Las cajas de cambios y el coche eléctrico. Ventajas, inconvenientes y oportunidades

La llegada de la movilidad eléctrica trae consigo el fin de algunos de los elementos que han definido al automóvil a lo largo de sus más de cien años de historia. El cambio de marchas ha sido durante décadas un elemento característico de la conducción de cualquier vehículo de combustión interna.
 
A pesar de la evolución de la caja de cambios y la popularización de los cambios automáticos, la llegada de los coches eléctricos supone un antes y un después de un elemento esencial a la hora de conducir; el cambio de marchas.
 
Pese a la tendencia de la industria de elevar el número de marchas para conseguir optimizar el rendimiento del propulsor endotérmico y conseguir bajar las emisiones de los vehículos, los modernos coches eléctricos prescinden de la complejidad de este elemento al incluir una sola relación fija, dos a lo sumo en el caso de Porsche.
 
Si bien la ausencia de una caja de cambios tradicional es una característica que contribuye a una conducción más placentera que resalta la linealidad de la entrega de potencia de los eléctricos, la carencia de este elemento disminuye el peso del vehículo, reduce el número de elementos mecánicos y por ende sus mantenimientos.
 
Pero la ausencia de varias relaciones de cambio supone también un hándicap para los coches cero emisiones.
 

Ventajas e inconvenientes de usar caja de cambios en los coches eléctricos

 
En la actualidad, todo vehículo eléctrico generalista (salvo el Porsche Taycan en la imagen superior) cuenta con una transmisión de una sola velocidad, puesto que el motor eléctrico hace todo el trabajo a través de un único engranaje. 
 
Los eléctricos pueden permitirse prescindir de una transmisión con diferentes marchas gracias al enorme arco operativo de los motores eléctricos, que además cuentan la ventaja de poder ser usados desde sus máximas revoluciones hasta cero sin que se detengan o calen.
 
La capacidad de superar ampliamente las 10,000 rpm e incluso doblar esta cifra, a máxima velocidad, junto con la característica de estar disponibles ante la demanda del acelerador en cualquier momento permiten a los eléctricos disponibles en el mercado prescindir de un elemento esencial hasta ahora. Pero estas ventajas no implican que se disponga de todo el par motor de cero al máximo de revoluciones por minuto, puesto que a partir de cierta velocidad el par comienza a disminuir, además de que a alta velocidad no se puede optimizar el rendimiento ni revoluciones del motor al contar con sólo una velocidad por lo que se termina consumiendo más energía de la necesaria.
 
Los fabricantes de automóviles afrontan esta situación de formas diversas, diseñando la única relación de transmisión para el uso en ciudad. Por este motivo también muchos de los eléctricos a la venta limitan su velocidad máxima.
 
El problema de contar con una sola relación de cambio se afronta de diferentes formas por cada fabricante. Uno de los referentes de la industria en la actualidad; Tesla, originariamente pretendía usar una caja de cambios de dos velocidades, como finalmente ha hecho Porsche, pero debido a las complejidades, dificultades y sobre coste se inclinaron por una solución original propia. La marca de California optó por usar una ‘caja de cambios’ de dos velocidades separando los dos engranajes en dos motores, es decir, uso dos relaciones de cambio diferentes en cada uno de los motores que incorporan sus coches con tracción a las cuatro ruedas AWD.
 
Con esta solución Tesla simula el uso de una caja de cambios de dos relaciones mediante un doble motor en sus vehículos donde el desarrollo más pequeño se sitúa en el motor trasero, pensado para las fulminantes aceleraciones que caracterizan a sus vehículos, mientras que la relación más larga se instala en el motor delantero que se encarga de ‘tirar’ del vehículo en autopista durante trayectos a mayor velocidad.
 
Porsche, por su parte, ha sido el primer fabricante en incorporar una transmisión de dos velocidades en su Taycan, un paso que ahora muchos otros grandes constructores pueden seguir a medida que llegan al mercado soluciones como las de ZF o Inmotive, que permiten gestionar los cambios de marchas sin que el exuberante par de los motores eléctricos destruyan las transmisiones y casi no se interrumpa la curva de empuje que hace únicos a este tipo de vehículos.
 
Las ventajas de una solución con más de un desarrollo pueden permitir a los vehículos eléctricos mejorar la eficiencia a la hora de transmitir energía, optimizar el sistema por un lado y aumentar prestaciones por otro.
 

Desde Canadá llega una alternativa

La decisión tomada en 1995 por la startup de Toronto Inmotive de saltar al universo de los vehículos eléctricos se fundamentaba en que sus motores usan mucha más energía de la que necesitan para realizar su misión. El objetivo de los canadienses era ofrecer una alternativa eficiente, económica y compacta para optimizar el rendimiento de los vehículos cero emisiones.
 
Lo que diferencia a la transmisión de dos velocidades bautizada como Ingear respecto a otras soluciones del mercado es que incorpora una transmisión por cadena continua que permite, según declara la compañía, que “la energía fluya continuamente entre el motor y las ruedas, incluso durante el cambio”, siendo esta la solución que puede dar un giro al futuro de las transmisiones de los futuros coches eléctricos.
 
Como si de un desviador de una bicicleta se tratara, el funcionamiento de la caja de cambios canadiense reemplaza el desarrollo más alto por un engranaje retráctil que se ‘recoge’ paulatinamente mientras una correa dentada continua engrana simultáneamente la relación del cambio inferior, evitando las pausas en la tracción típicas del cambio de marcha convencional.
 
Las ventajas de esta innovadora solución de ingeniería permite, según la empresa canadiense, optimizar la eficiencia del vehículo hasta un 7.1% bajo el ciclo WLTP-3 y un 6.7% en el EPA-Combinado. 
 
Para demostrar el funcionamiento de su solución, los canadienses han instalado su caja de cambios en un Kia Soul EV y han permitido a algunos periodistas probar su unidad de pruebas que comparten sus impresiones en el siguiente vídeo.
Una vez se consoliden este tipo de alternativas, el uso de este tipo de cajas de cambios de dos velocidades de cambio continuo permitirán mantener la linealidad en aceleración y entrega de potencia que distinguen a los VE a la vez que permiten reducir el tamaño de la batería, el inversor y motor, incrementando ulteriormente la autonomía de cada coche.
 
Conseguir un coche más eficiente significa poder usar baterías más pequeñas para obtener la misma autonomía, lo que permite reducir el precio de adquisición de este, la cantidad de materias primas para construir las baterías y la producción de energía necesaria para completar cada viaje.  

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