Inversor, el héroe anónimo del coche eléctrico

Cuando estamos pendientes de las noticias sobre coches eléctricos, siempre nos fijamos en datos como la capacidad de las baterías, su composición o la potencia y autonomía que se consigue con un propulsor o motor eléctrico. Sin embargo poca atención se le dedica a el elemento que permite que trabajen juntos batería y motor, el inversor.

Podemos definir el inversor como el elemento que se encarga de dos misiones cruciales en el funcionamiento del coche eléctrico. Por un lado transfiere la energía entre los diferentes elementos del coche eléctrico, como de la batería al motor o de los frenos a la batería, y además transforma esa energía según las necesidades, modulando el voltaje y el tipo de corriente.

¿Cuál es la función de un inversor en el coche eléctrico?

Igual que una pila AA como las que usamos en un mando a distancia, las baterías son dispositivos de corriente continua (CC), lo que significa que tienen un terminal positivo y otro negativo con un voltaje constante.

En teoría, se podría conectar la energía de esas baterías a un motor de corriente continua y hacerlo funcionar. Sin embargo, los motores de CC no son una buena solución para un coche eléctrico porque son difíciles de controlar en cuanto a velocidad y par motor. El motor de un coche eléctrico tiene que funcionar de manera suave y predecible desde cero RPM hasta cientos de RPM. Este nivel de control se consigue con un motor de corriente alterna (CA) que cambia su voltaje todo el tiempo de forma cíclica pero de forma suave.

Ahí es donde trabaja el inversor, que toma una gran cantidad de energía eléctrica de corriente continua de las baterías y la transforma en electricidad de corriente alterna para el motor.

¿Cómo funciona el inversor en los vehículos eléctricos?

El inversor utiliza transistores de potencia o diodos como interruptores que «trocean» la electricidad de CC para crear una salida de CA. La CA tiene voltajes positivos y negativos en su ciclo y los transistores abren y cierran conexiones que alternativamente permiten que el voltaje pase sin cambios o lo hacen de forma negativa.

Simplificando, la salida de corriente continua produce una onda cuadrada muy agresiva. La electricidad de corriente alterna, como la que viene de los enchufes de casa, tiene una forma senoidal más suave.

Los motores de los coches eléctricos de CA, que generan campos magnéticos en su interior, necesitan tiempo para subir y bajar la fuerza. Por eso una salida mucho más suave entre positivo y negativo es mucho más adecuada para su correcto funcionamiento.

Al encender y apagar los diodos muy rápidamente, los voltajes de salida se pueden «construir» mezclando ráfagas cortas de voltios positivos y negativos en cantidades variables para lograr un voltaje promedio que sigue la forma senoidal. A esta técnica, conocida como «modulación por ancho de pulsos» se le puede añadir un filtrado a través de componentes electrónicos que suavizan la señal, produciendo una salida de CA senoidal pura.

Los motores de CA que usan los vehículos eléctricos son trifásicos. Esto quiere decir que funcionan con tres corrientes eléctricas de CA separadas que se compensan entre sí en el tiempo. Esto significa que la fase 2 alcanza su pico positivo un poco después que la fase 1 y que la fase 3 alcanza el suyo un poco después de la fase 2. Esto crea en el motor un conjunto de campos magnéticos que giran, y es lo que hace que el rotor del motor, efectivamente, gire. Por lo tanto el inversor de nuestros vehículos no produce una salida de CA sino que produce tres.

¿Y cómo se regula la velocidad de un motor eléctrico?

El inversor es también un Variador de Frecuencia (VFD). La energía de CA y de onda senoidal se puede generar en una amplia gama de frecuencias diferentes. Dicho de otra forma, la velocidad a la que el voltaje cambia de positivo a negativo y viceversa puede cambiar rápidamente. Controlando esta frecuencia controlas la velocidad de rotación del motor.

Al cambiar la frecuencia de la CA, esa onda magnética gira más o menos rápido y el rotor cambia de velocidad y el vehículo también. La ventaja de un motor eléctrico es que puede generar un par en un rango amplio de velocidades de rotación y de forma muy rápida. Esta es una de las mayores diferencias con un motor de combustión que necesita transmisiones complejas de varias velocidades.

Una cosa más, hablemos de la frenada regenerativa

La frenada regenerativa es el sistema usado por los coches eléctricos en el que cuando quitas el pie del acelerador, el motor de convierte en un generador que recarga la batería. Esto mejora la autonomía en la carretera y prolonga la vida útil del sistema de frenado.

Cuando estamos en esta situación y el motor actúa como generador, se producen tres fases de corriente alterna senoidal. El inversor recoge esas tres fases y los convierte en una sola fase de corriente continua con un voltaje más alto que las baterías para poder cargarlas.

Hoy en día lo más habitual es encontrarnos con inversores de 400 V. Últimamente empiezan a incluirse en los vehículos inversores de 800 V, que aumentan la potencia pero mantienen la intensidad de corriente. En la práctica se traduce en menos pérdidas de carga, más fiabilidad, más autonomía y mayor velocidad en la recarga.