Evaluación de costos para los componentes de vehículos con esta tecnología
Actualmente en el mercado local se ha visto la inclusión paulatina de modelos con tecnologías de electrificación en sus trenes motrices, lo cual aunado a los beneficios legales y ambientales que se obtienen al adquirir uno de estos, ha permitido el crecimiento del parque automotor de vehículos con estas tecnologías.
A continuación, se describen cada una de las tecnologías de electromovilidad de menor a mayor complejidad, enunciando sus principales componentes eléctricos, vulnerabilidad y sus costos.
HÍBRIDOS LIGEROS O MICROHÍBRIDOS (MILD HYBRID ELECTRIC VEHICLES MHEV)
Los híbridos ligeros o microhíbridos MHEV, son vehículos con la tecnología de electrificación más simple que actualmente se ofrece en el mercado. Estos se valen de un motor (generador o generador de arranque), que generalmente se une por correa a la polea del cigüeñal, el cual además de cumplir la función del alternador, ayuda al motor de combustión brindando torque en situaciones como aceleraciones, sobrepasos y subidas de pendientes; esta reducción de carga sobre el motor de combustión ayuda a la reducción de emisiones y consumo de combustible. Sin embargo, debido a las potencias y torques reducidos de estos motores eléctricos, el vehículo no puede andar en un modo 100% eléctrico y en cada arranque se hace necesario encender el motor de combustión.
Además de este componente eléctrico, otros a mencionar son la batería auxiliar de iones de litio, comúnmente de media tensión, con voltajes entre los 12V y 48V, el convertidor DC-DC, que dado el caso en el cual el voltaje del sistema microhíbrido sea mayor a los 12V convertirá la tensión máxima a un valor cercano a los 12V para complementar la carga de la batería de 12V y el funcionamiento de los accesorios y la instalación eléctrica. Igualmente es de resaltar, que los componentes principales como el motor-generador y la batería auxiliar son refrigerados por aire en la mayoría de las ocasiones.
En cuanto a vulnerabilidad, el componente que mayor tendencia tiende a sufrir daños tras una colisión frontal de intensidad considerable es el motor (generador o generador de arranque), y en cuanto a golpes en los bajos, la instalación eléctrica o cableado es la parte del sistema de media tensión que tiene una mayor probabilidad de resultar dañada. La batería por otro lado, debido a su ubicación, es difícil que se vea afectada en una colisión.
Describimos los costos promedio de la cesta básica tradicional y de los componentes eléctricos mencionados con anterioridad para esta tecnología y la participación porcentual de estos con relación al valor comercial del vehículo. Para el cálculo del costo promedio, se tuvieron en cuenta los vehículos Kia Stonic Hybrid, Kia Sportage Hybrid y Suzuki Swift Hybrid, cuyos valores antes de IVA de cesta básica, se encuentran actualizados a septiembre de 2021.
HÍBRIDOS CONVENCIONALES (HYBRID ELECTRIC VEHICLES HEV)
Un vehículo híbrido combina dos motorizaciones, una eléctrica y la convencional a combustión, el motor eléctrico puede impulsar el vehículo en un primer instante a bajas y medias velocidades, momento a partir del cual el motor de combustión es encendido y puede ser apoyado por el motor eléctrico, en las mismas situaciones que las descritas anteriormente en la tecnología de hibridación ligera.
Los principales componentes eléctricos que podemos encontrar en esta tecnología son:
a. El motor eléctrico.
b. Un arrancador – generador, el cual se encarga de encender el motor de combustión cuando el vehículo está en marcha y cargar la batería de alta tensión con el movimiento del motor de combustión.
c. El inversor, que gestiona la energía que se entrega a los motores eléctricos, convirtiendo la tensión continua de la batería en tensión trifásica alterna o viceversa, cuando se recarga la batería de alta tensión.
d. El convertidor, que transforma el voltaje de la batería de alta tensión en un voltaje entre 12V – 15V para la recarga de la batería de 12V, el cual puede estar integrado dentro del conjunto inversor.
e. La batería de alta tensión, se encarga de almacenar la energía que usan o generan componentes como el motor eléctrico. En híbridos convencionales los voltajes nominales de este componente son mayores que los presentados en híbridos ligeros, hasta 300V.
f. La instalación eléctrica es el cableado que interconecta la batería de alta tensión con el inversor y los diversos componentes del sistema de alto voltaje. Por normativa el recubrimiento de este cableado es de color naranja.
g. El compresor de aire acondicionado, que al funcionar con el sistema de alto voltaje, permite al conductor utilizar la climatización cuando el vehículo se desplaza en modo 100% eléctrico, además de reducir la carga sobre el motor de combustión.
h. Intercambiadores de calor, debido a la mayor potencia de los motores y el voltaje manejado, varios de los motores y componentes electrónicos se valen de líquido refrigerante para controlar la temperatura, pueden presentarse radiadores adicionales.
En cuanto a la vulnerabilidad, los componentes más expuestos frente a colisiones frontales de cierta severidad son: motores eléctricos, el arrancador–generador, el compresor de aire acondicionado, el inversor y por supuesto intercambiadores de calor del sistema de refrigeración de los componentes eléctricos. Respecto a la batería de alta tensión, dependiendo de su ubicación, varía su vulnerabilidad. Se presenta vulnerabilidad baja cuando esta se encuentra al interior del habitáculo y se presenta vulnerabilidad alta en algunos casos donde este componente eléctrico se encuentra en la parte externa del vehículo; específicamente ubicada bajo el piso de la carrocería, como se puede observar en la siguiente imagen.
Aquí indicamos los costos promedio de la cesta básica tradicional y de los componentes eléctricos mencionados con anterioridad para esta tecnología y la participación porcentual de estos respecto al valor comercial del vehículo. Para el cálculo del costo promedio, se tuvieron en cuenta los vehículos Kia Niro, Hyundai Ioniq, Ford Fusion Hybrid, Ford Escape Hybrid y Toyota Corolla Hybrid, cuyos valores antes de IVA de cesta básica se encuentran actualizados a septiembre de 2021. Finalmente, dentro del componente de refrigeración, se incluyen aquellos intercambiadores de calor o radiadores adicionales que tienen los vehículos con esta tecnología para el control de temperatura del sistema eléctrico.
HÍBRIDOS ENCHUFABLES (PLUG – IN HYBRID ELECTRIC VEHICLES PHEV)
Los híbridos enchufables siguen el mismo principio de los híbridos convencionales, de manera que se aplica la descripción previa. Las principales diferencias presentadas son:
. Los motores eléctricos integrados son de mayor potencia y torque respecto a vehículos híbridos convencionales.
. Las baterías de alta tensión son de mayor capacidad, tamaño y sus voltajes pueden ser hasta de 400V, lo cual le permite a este tipo de vehículos tener un rango de recorrido mayor en modo eléctrico y a mayores velocidades comparándolos con híbridos convencionales HEV.
. Debido al tamaño y capacidad de las baterías, no basta sólo con el frenado regenerativo y el motor de combustión para recargar la batería, por lo cual tienen una segunda fuente de alimentación proveniente de la red eléctrica.
Los componentes del sistema eléctrico de alto voltaje, son los mismos presentados en híbridos convencionales, salvo por 2 adicionales, los cuales son: el puerto de carga y el controlador de carga, que tienen como función gestionar el ingreso de energía a la batería desde una fuente externa como la red eléctrica, en algunas ocasiones, puede integrarse dentro del conjunto inversor o convertidor.
En cuanto a vulnerabilidad, se presentan los mismos aspectos destacados en los vehículos híbridos convencionales, siendo los componentes del sistema de refrigeración como intercambiadores de calor y puertos de carga, los más propensos a verse afectados en una colisión frontal. En consideración a golpes en los bajos, las baterías de alta tensión, la instalación eléctrica y los motores eléctricos, son los de mayor probabilidad de verse afectados; ya que generalmente para mantener el centro de gravedad lo más bajo posible y debido al tamaño de las baterías, estas se instalan bajo la carrocería del automotor.
A continuación, se describen los costos promedio de la cesta básica tradicional y de los componentes eléctricos mencionados con anterioridad para esta tecnología y la participación porcentual de estos respecto al valor comercial del vehículo. Para el cálculo del costo promedio, se tuvieron en cuenta los vehículos BMW 330e y Mini Cooper Countryman S E ALL4, cuyos valores antes de IVA de cesta básica se encuentran actualizados a septiembre de 2021. Finalmente, dentro del componente de refrigeración, se incluyen aquellos intercambiadores de calor o radiadores adicionales que tienen los vehículos con esta tecnología para el control de temperatura del sistema eléctrico.
VEHÍCULOS ELÉCTRICOS (BATTERY ELECTRIC VEHICLES BEV)
Finalmente, los vehículos eléctricos o de batería como lo indica su nombre, funcionan sólo con una motorización eléctrica, pudiendo presentar varios motores, baterías de gran capacidad y con voltajes de hasta 900V. Sus rangos de desplazamiento o autonomía, generalmente superan los 200 km y la recarga de su acumulador de energía, se realiza principalmente a través de la red eléctrica y en menor medida gracias al frenado regenerativo.
Los componentes eléctricos que se tienen son los mismos que presenta un híbrido enchufable, salvo por el arrancador-generador, ya que no se tiene un motor de combustión interna.
En cuanto a vulnerabilidad, los componentes más destacables que pueden sufrir daño por colisión frontal y trasera, son los motores eléctricos, el puerto de carga y por supuesto los intercambiadores de calor, dispuestos para la refrigeración del sistema de alto voltaje. Con relación a los golpes en los bajos del vehículo, el componente más expuesto es la batería de alta tensión o batería de tracción junto a su instalación eléctrica, instalada en esta parte del vehículo debido a su tamaño y peso.
A continuación, se describen los costos promedio de la cesta básica tradicional y de los componentes eléctricos mencionados con anterioridad para esta tecnología y la participación porcentual de estos respecto al valor comercial del vehículo. Para el cálculo del costo promedio, se tuvieron en cuenta los vehículos BMW i3s, Renault Kangoo Z.E, Renault Zoe y Nissan Leaf, cuyos valores antes de IVA de cesta básica se encuentran actualizados a septiembre de 2021. Los intercambiadores de calor como radiador y condensador que hacen parte del sistema de refrigeración de la batería y componentes eléctricos, se incluyen dentro de la sección mecánica.
Conclusiones:
- En híbridos ligeros o microhíbridos MHEV, la batería de media tensión, es el componente que mayor costo representa (11% del valor comercial del vehículo). Sin embargo, según el fabricante o marca, algunos de los componentes internos del acumulador de litio, pueden venderse por separado para su sustitución.
- En híbridos convencionales HEV, el motor eléctrico (20% del valor comercial del vehículo) y la batería de alta tensión (18% del valor comercial del vehículo) son los componentes que mayor costo representan. Sin embargo, según el fabricante o marca, componentes como carcasas de la batería o paquetes de batería (costo aproximado equivalente al 5% del valor comercial del vehículo) pueden ser suministrados independientemente, lo cual disminuye el costo mencionado del repuesto frente a reparación. De igual manera, aunque en varios casos el motor eléctrico, se suministra únicamente con la caja de velocidades, algunas marcas lo suministran independientemente (para los modelos en los cuales el motor se suministra independientemente, este representa en promedio un costo equivalente al 10% del valor comercial del vehículo); reduciendo el costo elevado de este componente en caso de requerirse una sustitución.
- En vehículos híbridos enchufables PHEV, tanto el motor eléctrico (24% del valor comercial del vehículo), como la batería de alta tensión (23% del valor comercial del vehículo) son los componentes que mayor costo representan. Sin embargo, debido al tamaño de las baterías y su vulnerabilidad debido a su ubicación (generalmente bajo la carrocería); en la mayoría de los casos componentes como carcasas de la batería (costo promedio equivalente al 2% del valor comercial del vehículo) o paquetes de batería (costo promedio equivalente al 4% del valor comercial del vehículo) son suministrados independientemente, lo cual disminuye el costo mencionado del repuesto frente a la reparación. De igual manera, aunque en varios casos el motor eléctrico, se suministra únicamente con la caja de velocidades, en algunas marcas y modelos, este componente se suministra independientemente, reduciendo el costo de este componente hasta en un 70%, respecto al costo de la caja de velocidades completa.
- Finalmente, en vehículos eléctricos BEV, el mayor costo es representado por la batería de alto voltaje o batería de tracción (representa en promedio un 61% del valor comercial del vehículo) donde un daño fuerte a este componente podría representar una pérdida por costos del automotor. Sin embargo, debido al tamaño de las baterías y su vulnerabilidad debido a su ubicación (sección central bajo la carrocería) en la mayoría de los casos componentes como carcasas de la batería (costo promedio equivalente al 3% del valor comercial del vehículo) o paquetes de batería (costo promedio equivalente al 6% del valor comercial del vehículo) son suministrados independientemente; lo cual disminuye el costo mencionado del repuesto frente al requerimiento de sustitución.◣
Fuentes bibliográficas:
Car Magazine UK (2019). What is a Mild Hybrid System?.
car-images.bauersecure.com/pagefiles/
Ford Motor Company (2019). Escape Hybrid and Plug-in Hybrid Emergency Response Guide. Pág. 10.
https://www.fleet.ford.com/content/dam/aem_fleet/en_us/fleet/showroom/resources/2020_EscapeHybrid_ERG.pdf
BMW Group (2018). Mini F60 High Voltage System.
BMW Group (2014). I01 High Voltage Components. Pág. 7
