Dimensionamiento del Sistema de Propulsión Eléctrica: Clave para el Diseño de Vehículos Eficientes

Dimensionamiento del Sistema de Propulsión Eléctrica: Clave para el Diseño de Vehículos Eficientes

El diseño de un vehículo eléctrico (VE) implica desafíos únicos, y uno de los más importantes es el dimensionamiento del sistema de propulsión eléctrica. Este proceso no se trata únicamente de seleccionar componentes, sino de optimizarlos para que trabajen en conjunto y garanticen rendimiento, eficiencia y confiabilidad. En este artículo, desglosaremos los fundamentos técnicos del dimensionamiento de un sistema de propulsión eléctrica, de forma clara y accesible.


Un sistema de propulsión eléctrica está compuesto por varios elementos esenciales:

• Motor eléctrico: Genera la potencia que mueve al vehículo.
• Inversor: Convierte la corriente continua de la batería en corriente alterna para el motor (en motores de CA).
• Batería: Almacena la energía necesaria para alimentar el motor.
• Sistema de control: Gestiona la interacción entre los componentes, optimizando su desempeño.

El objetivo del dimensionamiento es garantizar que estos elementos trabajen juntos de manera eficiente y que cumplan con los requerimientos específicos del vehículo, como autonomía, aceleración y velocidad máxima.
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El proceso de dimensionamiento considera múltiples factores que determinan las características finales del sistema. Aquí se destacan los más relevantes:


1. Potencia y par del motor: La elección del motor depende del desempeño que se espera del vehículo. Para un VE urbano, la prioridad puede ser la eficiencia energética y una aceleración moderada, mientras que un vehículo deportivo requerirá altos niveles de potencia y par para ofrecer un desempeño superior.
Por ejemplo:

• Un coche compacto urbano podría necesitar un motor de 50-70 kW, suficiente para moverse ágilmente en ciudad.
• Un sedán de alta gama podría requerir más de 150 kW para garantizar una aceleración rápida y una velocidad de crucero elevada.

La curva de par también es crucial, ya que determina cómo responde el vehículo en distintas situaciones. Los motores eléctricos son ventajosos porque entregan su máximo par desde bajas velocidades, proporcionando una aceleración inmediata.

2. Capacidad y densidad energética de la batería: La batería define la autonomía del vehículo y su capacidad de responder a demandas de potencia. El cálculo de la capacidad se basa en el consumo energético del motor y los sistemas auxiliares, además de la autonomía objetivo.
Por ejemplo, un coche con un consumo promedio de 15 kWh/100 km y una autonomía deseada de 300 km necesitará una batería de al menos 45 kWh. Sin embargo, hay otros factores a considerar:

• Densidad energética: Cuanta más energía puede almacenar la batería por unidad de peso, menor será la penalización en términos de peso y espacio.
• Tiempo de recarga: Esto depende tanto de la capacidad de la batería como de la infraestructura de carga.

3. Gestión térmica: Tanto el motor como la batería generan calor durante su funcionamiento. Sin un sistema de refrigeración eficiente, el rendimiento puede degradarse, y en casos extremos, los componentes pueden dañarse. Un sistema de gestión térmica puede incluir refrigeración líquida (muy eficiente, pero más costosa) o refrigeración por aire (adecuada para sistemas más simples). Este aspecto es crítico, especialmente en climas cálidos o en vehículos diseñados para altos niveles de rendimiento.

4. Peso y distribución de masas: El peso de los componentes eléctricos, especialmente la batería, es un factor que influye directamente en el desempeño del vehículo. Además, la ubicación de estos elementos afecta la distribución de masas, que a su vez impacta la estabilidad y maniobrabilidad del vehículo. Por ejemplo, la mayoría de los fabricantes colocan las baterías en el piso del vehículo para bajar el centro de gravedad y mejorar la estabilidad en curvas.

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Ejemplo de aplicación: diseño de un VE urbanoConsideremos el caso de un vehículo eléctrico compacto, diseñado para un entorno urbano. Este vehículo necesita ser eficiente, liviano y accesible. Para cumplir con una autonomía de 200 kilómetros y una velocidad máxima de 120 km/h, se selecciona un motor eléctrico síncrono de imanes permanentes con una potencia de 60 kW. Este tipo de motor ofrece una excelente relación entre eficiencia y costo, ideal para trayectos en ciudad.


En cuanto a la batería, una capacidad de 30 kWh es suficiente para cumplir con la autonomía objetivo, considerando un consumo promedio de 15 kWh por cada 100 kilómetros. Además, se incorpora un sistema de gestión térmica por aire, suficiente para disipar el calor generado en ciclos urbanos típicos donde las velocidades y demandas de potencia son moderadas. Finalmente, el diseño del chasis permite que la batería se instale en el piso del vehículo. Esta solución, común en la industria, no solo optimiza el espacio interior, sino que también mejora la estabilidad al bajar el centro de gravedad del coche.
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