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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Ver comentarios

    • Totalmente!
      No deja de ser curioso ver las curvas de par en los motores eléctricos.

  • Yo prefiero que cuanto más simple sea el sistema mejor. Prefiero un coche que no pase de 140 km/h y que sea súper fiable. He de decir que siempre voy a velocidades legales aunque mi coche puede doblarlas.

    • Pienso lo mismo. Si funciona bien sin cadenas etc para que liarse. Tenemos coches con cambio dsg que parecia que era la pera y pasas de un dsg a un electrico y no hay color. En quanto a eficiencia, efectividad y comodidad el electrico con menos cv le da mil patadas. Ahora bien pierdes los tirones del cambio y ese petardeo que pega sobre todo en las marchas cortas cuando llevas reprogramado el motor y el cambio que queda muy guay. Jajajaja

  • Si total el límite esta en 120 kph. Para que queremos más relaciones ¿?

    • Para reducir el consumo, no es lo mismo que el motor gire a 10.000 rpm que a 5.000 rpm y en el caso de los motores eléctricos no es necesarios llevarlos altos de vueltas para tener el par máximo.

      • Completamente de acuerdo , más eficiencia, más autonomía..
        Luego que alguien me diga que la caja de cambios nde su coche a fallado, un embrague , turbo , válvula EGR ( me refiero obviamente a un coche de combustión)
        los sistemas actuales compactos ,de Cajas de cambios no dan problemas.

    • Que tendrá nque ver las relaciones con la velocidad máxima de la autopista....
      Lo de tener dos relaciones es para ser más eficientes, y el cambio se produce a unos 80km/h.
      Así que sí, tiene sentido aunque la velocidad máxima sea 120 kmh.....

  • El tema está en si el sobrepeso, sobreprecio y posibles problemas de fiabilidad compensan el teórico ahorro energético.
    Pari mi y con el uso que hago de un vehiculo desde luego que no. Para un superdeportivo quizás si.

    • Yo me planteo lo mismo. Un 7% de optimización en el mejor de los casos merece la pena? Justifica el aumento de complegidad, mantenimiento, averías, etc.?
      Yo lo vería interesante si la optimización fuera del 20, 25% o más.
      Estaríamos hablando de pasar de 400 a 500km, pero pasar de 400 a 428km, tampoco es tanto.

      • Veremos si no la meten, claramente no merece mucho pero a una marca que vive del mantenimiento si le interesa ya que te compras un eléctrico por reducción de mantenimiento pero te meten esto.

        Como una empresa nueva, claramente no me interesa, me interesa que gane 100km mas de autonomía

        • Claro, es que en uno de 200km tan solo ganas 12km de autonomía. No tiene sentido.

    • No es solo el ahorro energetico.
      Que el motor vaya a 5.000 rpm en vez de 10.000rpm también es menos estrés en los cojinetes, en el motor mismo, menos temperatura, pedir menos energía a la bateria y que se caliente menos.
      Tener menos vibraciones, menos ruido.
      Es mucho más que el solo ahorro energético.

  • Alguien sabe por qué se podrían reducir el tamaño de los inversores y de los motores? La única explicación que le doy es que para una misma potencia en rueda, haría falta menos potencia en el motor eléctrico. Ahora bien, en las características del coche pondría que la potencia del coche ha disminuido algunos kW.

  • La solución es muy interesante, pero concuerdo con los compañeros... a no ser que tengamos un deportivo o un coche de altas prestaciones que usarán cajas de cambios o motores de alto rendimiento de 20.000 rpm... para conseguir velocidades máximas elevadas y recuperaciones muy buenas, no lo veo necesario.

    • No es tan así, estoy de acuerdo que en un coche de uso urbano no sea tan útil, pero apenas el coche sea para viajes, ya compensa.
      Piensa que el cambio es a 80 kmh.
      Si haces autopista, lo usas.

      • Me lo has puesto difícil . . . .el traductor Google no me ayuda. XD
        Voy a buscar en Karts eléctricos "Made By Suriv" XD
        Salu2

  • Si algun dia cambio mi leaf, intentare que tenga mas velocidad punta.
    Pero,nunca cambiando el sistema simplista actual.
    Siempre comprare un electrico con la simpleza que tienen la mayoria de los de ahora.
    Para mi, si le pones caja de cambio,"aparte de las averias," le quitas lo mejor que tiene el electrico. La aceleracion.
    Con una sola relacion, el coche electrico, se comporta rapido, y seguro.
    Creo que, para que complicar un sistema tan bueno

  • Me parece que un 6 o 7% de mejora en la eficiencia no justificaría el sobrecoste (y los hipotéticos problemas de mantenimiento en un futuro).

    En cualquier caso es un camino a explorar muy interesante que puede dar sorpresas en futuros desarrollos.

  • Esto no es correcto:"Porsche, por su parte, ha sido el primer fabricante en incorporar una transmisión de dos velocidades en su Taycan". El primer fabricante en incorporar una transmisión de 2 velocidades, y lo dice el artículo, fue Tesla en el Roadster aunque luego la abandonase. Después fue Rimac. El Taycan es el primer coche de producción en masa en hacerlo pero no el primer fabricante.

    Siempre he creído que para mejorar las autonomías y reducir así el peso, tamaño, y por tanto coste, de las baterías sería unir el motor eléctrico a una caja e-cvt como las que llevan los híbridos.

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