el concepto ecológico del coche eléctrico no sería real. Esto se podría evitar empleando fuentes de energía renovables para obtener el Hidrógeno, pero en cualquier caso los expertos señalan que con los procesos actuales se necesita más energía para obtener el Hidrógeno de la que luego podría obtenerse de él, lo cual no resulta rentable para la utilización en automóviles.


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Las estaciones actuales de Hidrógeno para vehículos lo obtienen a partir de las industrias que lo generan como subproducto de sus actividades. El problema que tiene este Hidrógeno reside en su grado de pureza, siendo necesarios procesos de refinado, ya que los vehículos de Hidrógeno necesitan unas purezas del mismo muy elevadas, generalmente alrededor del 95%.

En cualquier caso, estos aspectos a lo que llevan es que esta tecnología aún se encuentre un poco lejos de poder ser comercializada de forma generalizada, más allá de sus usos actuales en autobuses en algunas ciudades. Pero si bien es cierto que no se puede decir que la generalidad de los fabricantes se haya lanzado a evolucionar esta tecnología como sí ocurre con el vehículo eléctrico, sí que se observan acercamientos por parte de algunas marcas.

Por ejemplo, los grupos Daimler (Mercedes-Benz), Renault-Nissan y Ford han forjado una alianza con el objetivo de lanzar un vehículo de Hidrógeno para 2017 con un precio más competitivo. BMW y Toyota compartirán tecnología para sacar un modelo en 2020, mientras que Hyundai y Honda van por libre con ejemplos como el iX35 FCEV de Toyota mencionado anteriormente. [6].

Las estimaciones actuales calculan que la competitividad del Hidrógeno como alternativa real no llegaría hasta por lo menos el año 2025.

2.1.3 BIOCOMBUSTIBLES

Los biocombustibles no suponen un cambio en el sistema de propulsión del vehículo, pues se emplean los mismos motores de combustión interna (aunque dependiendo del caso adaptándolos a este uso), pero sí el empleo de distintos tipos de combustible obtenibles de manera renovable a partir de restos orgánicos. Estos combustibles tienen su origen en la biomasa y contribuyen a la reducción de las emisiones de CO2.

Aunque existen distintos tipos de biocombustibles, entre los que por ejemplo aparecen las microalgas u otros cultivos no aptos para la alimentación investigados por Repsol, generalmente se pueden clasificar en 3 categorías:

• Bioetanol: Se puede obtener a partir de cultivos enérgicos azucarados como la caña de azúcar o la remolacha, o amiláceos (cereales, patata). También se está trabajando en su obtención a partir de lignocelulosas como la madera o la paja. Se puede emplear en motores de combustión de encendido provocado (MEP), bien sólo o bien mezclado con la gasolina.


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Los alcoholes empleados como combustible en la actualidad son el etanol y el metanol. En la actualidad, los combustibles empleados con tienen etanol, pero con cantidades inferiores al 10%.

• Aceites vegetales: Obtenibles a partir de girasol, colza o freidurías. Se puede emplear en motores diesel, sin embargo, estos aceites generen muchos residuos (carbonilla) que pueden dañar el motor.

• Biodiesel: son ésteres metílicos procedentes de una transesterificación de aceites vegetales con metanol, siendo la colza, el girasol y la colza las materias primas más utilizadas en la actualidad. Se puede mezclar con el gasóleo para su uso en motores y también puede sustituirlo totalmente. El biodiesel tiene una mayor su capacidad lubricante que el gasoil, sin embargo su viscosidad es elevada lo que dificulta la pulverización en la cámara de combustión, a lo que hay que añadir su baja volatilidad que empeora también la mezcla aire combustible. Además no consigue una combustión incompleta por lo que tiene tendencia a formar residuos carbonosos y polímeros gomosos en las cámaras de combustión. Por otra parte, su uso en condiciones de frío es incompatible ya que no es capaz de conservar sus propiedades, aunque este problema podría eliminarse empleando algunos aditivos. [7] [8]

Los principales inconvenientes para la generalización de los biocombustibles son los dos siguientes:

- Los costes de producción son bastante superiores que los de la gasolina y el gasóleo. Por ello sus precios no son competitivos. Sin embargo, los gobiernos subvencionan estos precios lo que permite encontrarlos en las gasolineras a precios incluso muy inferiores a la gasolina o el diesel en países como Suecia.

- Se necesitan grandes extensiones para el cultivo. Se calcula que en España habría que cultivar un tercio de todo el territorio para poder satisfacer únicamente la demanda interna [9]. Este es el principal motivo por el que no se puede considerar a los biocombustibles como un sustitutivo total de los combustibles fósiles actuales. Por este motivo compañías como Repsol investigan en otro tipo de organismos como las microalgas, que no implican cultivos y además de esta forma tampoco interfieren con los alimenticios.


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2.1.4 VEHÍCULOS HÍBRIDOS

Los vehículos híbridos tienen su principio de funcionamiento en el empleo de uno o más motores eléctricos y un motor de combustión tradicional en un mismo coche. Existen distintos modelos, que serán analizados más adelante en esta memoria, pero a grandes rasgos se pueden clasificar en dos grandes grupos:

- Híbridos en serie: Los sistemas híbridos en serie tienen el MCI (motor de combustión interna) acoplado a un generador, produciendo de esta forma la energía eléctrica necesaria para mover el motor eléctrico. De esta manera el motor eléctrico es el único que está conectado a la transmisión. Lo que permite a este tipo de modelos reducir el consumo es que el MCI puede funcionar de manera constante muy cerca de su punto óptimo mientras carga la batería. El principal inconveniente es la pérdida de energía que se produce en las sucesivas transformaciones.

- Híbridos en paralelo: En este caso, tanto el motor/motores eléctrico pueden transmitir su movimiento a la tracción, de forma independiente. El MCI puede cargar las baterías al mismo tiempo que mueve el vehículo. Este es el tipo más desarrollado y tiene variantes, pero estudiarán más adelante pues este apartado únicamente pretende realizar una introducción básica.

De esta forma los vehículos híbridos permiten reducir los consumos hasta los 3,5 litros/100km en consumo mixto en algunos casos, con el consiguiente ahorro económico para el consumidor y también la reducción de emisiones contaminantes. Además, el ruido producido por este sistema propulsor es mucho menor debido al funcionamiento mucho más silencioso del motor eléctrico. Los principales inconvenientes de estos vehículos residen en la menor oferta de potencia y sobre todo en los precios, todavía un poco más elevados que los vehículos con un único motor de combustión, aunque son cada vez más accesibles.

Existen también los llamados híbridos enchufables, que cuentan con unas baterías de mayor autonomía para poder funcionar en modo eléctrico puro que pueden ser cargadas a través de la red, y tienen también su MCI.

En cualquier caso, lo que parece obvio es que el vehículo híbrido a diferencia de las alternativas comentadas anteriormente si está consiguiendo abrirse un pequeño hueco en el mercado, si bien es cierto que en algunas culturas más que en otras.


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En Estados Unidos por ejemplo, las ventas de vehículos híbridos supusieron un 3,3% de las ventas totales de turismos, una cifra aún muy reducida pero con perspectivas de crecimiento inmediato, que además supusieron un incremento de más del 70% con respecto al año anterior.

Europa por su parte está teniendo una aceptación más lenta del vehículo híbrido, pero también empiezan a aparecer signos que muestran la penetración de esta tecnología. El ejemplo más claro es que Toyota, la marca líder en la tecnología híbrida, ha sido capaz de alcanzar ya unas ventas acumuladas de 500.000 vehículos híbridos vendidos en Europa.

Por su parte Japón es el mercado en el que más fuerte está siendo la presencia del coche híbrido. En los primeros diez meses de 2012, tan sólo en Japón, Toyota vendió más de 400.000 vehículos híbridos. Otro claro signo es que en Mayo de 2012 casi el 20% de los nuevos coches vendidos en territorio nipón fueron híbridos.

En general podemos indicar que a nivel global el vehículo híbrido comienza a entrar con fuerza, de hecho, durante el primer cuatrimestre de 2012, el vehículo más vendido del mundo fue el Toyota Prius según un estudio de Focus2Move.

Lo que se pretendía con esta presentación de las diferentes tecnologías que se barajan como sustitutivas o complementarias a los actuales motores de combustión es mostrar por qué actualmente la que tiene la tasa de penetración más importante es la híbrida. Se trata de una tecnología que a diferencia de las demás no está en investigación sino que es una tecnología completamente desarrollada independientemente de las distintas alternativas en que se configure. Por este motivo, desde el punto de vista de posible negocio que se busca con este proyecto, es la más atractiva.

2.2 ANÁLISIS DEL ENTORNO

En este apartado se procederá a realizar un estudio de los aspectos externos a la empresa planteada que pueden afectar al desarrollo del modelo de negocio. Para ello, se aplicará el modelo de las cinco Fuerzas de Porter.


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2.2.1 APLICACIÓN DEL MODELO DE LAS 5 FUERZAS DE PORTER

2.2.1.1 Amenaza de entrada de nuevos competidores

Al tratarse de un mercado relativamente nuevo el de la movilidad eléctrica o híbrida, está lejos de tratarse de un sector saturado, a diferencia de lo que ocurre en la industria de la automoción en general. Ello implica que poco a poco irán apareciendo sin duda nuevos competidores en el sector, de los cuales la gran mayoría serán los fabricantes de vehículos que todavía no hayan desarrollado esta tecnología, aunque también se pueden dar fabricantes exclusivos como es el caso del coche ThinkCity. Sin embargo, también es cierto que el ofrecer un servicio como el considerado en el proyecto no es algo tan probable por dos motivos fundamentales. El primero de esos motivos es que no resulta atractivo para los fabricantes porque podría canibalizar sus propios productos. El segundo es que no es fácil desarrollarlo para particulares ya que se necesita tanto la idea como el desarrollo técnico.

No hay que olvidar que inicialmente una creación oferta de vehículos ecológicos por parte de todos los fabricantes podría resultar atractivo en un primer momento al lograr extender el interés de la gente en este tipo de vehículos. Sin embargo, si todos los fabricantes comienzan a fabricar ofreciendo precios asequibles, el cliente siempre preferirá comprar directamente al fabricante por varios motivos, entre los que destaca el precio, comodidad y confianza. Por ello se considera a todo fabricante de vehículos ecológicos competidor.

La principal barrera de entrada que encuentran en la actualidad los fabricantes para entrar en este sector de movilidad ecológica son las economías de escala. En la industria automovilística son un factor totalmente necesario para el éxito ya que se compite brutalmente en precio, mientras que en vehículos híbridos o eléctricos es necesario establecer precios más elevados por la menor demanda. Se trata de compensar ese aspecto con una política de diferenciación.

Por otra parte otras barreras de entrada son la curva de aprendizaje y la posesión de patentes tecnológicas. Este último aspecto es muy importante ya que al ser una tecnología con capacidad de desarrollo un fabricante puede ofrecer una tecnología superior a las demás que marque una diferencia significativa. Un ejemplo es el Toyota Prius y su modelo de funcionamiento Hybrid Synergy Drive.


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Una última barrera de entrada es el acceso a determinadas materias primas o componentes, dados los contratos de exclusividad que pueden firmar las compañías con algunos proveedores.

En definitiva se trata de un sector donde las barreras de entrada son considerables pero la amenaza de entrada de nuevos competidores es inminente.

2.2.1.2 Amenaza de productos sustitutivos

Los productos sustitutivos que encuentra la propuesta son fundamentalmente todas las opciones de movilidad alternativas comentadas en el estudio de mercado. Sin embargo realmente se considerarán amenazas únicamente los vehículos eléctricos e híbridos. Los vehículos con motor de combustión se consideran productos sustitutivos en la medida que una persona quiera adquirir el kit de conversión por el elevado precio de los híbrido y eléctricos callejeros y si no se consigue convencer a ese potencial cliente continúe con la compra de otro vehículo con motor térmico.

Resulta paradójico que una penetración en el mercado de los vehículos eléctricos sea al mismo tiempo positiva y negativa para la empresa, ya que a la vez que incrementa el interés de la gente, le ofrece más alternativas al producto planteado en este proyecto. Como se ha mencionado en el punto 2.2.1.2 se entiende que este aspecto es positivo a corto plazo y empieza a ser negativo para fronteras un poco mayores. En cualquier caso, la empresa está planteada precisamente para aprovechar esta aparente etapa de transición durante el tiempo que pueda durar, que en caso de que finalmente triunfasen estas tecnologías sería bastante largo, porque los vehículos actuales no tienen vistas a desaparecer ni mucho menos.

Por esto motivo, aunque la amenaza de productos sustitutivos sea alta, no se considerará como un factor negativo ya que en cierto modo, el fracaso de dichas tecnologías conllevaría casi inevitablemente el fracaso del proyecto.

2.2.1.3 Rivalidad interna entre competidores

La rivalidad interna en el sector de reconversión de vehículo es prácticamente nula. Existe una empresa con cierto nombre, Hidronew XXII, sin embargo está localizada en Navarra y realiza conversiones eléctricas y no híbridas, por lo tanto con un coste mayor.

Se concluye por lo tanto como el factor más atractivo del sector considerado.


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2.2.1.4 Poder de negociación de proveedores

El poder de negociación de los proveedores es el aspecto más adverso y negativo del sector en lo que influye al proyecto. Por una parte, los fabricantes de componentes como las baterías o los motores eléctricos, sobre todo aquellos de tecnologías punteras y más atractivas, saben que son completamente indispensables para el desarrollo del producto y además trabajan en un sector donde la oferta no es todo lo amplia que podría desearse. Por ello, se ven capacitados para trabajar con altos márgenes, que tendrá que asumir la empresa instaladora de kits de conversión.

Por otra parte, los volúmenes a los que está orientada la empresa de conversión son reducidos, por lo que no habrá manera de conseguir rebajas importantes de precios hasta que no esté consolidado el proyecto y se pueda llegar a un acuerdo de distribución.

Finalmente es importante destacar que, como ya se mencionó anteriormente, algunos grandes fabricantes desarrollan acuerdos de exclusividad con empresas distribuidoras de componentes. Esto puede cerrar importantes puertas de acceso a distribuidores pues dado el volumen de ventas planificado una distribuidora no verá atractivo cerrar un acuerdo de exclusividad con la empresa del proyecto.

2.2.1.5 Poder de negociación de clientes

El poder de negociación de los clientes es reducido. Ciertamente se trata de un servicio nuevo, por lo que el cliente no desconoce lo que es aceptable y lo que no dentro de unos límites. Estos límites vendrán establecidos principalmente por los precios de los vehículos híbridos existentes, los cuáles son bastante elevados y la empresa no plantea en ningún caso acercarse.

Además, se trata posiblemente de la única empresa o una de las únicas que ofrece este servicio a nivel nacional, por lo que no existe un rival que pueda tratar de iniciar una competencia en precio.

Es un factor bastante positivo del sector considerado.


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2.3 ANÁLISIS INTERNO DE LA EMPRESA

Se procede ahora a plantear el posicionamiento de la empresa en el mercado y posteriormente a analizar los factores internos que puedan influir en el éxito o fracaso de la misma a través de un análisis DAFO.

2.3.1 POSICIONAMIENTO DE LA EMPRESA

Al definir el posicionamiento de la empresa lo primero que se debe señalar es que se trata de una empresa de nueva creación en el mercado, ofreciendo un producto que nadie más ofrece. Por la necesidad de que cada modelo vehículo en que se instale el kit híbrido sea analizado de manera individual, atendiendo a las exigencias tanto dimensionales como de prestaciones necesarias, se comenzará trabajando con un único modelo de vehículo para el cual se realiza el análisis técnico en este proyecto. Se trata por tanto de una empresa de tamaño inicial pequeño, ampliable con el servicio a más modelos en caso de éxito.

De este modo, una vez definida la edad y tamaño de la empresa quedan dos factores fundamentales por decidir: la localización de la empresa y la marca y modelo de vehículo para el cual se realizará la conversión. Estos dos factores se definen en los siguientes dos apartados.

2.3.1.1 LOCALIZACIÓN DE LA EMPRESA

A la hora de situar la empresa, al ser pequeña y de nueva creación, se situará en primera instancia en una única localidad de España, pudiendo ampliarse el servicio en función del éxito del modelo. Se atenderá a dos factores fundamentales.

1. Cuota de mercado.

Nos interesan los datos más recientes, pues nos indicarán qué regiones son las que tienen un mayor número de matriculaciones anuales en la actualidad y que por tanto serán las que nos ofrezcan un mercado potencial mayor. Durante los tres últimos años las tres Comunidades Autónomas con mayor número de matriculaciones son Madrid, Catalunya y Andalucía, muy lejos del resto:


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Tabla 2: Matriculaciones por CCAA [10]

Se observa un descenso claro en las tres comunidades en el número de matriculaciones ocasionado sin duda por la difícil situación económica del país, sin embargo este descenso es más acentuado en Andalucía. Observamos que Madrid es la que más consigue resistir este descenso hasta el punto de colocarse en 2012 como la CCAA con más matriculaciones.

2. Cuota de mercado de vehículos híbridos.

Si bien el apartado anterior parece que coloca a Madrid como la posible mejor opción donde instalar la empresa, no despeja todas las dudas. Por ello se analiza otro factor fundamental que es el número de matriculaciones de vehículos híbridos o incluso eléctricos, ya que eso proporciona una estimación de la aceptación que podría tener el proyecto planteado. Atendemos a las ventas de híbridos y eléctricos en el año 2011:


43

Tabla 3: Ventas de vehículos híbridos y eléctricos en 2011 [11]

Se observa como las comunidades con más recepción son Madrid, Catalunya y Galicia, por ese orden.

Concluimos pues que la empresa se situará inicialmente en Madrid, pues parece la región más propicia.

2.3.1.2 ELECCIÓN DE LA MARCA Y MODELO

Antes de seleccionar un conjunto de vehículos entre los que elegir el apropiado, se procederá a realizar una serie de consideraciones para cercar el rango sobre el que escoger.

Lo primero de todo será excluir a los compradores Premium. Se descartan dado que se considera que poseen los recursos suficientes como para hacerse con un híbrido nuevo y no le interesa la opción que este proyecto supone.

Se consideran por lo tanto aquellos vehículos dirigidos a un público con nivel de renta medio situado en el núcleo urbano, ya que este cliente es el que más provecho puede sacar del kit híbrido y por tanto quien más interés mostrará en el mismo.


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De un estudio realizado por www.coches.net, se desprenden datos muy interesantes y de buena aplicación para este proyecto. En primer lugar, a través de los resultados de una muestra nacional se revela que un 30% de los conductores españoles tienen previsto cambiar de vehículo en el año 2013. El estudio distingue entre compradores de coche nuevo o seminuevo (42,4%) y compradores de coches de ocasión (39,5%).

De los primeros, un 34,2% destinará entre 10.000€ y 20.000€ y un 31,3% de los conductores piensa invertir entre 20.000€ y 30.000€. Por encima de estos precios no nos interesa, ya que el coste de instalar nuestro kit debe ser inferior, pues a precios mayores ya se puede adquirir un híbrido nuevo en el mercado. De este segmento del mercado seguramente el público objetivo es el que espera gastar entre 10.000 y 20.000, a base de ofrecerle el kit a un precio suficientemente menor como para que le haga que le haga considerar la opción.

Por otra parte, del público orientado a comprar un vehículo de ocasión, piensa gastar entre 7.000€ a 13.000€ el 27,9% de los conductores, 3.000€ y 7.000€ para el 23,9%, entre 13.000€ y 20.000€ para el 21,7%. Un 11,4% dedica más de 20.000€ y un 10,1% menos de 3.000€. Aparentemente este público, que tiene en mente un gasto menor y que no busca adquirir un vehículo nuevo, es el perfil de cliente más atractivo para el kit híbrido. Nuevamente el éxito del proyecto radicará en conseguir ofrecer un precio que haga replantearse la opción a los potenciales compradores.

Un dato que se desprende del estudio, a priori favorable para el proyecto, es que un 27,6% de los futuros compradores se plantea el adquirir un coche ecológico, fundamentalmente híbrido (en un 91,3% de los casos). El resto de conductores, lo rechazan, siendo el precio es el principal motivo en un 23,1% de los casos. Ahí es donde reside la posibilidad del kit planteado de cambiar esa percepción, en conseguir ofrecer un precio menor.

Otro aspecto importante del estudio es su mención en cuanto a los años cada los que los conductores cambian de vehículo. Un 43,1 cambia de vehículo cada 8 años o más, mientras que un 15,4% lo hace antes de los 4 años. No nos interesa un plazo mayor de los 8 años, pues ese conductor busca ya cambiar de vehículo más que invertir en el mismo. Lo que interesa son los coches con una antigüedad máxima de 8 años por lo tanto, lo más reciente posible ya que para ellos es para quien más rentable puede resultar la inversión, al tener todavía bastantes años de uso del coche por delante.


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De este modo, se recoge a continuación una tabla con los vehículos más vendidos desde hace 8 años (2005) hasta hoy (no son los 6 que más se han vendido cada año pero sí en la suma total):

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Tabla 4: Modelos de coches más vendidos desde 2005 en España

Estos serán los 6 vehículos a considerar dado que son los 6 más vendidos en los últimos años y por lo tanto los que nos proporcionan una mayor potencial cuota de mercado. Procederos a analizarlos individualmente:

• Renault Mégane

El Mégane es el vehículo más vendido casi año tras año desde 2005. Sin embargo será rechazado para el proyecto. Los principales motivos que llevan a esta decisión radican fundamentalmente en su poder en el mercado de los coches “ecológicos”. Si bien es cierto que actualmente no comercializa ningún vehículo híbrido, sí que poseen 2 modelos de turismo eléctricos, el monoplaza Twizy (7.200€) y el Fluence Z.E. (26.600€). Ninguno de los 2 presenta un precio excesivamente elevado y su existencia supone una amenaza para la intención de la empresa planteada. Además, Renault ya ha anunciado que ha comenzado la fabricación de vehículos híbridos para sacar al mercado en los próximos años por lo que esta amenaza es aún mayor.

• Citröen C4

Otro de los más vendidos de forma constante. En este caso, el motivo por el que ha sido descartado ha sido la existencia del nuevo modelo del C4, el Micro-Híbrido E-HDI, que cuenta con sistema Start-Stop y de frenada regenerativa.


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Además, Citröen cuenta con un vehículo eléctrico puro (Citröen C-Zero desde 29.000€) y un híbrido (DS5 HYbrid4 desde 35.000€). Todo esto hace que la amenaza con respecto a nuestro producto sea demasiado elevada.

• Ford Focus

También uno de los más consistentes en sus números de ventas. Es una de las opciones más atractivas para el proyecto, sin embargo tampoco fue el elegido finalmente. Al igual que ocurría en el caso del C-4, el nuevo Mégane cuenta ya con un sistema Start-Stop y también con frenada regenerativa para cargar las baterías, ahorrando combustible. Además, incorpora sus motores Eco-Boost, que ofrecen una de las cifras de consumo más bajas del mercado. Además, Ford cuenta con 2 vehículos híbridos en su catálogo de Estados Unidos. Si bien no han llegado todavía a España esto supone nuevamente una amenaza que para el producto planteado.

• Volkswagen Golf

También un vehículo muy vendido en España, sobre todo en los últimos años. Con el distinto de ingeniería alemana y de la imagen de marca propia de Volkswagen, se orienta a un público un poco más pudiente. El motivo por el cual no va a ser el modelo tratado en este proyecto es que Volkswagen ya ha desarrollado un Golf híbrido, el Golf 7 Hybrid Plug-in, un híbrido enchufable que comenzará a comercializar en 2014 y con el que esperan alcanzar un consumo homologado inferior a 1,4l/100km. Esto elimina cualquier posibilidad de éxito del kit en el Golf, ya que ni económicamente ni a nivel de consumos se podría competir con la marca fabricante del mismo modelo. Además, Volkswagen cuenta ya con dos vehículos híbridos, el Volkswagen Up! Y el Jetta Hybrid.

• Opel Astra

Se trata que es un modelo con elevadas cuotas de mercado, sin embargo en los últimos dos años ha caído a un ritmo superior al del Mégane o el Ibiza por ejemplo, lo cual es bastante importante debido que los vehículos más recientes son los más atractivos para que el proyecto tenga éxito los primeros años.

Las últimas versiones en términos de consumo permiten incorporar los motores ecoFLEX, e incluso existe algún modelo con la funcionalidad Start-Stop. Además la marca en términos de vehículos “ecológicos” cuenta con el Opel Ampera, un Eléctrico de Autonomía Extendida de 47.000€ aunque se trata de un precio bastante elevado.


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A pesar de ser un vehículo bastante atractivo para el proyecto, ese descenso de ventas en los últimos años preocupa dado que se necesita un mercado amplio tanto reciente con en los años próximos para tener un mayor público objetivo potencial. Por este motivo fundamentalmente se ha rechazado.

• Seat Ibiza

El Seat Ibiza, es uno de los cuatro vehículos más vendidos en España año tras año. Actualmente Seat no dispone de ningún tipo de coche híbrido ni eléctrico y aunque tiene proyectos para lanzar un híbrido en 2015 está por ver que puedan cumplir con la fecha.

Por este motivo, este será el modelo de coche en el que implementar el modelo. Concretamente se considera un Seat Ibiza SC 1.2 TSI 85CV Style, cuyo precio de venta se sitúa alrededor de los 17000€, por lo que hay margen de precio para el kit

2.3.2 ANÁLISIS DAFO

En el análisis DAFO se plantean los aspectos internos de la empresa que pueden influenciar en el éxito o fracaso de la misma.

2.3.2.1 Fortalezas

Se consideran los siguientes puntos fuertes del proyecto planteado y que por tanto deben potenciarse y ser aprovechados.

• La reconversión a vehículo híbrido se trata de un servicio único en España, por lo que no habrá que pelearse por los posibles clientes con nadie.

• Precisamente por esa falta de competidores se puede trabajar con un margen considerable con respecto a los costes de materiales.

• El precio ofrecido al cliente (ver estudio económico del proyecto) es de 13.100€. Este precio es inferior al precio de adquisición de un vehículo nuevo del mismo tipo, como era objetivo del proyecto, lo que servirá como atractivo al cliente.

• El kilometraje necesario para que el cliente rentabilice su inversión es de poco más de 150.000km, lo que no es una cifra demasiado alta y puede servir también como atractivo.


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• Los costes asociados a la empresa son bastante reducidos por dos aspectos fundamentales. En primer lugar, el número de trabajadores será reducido dado que únicamente se ofrece un servicio de conversión y no se esperan grandes cantidades de clientes. En segundo lugar, se trabaja con un número concreto y reducido de componentes y herramientas para la instalación del kit, todos para el mismo vehículo además, por lo que no serán necesarios grandes inventarios sino un stock reducido y controlado con facilidad.

2.3.2.2 Debilidades

• Al tratarse de uno de los poquísimos proyectos de reconversión de vehículos, el desconocimiento de la población acerca de los mismos es nulo, por lo que es complicado conseguir clientes.

• Como consecuencia del punto anterior, será necesario un importante gasto en publicidad de la empresa y servicio.

• También a causa de ese desconocimiento de los potenciales clientes, existirá una cierta desconfianza hacia el producto, sobre todo inicialmente, lo que supondrá una barrera para el éxito del proyecto.

2.3.2.3 Oportunidades

• Aprovechar el creciente interés de la población por los vehículos “ecológicos” y la “conciencia verde”.

• Aprovechar también el impulso de esta tecnología que hacen los fabricantes, las compañías eléctricas, los gobiernos y otras organizaciones, de manera que el gasto en publicidad vaya dirigido a hacer conocer la empresa y no los beneficios de la tecnología.

• Posibilidad de atraer al comprador con la publicidad del ahorro que le puede suponer en gasolina la instalación del kit.

2.3.2.4 Amenazas

• Dada la naturaleza de la conversión y sobre todo de los motores empleados (ver estudio técnico), un derrumbamiento de alguno de los proveedores puede suponer un fuerte problema, teniendo que rediseñar todo el proceso.


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• Las modificaciones en el vehículo podrían entrar en vehículo con la garantía del fabricante, lo que supondría una gran reticencia de los posibles clientes a adquirir el kit. Sería importante conseguir mantener la garantía.

• Al igual que ocurre con los proveedores, un fracaso de las tecnologías híbrido o eléctrica o una pérdida de interés de la sociedad también significaría el fin del proyecto.

• Los gobiernos ofrecen ayudas directas a la adquisición de vehículos ecológicos o a procesos de leasing, mientras que la reconversión no recibe ninguna ayuda directa.


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Se procederá a realizar una muy breve explicación de las curvas características de un motor térmico de combustión, ya que algunos de los sistemas híbridos, como los híbridos en serie que se explicarán en la siguiente sección, se fundamentan en hacer trabajar al motor en determinados puntos de estas curvas.

Un motor se caracteriza por un campo de existencia en un plano Par efectivo vs Régimen, que define el conjunto de puntos posibles de funcionamiento del motor. Es lo que se llama el mapa motor. Para cada punto del mapa se interesa conocer valores como la potencia, el par o el consumo, sin embargo, para poder comparar mejor, interesa expresar estas magnitudes de forma independiente de la cilindrada del motor. Así, se emplea la potencia específica, el consumo específico (inversamente proporcional al rendimiento del motor) y también la presión media efectiva (como equivalente del par) para este fin.

Estas curvas se obtienen mediante ensayos experimentales en bancos dinamométricos bajo condiciones muy controladas, y aunque no se va a profundizar más en ello, es importante destacar que existen las curvas a plena carga y las curvas a carga parcial. Dada la naturaleza de la aplicación de los motores de combustión en automoción, nos interesa más conocer la curva a carga parcial, que representan los parámetros significativos del motor para cada rpm, en función de la carga, y que se obtienen haciendo variar el par a un régimen constante.

A continuación se muestra el aspecto típico de una curva de carga parcial característica de un motor de combustión interna.


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Ilustración 2: Curva de carga parcial de un MCI [12]

Normalmente en las curvas de carga parcial se representan curvas de isoconsumos, es decir, aquellas zonas de funcionamiento del motor que tienen el mismo consumo específico. Como se ha dicho anteriormente, el consumo específico es inversamente proporcional a la eficiencia del motor, por lo que lógicamente interesa trabajar en los puntos de menor consumo específico. La zona de mínimo consumo se denomina polo económico, normalmente situado en las zonas con baja velocidad linear del pistón (Cm) y elevados valores de la presión media efectiva.

En definitiva y para lo que interesa conocer en este proyecto, cuanto más cerca del polo económico se trabaje, más eficiente estará siendo el funcionamiento del motor.

A continuación se muestra el aspecto de una curva de carga parcial con las curvas de isoconsumo representadas:


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Ilustración 3: Curva de carga parcial con isoconsumos. [12]

En este apartado se realizará un pequeño estudio de los diferentes tipos de motores eléctricos que hay en el mercado, sin entrar en detalles de los principios de funcionamiento, sino más bien en lo que interesa al proyecto que son sus prestaciones, dimensiones, peso, precio, etc.

3.2.1 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

En el motor de corriente continua el devanado inductor se sitúa en el estator, que se alimenta con corriente continua. El rotor por su parte está constituido por el devanado inducido y un conmutador. La corriente continua del estator se hace pasar por unas escobillas fijas de carbón que hacen contacto con la superficie del conmutador, quien se encarga de convertir la corriente continua en una corriente


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alterna. Esta corriente alterna generará el campo magnético necesario para producir el movimiento de rotor y por lo tanto el par motor.

Una de las principales ventajas de estos motores es que su control es muy sencillo, por lo que los controladores son muy baratos. Sin embargo, entre sus inconvenientes destacan su peso y tamaño. Además, el continuo rozamiento de las escobillas con el conmutador reduce el rendimiento del motor, desprende calor y hace necesario un mantenimiento frecuente.

Ilustración 4: Motor de corriente continua

3.2.2 MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS (DC BRUSHLESS)

A diferencia del motor de CC tradicional, en los motores brushless el motor aloja unos imanes permanentes que sustituyen al circuito de excitación, por lo que las bobinas del inducido van alojadas en el estator. Se eliminan las escobillas y el conmutador, realizándose la conmutación de forma electrónica en vez de mecánica. De este modo, su funcionamiento se basa en la alimentación secuencial de cada una de las fases del estator de forma sincronizada con el movimiento del rotor. Para ello son necesarios sensores que detecten la posición de rotor, normalmente sensores de efecto Hall o sensores ópticos. Este último aspecto hace que el control sea más complicado que en los motores de CC con escobillas y con


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un precio mayor, sin embargo sus ventajas para la aplicación que nos interesa son mucho mayores:

• Mejor relación velocidad-par motor.

• Mayor eficiencia.

• Baja inercia del rotor, y por lo tanto mejor respuesta dinámica, especialmente importante en las aceleraciones y desaceleraciones.

• Mantenimiento mínimo y por tanto mayor durabilidad.

• Menor ruido.

• Mayor potencia de salida para un menor tamaño, debido a las mejores características térmicas por la ausencia de escobillas, que limita las prestaciones de los motores CC tradicionales.

Ilustración 5: Motor de corriente continúa sin escobillas


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3.2.3 MOTOR ASÍNCRONO O DE INDUCCIÓN

El motor asíncrono, también llamado motor de inducción, es un motor de corriente alterna que constituye más del 80% de los motores eléctricos industriales. En este caso, el inductor es el estator, al que se le aplica una corriente alterna, normalmente trifásica y con los devanados desfasado 120º, de manera que crean un campo magnético giratorio. Este campo magnético induce unas corrientes en el rotor, generando a su vez un nuevo campo magnético giratorio. La interacción de ambos campos da como resultado el par electromagnético que hace girar el rotor.

Debido al rozamiento con el aire, cojinetes, etc., y la presencia de la carga, el rotor nunca podrá alcanzar la velocidad de giro del campo magnético inicial del estator, cuya velocidad se denomina velocidad de sincronismo, expresándose esa diferencia de velocidades a través del deslizamiento. Por este motivo reciben estos motores la denominación de asíncrono.

Existen dos configuraciones esenciales:

• Motor asíncrono de rotor bobinado: el devanado del rotor está formado por un bobinado trifásico similar al del estator con el mismo número de polos.

• Motores de jaula de ardilla: el devanado del rotor está formado por barras, generalmente de cobre o aluminio, cuyos extremos están puesto en cortocircuito a través de dos anillos, a los que se unen mediante soldadura o fundición.

Para la aplicación que buscamos, la configuración que nos interesa es la de jaula de ardilla, ya que a igualdad de potencia es menos costoso, más robusto y requiere un menor mantenimiento que el de rotor bobinado.

Precisamente, las principales ventajas para el empleo de estos motores son su robustez y bajo mantenimiento. Pero además destaca también su bajo precio y el gran conocimiento que se tiene del mismo por parte de todos los fabricantes debido a su extendido uso industrial.


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Ilustración 6: Motor asíncrono de jaula de ardilla [13]

3.2.4 MOTOR SÍNCRONO

Las máquinas síncronas están constituidas por dos devanados independientes, al igual que los demás tipos de máquinas eléctricas:

• Un devanado inductor, constituido en forma de arrollamiento concentrado o bien distribuido en ranuras alimentado por una corriente continua.

• Un devanado inducido, que está constituido por un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna.

El estator se alimenta con una corriente alterna, mientras que al rotor se le aplica una corriente continua. Loa campos magnéticos generados tienden a alinearse girando el eje a la velocidad síncrona.

Actualmente para su empleo en la tracción eléctrica se consideran fundamentalmente dos configuraciones de este tipo de motores, los motores síncronos de imanes permanentes y los motores síncronos de reluctancias conmutadas:

3.2.4.1 Motor síncrono de imanes permanentes

El circuito de excitación del rotor se sustituye por imanes permanentes de alta energía, mientras que las bobinas excitadoras se sitúan en el estator, debiendo ser


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la excitación manejada externamente mediante un controlador. Sus principales ventajas son:

• Al eliminar los devanados del rotor, las pérdidas son menores, por lo que aumenta su eficiencia hasta un 10% y su tamaño también es cerca de un 30% menor que los motores síncronos convencionales.

• Al no requerirse enfriamiento del rotor, su refrigeración se simplifica y el rango de operación del estator puede ser ampliado debido entre otras cosas a la mejor eficiencia del agua de refrigeración.

Entre sus desventajas destacan 2:

• El motor, alimentado por CC, necesita un dispositivo inversor, ya que se requiere de excitación alterna, aumentando el número de componentes. Además, la conversión de CC a CA implica la introducción de armónicos, que generan pares parásitos indeseables y perjudiciales en la eficiencia de la conversión.

• Hay que tener en cuenta la posible pérdida de flujo de los imanes, atendiendo tanto a la temperatura de servicio como a la característica B-H de los mismos (curva de histéresis) para evitar una desmagnetización.

Ilustración 7: Constitución de un motor síncrono de imanes permanentes


3.2.4.1 Motor síncrono de reluctancias conmutadas

El motor de reluctancia conmutada se alimenta de coescobillas ni tampoco imanes permanentes. Está consestator, ambos de polos salientes. En los polos deldiametralmente opuestas, formando así las fases delestá constituido por simples láminas de acero sin conductore

Para su funcionamiento, se energizan de manera secutravés de un convertidor, creando un campo magnéticsalientes del rotor desde una posición de ncon la fase. En ese momento se energiza la siguientasí el movimiento rotatorio del rotor. Es por tantola posición del rotor, para una correcta secuencia

Entre sus ventajas destacan la sencilla estructura su funcionamiento a altas velocidades y ambientes pun motor robusto y de elevado par, con una electrón

Como puntos negativos aparecen la necesidad del sisposición del rotor, unas características no linealedificultan el análisis, y un elevado rizo de par.

Ilustración


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Motor síncrono de reluctancias conmutadas

El motor de reluctancia conmutada se alimenta de corriente continúa y no necesescobillas ni tampoco imanes permanentes. Está constituido por un rotor y un estator, ambos de polos salientes. En los polos del estator se enrollan las bobinasdiametralmente opuestas, formando así las fases del motor, mientras que el rotor

tituido por simples láminas de acero sin conductores.

Para su funcionamiento, se energizan de manera secuencial las fases del estator a través de un convertidor, creando un campo magnético que atrae los elementos salientes del rotor desde una posición de no alineamiento hasta la de alineamiento con la fase. En ese momento se energiza la siguiente fase del estator produciendo así el movimiento rotatorio del rotor. Es por tanto necesario un sensor que señale la posición del rotor, para una correcta secuencia de conmutación de las fases.

Entre sus ventajas destacan la sencilla estructura laminada del rotor, que permite su funcionamiento a altas velocidades y ambientes peligrosos. Además, se trata de un motor robusto y de elevado par, con una electrónica y control sencillos.

Como puntos negativos aparecen la necesidad del sistema de detección de posición del rotor, unas características no lineales debido a los polos salientes que dificultan el análisis, y un elevado rizo de par.

Ilustración 8: Motor síncrono de reluctancias conmutadas [14]

rriente continúa y no necesita tituido por un rotor y un

estator se enrollan las bobinas, motor, mientras que el rotor

encial las fases del estator a o que atrae los elementos

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necesario un sensor que señale de conmutación de las fases.

laminada del rotor, que permite eligrosos. Además, se trata de

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tema de detección de s debido a los polos salientes que


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3.2.4 MOTOR DE FLUJO AXIAL

Las máquinas de flujo axial son motores síncronos de imanes permanentes que se caracterizan precisamente porque la dirección de flujo magnético es paralela al eje del motor, en vez de perpendicular al mismo (dirección radial) como ocurre en todos los demás tipos de máquinas eléctricas. El estator y el rotor se disponen de forma longitudinal al eje

Ilustración 9: Motor de flujo axial

Con esta configuración también llamada tipo “pancake” se puede obtener una gran densidad de par, es decir, una muy elevada relación par/volumen, gracias a lo cual es posible conseguir elevados pares con espesores muy finos de motor.

Además, debido a su elevado par, estos motores pueden emplearse para tracción directa, sin necesidad de emplear reductoras en algunos casos, lo que unido a su compacidad abren la posibilidad de integrarlos directamente en la rueda del vehículo. Ahí es donde reside su principal atractivo para tracción.

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Las baterías son elementos que almacenan energía eléctrica, mediante procedimientos electroquímicos, y que pueden devolverla con unas pérdidas determinadas en el proceso.


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Actualmente se emplean tres tipos básicos de baterías en los vehículos híbridos y eléctricos: baterías de Plomo-Ácido, baterías de Níquel-Hidruro metálico y baterías de Ión Litio.

Baterías de Plomo-Ácido:

Son las baterías que se han empleado tradicionalmente en los vehículos eléctricos, aunque recientemente su uso está decayendo por otras baterías más avanzadas, que ofrecen fundamentalmente una mayor densidad energética.

Ventajas:

• Se trata de la tecnología más madura de las tres consideradas, lo que la convierte en el tipo de batería más barata del mercado.

• Componentes fácilmente reciclables. En España concretamente se reciclan más del 95% de todas las baterías empleadas.

Desventajas: • Es de los tres tipos de baterías el que tiene una menor energía específica,

entre 10 – 40 Wh/Kg.

• Bajo número de ciclos de descarga, entre 400 y 800, lo que reduce su vida útil.

• Impacto ambiental negativo ya que contiene compuestos contaminantes como el arsénico y el antimonio.

Baterías de Níquel-Hidruro metálico:

Es el tipo más empleado en los vehículos híbridos, como por ejemplo el Toyota Prius y demás híbridos de la marca.

Ventajas:

• Densidad energética mayor que las baterías Plomo-Ácido, 60 – 80 Wh/Kg.

• Son las únicas que admiten cargas rápidas, de entre 1 y 3 horas.

• No requieren mantenimiento.


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Desventajas:

• Moderado número de ciclos de carga-descarga, entre 300 y 600 ciclos.

• Efecto memoria moderado y alta auto-descarga.

• Mayor coste que las baterías de plomo.

Baterías de Ion Litio:

Es la tecnología que se empieza a utilizar en los diseños modernos de vehículos eléctricos, fundamentalmente por su alta densidad energética y de hecho se considera su desarrollo uno de los aspectos clave para la mejora de prestaciones de los vehículos eléctricos en el futuro cercano.

Ventajas:

• Voltaje nominal más elevado de los tres tipos de baterías, 3-4V.

• Poseen la energía específica más elevada, 80 – 170 Wh/Kg.

• Bajo efecto memoria y por lo tanto muy buena recargabilidad.

• Moderado impacto ambiental.

Desventajas:

• Elevado coste, siendo las baterías más caras de las tres consideradas.

• Se degradan cuando se producen sobrecargas/sobredescargas.

Dependiendo de los materiales que se empleen en el cátodo y ánodo, aparecen distintos tipos de baterías de Ion Litio.


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Tabla 5: Tipos de baterías Ion Litio. Fuente: IDAE

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Aunque se habla de vehículos híbridos siempre que se conjuguen el motor eléctrico y el de combustión, el principio de funcionamiento puede ser muy distinto según el tipo de Hibridación. De manera general, como ya se comentó anteriormente, se puede hacer una clasificación en vehículos híbridos en serie e híbridos en paralelo.

3.4.1 HÍBRIDOS EN SERIE

En un vehículo híbrido en serie, el motor térmico va acoplado a un generador, por lo que se emplea únicamente para generar electricidad, que se destina a recargar las baterías o a alimentar al motor eléctrico directamente. De este modo, el motor térmico está desacoplado de la tracción, siendo el eléctrico el único que entrega movimiento a las ruedas. A continuación se muestra una ilustración esquemática de este sistema:


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Ilustración 10: Esquema de funcionamiento híbrido serie. Fuente: [16]

El generador normalmente está constituido por un alternador trifásico, por lo que para recargar las baterías necesita que la corriente sea rectificada anteriormente.

La principal desventaja de este sistema reside en que toda la energía producida por el motor térmico tiene que pasar por el generador, y toda la energía entregada a la tracción tiene que pasar por el motor eléctrico. Esto conlleva una pérdida de eficiencia energética en las sucesivas transformaciones.

Sin embargo las ventajas que aporta son considerables. Fundamentalmente lo que se consigue con esta configuración es lograr un funcionamiento óptimo del motor de combustión. Al estar desacoplado de la tracción, es posible lograr que el motor trabaje constantemente cerca de su punto óptimo de funcionamiento. Si el motor térmico está alimentando al generador, y este directamente al motor eléctrico, el térmico puede entregar al generador más energía de la que necesita el eléctrico y emplear el sobrante en cargar las baterías, si así consigue acercarse más a su punto más eficiente de funcionamiento, de acuerdo con lo explicado anteriormente sobre las curvas características de un motor de combustión. Otra de las ventajas de esta disposición es que el motor térmico nunca trabaja en vacío, reduciendo así las emisiones y el consumo de combustible.

Normalmente estos vehículos permiten cargar las baterías a través de la red, además del motor de combustión (en funcionamiento). Por este motivo, también se denominan “eléctricos de autonomía extendida”.

A altas velocidades sin embargo, sólo parte de la energía proviene de las baterías, siendo éstas las que suministran la potencia necesaria para aceleraciones y adelantamientos; la gran parte proviene del generador y por lo tanto del motor térmico. A velocidad de crucero, la potencia generada en exceso por el motor de combustión se utiliza para recargar las baterías. Este sistema resulta eficiente si el


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80% de los kilómetros recorridos son alimentados por la energía de las baterías que se han recargado desde la red. En caso contrario es difícil la justificación de este tipo de propulsión híbrida ya que la energía eléctrica de las baterías proviene en realidad de la combustión del motor térmico. [17]

A continuación se presenta un posible ejemplo de disposición de un vehículo híbrido serie:

Ilustración 11: Ejemplo disposición híbrido serie

Dos de los vehículos con más existe en el mercado que llevan instalado este sistema de hibridación son el Chevrolet Volt y el Opel Ampera.

3.4.2 HÍBRIDOS EN PARALELO

En los sistemas híbridos en paralelo, a diferencia del modelo serie, cada uno de los motores puede entregar tracción al coche de forma independiente. De esta forma, los dos sistemas de propulsión pueden ser utilizados independientemente o simultáneamente para entregar par a las ruedas.

Dentro de esta configuración, normalmente se diferencia entre “híbrido paralelo” e “híbrido serie-paralelo”:


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• Híbrido paralelo: el motor térmico es la principal fuente de energía mientras que el motor eléctrico actúa sólo en momentos puntuales aportando más potencia al sistema. Lo que se busca es que el motor eléctrico proporcione potencia en la salida y en aceleraciones, que es cuando el motor térmico consume más, sin embargo, generalmente no es capaz de impulsar al vehículo por sí solo.

Se puede decir que los motores que se montan en los vehículos convencionales están sobredimensionados en prestaciones (y tamaño como consecuencia) para lo que realmente se necesita de ellos. En los vehículos híbridos sin embargo, el motor de combustión que instala es de menor tamaño y potencia, consiguiendo un menor consumo y emisiones al trabajar en zonas más eficientes del mapa motor. Por este motivo, el motor eléctrico entrega esa potencia extra para las aceleraciones, en momentos puntuales, reduciendo además el gasto del motor en estos momentos en que su eficiencia es menor.

En este tipo de configuración, es el propio motor eléctrico el que funciona como generador cuando se requiere, durante la frenada regenerativa por ejemplo, en vez de llevar un generador y un motor eléctrico como ocurría en el modo serie y como ocurrirá también en el serie-paralelo. El inconveniente que presenta esto es que la eficiencia durante el funcionamiento como generador será menor, sin embargo se simplifica mecánicamente la disposición, con lo que se podría implementar en vehículos ya existentes. Además, dada su simplicidad y el menor número de componentes (generador y todo lo necesario para su funcionamiento), su precio suele ser menor que el de otro tipo de hibridación. Un ejemplo de vehículo híbrido que monte este sistema es el Honda Insight.


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Ilustración 12: Esquema híbrido paralelo. [18]

• Híbrido serie-paralelo: las dos unidades pueden impulsar al vehículo, utilizándose en cada situación la más adecuada. Así, dependiendo de la circunstancia de conducción en que se encuentre, el coche será propulsado únicamente por el motor eléctrico (al arrancar con baja aceleración básicamente, ya que la autonomía de las baterías es reducida como para conducir distancias normales en modo sólo eléctrico), únicamente por el motor térmico, o con ambos a la vez.

Para hacer funcionar siempre al motor térmico lo más eficientemente posible, muchas veces este último generará una potencia mayor de la necesaria para mover el vehículo, entregando la restante a las baterías a través de un generador. Por este motivo es necesaria la presencia de un generador independiente del motor eléctrico, de manera el motor térmico pueda cargar las baterías al mismo tiempo que el eléctrico entrega tracción.


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Ilustración 13: Esquema híbrido serie-paralelo [18]

Con esta configuración, se puede tener a los motores térmico y eléctrico entregando par a las ruedas al mismo tiempo que el térmico también carga las baterías. Se trata de un diseño más elaborado y también más complicado. Para poder variar los distintos tipos de funcionamiento, es necesaria la presencia de un elemento clave, el tren de reparto de potencia que unifique los esfuerzos de los tres motores (2+generador).

El vehículo puntero en la aplicación de esta disposición, y que es de lejos el coche híbrido con más éxito en el mercado es el Toyota Prius. En general la gama de vehículos con el Hybrid Synergy Drive (HSD) y algunos híbridos Lexus, ya que esta es la gama de lujo de la marca Toyota, emplean este sistema.

En el caso del Prius, el tren de reparto de potencia lo denominan Power Split Device (PSD), constituido por un engranaje sol, un portasatélites y una corona exterior, cada uno de ellos unido a uno de los 2 motores o al generador, que además de encargarse de que cada motor actúe como se le pide, constituye un sistema de transmisión variable continua (CVT), sin marchas, eliminando por tanto la caja de cambios.


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Ilustración 14: PSD Toyota [19]

3.4.3 ELECCIÓN DEL MODELO A IMPLANTAR.

A la hora de elegir la modalidad de hibridación a implantar en vehículo, se van a rechazar de partida las configuraciones serie y serie-paralelo. Esto se debe a que para poder llevar a cabo esta disposición sería necesario cambiar totalmente el sistema de transmisión del vehículo con la consiguiente complejidad y costes que eso conllevaría. Se va a optar por tanto por una configuración en paralelo.

Tenemos cuatro posibilidades de conexión en el sistema paralelo:

1. Combinación de pares mediante dos ejes. 2. Combinación de pares en el mismo eje mediante un sumador de

par. 3. Combinación de velocidades rotacionales de los motores, que giran

a velocidades distintas en las ruedas que acciones, y sus pares son acoplados mediante una caja de engranajes o algún otro sistema.

4. Combinación de fuerzas de tracción, con el motor térmico y eléctrico alimentando distintos pares de ruedas y sin conexión mecánica entre ellos.


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Ilustración 15: Posibilidades de conexión en sistema híbrido paralelo [16]

Por el mismo problema que en el caso serie y serie-paralelo de tener que cambiar y rediseñar todo el sistema de transmisión del motor térmico, las opciones 1,2 y3 se rechazarán.

Parece mucho más atractivo llevar una configuración sin conexión mecánica entre los motores de combustión y eléctrico, donde no haya necesidad de modificar la transmisión ya existente en el vehículo, pues se busca realizar la conversión de la forma más sencilla y económica posible, de cara a abaratar el servicio al cliente y que por lo tanto pueda resultarle rentable al mismo.


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Aún eligiendo esta configuración, con el motor térmico accionando las ruedas delanteras sin modificar la transmisión original, y el/los eléctricos entregando par a las ruedas traseras, existen diferentes posibilidades de implantación. Básicamente tendremos dos opciones:

1. Un motor eléctrico entregando par a las ruedas a través de una reductora y un diferencial. Es la disposición clásica de motor + diferencial. Esta configuración permite el empleo de una reductora que otorga cierta flexibilidad en cuanto a los parámetros exigibles al motor eléctrico, pudiendo combinar por tanto sus efectos para obtener la característica par velocidad deseada en las ruedas. Para implantarlo sin embargo, sería necesario modificar el eje trasero, cambiándolo completamente para introducir el conjunto motor-reductora-diferencial.

Ilustración 16: Conjunto motor eléctrico-reductora-diferencial [20]

2. Dos motores eléctricos, uno para cada rueda. En este caso no se emplea un diferencial, si no que el sistema controla la velocidad de cada rueda (información que de la que ya se dispone por el sistema ABS), y la unidad de control se encargará de que cada motor gire a la velocidad apropiada para que no haya deslizamientos de la rueda.

La manera más atractiva de llevar este sistema a cabo es a través de la implantación de motores en la propia rueda del vehículo. Para ello, es necesario que estos motores tengan una gran densidad de par, ya que tienen que entregar el par directamente a la rueda sin emplear una reductora, y además es necesario también que sean muy compactos, ya que el espacio disponible para su introducción es muy reducido.


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Si se consigue implantar este sistema de una manera apropiada, sería posible realizar la conversión sin modificar ninguno de los elementos estructurales del vehículo, ni ejes ni suspensiones ni la tracción original.

Se considera esta por lo tanto la opción más atractiva y la que se tratará de emplear para la conversión del coche. Ya que no se incluye un generador en el kit, se empleará la modalidad de híbrido enchufable-

Ilustración 17: Ejemplo de motor en rueda

#$ !!

3.5.1 FUERZAS QUE SE OPONEN AL AVANCE DEL VEHÍCULO

Nos interesa conocer las fuerzas que se oponen al avance del vehículo para conocer los requerimientos de los componentes a instalar en el motor, fundamentalmente el motor y las baterías. Las fuerzas que se deben considerar son tres: resistencia a la rodadura, fuerza aerodinámica y fuerza de ascensión.


73

3.5.1.1 Resistencia a la rodadura

La resistencia a la rodadura en superficies duras, que son las que nos interesan en condiciones generales de conducción sobre asfalto, está causada fundamentalmente por la histéresis en los materiales de los neumáticos. Esta histéresis causa una distribución asimétrica de las fuerzas de reacción del suelo sobre la rueda, con una mayor presión en la parte delantera de la rueda que en la trasera (si nos desplazamos hacia delante), por lo que la fuerza resultante de reacción P se adelanta.

Este desplazamiento de la fuerza P, genera un momento resistente a la rodadura, con lo que tendrá que existir una fuerza F aplicada en el centro de la rueda para compensar este momento:

= (1)

= = =

(2)

De esta manera, la resistencia a la rodadura se modela como una fuerza horizontal Fr aplicada sobre el centro de la rueda, en sentido opuesto al movimiento de la rueda.

= (3)


74

P es la fuerza normal actuando sobre el centro de la rueda y fr es el coeficiente de resistencia a la rodadura. Este coeficiente depende de varios factores como el material del neumático, la estructura del mismo, la temperatura, presión de inflado, velocidad, etc. En la siguiente tabla se presentan los valores típicos en distintas superficies obtenidos de manera experimental, sin tener en cuenta el efecto por variación de velocidad:

Tabla 6: Valores típicos del coeficiente de rodadura

A partir de resultados experimentales se han modelado fórmulas para determinar este coeficiente. En lo que respecta al comportamiento de vehículos, se puede considerar el coeficiente de fricción como una función linear dependiente de la velocidad, válida para velocidades de hasta 128km/h:

= +

(4)

Esta fórmula es válida para vehículos circulando sobre asfalto.

3.5.1.2 Resistencia aerodinámica

Un vehículo circulando en una masa de aire se encuentra con una fuerza resistente a su movimiento. Esta resistencia aerodinámica está constituida fundamentalmente por dos factores:


75

• Esfuerzos debidos a la forma: el vehículo en su movimiento hacia delante, empuja el aire que tiene en frente de él, sin embargo el aire no puede desplazarse de manera inmediata y por lo tanto se crea una zona de mayor presión que frena al vehículo. Del mismo modo, el aire detrás del coche no puede ocupar inmediatamente el espacio vacío que deja el vehículo en su movimiento, creándose así una zona de baja presión, que frenará también el avance del mismo. En la Ilustración 18: Esfuerzos aerodinámicos debidos a la forma del vehículo, se muestra una imagen representado estas dos zonas.

• Fricción superficial: el aire cerca del vehículo se moverá a una velocidad similar al mismo, mientras que el aire más lejos estará en reposo. Entre medias existirán moléculas de aire moviéndose a distintas velocidades. Esta diferencia de velocidades genera una fricción que constituye el segundo componente de la fuerza aerodinámica.

Ilustración 18: Esfuerzos aerodinámicos debidos a la forma del vehículo

El arrastre aerodinámico se expresa con la siguiente ecuación:

ρ= + (5)

= Densidad del aire.

Cx = Coeficiente de resistencia aerodinámico.


76

Af = Área frontal del vehículo proyectada.

V = Velocidad del vehículo.

Vw = Velocidad del viento. Positiva cuando se mueve en dirección contraria al vehículo y negativa cuando se mueve en el mismo sentido.

El coeficiente de resistencia aerodinámico depende de la forma del vehículo y está recogido en la ficha técnica del vehículo. La Ilustración 19 muestra distintos valores de este coeficiente para distintos tipos de vehículo.

Ilustración 19: Coeficiente de resistencia aerodinámico

3.5.1.3 Fuerza de ascensión

Cuando un vehículo sube o baja una pendiente, su peso crea una componente, siempre dirigida hacia abajo, como se muestra en la Ilustración 20 Esta componente puede oponerse al movimiento del coche (al subir una pendiente) o ayudar al mismo (en el caso contrario).


77

Esta fuerza se expresa con la siguiente ecuación:

α= (6)

Mv = Masa del vehículo

= Ángulo de desnivel de la carretera.

Ilustración 20: Fuerza de ascensión

3.5.2 ECUACIÓN DE LA DINÁMICA DE TRACCIÓN

Para conocer el comportamiento dinámico del vehículo es necesario desarrollar la ecuación de la dinámica de tracción, que relaciona la aceleración del vehículo con el par de tracción ofrecido por el sistema propulsor y las cargas a las que está sometido el vehículo.

En el estudio, se considerará inicialmente el diagrama del cuerpo libre de las ruedas delanteras, obteniéndose la fuerza de tracción aplicada sobre el eje delantero. El siguiente paso será realizar el mismo estudio para las ruedas traseras y finalmente se analizará el diagrama del cuerpo libre de las masas suspendidas, es decir, la carrocería del vehículo sometida a las fuerzas de reacción desde las ruedas y a las fuerzas resistentes al avance.

A continuación se muestra el diagrama del cuerpo libre de una rueda (delantera) y se listan todas las variables que aparecerán el análisis.


78

Ilustración 21: Diagrama del cuerpo libre de una rueda del eje delantero. [22]

Pxd, Pzd: Acciones del vehículo sobre el eje delantero

Pxt, Pzt: Acciones del vehículo sobre el eje trasero

Wrd, Wrt: Peso de las ruedas delanteras y traseras

Wv: Peso del vehículo sobre los ejes

Ftd, Ftt: Fuerzas de tracción sobre el eje delantero y trasero

Mtd, Mtt: Momento de tracción sobre el eje delantero y trasero

Mfd, Mft: Momento de frenado sobre el eje delantero y trasero

Frd, Frt: Fuerza de resistencia a la rodadura del eje delantero y trasero

Fzd, Fzt: Fuerza de reacción del suelo sobre el eje delantero y trasero

mrd, mrt: Masa de las ruedas delanteras y traseras

mv: Masa del vehículo.

aX: Aceleración del vehículo

rd, rt: Aceleración angular de las ruedas delanteras y traseras


79

Id, It: Momento de inercia de las masas en rotación del eje delantero y trasero

Las ecuaciones de fuerzas y momentos que se obtienen en el eje delantero son:

θ= ⋅ = − − − (7)

θ= = − − (8)

! α= ⋅ = − + ⋅ − ⋅ − ⋅ (9)

Despejando, obtenemos las reacciones del vehículo sobre las ruedas delanteras en las direcciones horizontal y vertical, así como la fuerza de tracción aplicada sobre el delantero:

θ= − − ⋅ − ⋅ (10)

θ= − ⋅ (11)

!

α− ⋅ − ⋅= − + (12)

Realizando el mismo análisis para el eje trasero, se llega nuevamente a las reacciones sobre el eje trasero y la fuerza de tracción aplicada en el mismo:

θ= − − ⋅ − ⋅ (13)

θ= − ⋅ (14)

!

α− ⋅ − ⋅= − + (15)


80

Tal y como se dijo anteriormente, se procede ahora a analizar el diagrama del cuerpo libre de las masas suspendidas:

Ilustración 22: Diagrama del cuerpo libre de la carrocería del vehículo [23]

Aplicando sumatorio de fuerzas en los ejes del vehículo se tiene:

θ= ⋅ = + − − (16)

" θ= = + + − (17)

Sustituyendo en la ecuación del eje Y los valores de Pzd y Pzt obtenidos en las ecuaciones (11) y (14):

" θ θ θ= − ⋅ + − ⋅ + −

Y agrupando,

( ) θ+ = + + (18)

De manera similar, sustituyendo en la ecuación del eje X los valores de Pxd y Pxt

obtenidos en las ecuaciones (10) y (13) y agrupando términos se tiene:


81

( ) ( ) θ+ + = − + − − + + − (19)

Agrupando las masas en un solo término (M), también los pesos (Mg) y sustituyendo los valores de Ftd y Ftt obtenidos en las ecuaciones (12) y (15) se llega a:

! !

α αθ⋅ + + = − − (20)

Donde

− −= − + −

Como se vio en el apartado 3.4.1.1, la reacción del neumático con el suelo y el desplazamiento de su punto de apoyo forman un par que se opone al avance, y que se puede expresar en función del coeficiente de resistencia a la rodadura. Tenemos por lo tanto:

= ⋅

= ⋅

(21)

Sustituyendo en F:

− −= − ⋅ + −

(22)

Del equilibrio de fuerzas en el eje Y, ecuación (18), se obtuvo

( )

θ θ+ = + + = . Sustituyendo en F y posteriormente

en la ecuación (20), obtenemos finalmente la ecuación de la dinámica de tracción:

! !

α αθ θ

− −+ + = + − − −

(23)


82

Si bien el Seat Ibiza es un coche de tracción delantera, cuando se realice la conversión pasará a ser un coche con posibilidad de tracción a las 4 ruedas. En el momento del dimensionamiento del nuevo grupo propulsor se especificarán las consideraciones necesarias relativas a qué motor ofrece tracción y bajo qué condiciones.

En cualquier caso, es importante destacar que el par ofrecido por los motores eléctricos se transmitirá íntegramente a la rueda, ya que no hay ninguna reductora ni engranaje entre ambos, lo que supone una importante mejora en de eficiencia con respecto al uso de reductora.

3.5.3 CARGAS DINÁMICAS EN LOS EJES Y ESFUERZO DE TRACCIÓN MÁXIMO

Las cargas en los ejes determinan el esfuerzo de tracción máximo que deben aportar las ruedas. Si la rueda aporta un par de tracción por encima de dicho par máximo, patinará, lo que además conllevará un desgaste mayor del neumático porque el exceso de potencia se disipará en forma de calor.

El es fuerzo de tracción máximo que cada rueda puede ofrecer son derrapar viene determinado por la carga que soporta cada rueda y el coeficiente de esfuerzo de tracción, que depende de la superficie de la carretera, según la ecuación:

# $ % µ= ⋅ (24)

La Tabla 7 muestra valores típicos del coeficiente de esfuerzo de tracción en distintas superficies.

Tabla 7: Valores del coeficiente de adhesión para distintas superficies


83

Como consecuencia de lo que se acaba de exponer, el conocimiento del reparto de cargas en los ejes es muy importante. Hay que tener en cuenta que las cargas soportadas por cada uno de los ejes tienen una componente estática y una componente transferida desde el eje trasero al delantero o al revés, de carácter dinámico, que aparece debido a las aceleraciones y pendientes.

A partir la Ilustración 22, tomando momentos en las ruedas traseras, podemos determinar la carga en el eje delantero, asumiendo que el vehículo no está sometido a aceleración angular y por tanto la suma de dichos momentos es cero:

&

' " ( ( " (

θ θ= + + + + − = (24)

Wd: Esfuerzo eje delantero

Wv: Peso del vehículo

ha: Altura del punto de aplicación de la fuerza aerodinámica con respecto al centro de gravedad

h: Altura del centro de gravedad con respecto al suelo

L: Distancia entre ejes

c: Distancia del centro de gravedad al eje trasero

a: Distancia del centro de gravedad al eje delantero

A partir de esta ecuación se obtiene la carga en el eje delantero Wd. Tomando momentos desde el eje delantero se obtiene de forma análoga la carga sobre el eje trasero Wt. Se tiene por lo tanto:

" " ( ( (

"

" " ( ( (

"

θ θ

θ θ

− + − − −

=

− + + + +

=

(25)


84

3.5.3.1 Componente estática del reparto de cargas

La componente estática del recargo de cargas permite calcular la posición del centro de gravedad del vehículo en la dirección de la ballesta. La carga estática es aquella a la que están sometidos los ejes cuando el vehículo se encuentra en reposo y en posición horizontal. De esta manera, se puede obtener dicha componente a partir de la ecuación (25) del apartado 3.4.3, aplicando las dos condiciones mencionadas, quedando la ecuación simplificada a:

"

"

=

=

(26)

3.5.3.2 Componente dinámica debida a la aceleración

Las aceleraciones o deceleraciones del vehículo en su movimiento provocarán una transferencia de carga del eje delantero al trasero o del trasero al delantero respectivamente. Para considerar únicamente la influencia de la aceleración, se realiza el análisis considerando al vehículo en plano, y a velocidades suficientemente bajas como para despreciar el efecto del arrastre aerodinámico. De esta manera, se obtiene la componente dinámica de carga debido a la aceleración a partir de la ecuación (25) aplicando dichas condiciones:

(

" "

(

" "

= −

= +

(27)

De las ecuaciones se deduce como era de esperar que una aceleración positiva desplaza la carga hacia el eje trasero mientras que una deceleración hace lo propio con el eje delantero.


85

3.5.3.3 Componente dinámica debida a pendientes

Igual que ocurre con las aceleraciones, las pendientes en las carreteras, ascendentes y descendentes, producen un desplazamiento de la carga de un eje a otro. Las máximas pendientes que se pueden encontrar aparecen en los parkings subterráneos pudiendo incluso llegar a desniveles del 20%. En cualquier caso, se trata de ángulos geométricos pequeños, por lo que para simplificar los cálculos se puede aproximar el coseno a 1 y el seno al valor del ángulo.

Suponiendo por lo tanto únicamente al vehículo situado en dicha pendiente, con velocidad nula y sin aceleración, obtenemos la segunda componente dinámica del reparto de cargas en los ejes:

(

" "

(

" "

θ

θ

= −

= +

(28)

Nuevamente de las ecuaciones se deduce como era de esperar que cuando la pendiente es ascendente (ángulo positivo) se produce una trasferencia de la carga hacia el eje trasero, mientras que en pendientes descendentes es el eje delantero el que asume un aumento de carga.

3.5.4 COMPORTAMIENTO DEL VEHÍCULO

El comportamiento del vehículo se define normalmente a través de tres consideraciones: su velocidad máxima alcanzable, pendiente máxima superable y aceleración.

3.5.4.1 Velocidad máxima

La máxima velocidad del vehículo se define como la máxima velocidad constante que el vehículo puede desarrollar en llano a la máxima potencia del mecanismo de propulsión. La máxima velocidad se alcanzará cuando las fuerzas resistentes al avance del vehículo igualen el esfuerzo de tracción (incluyendo por supuesto los


86

rendimientos y eficiencias de la cadena cinemática). Si se representan las curvas de esfuerzo de tracción y de fuerzas resistentes en función de la velocidad, su intersección representará la velocidad máxima alcanzable por el vehículo. Una representación de este tipo se muestra en la Ilustración 23 para un motor de gasolina con una transmisión de 4 velocidades.

Ilustración 23: Esfuerzo de tracción de un motor de gasolina con una transmisión de 4 velocidades [22]

Podría darse la situación, si se dispone de una fuente de propulsión de gran potencia o de una relación de marchas muy larga, en que la intersección de las curvas no llegase a alcanzarse, estando la velocidad máxima entonces determinada por la máxima velocidad desarrollable por el motor.

Para las cadenas cinemáticas en vehículos, la velocidad máxima viene determinada por la fórmula siguiente:

( )

)

*$

$

+

π= (29)

Donde npmáx e igmín son la máxima velocidad desarrollable por el motor, ya sea térmico o eléctrico, y la mínima relación de transmisión.


87

3.5.4.1 Aceleración

El comportamiento en cuanto a la aceleración se define como el tiempo que transcurre y la distancia que se recorre en ese tiempo desde que el vehículo pasa de 0 km/h a una velocidad determinada. Generalmente para los vehículos comerciales la velocidad para la cual se da la información es 100 km/h.

Recordamos la ecuación (23) que se había obtenido de la dinámica de tracción, eliminando los pares de frenado ya que no aparecen en la aceleración:

! !

α αθ θ

+ + = + − − −

(30)

Esta ecuación rige la aceleración del vehículo si estuviesen traccionando tanto las ruedas delanteras como traseras (motor de combustión y eléctrico en el vehículo reconvertido).

Para simplificar los cálculos, es frecuente aunar todos los términos inerciales, tanto lineales como angulares (masas y momentos de inercia), en uno equivalente, en función de la aceleración lineal del vehículo. Se habla así de masa equivalente:

! !

α αδ+ + = (31)

Con lo que se puede obtener una expresión más sencilla que rige la aceleración del vehículo:

δ θ θ

= + − − −

(32)

El término es lo que se llama el coeficiente de inercia rotacional. Para su cálculo, se pueden usar gráficas como la de la Ilustración 24, obtenidas de manera

estadística. Para su empleo, se entra en el eje de abscisas con el valor ,)

%

γ,


88

donde i es la relación de transmisión de la marcha i, y se busca su corte con la curva Masavehículo/Cilindradamotor, cuyo valor en turismos suele estar alrededor de los 500kg/litro.

Ilustración 24: Coeficiente de inercia rotacional

También se puede calcular este coeficiente como

*

!!

δ = + = (33)

Donde io e ig hacen referencia a rendimientos en la cadena cinemática e Iw e Ip son el momento de inercia total de las ruedas y el momento de inercia de los componentes rotantes asociados al motor. Esta fórmula requiere conocer los momentos de inercia de todos los elementos rotantes. Cuando estos valores no se conocen, se puede usar esta otra expresión:

δ δ δ= + + (34)

Donde un valor razonable de 1 es 0,04 y un valor razonable de 2 es 0,0025.

Empleando por tanto el concepto de masa equivalente y despejando, llegamos a la siguiente ecuación, que define la aceleración del vehículo cuando se emplea tracción tanto en las ruedas delanteras como las traseras.


89

θ θ

δ

+ − − −

= = (35)

Si únicamente ofrece tracción el tren delantero, esto lo cual se produciría en el vehículo reconvertido cuando no se emplease el motor eléctrico en la aceleración por los motivos que fuera, la ecuación (30) se vería reducida a:

! !

α αθ θ

+ + = − − −

Con un planteamiento análogo al de la tracción en las 4 ruedas se obtendría la expresión de la aceleración cuando funciona solamente el tren delantero:

θ θ

δ

− − −

= = (36)

En el caso en que únicamente ofreciesen tracción en la aceleración las ruedas traseras (lo cual será el caso más típico en el vehículo reconvertido ya que precisamente lo que se busca es acelerar con el motor eléctrico cuando se parte de cero y a bajas velocidades), y aplicando el concepto de masa equivalente, se llega a una ecuación similar a las anteriores:

θ θ

δ

− − −

= = (37)

Esta ecuación rige la aceleración del vehículo en llano cuando únicamente ofrecen tracción las ruedas traseras.


90

& %

El consumo de energía de la batería es la integral de la potencia de salida de la misma. Esta potencia deberá igualar a la potencia de los esfuerzos resistentes al avance del vehículo, teniendo en cuenta las pérdidas que se producen por la eficiencia del motor eléctrico así como la de los demás componentes electrónicos, como la propia batería.

De esta manera se tiene la siguiente expresión para la potencia de salida de la batería:

#

- %

-

ρ δ

η η

= + + +

(38)

m: Rendimiento del motor eléctrico

b: Rendimiento de las baterías.

El término i es la pendiente del terreno. Como las pendientes son pequeñas en condiciones normales de circulación, se puede aproximar el seno del ángulo (que es el que debería ir en la ecuación) por la tangente, precisamente ese término i.

θ θ= ≈ (39)

La energía recuperada por el frenado regenerativo haciendo funcionar al motor como generador viene determinada por la siguiente expresión, análoga a la anterior:

#

-

-

αρ δ

η η

= + + +

(40)

Donde la pendiente i o la variación de velocidad dV/dt o las dos son negativas. En la ecuación (40) aparece el término que es el factor de frenado regenerativo, función de la fuerza de frenado y del diseño de grupo propulsor, y que determinará la cantidad de potencia recuperable mediante el frenado regenerativo.

La expresión final para el cálculo de la energía consumida y regenerada es:

# #% - % - . = + (41)


91

' (

Como paso previo al dimensionamiento de los componentes del kit, se identificará la posición del centro de gravedad del vehículo, donde se aplica la resultante de las fuerzas de gravedad que actúan sobre el mismo. El objetivo de este cálculo es determinar el reparto de cargas en los ejes para poder así determinar el esfuerzo máximo de tracción antes del deslizamiento, que constituirá un límite en el dimensionamiento del motor.

El vehículo considerado es el SC 1.4 16V 85 CV Reference con motor de gasolina. El reparto de pesos del vehículo en los ejes delantero/trasero es de 61/39. Empleando las ecuaciones calculadas para el reparto de pesos en condiciones estáticas de las ecuaciones (26), se puede hallar la posición del centro de gravedad en la dirección de la batalla del vehículo:

,/0

,10 1

"

"

= =

= =

L: 2,469m

Wv: 1000kg

Wd: 610kg

Wt: 390kg

En cuanto a la localización en la dirección vertical, no se dispone del dato. Normalmente el centro de gravedad se sitúa entre 45cm y 65cm sobre el suelo, por lo que estimará en una aposición intermedia, a 50cm sobre el suelo.

En condiciones normales, a la hora de dimensionar el motor a implantar en un vehículo se atiende a las tres situaciones más desfavorables: pendiente máxima, velocidad máxima y aceleración.


92

En el caso de este proyecto sin embargo, el vehículo ya dispone de un motor que ofrece las prestaciones necesarias en dichas condiciones. La función que se busca del motor eléctrico es la de llevar a cabo el arranque del vehículo si es posible, y en caso contrario apoyar al motor de combustión en dicha aceleración para reducir su consumo en el arranque. Además, la implantación del motor eléctrico se idea para su uso urbano, ya que es allí donde mayor es el consumo del motor térmico. Esto último implica que la velocidad máxima que se espera alcance el vehículo impulsado únicamente por el motor eléctrico sea de 50 km/h. Por otra parte, para el comportamiento en pendientes se estiman unas pendientes en ciudades del 6%.

Se comienza por lo tanto con el análisis.

• Pendiente máxima: Como se ha mencionado anteriormente, se estima una pendiente máxima aproximada en ciudad del 6%. Se tomará la situación en que más par sea necesario que es aqulla en que el vehículo está cargado hasta el límite establecido por su ficha técnica, 1600kg.

Empleando la ecuación (4) se obtiene un valor del coeficiente de resistencia a la rodadura bajo estas condiciones, estimando una velocidad de 20km/h:

,

= + =

Con este valor se puede obtener la fuerza de resistencia a la rodadura, fuerza de ascensión y resistencia aerodinámica:

22,3

4θ= =

13,01*

4θ= =

,5

4ρ= − =

M=1600kg

g= 9,81m/s2

V=20km/h=5,556 m/s

Vaire= 0


93

= atan(6/100)=3,43º

= 1,205kg/m3

Cx= 0,31

A= 2,03m2

Por lo tanto la fuerza total resistente será:

)1,52/ *

4= + + =

Como se está considerando únicamente el comportamiento frente a pendientes, se considera aceleración nula, por lo tanto la fuerza de tracción necesaria deberá igualar a la resistente. El par ofrecido en el eje será entonces el producto de esta fuerza por el radio de la rueda. El Ibiza lleva unos neumáticos 185/60 R15, con un radio de 301,5mm. Como consecuencia, el par a ofrecer por eje trasero será:

( ) )3),03/ *

4= + + ⋅ =

Cada una de las ruedas deberá aportar la mitad de ese par, por lo tanto será necesario que cada uno de los motores aporte 171,822Nm. Este valor se comparará con el par máximo aplicable antes del deslizamiento.

Analizamos como se estudio en el punto 3.4.3.3, la transferencia de cargas en los ejes debida a la pendiente:

1)2),311

0),20/

( 4

" "

( 4

" "

θ

θ

= − =

= + =

Donde el ángulo debe expresarse en radianes.

Para hallar el par máximo de tracción antes del deslizamiento, tal y como se analizó en el apartado 3.4.3, se emplea la ecuación (24), introduciendo


94

un valor de coeficiente de adhesión de 0,75, al considerar carretera de asfalto de acuerdo con la Tabla 7:

#5),0)/

6

$

4

µ⋅ ⋅= =

Por lo tanto, no habrá problemas de deslizamiento para el par de tracción considerado.

• Velocidad: Como se mencionó anteriormente, se estudia el comportamiento necesario para circular de manera estable a 50km/h.

Se realizará el análisis nuevamente para el peso máximo del vehículo, de 1600kg y considerando pendiente y aceleración nula, por lo que las únicas fuerzas resistentes que aparecerán serán las debidas a la rodadura y a la aerodinámica. Se realiza los mismos pasos que en el punto anterior:

( )

,/

)/,33

5),)1

1),)5

4

4

4

ρ

= + =

= =

= − =

= + =

Cada rueda tendrá que aportar nuevamente la mitad del par requerido en el eje trasero, es decir, 46,518Nm.

Se comparará como se hizo en el caso anterior con el par máximo antes del deslizamiento. En esta situación, sin aceleración ni pendientes, la única fuerza que ocasionará trasferencia de carga entre ejes será la fuerza aerodinámica, en forma del par que produce con respecto al centro de gravedad del vehículo. Se estima la fuerza aerodinámica actuando sobre el centro del vehículo. La altura del Seat Ibiza considerado son 1428mm, lo que sitúa a la fuerza aerodinámica actuando en un punto a 714mm sobre el suelo. Como el centro de gravedad se situó a 500mm sobre el suelo, la distancia el brazo del par de la fuerza aerodinámica será ha = 214mm:


95

0)/,21

0 5,50

( 4

"

( 4

"

−= =

+= =

Con estos valores el esfuerzo máximo de tracción sin deslizamiento será:

#01 ,5)3

6

$

4

µ⋅ ⋅= =

Por lo que no hay problemas en ese aspecto.

• Aceleración: el tercero de los casos. La aceleración actual de 0-100 km/h del modelo de Ibiza considerado es de 11,3s. Diseñaremos inicialmente para un tiempo de aceleración 0-50km/h (cuando funciona el motor eléctrico) de 6,5 segundos, lo que consideramos suficiente. Este cálculo se realizará para la situación en que sólo haya un pasajero en el vehículo, el conductor, de 70 kg. Estimando un peso del motor eléctrico y baterías de 300 kg, el peso a considerar es de 1370kg, estimar. Para simplificar consideraremos aceleración constante:

,)5

= =

Con el dato de aceleración, se puede conocer el par a entregar por el eje trasero despejando en la ecuación (37):

( ) 12 ,52/

4δ θ= + + ⋅ =

Donde Fa es máxima para 50km/h luego utilizaremos el mismo valor que en el apartado anterior de 73,139N, se ha calculado a partir de la ecuación (34) con un valor de 1,0425 y el coeficiente fr tiene un valor de 0,012.

De esta manera, cada rueda deberá aportar la mitad de dicho par, 491,39Nm. En caso de aportar menos par, se reduciría la aceleración.

Nuevamente calcularemos el par máximo antes del deslizamiento como se ha hecho en los casos anteriores, atendiendo en este caso al reparto de cargas que causa la aceleración:


96

( ) ( )

( ) ( )

#

51/,)

/321, /

0 ,0)

$

( (

4

"

( (

4

"

4

µ

− − − −

= =

+ − + −

= =

= =

Por lo que no habría problemas de deslizamiento para esos valores de par.

3.7.1 SELECCIÓN DEL MOTOR

A continuación se muestra una tabla con los requisitos de par exigidos a cada una de las ruedas traseras calculados en los apartados anteriores, y por lo tanto para cada motor ya que van montados directamente en las ruedas, para los casos de pendiente máxima, velocidad y aceleración:

= (>* +?" 8=+6+#"

(@ 4%) 0&%) 0.%'.)

(>*= 4'%&') &.%4'0) &+%&+')Tabla 8: Pares exigidos al motor

El escenario que exige un par máximo es el de aceleración, con un par de 491,39Nm, por lo tanto se necesitarán dos motores, capaces de producir ese para cada uno de ellos.

Como ya se comentó en el apartado relativo a los motores, dado el reducido espacio para la instalación del motor en la rueda, nos centramos únicamente en motores de flujo axial. De entre todos los considerados, los hay de un par excesivamente bajo para las necesidades, de un par mayor pero con una velocidad de giro insuficiente para ir montado directamente en la rueda, y aquellos que funcionan con un voltaje nominal demasiado alto, lo que implicaría una gran cantidad de baterías aumentando así el peso de más en el vehículo. A continuación se presentan algunas de las opciones más interesantes para la aplicación deseada:


97

• GKN EVO eDrive Systems AF-140: Se trata de un motor síncrono de imanes permanentes de flujo axial, alimentado por corriente continúa. La marca tiene más motores de flujo axial, que van del AF-130 al AF-240, sin embargo el primero ofrece un par demasiado pequeño y los superiores al AF-140 son demasiado grandes. Las características principales del motor son las siguientes:

:?)8260+

(>*

( (>* ( >* = (

&++) +) &4%?A 4?A +++7 &++B 0+#!Tabla 9: Características motor GKN EVO AF-140

Cumple todos los requisitos: El inconveniente es su peso. A pesar de que para las prestaciones ofrecidas 40kg es un peso reducido, es tal vez excesivo ya que con dos motores se alcanzarían 80 kg, y se han encontrado motores con prestaciones similares y menor peso. Además, su voltaje nominal es de 600V. Como se ha dicho anteriormente, esto implicará un gran peso de baterías.

• Apex DD31w: Es un motor de corriente continua sin escobillas a base de imanes permanentes. Nuevamente hay más motores fabricados por la empresa, sin embargo es el de menor tamaño que cumple el par requerido.

Sus principales características son las siguientes:

87*BB'A

(>*

( (>* ( = (

4&) ) 0&#C '%'#C 0+60+B '#!Tabla 10: Características motor Apex DD31w

El motivo fundamental que lleva a no elegir este motor es su longitud, de 156 mm, demasiado grande para el espacio del que se va a disponer.

• Yasa-750 Motor: Es un motor de flujo axial con imanes permanentes alimentado por corriente alterna, con pequeñas variaciones en su topología con respecto a otros motores similares, que le permite obtener altos pares y potencias, con un voltaje no demasiado alto y con un tamaño muy


98

compacto. A continuación se muestra una tabla con sus principales características:

D64+9

(>*

(>* ( >* = (

4+) ++#C #C +++7 '+ #!Tabla 11: Características Motor Yaya-750

Este motor sin embargo, presenta unas prestaciones mucho mayores de las necesarias para el vehículo en su uso directo en rueda, ya que con sus valores de par y de velocidad máxima podría llegar a sustituir completamente al motor térmico. Su voltaje nominal de 380V, es reducido para dichas prestaciones, pero sigue siendo demasiado alto para la aplicación híbrida, ya que suponen un peso importante de baterías.

Printed Motor Works XR32: se trata de un motor de flujo axial de corriente continua sin escobillas de imanes permanentes. A continuación se presentan sus principales características:

(9C#E1'

( (>* F

0+) &.) 4++7 ++Tabla 12: Características del motor Printed Motor Works XR32

Este motor satisface las condiciones de par y velocidad necesarias, al tiempo que mantiene un voltaje de tan sólo 100V, lo que reducirá significativamente el peso de las baterías. El peso del motor es de 32kg.

El XR32 será por lo tanto el motor eléctrico empleado en el kit, y con él se conseguirán mejoras tanto en la aceleración como en la velocidad máxima alcanzable.

Con dos motores XR32 se tiene un par máximo de tracción trasera para la aceleración de 1378 Nm, con lo que se consigue una aceleración de 3,036m/s2

(considerando aceleración constante). Se tiene un tiempo de aceleración 0-50km/h de 4,575s. Por otra parte la velocidad máxima alcanzable por el motor es de 700rpm, lo que considerando el radio de la rueda equivale a 79,564km/h. En cualquier caso, en su funcionamiento, el motor eléctrico dejará de funcionar a 60 km/h.


99

3.7.2 SELECCIÓN DE LAS BATERÍAS

Las baterías es uno de los aspectos esenciales en la reconversión del vehículo, dado su elevado peso, y el hecho de que su autonomía determinará el tiempo de utilización del modo eléctrico y por tanto la capacidad de aprovechar la conversión del coche.

Como se comentó en el apartado relativo a las baterías, existen tres tipos fundamentales empleados en la movilidad eléctrica: baterías de Plomo-Ácido, baterías de Níquel-Hidruro metálico y baterías de Ion Litio. El factor más importante a considerar a la hora de elegir el tipo adecuado de baterías es la densidad energética, ya que cuanto mayor sea, menor será el peso añadido de baterías que será necesario.

Tabla 13: Densidad energética por tipo de batería. Fuente: “Conversión de un vehículo tradicional dotado de motor de combustión en eléctrico puro”, Álvaro Baranda González.

Tal y como se mencionó al hablar de las baterías, las del tipo de Ion Litio son las que tienen la mayor densidad de energía. Por ello se emplearán baterías de este tipo. Atendiendo a la tabla Tabla 5, se elegirán aquellas baterías de constitución cátodo-ánodo Fe-Mn, nuevamente por ser aquellas con mayor densidad de energía.

Existen varios fabricantes de este tipo de baterías como son por ejemplo GWL o ThuderSky. Sin embargo tanto páginas web especializadas como distribuidores como ev-propulsion.com en el primer caso y Electric Autosports Inc, EAS o Electricmotorsport, recomiendan la marca Valence. Valence ofrece 5 tipos de baterías de Ino Litio de Hierro-Magnesio, con las siguientes características:

9 G6E( G06E( G46E( G6E( G46'&E(

= . '0

( &#! #! .#! 0.#! .&#!


100

Tabla 14: Baterías Ion-Litio de la marca Valence. Fuente: Valence

El motor XR32 funciona con una tensión nominal de 100V. Para ese voltaje, la opción que menor peso de baterías implica son las baterías U27-36XP. Bastaría con emplear 3 baterías de este tipo, lo que implica 115,2V. Sin embargo, las baterías UEV-18XP tienen una capacidad de 69Ah, 24Ah mayor que la U27-36XP, lo que implicará una mayor autonomía del modo eléctrico. Por este motivo, dado que la diferencia en peso será reducida, se emplearán 6 baterías UEV-18XP, lo que otorga un voltaje de 115,2V y un peso de 89,4kg.

Valence indica una profundidad de descarga de la batería DOD del 80% asegurando una correcta recarga de la batería. Este dato sirve además para acotar la caída de tensión de la batería. A continuación se indican las principales características de la batería.

G6E( F .

7 &.8

( 0.#!

B &.*0*0

!7- .C"#!

B! 0C"

9>* +8

9>*'+ ++8

Tabla 15: Características batería UEV-318XP


101

Ilustración 25: Características de la batería UEV-18XP

Es importante comprobar que las baterías satisfacen las exigencias de potencia de los escenarios de diseño. Se realizará dicha comprobación para el escenario de aceleración por ser el más exigente. En dicho escenario se requiere una potencia de 21,667kW por cada motor. La entrega de potencia que pueden realizar las baterías se analizará en la peor de las situaciones, que es cuando se encuentren a un 80% de penetración de carga (80% DOD). La curva de descarga de la batería extrapolada a 19,5 V y a su aproximación por mínimos cuadrados es [21]:

Ilustración 26: Curva de descarga de batería UEV-18XP


102

La tensión de la batería a 0,8 DOD es de 18,5V, con lo que la tensión en bornes del motor en dicha situación será de 111V. La máxima potencia de la batería se consigue a máxima intensidad de descarga, que para la batería considerada es de 200 A en un tiempo máximo de 30s, lo que no supone un problema pues la aceleración más fuerte considerada de 0 a 50 km/h se ha diseñado en un tiempo de 6,5s. Así, se tiene la siguiente potencia máxima que pueden entregar las baterías:

) ) ,

$ ! 7 8= =

Se satisfacen por lo tanto las exigencias de potencia. Este análisis se ha analizado para un solo motor, por lo que al tratarse en realidad de dos motores de idénticas características, se necesitarán dos paquetes de 6 baterías UEV-18XP, lo que supone un peso total de 178,8kg.

3.7.2.1 Autonomía eléctrica

A la hora de homologar consumos y emisiones de los vehículos durante su circulación, se llevan a cabo ensayos en bancos dinamométricos desarrollando ciclos de conducción homologados. En Europa, se emplea generalmente el “Ciclo Europa”. El ciclo Europa evalúa los consumos y emisiones tanto en circulación urbana como por extrarradios, constituyendo cada caso una parte del ciclo.

Ilustración 27: Ciclo Europa


103

En el caso de este proyecto, al no disponer del vehículo reconvertido no se puede realizar el análisis en un banco dinamométrico, por lo que se recurrirá a evaluar el ciclo Europa de manera teórica mediante las ecuaciones desarrolladas en apartados anteriores. Además, se tendrá en cuenta únicamente la primera parte del ciclo, que corresponde a la circulación en zonas urbanas, ya que ahí es donde el vehículo funcionará de forma eléctrica.

Ilustración 28: Primera parte del ciclo Europa (ciclo urbano)

Se emplearán las ecuaciones 38 y 40 para los cálculos de consumo en las baterías y frenada regenerativa:

ρ δη η

αρ δ

η η

= + + +

= + + +

#

#

- %

-

-

-

De este modo tenemos el siguiente cuadro para el ciclo Europa, suponiendo una eficiencia de las baterías del 80% y del motor del 90%, y aceleraciones constantes:


104

7= 8 $ $ 6 ?"$ H ?"$ B ! I$

( + + + + + +

( + + + +

8= 0 + %'' ..+%&'.04

& ' 0%&4 4%4'&'.

B= + %+ 600%&04

( 0. + + %+ +

8= & + ' +%0 .00+%'..

0 ' ' '%4 &&&%04.

B= .& ' + '&4%& 6&'&.%&4&'

( 4 + + '&4%&0 +

8= & 0' + + 0%. +4%'&&4

+ + 40% &'&+.%

B= &' + ' +.%' 6&'.4%+.

' 4& ' ' .'%&. 0&0%&0

B= ' + ..0%+' 64.&%&&

( 4 . + + ..0%+' +Tabla 16: Gasto energético del vehículo en el ciclo Europa

El gasto de energía demandado a las baterías para este tramo del ciclo Europa bajo las condiciones anteriormente mencionadas es de 328,342KJ.

Por su parte, la energía que puede suministrar las baterías hasta el 80% de penetración de carga (DOD) considerando tensión en bornes de cada motor de 111V es (se multiplica por 2 ya que hay dos paquetes de 6 baterías, uno por motor):

)0 33,0 ( 9:9 ;= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =

Como este ciclo corresponde a una distancia de 1km, la autonomía para el modo de funcionamiento eléctrico del coche es de 134,359km. Esa es por lo tanto la distancia que puede recorrer en modo completamente eléctrico por ciudad el vehículo reconvertido.

Resulta interesante comprobar la influencia de la frenada regenerativa. Si se elimina la energía recuperada mediante la frenada en el mismo ciclo Europa, la energía que deben entregar las baterías es de 546,2 kW lo que reduciría la autonomía a 80,769 km. Esto implica una reducción en la autonomía del 39%. En cualquier caso, este valor se da únicamente cuando toda la energía en la frenada sea convertida en energía eléctrica, sin pérdidas, lo cual no ocurrirá nunca en la práctica. Sin embargo, las mayores pérdidas en este aspecto se dan por la rodadura


105

de los neumáticos y por la fricción aerodinámica a altas velocidades, ya que no pueden ser recuperadas. Dado que se está considerando circulación urbana a bajas velocidades, la fricción aerodinámica será menor. En general se considerará una eficiencia de la frenada regenerativa del 65%, lo que todavía implica una mejora de autonomía de cerca del 40%.

3.7.3 SELECCIÓN DEL CONTROLADOR/VARIADOR

Para determinar el voltaje y corriente suministrado al motor adecuándolo a las necesidades concretas de la circulación, es necesario emplear un controlador. Los controladores recomendados por el propio fabricante del motor son el Gen4 Size 6 y el Gen4 Size 8, de la marca Sevcon. Se elegirá el Gen4 Size 6, fundamentalmente porque la diferencia de precio entre uno y otro es muy grande, y el Size 6 cumple con las prestaciones requeridas.

El gen4 Size 6 admite hasta 116 V de corriente continua y ejerce un control vectorial sobre el motor con sensores digitales de efecto hall. Entrega a la salida un valor máximo de corriente de 550Arms.

Ilustración 29: Controlador Gen4 Size6

Será necesario un controlador por cada motor. Al controlador se le enviarán señales a través del control del vehículo, a partir de las cuales actuará sobre el motor eléctrico de una manera determinada:

• Se situará un potenciómetro pot-box en el pedal del acelerador, de manera que el controlador lea la posición del pedal del acelerador y regule la potencia. El controlador ejecuta esta acción a base de mantener el motor encendido y apagado en función de la posición del acelerador. Es decir, si


106

el acelerador está pisado a la mitad, el controlador mantendrá el motor la mitad del tiempo apagado y la mitad encendido mediante interrupciones de corriente de miles de veces por segundo. El Seat Ibiza ya dispone de un potenciómetro en el acelerador que regula electrónicamente la apertura de más o menos gas. Se aprovechará dicho potenciómetro, conectando la unidad de control del coche con los controladores de los motores, de manera que cuando los motores eléctricos estén encendidos la señal del potenciómetro se emplee para accionar los mismos, y cuando estén apagados se emplee para accionar el motor de combustión.

• Se cortará el suministro de potencia a ambos motores en caso de que alguno de ellos supere su temperatura máxima de funcionamiento. Esta temperatura no viene especificada en el catálogo por el fabricante, sin embargo en el momento de contactar con el mismo y realizar el pedido se conocerá esa información. Una vez se disponga de ese dato se trata simplemente de colocar un sensor que entregue los valores de temperatura del motor a la unidad de control.

• Igual que en el caso anterior, se cortará el suministro de potencia a ambos motores cuando la temperatura de las baterías supere su máxima temperatura prevista de funcionamiento, la cual es de 50ºC en procesos de descarga y 45º en procesos de carga (incluye por lo tanto el frenado regenerativo). Lo mismo ocurrirá en caso de alcanzar la temperatura mínima de funcionamiento, siendo esta -10ºC en descarga y 0ºC en situación de carga.

• La ausencia de diferencial hace totalmente indispensable un control de la potencia a entregar a cada motor con el fin de que a cada rueda le llegue la velocidad adecuada a cada situación de conducción. Gracias al sistema ABS de frenos del que dispone el coche, la unidad de control conoce la velocidad de las ruedas y puede detectar si alguna de ellas está deslizando. El controlador por lo tanto aprovechará esa información para entregar la potencia adecuada a cada rueda en cada instante de tiempo.

• Para evitar una descarga profunda de las baterías, lo que podría producirse si se lleva al límite el valor de la autonomía del vehículo, el controlador no entregará potencia a los motores una vez que el SOC de las baterías baje hasta el 20%. Para que el conductor sea consciente de esta situación, y del nivel de carga de las baterías en cualquier momento, se instalará en el salpicadero un indicador del nivel de carga de las baterías. Para ello se


107

empleará el Sevcon ClearView, de la misma marca que el controlador que a través de un display muestra información acerca de la velocidad a la que se circula, el nivel de carga de las baterías, etc. Esta información mostrada puede ser configurada y programa de manera conjunta con el controlador. Por ello en principio se configurará para que muestre tres informaciones fundamentales:

o El nivel de carga de la batería. o Velocidad del vehículo. o Una señal de dos posiciones indicando la posición a colocar de la

palanca de cambios. Básicamente se mostrará en el display la casilla N, correspondiente a punto muerto, que estará encendida en todo momento en que circule el motor eléctrico, pues en ese caso la palanca de cambios se quiere que esté en punto muerto, con el motor desligado de la misma. Cuando el vehículo alcance la velocidad de 50km/h, el controlador mandará una señal para que en el display del ClearView se apague la casilla N y se encienda la casilla D (marcha), con el fin de indicar al conductor que introduzca la marcha adecuada a la velocidad y condiciones de la carretera. El motor eléctrico continuará funcionando hasta alcanzar los 60km/h, en cuyo momento el controlador cortará el suministro de potencia. También se introducirá la casilla R para el funcionamiento en marcha atrás.

Ilustración 30: Sevcon ClearView

)

3.8.1 POSICIÓN DE LAS BATERÍAS Y CONTROLADORES


108

Es necesario emplear 12 baterías Valence UEV-18XP. Cada una de estas baterías vienen en módulos prismáticos de dimensiones (en mm) 269x148x245.

Se dispone de un espacio bajo los asientos traseros aproximado de 400mm de ancho, 400 de largo y 300 de alto. Se introducirá por lo tanto un paquete de dos baterías separadas 104mm (aprovechando todo el espacio disponible para mejorar la refrigeración) bajo el cada uno de los asientos traseros.

No se pueden introducir baterías bajo los asientos delanteros ya que no hay espacio suficiente, en términos de altura, por lo que las 8 baterías restantes se introducirán en el maletero del vehículo.

El maletero del Ibiza SC tiene un volumen de 284l, y un ancho alrededor de los 1300mm. Se empotrará un paquete de 8 baterías, arrimándolas a los asientos. Así, habrá una distancia de 16mm entre cada módulo para evitar un conducción excesiva de calor entre los distintos módulos como ya se hizo para el asiento delantero.

En cuanto a los controladores, cada uno de ellos tiene medidas (en mm) de 305x170x86. Los controladores se colocarán también en el maletero, ocupando un volumen de 8,02dm3, y con un peso de 2,7kg.

3.8.2 POSICIÓN DE LOS MOTORES

A continuación se muestra una imagen con las dimensiones del motor Printed Motor Works XR32.


109

Illustration 31: Motor Printed Motor Works XR32

Las medidas A y B (diámetro y ancho del motor) se indican como 320mm y 130 mm respectivamente. Sin embargo, esta presentación del motor es la estándar que ofrece el fabricante para acoplar directamente a la llanta, y por lo tanto va recubierta con una carcasa a tal fin, siendo las dimensiones reales del motor un poco menores, sobre todo en lo que al ancho se refiere. En el catálogo del cliente no se indica las dimensiones del motor sin la carcasa, así que estimaremos que se trata de 300mm de diámetro y 70mm de espesor. Por otra parte, se comprobó en la etapa de diseño que el motor XR32 ofrece prestaciones de par y potencia por encima de las necesarias y por lo tanto no funcionará a todo su potencial. El fabricante ofrece personalizar estas prestaciones del motor, por lo que se podrían rebajar hasta los niveles mínimos de diseño logrando también una disminución del tamaño del motor.

El motor se situará entre el tambor de freno y la suspensión del coche. El Seat Ibiza emplea una suspensión longitudinal, también llamada de rueda tirada por brazos unidos por elemento torsional, y con resortes helicoidales.


110

Ilustración 32: Suspensión de rueda tirada con elemento torsional. Fuente: www.km77.com

En la nueva disposición, los tornillos que se observan uniendo el tambor de freno con la suspensión, pasarán a ser los encargados de sujetar el motor, al cual se le dispondrá de una nueva carcasa a tal efecto. La carcasa será fija, no rotará, por lo que la otra cara del motor se fijará al tambor de freno de una forma similar a como estaba fijado a la suspensión. Sin embargo, la carcasa del motor permitirá sobresalir un eje girado por el rotor del motor, el cual pasará a través de tambor del freno, uniéndose al buje de la rueda y por lo tanto uniendo el conjunto llanta, tambor eje.

El fabricante ofrece el servicio de customizar el diseño del motor en lo que a su chasis e interacción con la rueda se refiere, ya que trabaja estos motores específicamente para aplicaciones de automoción y tienen experiencia. Por ello, este diseño del motor se encargará al propio fabricante tras mostrarle como debe ser la unión. De manera preliminar, el diseño debe tener un aspecto similar al mostrado a continuación (se trata únicamente de un diagrama, no incluye elementos constitutivos del tambor ni ninguno de los componentes):


111

Ilustración 33: Posicionamiento del conjunto motor-Tambor de freno

Esta disposición implicará un aumento del ancho de vías del vehículo en el eje trasero, lo que implicará un proceso de homologación que se comentará en apartados posteriores.

Se ha comentado que el motor tendrá un ancho de 7cm. Para tratar de reducir al máximo el aumento del ancho de vías se juega con el bombeo de la llanta. El bombeo de la llanta (denominado ET) es la distancia en milímetros que existe desde el centro de la llanta hasta el punto donde se atornilla el buje.

Ilustración 34: Bombeo llanta


112

Para un mismo ancho de llanta por lo tanto cuanto menor sea el bombeo más sobresaldrá las llantas y por lo tanto aumentará el ancho de vías.

Lo que se busca en este punto es compensar el aumento del ancho de vías ocasionado por la instalación del motor aumentando el bombeo de la llanta. Sin embargo este bombeo no puede aumentarse de forma ilimitada, pues a medida que se aumenta, se introduce mayor parte de la llanta hacia el interior, y debe controlarse que no llegue a haber rozamiento con los elementos constructivos del coche y la suspensión. En este proyecto no se dispone de estas medidas, así que se supondrá la posibilidad de aumentar el bombeó un máximo de 200mm. Esto es, si las llantas del Seat Ibiza SC llevan de serie un ET41, pasar a usar llantas con ET61.

De esta manera se consigue disminuir el aumento del ancho de vías en 4 cm, quedando finalmente un aumento del mismo de 10 cm. Este aumento es mayor a los 6cm máximos permisibles, por lo que habrá que homologar este aspecto como reforma de importancia.

3.8.3 CENTRO DE GRAVEDAD Y PAR MÁXIMO DE TRACCIÓN.

Con la disposición señalada para los motores y los paquetes de baterías, la posición del centro de gravedad del vehículo se desplazará hacia la zona trasera, variando el reparto de pesos. Es importante comprobar que los niveles de tracción siguen siendo suficientes para acelerar el coche sin deslizamiento. Dado que se incrementa la carga sobre el eje trasero, el par máximo de tracción trasera se incrementará por lo que no aparecerá problema en este sentido. Se debe comprobar sin embargo el par máximo de tracción delantera.


113

Inicialmente el centro de gravedad se situaba a 0,9629m del eje delantero y a 1,5061m del eje trasero. Se supone la masa en vacío inicial del vehículo de 1000kg aplicada totalmente sobre el centro de gravedad. Los motores eléctricos por su parte tendrán su peso aplicado de forma puntual directamente sobre el eje trasero, por tanto a 1,5061m del centro de gravedad inicial. En cuanto al conjunto baterías, los 2 paquetes de 2 baterías bajo los asientos traseros se estiman como masas puntuales a 570mm de la rueda trasera, mientras que las 8 baterías se sitúan como una masa puntual 70mm detrás del eje trasero.

En la dirección que recorre el ancho del vehículo no habrá movimiento del centro de gravedad por estar las cargas dispuestas de manera simétrica con respecto a un eje central. En la dirección vertical, se considera que la masa de los motores se aplica a 0,3015m sobre el suelo (radio de la rueda) y el de las baterías se mantiene a 0,5m.

De este modo se puede calcular la nueva posición del centro de gravedad:

En el eje X, considerando como referencia la posición del eje delantero.

10 ,1 03 301 3,1 3 51 3,1 2 0)1 //,//

03 52

<

⋅ + ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅= = =

+ +

En el eje vertical apenas habrá desplazamiento:


114

52 ,/ 03 ,)/,321

52 03

=

⋅ + ⋅= = =

+ +

Con esta posición del centro de gravedad se tienen las siguientes cargas en los ejes:

32 ,)0

3122,03

4

"

4

"

= =

= =

Con lo que el reparto de pesos delantero/trasero pasa a ser 50/50.

En el peor caso que, será el de aceleración, situación en la que se tendrá el siguiente par máximo de tracción:

#

/, 1

/1,1

$

( (

4

"

4

µ

− −

= =

= =

Para los valores de la etapa de diseño, se tendrá el siguiente par necesario para la aceleración, considerando el coche con la carga máxima admisible de 1600kg:

3,5

4δ= − − =

Por lo tanto se comprueba que no habrá problemas de tracción.

* +

Será necesario anclar los paquetes de baterías al vehículo para evitar que puedan salir despedidos ante fuertes aceleraciones, ya sea por características de la conducción o en el caso más crítico de un accidente.


115

Existe una normativa determinada la seguridad en los casos de impacto, concretamente la Norma Europa 1317. En esta norma, con el objetivo de medir la severidad del impacto en términos de aceleración, se emplea el parámetro ASI (Acceleration Parameter Index). De este modo, se distinguen tres clases distintas de choque A, B y C, con un índice ASI determinado para cada una de ellas, el cual será mayor a mayor severidad.

@ !$ J8

8 K

L K%0

K%.Tabla 17: Clases de choque ASI

Lógicamente se empleará el caso más desfavorable para el dimensionado, el caso C, resultando los siguientes valores de aceleración media del vehículo en los 50ms siguientes al momento del impacto mediante aplicación directa de la norma.

> )),33 ?

> 00,/ ?

@!

@!

= ⋅ =

= ⋅ =

Donde ASI=1,9 (Caso C) y âx y ây son los valores límite de aceleración en dichos ejes, establecidos por la norma como 12g y 9g respectivamente.

3.9.1 SUJECCIÓNES DE LAS BATERÍAS

Las baterías como ya se comentó anteriormente se agrupan en 2 paquetes de 2 baterías bajo los asientos traseros y un paquete de 8 baterías en el maletero. Para el proceso de dimensionado de las sujeciones se empleará el diseño desarrollado por el proyecto “Conversión de un vehículo tradicional dotado de motor de combustión a eléctrico puro”, puesto que también emplea paquetes de las mismas dimensiones y para los mismos modelos de baterías.

De este modo, las baterías se ajustarán en los dinteles de dos pórticos, uniendo el paquete al chasis mediante el uso de pernos en los pilares. Además, se emplean platabandas en los pórticos para evitar el desplazamiento lateral.


116

Tabla 18: Planta y alzado de las sujeciones de las baterías. [21]

La aceleración del choque imprimirá una fuerza de inercia sobre cada una de las baterías, cuyo valor será:

- A= ⋅ (42)

Fi: Fuerza de inercia en el eje i.

mb: masa del modulo de baterías.

âi: aceleración del vehículo en la colisión en el eje i.

Estas fuerzas de inercia generarán esfuerzos de flexión compuesta en los pilares y simple en los dinteles de los pórticos. Se empleará la fórmula de la flexión compuesta de la teoría de resistencia de materiales, la cual incluye esfuerzo flector simple y esfuerzo axial. Para el caso en que no existiese esfuerzo axial, sirve la misma ecuación eliminando el término correspondiente:

4

!σ = − ⋅ (43)

Para el dimensionamiento habrá que comparar con valores admisibles del material empleado, con un coeficiente de seguridad:


117

σσ ≤ (44)

M: Momento flector en la sección.

Iz: Momento de inercia respecto al eje z.

adm: Tensión máxima admisible para el material.

: Tensión en la sección.

n: Coeficiente de seguridad.

Por su parte, los pernos atraviesan perpendicularmente los pilares anclando la estructura al chasis, y trabajando por lo tanto a cortante. Para el análisis del esfuerzo cortante se emplea la ley de Colignon:

6

-!τ = (45)

: Esfuerzo cortante.

b: Diámetro del perno.

m: Momento estático de sección.

Iz: Momento de inercia respecto al eje z.

En los puntos superiores e inferiores de la sección las tensiones tangenciales serán nulas, pues así lo es el momento estático en esos puntos. Esto implica que no habrá reacción tangencial de los pernos sobre el pilar.

El momento estático del perno y su momento de inercia serán los propios de una sección circular:

( ) ?)

3

)

3

!

π

= − −

=

Por lo que sustituyendo en la fórmula del cortante se obtiene la fórmula a emplear:


118

3

)

6

@ τ

−=

Nuevamente, habrá que comparar con el esfuerzo cortante admisible del material. Se comparará el punto más crítico, donde el cortante es mayor, lo que se da en la fibra neutra (y=0):

3

)

$

6

@

ττ = ≤ (46)

3.9.1 SOPORTE DE LOS PAQUETES DE 8 BATERÍAS

Lo primero para el dimensionamiento será calcular la fuerza ejercida en el caso de aceleración máxima, a partir de la ecuación 42:

2 3,1 )),33 ? 00)3,32 -

A 8 4= ⋅ = ⋅ ⋅ =

Como la separación entre las baterías es de apenas 16m se aproxima la carga como una carga distribuida de manera uniforme, sobre el dintel, de 1300mm de longitud, resultando una fuerza por unidad de longitud de 20487,729N/m.

Los pernos impiden la existencia de ángulo de giro y desplazamiento de los pilares, por lo que se considera el pórtico biempotrado. A continuación se muestra una representación esquemática del estado tensional:

Ilustración 35: Esquema de cargas en paquetes de baterías

Empleando un prontuario se obtienen las ecuaciones de momentos y los ángulos girados para un pilar y para una viga bi-apoyada, resultando:


119

• Viga:

3

B

C" C

C" "

.! .!θ θ

= − − +

= = −

• Pilar:

)

3

"

"

.!θ

= − +

=

Aplicando la condición de ángulos girados iguales se obtiene el momento en los extremos:

3 3

2

C" " "

.! .! .!

C"

− =

=

Por otra parte, aplicando sumatorio de fuerzas y momentos igual a cero en dintel y pilar se obtienen las reacciones de los soportes:

• Dintel:

B C"= + =

• Pilar:

9

.

"

= + =

= + + =

De esta manera se obtienen los siguientes valores para las reacciones:


120

1=

9 @"

8 @"

L '9"

'9"

B 9"Tabla 19: Reacciones en los paquetes de 8 baterías

• El dintel trabaja a flexión simple como ya se comentó anteriormente, por lo que el punto de máximo momento flector se encontrará en el punto medio del mismo. En ese punto su valor será:

3

C"

-(=

• El pilar por su parte tendrá flexión compuesta, con momento flector y esfuerzo axial de compresión.

)

0

4 C" ' (

! -(σ

+= + =

Se dimensionarán los soportes para la parte más desfavorable, la cual será precisamente la unión del pilar con el dintel. Se debe cumplir por lo tanto la ecuación (44):

)

0

C" " (

-(

σσ

+= ≤

Para un determinado material, la única variable de dicha ecuación será el espesor, por lo tanto se obtiene con ella el espesor mínimo necesario. Se emplea como coeficiente de seguridad 1,5, ya que es el recomendado por el Código Técnico de la Edificación. Se consideran los siguientes materiales por aspectos de resistencia, peso y coste:


121

9 M 9($ @ )"$ , $ $ $

8+0 04 % +04%4. %' 0 .%++4&'&'

8'++'600 + % +04%4. %' 0 +0%.+''

2=N 0& % +04%4. %' 0 %40&+0.

8 0++ % +04%4. %' 0 &'%004+4Tabla 20: Espesores por material en paquetes de 8 baterías

Analizados los resultados se opta por emplear Aluminio 2048 con un espesor de 60mm. Las principales razones para elegir esta aleación de aluminio son su baja densidad y su alta conductividad, lo que influirá en un menor peso añadido y una mejor disipación térmica respectivamente.

3.9.2 SUJECCIÓN DEL SOPORTE DEL PAQUETE DE 8 BATERÍAS

Los soportes se unen al vehículo mediante tornillos de acero A 10t. El límite de rotura para estos tornillos es de 12000Kg/cm.

Se emplea para el dimensionado del cortante el criterio de Tresca:

0 ? /22,)11

)1 , 00

'+

'+

'+

8

στ

ττ

= = =

= =

Se emplea para el dimensionado la ecuación (46), y despejando se obtiene el radio mínimo que debe tener un único tornillo para resistir el cortante:

3),510

)

6

π τ≥ =

⋅

T: Esfuerzo axil del pilar = 13317,24N

Por lo que se necesitará un diámetro de tornillo mayor de 7,59mm. Se emplea el primero con diámetro mayor, que será A10t TR12, de diámetro 12.


122

3.9.3 SOPORTE PARA LOS PAQUETES DE 2 BATERÍAS

Se realizará exactamente el mismo análisis que en el caso de los paquetes de 8 baterías, tan sólo cambiaran los valores de las fuerzas aplicadas y las dimensiones del pórtico. Se siguen por lo tanto los mismos pasos:

> 3,1 )),33 ? 01/0,/ -

8 4= = ⋅ ⋅ =

Se asume nuevamente la aproximación de carga distribuida, obteniéndose q=17391,28N/m.

Se emplea la misma formulación que para el análisis de 8 baterías, resultando los siguientes espesores necesarios para los mismos materiales considerados:

9 M 97$ @ )"$ , $ $ $

8+0 04 % 4'.% +%0 0 &%4+&

8'++'600 + % 4'.% +%0 0 .%0.4

2=N 0& % 4'.% +%0 0 &%&'

8 0++ % 4'.% +%0 0 4%4&Tabla 21: Espesores por material en paquetes de 2 baterías

Nuevamente se escogerá la aleación Aluminio 2048, por las mismas razones de peso y disipación térmicas mencionadas en el caso del paquete de 8 baterías. El espesor será de 17mm.

3.9.4 SUJECCIÓN DEL SOPORTE DEL PAQUETE DE 2 BATERÍAS

Se emplearán los mismos tornillos que en el caso de los paquetes de 8 baterías, empleando también el criterio de Tresca y coeficiente de seguridad de 1,5. Se

tiene por lo tanto )1 , 00

τ = .


123

3,13

)

6

π τ≥ =

⋅

T: Esfuerzo axial en los pilares = 3478,256N

Se emplearán por lo tanto un tornillo de acero A10t M5 por cada pilar.

3.9.5 PLATABANDAS PARA CHOQUES LATERALES

Se suplementan unas platabandas a los pórticos para asegurar que las baterías no se desplacen en choques laterales. Cada platabanda soporta la fuerza de inercia de una batería, bajo la aceleración considerada por la Norma Europa 1317 en choques laterales en el caso C.

> D 3,1 05,/2 ? 130,13 -

8 4= ⋅ = ⋅ =

La fuerza se aplica como una carga distribuida de valor:

C 130,13 ?, 01 1//,5/4?= =

Dado que las platabandas se fijan en cada extremo al dintel del pórtico correspondiente mediante unión atornillada, se comporta como una viga bi-empotrada.

Ilustración 36: Esquema de cargas en platabandas de paquetes de baterías. [24]

Empleando prontuarios para el caso de viga bi-empotrada se obtienen los valores de las reacciones en los empotramientos:


124

1=

8 @"

L @"'

98 @"

9L @"

9)1 @"0Tabla 22: Reacciones en platabandas

Mediante los diagramas de esfuerzo cortante y esfuerzo flector se deduce que los puntos de mayor solicitación estarán en los extremos (unión con dintel)

La platabanda, a diferencia del pórtico que tenía esfuerzo de compresión en los pilares, no tiene solicitaciones axiles, por lo que trabaja a flexión simple.

'+

C"

! -(

σσ = ⋅ = ≤

Se despeja para obtener el espesor mínimo que garantiza el comportamiento mecánico exigido bajo el coeficiente de seguridad de 1,5, con los mismos materiales ya conocidos en el desarrollo de los pórticos.

9 OPM 97$ @ )"$ , $ $ $

8+0 04 % +.%4 +%&. 0 %'44

8'++'600 + % +.%4 +%&. 0 .%'

2=N 0& % +.%4 +%&. 0 %''

8 0++ % +.%4 +%&. 0 %404Tabla 23: Espesores por material - Platabandas

Nuevamente como en casos anteriores se elegirá el Aluminio 2048, por las características propias ya mencionadas. Concretamente un espesor de 6mm.


125

3.9.6 SUJECCIÓN DE LAS PLATABANDAS

Como ya se ha dicho las platabandas se unen a los pórticos mediante el empleo de uniones atornilladas con los dinteles. Se sigue exactamente el mismo proceso que en los casos anteriores.

)1 , 00

3, 0

)

6

τ

π τ

=

≥ =⋅

T: esfuerzo axil del pilar = 1473,471N

Se usará por lo tanto un tornillo de acero A10t M5 en cada unión platabanda-dintel.

Es necesario por último comprobar que el esfuerzo normal que genera el cortante de las platabandas en el dintel es inferior a la tensión admitida por el pórtico.

223,10/ 30

4E

σ σ= = < =

A: área de la sección del dintel = 0,002m2

3.9.7 FABRICACIÓN DE LOS SOPORTES DE LAS BATERÍAS

Una vez dimensionados los paquetes de las baterías, deberán ser fabricados. La fabricación se encargará a talleres específicos, debido a los altos costes de adquisición de los equipos necesarios para ser fabricados de forma propia, entre los que se incluiría una máquina de moldeo o y fresadora/taladradora.

De esta manera, al taller habrá que entregarle las especificaciones de cada elemento. En todos los casos se emplea Aluminio 2048.


126

• Paquetes de 8 bateríaso L=1300mm o b=45mm o h=60mm o Taladros en el pilar para tornillos de métrica M12 (1taladro por

pilar)

• Paquetes de 2 baterías.o L=400mm o b=45mm o h=17mm o Taladros en el pilar para tornillos de métrica M5 (1taladro por

pilar)

• Platabandas: planchas de aluminio con las siguientes dimensiones: o L=269mm o b=45mm o h=6mm o 2 taladros métrica M5, uno para cada unión con dintel.

Dado que se realizarán todas las piezas en el taller, se asegurarán de los emplazamientos correctos de los taladros. El atornillado sin embargo se llevará a cabo en el taller de conversión dado que será necesario introducir las baterías primero.


127

, ( ! !

El planteamiento de la recarga de las baterías se tratará como si de un coche eléctrico se tratase, pues no habrá variación entre el mecanismo para cargar el híbrido enchufable reconvertido y un eléctrico cualquiera.

Si bien existen tres métodos generales distintos de carga de baterías para el vehículo eléctrico (conductiva, inductiva y cambio de baterías), el método de carga inductiva es el más empleado, con mayor conocimiento tecnológico y con una regulación definida. Por ello se recurrirá a este tipo de carga. Dentro de la recarga conductiva existen tres sistemas de recarga:

Carga lenta

Es la más estandarizada y aceptada por todos los fabricantes. Se realiza normalmente con corriente alterna monofásica a 230V y 16A. Es el modo apto para garajes privados, ya que se sirve la misma tensión de la red doméstica. Se consiguen tiempos de carga de las baterías de vehículos eléctrico (tipo 24kWh) de entre 6 y 8 horas.

Carga semi-rápida

Todavía sólo es aceptada por algunos vehículos aunque se prevé que se convierta en un modo de recarga común en un futuro cercano. La carga se realiza con corriente alterna trifásica a 400V y 64A, logrando tiempos de recarga de 3-4 horas.

Carga rápida

Aunque algunos fabricantes ya la admiten todavía está lejos de extenderse y su planteamiento es más a largo plazo. Consiste en la alimentación con corriente continua a 400V y hasta 400A, consiguiendo reducir los tiempos de carga hasta los 15-30min.

Dada su simplicidad tanto para su uso como para su instalación en el coche se recurrirá al método de carga lenta monofásica. La norma UNE 61851 (incluido un extracto en los anexos) define los tipos y requisitos de modelos de carga que usarán los coches eléctricos en España. Se empleará el modo de carga 1, descrito en la norme UNE de la siguiente manera:


128

“En este modo se realiza la conexión a lado de c.a. utilizando tomas de corriente normalizadas de hasta 16 A en el lado de alimentación monofásicas o trifásicas. Se pueden utilizar los conductores de fase, neutro y conductor de toma de tierra de protección. Para permitir este modo de carga se debe asegurar la presencia de un dispositivo de corriente residual (DCR) en el lado de alimentación”.

Se escoge este método porque es apto para domicilios aprovechando la eléctrica doméstica. El cargador de las baterías puede ir dentro del coche o unido al SAVE4. Dado el poco espacio disponible en el vehículo tras la implantación de las baterías y los controladores en el maletero, y por consideraciones de peso, se dispondrá el cargador en el SAVE.

Por otra parte, según la norma UNE-61851, los puntos de carga pueden estar bien en la toma de carga, es decir, en el propio vehículo, o bien en la instalación doméstica. Nuevamente de cara a realizar las menores modificaciones en el coche, como se lleva planteando todo el proyecto, se emplearán las clavijas de la instalación doméstica como punto de carga.

Se emplea en la carga por tanto un voltaje de 230V y un amperaje de 16 amperios, lo que se traduce en una potencia de 3,7kW. Las baterías empleadas en el vehículo UEV-18XP tienen una energía específica de 89Wh/kg, y dado que empleamos un paquete de 12 baterías (178,8kg), eso implica una potencia de 15,9132kWh. Bajo estas condiciones el tiempo de recarga completo de la batería en caso de estar completamente vacías sería de 4,3 horas.

En cuanto a los conectores, el sistema de alimentación puede emplear el conocido conector doméstico Schuko, típico de electrodomésticos, mientras que para el cargador y el vehículo se recomienda el conector SAE J1772, específico para vehículos eléctricos compatible con el modo 1 de carga conductiva lenta monofásica.

Tabla 24: Características conector SAE J1772

4 SAVE: Sistema de alimentación del VE. Incluye los conductores fase, neutro y de toma de tierra de protección, los acoplamientos clavijas de sujeción y todos los demás accesorios, dispositivos, enchufes de salida de potencia y los cableados del edificio al vehículo eléctrico


129

Ilustración 37: Conector SAE J1772

3.10.1 COSTE DE LA RECARGA

Con la tarifa de último recurso Supervalle (TUR SV), lanzada como incentivo para los coches eléctricos, de tres franjas, se tienen las siguientes tarifas:

Tabla 25: Tarifas eléctricas de tres franjas

La tarifa supervalle transcurre de 01:00 a 07:00, es decir, durante 6 horas a un precio de 0,049695 €/kWh (en el momento en que se realiza el proyecto). A estos precios hay que sumarle el IVA del 21%. El problema de esta tarifa es que entre las 22:00 y la 01:00, y entre las 07:00 y las 12:00 (horas valle) se encarece el precio del kWh. Hay por lo tanto 6 horas en las que es más barato recargar el coche con respecto a otras tarifas anteriores, pero 8 algo más caras. Para algunos coches eléctricos puede suponer un problema porque el tiempo de carga puede ser superior a esas 6 horas, sin embargo, en el coche reconvertido a híbrido enchufable en este proyecto ya se comprobó que el tiempo de carga era de 4,3 horas en caso de estar completamente descargadas, lo que en la práctica no sucederá ya que dejan de usarse una vez llegan al 80% del DOD.


130

Las baterías del vehículo reconvertido ya se vio que tienen un total de 15,9132kWh, sin embargo, asumiendo que se carga un 80%, en realidad será necesario recargar 12,73kWh, para una autonomía de 0,8*134,359 =107,49km.

Esto implica un consumo de 11,843kWh/100km, y por lo tanto un gasto económico de carga en tarifa supervalle de 0,05885€/100km.

El elemento de mayor tensión son las baterías, las cuales suponen un total de 230V, aunque como se disponen en dos paquetes, uno para cada motor, cada paquete tendrá una tensión máxima de 115,2V. Estos valores de tensión se consideran dentro del rango de Baja Tensión. Por ello, el cableado de los componentes debe obedecer a la norma UNE 20434.

Se empleará la configuración más típica, consistente en cable de cobre con recubrimiento de PVC, cuya temperatura de funcionamiento admitida es de 70ºC y su temperatura de cortocircuito admisible de 160ºC, temperaturas superiores a las que alcanzarán los componentes del vehículo.

Siguiendo por lo tanto la norma UNE para las especificaciones mencionadas, se emplearán cables H07VN-F, empleados para tensión menor de 450/450V, y que incluye aislamiento de PVC y conductor flexible, dado que será necesario posicionarlo de la manera adecuada en los espacios disponibles.


131

"$(

El Real Decreto 736/88 regula la tramitación de las reformas de importancia de vehículos de carretera. La Orden 3191/2002, aumentó el número de reformas del Real Decreto, por lo que ahora se tipifican las reformas en 46 tipos distintos. El Real Decreto se aplica únicamente a reformas de importancia en vehículos ya matriculados y autorizados a circular, y nunca a vehículos antes de su matriculación definitiva.

Una vez realizada la reforma de importancia se dispone de un plazo máximo de una semana para regularizarla. Se debe realizar una solicitud en duplicado ejemplar y modelo normalizado, a presentar en una estación de Inspección Técnica de Vehículos por parte del particular del coche o los fabricantes/talleres que lleven a cabo la reforma. Además, dependiendo de la reforma realizada, se puede exigir también la totalidad o parte de la siguiente documentación:

• Proyecto técnico detallado de la reforma y certificado de dirección de obra, suscritos por técnico titulado competente y visado por el Colegio Oficial correspondiente.

• Informe de conformidad de la empresa fabricante del vehículo o dictado de un laboratorio de automóviles autorizado, en el que se indique que la reforme no disminuye la seguridad del vehículo.

• Certificado del taller que efectúa la reforma.

• Tarjeta ITV

La estación ITV devolverá al interesado copia de dicha solicitud en la que constará el número de expediente asignado y la fecha de entrada en la estación ITV.

En los anexos se incluye un documento con esta regulación y la descripción de los 46 tipos de reformas normalizadas.

Las reformas a homologar y tramitar para el vehículo reconvertido son las siguientes:

• Reforma nº11: Montaje de separadores o ruedas de especificaciones distintas a las originales.

• Reforma nº44: Reformas que impliquen cambio en la categoría o tipo de vehículo.


132

• Reforma nº46: Cambio de alguna de las características indicadas en la tarjeta ITV del vehículo.

Superado los efectos de homologación se debe contar con el informe de conformidad e informe taller en el que la empresa de conversión asume la responsabilidad sobre la ejecución del vehículo.

" -. +- (

Definición: Montaje de separadores o ruedas de especificaciones distintas a las originales.

Descripción: La única modificación que se realizará en lo que a las ruedas se refiere es el bombeo de la llanta. Por otra parte, si bien no se incluyen separadores, la introducción de los motores antes del tambor de freno producirá una variación del ancho de vías del vehículo. Una variación del ancho de vías debe quedar registrada en la TIT del vehículo. En definitiva, esta variación del ancho de vías a homologar será resultado conjunto de la introducción de los motores (que en lo que a esta reforma respecta actúan como separadores) y del cambio en el bombeo de la llanta.

Reglamentación aplicable: se debe analizar en el centro de conversión su validez en:

• Frenado

• Dirección

• Recubrimiento de ruedas.

Documentación exigible:

• Informe favorable del fabricante o de su representante debidamente acreditado, o del Laboratorio oficial acreditado en España. Dicho informe debe incluir los siguientes datos identificativos:

o Separadores (los motores), dimensiones, etc. o Características de las nuevas llantas y compatibilidad. o Nuevo ancho de vías del vehículo.

• Certificado del taller que hace la reforma.


133

Inspección específica: Para esta reforma se debe hacer una inspección específica de los siguientes puntos:

• Dimensiones de los separadores.

• Anchos de vía del vehículo.

• Dimensiones de llantas y neumáticos.

• Verificación de que no existe riesgo de interferencia con otras partes del vehículo.

Normalización de la anotación de la reforma en la tarjeta ITV

Ilustración 38: Normalización de la reforma 11 en la Tarjeta ITV

" -"" $

Definición: Reformas que impliquen cambio en la categoría o tipo de vehículo según se define en las directivas 70/156/CEE, 74/150/CEE, 92/61/CEE o en el Real Decreto 2140/1985.

Descripción: A continuación se muestra una tabla en la que se indican los aspectos que definen un tipo de vehículo dentro de la categoría M1, a la cual pertenece el vehículo a reconvertir:

Ilustración 39: Aspectos que determinan el tipo de vehículos M1

De acuerdo con esto, se modifica la unidad motriz, reconvirtiendo el vehículo al tipo “híbrido”.


134

Reglamentación aplicable: El Fabricante, o Laboratorio Oficial deberá establecer las exigencias requeridas en función de la reforma a realizar siguiendo para ello las pautas establecidas para otras reformas.


• Informe favorable del fabricante o su representante acreditado o del Laboratorio oficial acreditado en España. Dado que el nuevo tipo de vehículo no se corresponde con ninguno ya homologado por el fabricante, es necesario que el vehículo resultante de la transformación cumpla con lo establecido a efectos de Regulación exigible con lo especificado en el Real Decreto 2028/1988.

• Inspección específica con puntos a verificar según la reforma realizada por el vehículo.

Normalización de la anotación de la reforma en la tarjeta ITV.

" -"& ( + $

Descripción: Como resultado de la conversión, el peso del vehículo sin carga ni ocupantes (tara) se ha visto aumentado.


• Informe favorable del fabricante o su representante debidamente acreditado, o de Laboratorio oficial acreditado en España.

• Certificado del taller que hace la reforma.

Inspección específica: Esta reforma conlleva una inspección específica cuyo punto a verificar es precisamente la verificación del dato “TARA”.


135

En el estudio económico del proyecto se tratará de analizar la rentabilidad que pueda tener el proyecto considerando diferentes escenarios. Se realizará el análisis considerando la inversión inicial necesaria, las fuentes de ingresos y gastos asociadas al proyecto y los periodos de recuperación de la inversión considerados, para los precios de venta analizados.

Previo al análisis económico se realizará una pequeña estimación del kilometraje a realizar por el comprado del kit para rentabilizar la compra, atendiendo al precio del kit que se indica en los apartados siguientes de 13.100€.

Para este precio, y suponiendo carga en el periodo super-valle, se calcula un kilometraje de alrededor de 160.000 km recorridos por ciudad (en modo eléctrico) para rentabilizar la inversión.

%

5.1.1 INVERSIÓN INICIAL

• Lo primero a considerar es la inversión en la adquisición de un local en el que instalar el taller. Se buscará un local situado obviamente en un bajo con acceso directo desde la calle. El local se localizará como se indicó en el estudio de mercado en la Comunidad de Madrid, sin embargo para evitar los elevados costes de la ciudad se situará en zonas del extrarradio urbano. A la inversión del local será necesario añadirle la fianza del mismo.

• Dada la simplicidad relativa de las operaciones a realizar a la hora de instalar el kit, no se necesita maquinaria demasiado específica. Se considerará una inversión conjunta en mobiliario y maquinaria.

• Será necesario también un cierto coste del sistema informático que pueda necesario, así como un gasto en publicidad. Este último tendrá mucha importancia y será relativamente elevado, sobre todo en los 2 primeros años de la empresa para poder darse a conocer, a partir de entonces el gasto se irá reduciendo progresivamente. En cualquier caso se contará


136

también con un fondo de maniobra para adquirir nuevos stocks o herramientas necesarias.

• Habrá que contar con un stock inicial necesario para las primeras conversiones. Se dispondrá del stock necesario para montar 5 kits.

• Finalmente se incluye en la inversión inicial el coste de todo aquello que pudiera quedar fuera de los puntos mencionados hasta ahora, catalogando este apartado como “Otros”.

A continuación se recogen las estimaciones de la inversión en una tabla:

=

7

, +++++/

2 &+++/

9@; ++++/

-> ++++/

( '++++/

# 0++++/

2 '++++/

++++/

'&+++/Tabla 26: Inversión inicial en el proyecto

5.1.2 INGRESOS

La fuente de ingresos será exclusivamente generada por adquisición del kit de reconversión y su instalación. En los anexos se puede encontrar el presupuesto de materiales para la instalación del kit, el cual asciende a 10.489€.

Se tomará como posible cuota de mercado para la instalación de mercado todos los Seat Ibiza vendidos en los últimos 8 años, tal y como se estableció en la etapa del estudio de mercado. Si bien no todos los Seat Ibiza coinciden con el modelo analizado en el proyecto, los cambios a realizar serían mínimos para otras versiones distintas del Sport Coupé. Para tener en cuenta ese dato, así como los coches que ya no estén en circulación, se reducirá el número de posibles compradores del servicio el 60% de los propietarios de Seat Ibiza desde 2005, lo que equivale a 214.727 vehículos.


137

Por otra parte, la penetración actual del vehículo eléctrico es del 0,07% y del 1,47% para el híbrido. Reduciremos por lo tanto los posibles clientes a un 1% de los antes mencionados, es decir, a 2147 vehículos.

Finalmente, alrededor del 20% fueron adquiridos en Madrid, donde se localiza el taller, por lo que el cliente madrileño es el más asequible. Sin embargo dada la exclusividad del servicio en toda España, se incluirá otro 20% más, con lo que nos quedamos con un 40% de los vehículos antes mencionados como posibles clientes, es decir 859 vehículos.

Dada la incertidumbre de ventas se proyectaran 4 escenarios diferentes, en ellas todos los parámetros permanecerán constantes salvo dos aspectos, el número de kits instalados el primer año y el la penetración en cuota de mercado del mismo año a año (se considerará constante).

9>*

9; . 4Q &+ Q

9 . .Q 44 Q

L . Q +' Q

* . Q +' 4QTabla 27: Definición de los escenarios de éxito del proyecto

En cuanto al precio inicial del servicio, se fijará un precio de 13.100€, un 25% de margen sobre los costes de producción (solo materiales).

5.1.3 COSTES

5.1.3.1 Costes de materiales

Los costes de materiales están recogidos en el Anexo Presupuesto, y ascienden a 10.489€ por kit instalado.

5.1.3.2 Costes de personal

Se considerará un salario anual por operario de 22.000€ y un salario por administrativo de 16.000€. Además, el encargado de planta dispondrá de un salario de 35.000€.


138

Se contará con 2 operarios por cada 150 coches anuales vendidos. En cualquier caso, nunca se contará con menos de manera que se pueda asegurar 2 operarios trabajando en un coche cuando sea necesario. Sólo habrá un administrativo y también sólo un encargado de planta, quien será un operario más con una responsabilidad añadida.

5.1.3.3 Costes financieros

Los costes financieros son los asociados al crédito inicial pedido. Se pedirá un crédito que permita hacer frente a la inversión inicial requerida. Se trata por tanto de un crédito de 236.000€ a cinco años, con un interés del 9% anual sobre la deuda restante.

5.1.3.4 Publicidad

Se tiene un gasto inicial durante los 2 primeros años en publicidad de 30.000€. A partir de entonces el dinero destinado a publicitar el servicio será de 20.000€/año.

-%

En El Anexo “Rentabilidad” se encuentra el estudio de rentabilidad del proyecto mediante los criterios de Valor Actual Neto (VAN) y Tasa Interna de Retorno (TIR). A continuación se muestra una tabla con los resultados obtenidos para los diferentes escenarios:

8) 1 (; #

9; 64%/ 6 )7=

9 6+.0.%0/ 6 )7=

L 0+&4%4+/ Q &<

* &.'%4/ Q <Tabla 28: Resultados del estudio de rentabilidad


139

El proyecto planteado resulta rentable en los escenarios “bueno” y “excelente”, con un VAN positivo y un TIR del 12% y el 15% respectivamente.

Se deduce por lo tanto que el precio establecido de venta de 13.100€ puede ser adecuado, recuperando de este modo la inversión en un plazo de 5 años en el mejor de los casos, aunque teniendo presente el riesgo que conlleva el negocio en caso de no tener éxito y acabar situado en un escenario poco adecuado.


141

&

A parte de la reducción de consumo y el correspondiente ahorro en combustible que supone la instalación del kit, el otro objetivo del mismo el reducir las emisiones del vehículo con motor de combustión inicial. De entre esas emisiones, las más consideradas son las emisiones de dióxido de Carbono (CO2) y las partículas de óxidos de Nitrógeno (NOx), aunque también existen otras como los óxidos de azufre y monóxido de Carbono. Es bien sabida la influencia del CO2 en el efecto invernadero mientras que los problemas derivados de las emisiones de NOx tiene afectaciones tanto ecológicas como para la salud, ya que afecta fundamentalmente a los pulmones.

La reducción de emisiones del sistema planteado se dará únicamente en ciudad, donde funciona el modo eléctrico del vehículo, pero que es también donde mayores son las emisiones de un motor de combustión. Para poder analizar el impacto en dichas emisiones de la reconversión del vehículo, hay que tener en cuenta que si bien el modo eléctrico no tiene ninguna emisión durante su funcionamiento, si que tiene asociadas aquellas que se derivan del modo de producción de la energía eléctrica que se obtiene de la red para cargar las baterías.

Se realizará la estimación del ahorro energético siguiendo la metodología empleada en el proyecto “Implantación de vehículos eléctricos en la Ayuntamiento de Vigo”, elaborado por Alberto González y Jorge Marcos Acevedo [25] . Lo primero que debe analizarse es la energía que se requerirá de las centrales de producción energética. El vehículo reconvertido necesita como ya se vio en capítulos anteriores 11,843 kWh/100km. Teniendo en cuenta un rendimiento de la red de transporte de energía eléctrica en España del 92%, esto implica una producción necesaria de 12,873 kWh/100km.

Se emplean en la estimación las siguientes emisiones de CO2 para cada fuente de generación, asociando a cada tecnología el factor de emisión recogido en el Plan Español de Energías Renovables 2005-2010, en línea con la Decisión de la Comisión Europea 2007/589/CE.


142

Centrales REE Energía (MWh) Energía (%) kgCO2/kWh kgCO2/100kmHidráulica 19.100.005 19,7 0 0Nuclear 20.302.609 20,9 0 0Carbón 4.936.839 5,1 0,961 2Fuel + Gas 497.040 0,5 0,7 0,15

Ciclo Combinado 19.383.826 20 0,372 3,04Eólica 16.280.938 16,8 0 0Resto España 16.410.853 16,9 0,243 1,68TOTAL 96.912.110 100 0,168 6,86

Tabla 29: Emisiones de CO2 por tecnología de generación eléctrica

De acuerdo con estos valores, teniendo en cuenta esa producción necesaria de 12,873 kWh/100km, resultan unas emisiones del vehículo reconvertido en su circulación por ciudad en modo eléctrico de 2,16kgCO2/100km, o lo que es lo mismo, 21,623gCO2/100km.

A continuación se muestra la comparativa entre las emisiones establecidas por el fabricante en la ficha técnica y las estimadas para el vehículo reconvertido en su modo eléctrico por ciudad a menos de 60km/h:

!"#$ %&'

()* !"#$ +Tabla 30: Comparativa emisiones Seat Ibiza SC 1.2TSI 85CV - Vehículo reconvertido

Lo que supone la eliminación total de emisiones de NOx y una reducción del 85% en las emisiones de CO2, para la circulación urbana de propulsión eléctrica.


143

/01234564

[1] www.endesavehiculoelectrico.com.

[2] http://www.tecmovia.com/2013/01/26/ventas-de-coches-electricos-en-europa-2012-un-ano-decepcionante/.

[3] http://vehiculoelectrico.info/56-000-vehiculos-electricos-vendidos-en-2012-en-estados-unidos/.

[4] http://www.motorpasionfuturo.com/coches-electricos/ventas-en-espana-de-coches-electricos-en-2012.

[5] Páginas web del fabricante y www.motorpasiónfuturo.com.

[6] http://www.motorpasionfuturo.com/coches-hidrogeno/daimler-renault-nissan-ford-y-la-pila-de-combustible-quien-acelera-a-quien.

[7] http://crashoil.blogspot.com.es/2012/01/los-problemas-del-biodiesel.html.

[8] Universidad Pontificia de Comillas, ICAI, Apuntes de Tecnologías Energéticas, 2012-2013.

[9] http://revista.consumer.es/web/es/20000101/medioambiente/30668.php.

[10] www.aniacam.com.

[11] http://www.autobild.es/noticias/coches-electricos-vendidos-en-Espa%C3%B1a-2011-175283.

[12] I. Antuna, ICAI - Apuntes de MCI.

[13] http://www.iesmariaibars.org/materials/elecace/03%20ACE.pdf.

[14] http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_reluctancia_variable.

[15] IDAE, «Observatorio Tecnológico de la Energía,» 2012.

[16] http://cabierta.uchile.cl/revista/13/articulos/pdf/13_3.pdf.

[17] http://www.aficionadosalamecanica.net/hibridos.htm.


144

[18] ttp://www.udg.edu/LinkClick.aspx?fileticket=rwBdBYO8gjY%3D&tabid=8702&language=ca-ES.

[19] http://www.ae.pwr.wroc.pl/filez/20110606092430_HEV_Toyota.pdf.

[20] http://www.gkn.com/driveline/our-solutions/edrive-systems/Pages/default.aspx.

[21] Álvaro Baranda González, «Conversión de un vehículo tradicional dotado de motor de combustión a ele´ctrico puro,» Madrid, 2012.

[22] Yimin Gao, Mehrdad Ehsani, Sebastien E. Gay, Ali Emadi, "Modern Electric, Hybrid Electric and Fuel Cell Vehicles".

[23] Juan Francisco Dols Ruiz, José Font Mezquita, "Tratado sobre automóviles tomo IV, la dinámica del automóvil".

[24] ICAI, «Apuntes de Resistencia de Materiales - Universidad Pontificia de Comillas, ICAI».

[25] Jorge Marcos Acevedo, Alberto González, "Implantación de vehículos eléctrico en el Ayuntamiento de Vigo", Universidad de Vigo.

[26] http://blogs.elpais.com/coche-electrico/2012/04/baterias-con-500-kilometros-de-autonomia-a-partir-de-2020.html.


145

7

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3.76

6,42

€20

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,00

€

2,90

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6.77

5,64

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2,90

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9.87

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2,90

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8,43

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2,90

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€

2,90

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3.45

8,65

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,00

€

2,90

%17

8.48

8,95

€20

.000

,00

€O

TR

OS

GA

ST

OS

128.

000,

00 €

130.

842,

00 €

123.

766,

42 €

126.

775,

64 €

129.

872,

14 €

133.

058,

43 €

188.

570,

12 €

193.

458,

65 €

198.

488,

95 €

Am

ort.

Inm

ov. M

ater

ial

31.2

00,0

0 €

31.2

00,0

0 €

31.2

00,0

0 €

31.2

00,0

0 €

31.2

00,0

0 €

0,00

€0,

00 €

0,00

€0,

00 €

GA

ST

OS

GE

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7.20

0,00

€26

2.88

4,00

€25

8.73

2,84

€26

4.75

1,29

€27

0.94

4,28

€24

6.11

6,86

€35

7.14

0,24

€36

6.91

7,30

€37

6.97

7,91

€

Am

ort.

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pago

G

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39.4

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2€

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369,

10 €

21.2

40,0

0 €

33.3

70,6

0€

242.

695,

28 €

27.3

03,2

2 €

38.8

31,2

4€

182.

021,

46 €

21.8

42,5

8 €

44.2

91,8

9€

121.

347,

64 €

16.3

81,9

3 €

49.7

52,5

3€

60.6

73,8

2 €

10.9

21,2

9 €

55.2

13,1

8€

0,00

€5.

460,

64 €

0,00

€0,

00 €

0,00

€

0,00

€0,

00 €

0,00

€

0,00

€0,

00 €

0,00

€

TO

TA

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S27

8.44

0,00

€29

0.18

7,22

€28

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€28

1.13

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€28

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5,56

€25

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7,50

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6.91

7,30

€37

6.97

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€

BA

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€27

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€48

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5.61

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€85

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-70,

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€39

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.195

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€66

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€22

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€29

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€36

7,07

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-9.5

07,0

0 €

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1 €

19.1

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9 €

33.8

24,8

9 €

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55,5

2 €

87.9

30,4

6 €

32.5

18,9

7 €

45.4

51,2

3 €

59.5

69,3

4 €

Am

ort.

Inm

ov. M

ater

ial

31.2

00,0

0 €

31.2

00,0

0 €

31.2

00,0

0 €

31.2

00,0

0 €

31.2

00,0

0 €

0,00

€0,

00 €

0,00

€0,

00 €

CA

SH

FL

OW

CA

SH

FL

OW

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O21

.693

,00

€21

.693

,00

€28

.771

,09

€50

.464

,09

€50

.328

,19

€10

0.79

2,28

€65

.024

,89

€16

5.81

7,17

€80

.655

,52

€24

6.47

2,68

€87

.930

,46

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4.40

3,14

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,97

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236.

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14.3

07,0

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28.7

71,0

9 €

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35.2

07,7

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83 €

80.6

55,5

2 €

10.4

72,6

8 €

87.9

30,4

6 €

98.4

03,1

4 €

32.5

18,9

7 €

130.

922,

12 €

45.4

51,2

3 €

176.

373,

35 €

59.5

69,3

4 €

235.

942,

69 €

VA

N

TIR

P

AY

BA

CK

65.9

23,1

7 €

15%

5 añ

os

Clearview is a configurable CANopen colour

display which can be set up to show a variety of

information sent from the Sevcon motor controllers

it is connected to. It can also be used to configure

parameters on the controllers.

DIGITAL DISPLAY

FEATURES

• 3.5 inch, 320x240, 256 colour display.

• Auto-baud rate detection.

• Configurable main screen.

• Single and multi-node support.

• Displays active faults and warnings.

• Displays a historical fault log for faults on

the motor controller system.

• Flash programmable for display software

updates.

• Calibrator functionality available to provide

vehicle performance adjustments (via

password entry)

• Option for OEM logo on powerup splash

screen.

• Displays driver input status signals (e.g.

throttle, direction, handbrake, etc.)

• Displays system status information (e.g.

motor temperature, battery voltage, motor

current, etc.)

Clearview

Clearview

KEY PARAMETERS

Operating voltage: 21V to 28.8V

User interface: 3 button keypad input

Operating temperature: -20°C to +50°C

Non-operation temperature: -30°C to +70°C

Humidity: 85% (non-condensing) at 40°C and 3% at 40°C

Weight: 0.3kg

IP rating: IP54

WIRING

PIN NAME What to Connect

1

2

3

4

5

6

7

+24V power

Gnd

CAN High

CAN Low

CAN High

CAN Low

CAN Term

Not Connected

+24Volt supply return

CAN High

CAN Low

CAN High

CAN Low

Link to pin 6 to enable 120

8 N/C Not connected

Ω

PANEL CUTOUT

111

74

R4

7 8

80

67

117

Sevcon Ltd Kingsway South

Gateshead NE11 0QA England

T +44 (0191) 497 9000

[email protected]

Sevcon Inc 155 Northboro Road

Southborough MA01772 USA

T +1 (508) 281 5500

[email protected]

Sevcon SAS Parc d’Activité

du Vert Galant Rue Saint Simon

St Ouen l’Aumône

95041 Cergy Pontoise Cedex France

T +33 (0)1 34 30 35 00

[email protected]

Sevcon Japan K.K.

Kansai Office 51-26 Ohyabu Hikone

Shiga Japan 522-0053

T +81 (0) 7 49465766

[email protected]

Sevcon Asia Ltd

Room No.202 Dong-Ah Heights Bldg

449-1 Sang-Dong Wonmi-Gu

Bucheon City Gyeounggi-Do

420-816 Korea

T +82 32 215 5070

[email protected]

Sevcon Germany

Hintere Str.32

73266 Bissingen an der Teck

Germany

T: +49 (0)170 9980294

E: [email protected]

follow @Sevcon follow @Sevcon

www.sevcon.comwww.sevcon.com

The Gen4 range represents the latest design in

compact AC Controllers. These reliable

controllers are intended for on-road and off-road

electric vehicles and feature the smallest size in

the industry for their power capacity.

Thanks to the high efficiency it is possible to

integrate these controllers into very tight spaces

without sacrificing performance. The design has

been optimised for the lowest possible installed

cost while maintaining superior reliability in the

most demanding applications.

AC MOTOR CONTROLLER

• Advance flux vector control

• Autocheck system diagnostic

• Integrated logic circuit

• Hardware & software failsafe watchdog

operation

• Supports both PMAC motor and AC

induction motor control

• Integrated fuse holder

• IP66 protection

FEATURES

Gen4

MULTIPLE MOTOR FEEDBACK OPTIONS

Gen4 provides a number of motor feedback possibilities from a range of hardware

inputs and software control, allowing a great deal of flexibility.

• Absolute UVW encoder input

• Absolute Sin/Cos encoder input

• Incremental AB encoder input

INTEGRATED I/O

Gen4 includes a fully-integrated set of inputs and outputs (I/0) designed to handle

a wide range of vehicle requirements. This eliminated the need for additional

external I/O modules or vehicle controllers and connectors.

• 8 digital inputs

• 2 analogue inputs (can be configured as digital)

• 3 contactor/solenoid outputs

• 1 encoder supply output - programmable 5V or 10V

OTHER FEATURES

• A CANopen bus allows easy interconnection of controllers and devices

such as displays and driver controls.

• The CANbus allows the user to wire the vehicle to best suit vehicle layout

since inputs and outputs can be connected to any of the controllers on

the vehicle and the desired status is passed over the CAN network to the

relevant motor controller.

• The Gen4 controller can dynamically change the allowed battery current

by exchanging CAN messages with a compatible Battery Management

System.

• Configurable as vehicle control master or motor slave.

86

305

170

78

168227

71

187 151

KEY PARAMETERS

CONFIGURATION TOOLS

Sevcon offers a range of configuration tools

for the Gen4 controller, with options for

Windows based PC or calibrator handset unit.

These tools provide a simple yet powerful

means of accessing the CANopen bus for

diagnostics or parameter adjustment. The

handset unit features password protected

access levels and a customized logo start-up

screen.

Gen4

Sevcon Ltd Kingsway South

Gateshead NE11 0QA England

T +44 (0191) 497 9000

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Sevcon Inc 155 Northboro Road

Southborough MA01772 USA

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St Ouen l’Aumône

95041 Cergy Pontoise Cedex France

T +33 (0)1 34 30 35 00

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Kansai Office 51-26 Ohyabu Hikone

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T +81 (0) 7 49465766

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Room No.202 Dong-Ah Heights Bldg

449-1 Sang-Dong Wonmi-Gu

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www.valence.com

U-Charge® XP is a range of 12, 18 & 36 volt Lithium Iron

Magnesium Phosphate battery modules, offering intrinsic

safety with twice the run-time and less than half the

weight of similar sized lead-acid battery modules.

U-Charge® XP

Battery Modules

* Charging under recommended conditions

U-Charge® XP modules are ideal when Advanced

Energy Systems are required. Excellent float and cycle

life with zero maintenance offers end-users significant

cost of ownership savings and complete peace of

mind, through safety inherent in Valence Lithium

Phosphate chemistry. Tens of thousand U-Charge®

systems have been deployed in a range of equipment

since 2002.

The U-Charge® XP Battery Management System is

also designed to offer excellent command and control

functionality (including remote monitoring) when

coupled with U-Charge® XP Battery Modules.

Valence monitoring and diagnostic kits are also

available enabling system data recording and detailed

performance status indicators.

Overview2800 cycles at 100% DOD

Exceptional voltage stability

Standard voltage range from 12V - 700V

Maintenance free

Inter module balancing

Can be charged using most standard lead-

acid chargers

Communication of monitored data via

Battery Management System (BMS)

Rugged mechanical design

Flame retardant plastics

LED battery status indicator

Carrying Straps (U24, U27, UEV)

Manufactured in standard BCI sizes

Features

Specifications U1-12XP U24-12XP U27-12XP UEV-18XP U27-36 XP

Nominal Module Voltage 12.8 V 12.8 V 12.8 V 19.2 V 38.4 V

Nominal Capacity (C/5, 23°C) 40 Ah 110 Ah 138 Ah 69 Ah 45Ah

Weight (approximate) kg 6.5 kg 15.8 kg 19.5 kg 14.9 kg 19.6 kg

Weight (approximate) Ibs 14.3 lbs 34.8 lbs 42.9 lbs 32.8 lbs 43.1 lbs

Dimension incl. Terminals LxWxH (mm) 197 x 131 x 182 260 x 172 x 225 306 x 172 x 225 269 x 148 x 245 306 x 172 x 225

Dimension incl. Terminals LxWxH (inches) 7.76 x 5.12 x 7.17 10.2 x 6.77 x 8.86 12.0 x 6.77 x 8.86 10.6 x 5.83 x 9.65 12.0 x 6.77 x 8.86

BCI Group Number U1R Group 24 Group 27 N/A Group 27

Terminals, Female-Threaded M6 x 1.0 M8 x 1.25 M8 x 1.25 M8 x 1.25 M8 x 1.25

Specific Energy 79 Wh/kg 89 Wh/kg 91 Wh/kg 89 Wh/kg 91 Wh/kg

Energy Density 110 Wh/l 139 Wh/l 148 Wh/l 124 Wh/l 148 Wh/l

Standard

Discharging

@ 25°C

Max. Continuous Load

Current

80 A 150 A 150 A 120 A 90 A

Peak Load

Current (30 sec).

120 A 300 A 300 A 200 A 135 A

Cut-off Voltage 10 V 10 V 10 V 15 V 30 V

Max. Charge Voltage 14.6 V 14.6 V 14.6 V 21.9 V 43.8 V

Float Voltage

Recommended Current C/2

13.8 V

20A

13.8 V

55A

13.8 V

70A

20.7 V

35A

41.4 V

23A

Charge Time C/2 * 2.5 hrs 2.5 hrs 2.5 hrs 2.5 hrs 2.5 hrs

DC internal resistance (max) 15 mΩ 6 mΩ 5 mΩ 10 mΩ 25 mΩ

Equivalent Lithium Content Per Module (g) 48.6 127.98 160.38 121.5 160.38

Part Number 1004434 1004425 1004428 1004431 1005199

Standard

Charging

Common specifications

Discharge temperature

Charge temperature

-10°C to 50°C

0°C to 45°C

Storage temperature -40°C to 50°C

Operating humidity 5% to 95%,

non-condensing

Water/dust resistance IP56

Shock and vibration IEC62133, DIN VG96 924

Certifications FCC Class B, CE,

IEC 62133

UL1642 (cells only)

Shipping Classification UN 3480, Class 9

Accessories

The Battery Management System maintains

battery to battery balance control, direct

control capability for up to four contactors, and

monitoring and control of data systems.

For further information:

Please refer to separate datasheet on U-BMS

products or visit www.valence.com

Corporate Headquarters

North America Sales12303 Technology Blvd.

Suite 950

Austin, Texas 78727

USA

Tel (888) VALENCE or +1 (512) 527-2900

Fax +1 (512) 527-2910

Email [email protected]

EMEA

SalesUnit 63 Mallusk Enterprise Park

Mallusk Co.Antrim

Northern Ireland

BT36 4GN

Tel +44(0) 28 9084 5400

Fax +44(0) 28 9083 8912

Email [email protected]

Performance may vary depending on, but not limited to cell usage and application.

If cell is used outside specifications, performance will diminish. All specifications

are subject to change without notice. All information provided herein is believed,

but not guaranteed, to be current and accurate. Copyright © 2005-2012 Valence

Technology, Inc.

Tell us about your application at: www.valence.com Aug 2012

XP Datasheet

U-Charge XP® Battery Module data

Capacity %

Ca

pa

cit

y (

% r

ate

d)

100

90

80

60

40

20

70

50

30

10

0

0 5,0004,0002,000 3,5001,500500 1,000 2,500 3,000 4,500

13.5

13

12

11

12.5

11.5

10.5

10

0 80 6020 40 10070 5010 30 90

50°C

40°C

30°C

20°C

10°C

0°C

-10°C

Cycles

Voltage V

U-Charge®

Various Ambient Temperatures

Voltage (

V)

Charging Time (min)

14

13

12

11

13.5

12.5

11.5

10.5

10

0 80 6020 40 100

C/8

C/5

C/3

C/2

1C

2C

15

14

13

14.5

13.5

12.5

12

100

80

20

90

70

50

40

30

60

10

0

0 1209030 60 150

U-Charge®

Capacity %

Sta

te O

f Charg

e (S

OC

)

Typical U-Charge®

U-Charge®

Voltage

U-BMS-LV operates at 10V - 150V

U-BMS-HV operates at 100V - 450V

U-BMS-SHV operates at 350V - 700V

XR32 Series

Printed Motor Works Limited, Newman Lane, Alton, Hampshire GU34 2QW, United Kingdom

Email: [email protected] Tel: +44 1420 594 140

Motor Ratings Torque

(peak)

Torque

(cont.)

Speed Voltage Current

(Peak)

Diameter Depth

Symbol T T N V Irms A B

Unit Nm Nm RPM Volt Amp mm mm

XR32-13 689 250 700 100 660 320 130

XR32-13

Liquid cooled 689 420 700 100 660 320 130

*Custom windings available on request

XR32 S

erie

s

Specific benefits

Market leading power density

High power to weight ratio

Brushless hub motor with pancake profile

High peak torque

Liquid cooled option for extended duty

Water and dust protection

High efficiency on load

Custom design service

Compatible off-the-shelf drives available

Peak Torque 689 Nm

Cont. Torque 420 Nm

Speed 700 rpm

The Printed Motor Works XR32 Series is a

compact and very powerful 3-phase permanent

magnet brushless DC motor. The XR32 range is

designed to fit inside the wheel rim, but can be

used in-board with half shaft connection to the

wheels. It utilizes the most powerful grade NdFeB

magnets and delivers unparalleled performance

relative to its size of and weight of just 32kg. The

XR32 range is available with convection cooling or

with an advanced water cooling jacket in the

stator winding wall. The XR32 range is a high-

end motor designed and built to meet each

customer’s specification.

XR32 Series

Printed Motor Works Limited, Newman Lane, Alton, Hampshire GU34 2QW, United Kingdom

Email: [email protected] Tel: +44 1420 594 140

Suggested Controllers

Gen 4 Size 6 Controller

• Advanced flux vector control from

digital halls

• Up to 116VDC supply voltage

• Up to 550Arms peak output current

• Autocheck system diagnostic


• Hardware & software failsafe

watchdog operation

• Induction motor control

• Integrated fuse holder

• IP66 protection

Gen 4 Size 8 Controller

• Advanced flux vector control from

digital halls

• Up to 400V DC supply voltage

• Up to 100kW peak power output

• Up to 60kW continuous power

output


• Includes an additional dedicated

safety supervisory processor

• 12V or 24V nominal supply

• Designed for ISO26262 ASIL C

compliance

• Safety interlock pulsed enable signal

XR32 S

erie

s

Applications

Industrial and marine winch systems, bomb disposal robots, military

electric vehicles, commercial electric vehicles, elevators, direct drive

radar, direct drive railway vehicles.

Markets

Commercial vehicles, industrial automation, aerospace & defence, oil

& gas, railways.

Design Modifications

Customised speed Customised torque

Customised voltage Customised feedback

Customised chassis Customised wheel interface

Customised diameters Customised depths

Standard Feedback Options

Motor Hall Sensors Separation Type Supply Voltage

°elec V

XR32-13 x3 Digital 60 Latch 5-24

XR32-13

Liquid Cooled x3 Digital 60 Latch 5-24

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