Electrificar una máquina: motor, controlador, batería, ¿por dónde empezar?
Un kart, una motocicleta ligera, un robot agrícola, un bote de paseo: todas estas máquinas pueden convertirse a energía eléctrica, utilizando los mismos componentes básicos. Un motor, un controlador que lo gestiona, una batería y su sistema de gestión de batería (BMS), y una interfaz para el conductor. Lo que varía de una máquina a otra es la forma en que se dimensionan estos componentes. Esta guía presenta el método que seguimos en el taller, independientemente del proyecto.
Lo esencial
- Un proyecto comienza con el uso, no con el motor: velocidad, peso, pendiente, duración de funcionamiento, condiciones de uso.
- El par motor que se debe entregar y la velocidad que se debe alcanzar determinan el motor y su transmisión.
- El motor y el voltaje de la batería determinan el controlador que se necesita.
- La energía consumida durante un día de uso determina la capacidad de la batería, y la corriente demandada define sus celdas.
- Nada sustituye a las pruebas: primero en un banco de pruebas, luego en la propia máquina, registrando los datos.
1. Redactar las especificaciones técnicas
Antes de elegir cualquier pieza, es necesario describir la máquina y su uso. Las preguntas siempre son las mismas:
- `¿Cuál es la velocidad máxima?, y ¿a qué velocidad suele circular el vehículo?`
- ¿Cuál es el peso total, incluyendo al conductor y la carga?
- ¿Qué pendientes?, ¿qué aceleraciones?: ¿a vacío, con carga, en subida, en barro?
- ¿Cuánto tiempo debe funcionar el vehículo con una sola carga, y cuánto tiempo tenemos para recargarlo?
- En qué condiciones: ¿lluvia, polvo, agua, calor, vibraciones?
- ¿Qué tipo de homologación se busca y en cuántas unidades?
Son estas respuestas las que permiten determinar las especificaciones adecuadas. El mismo motor puede ser perfecto para un kart de alquiler y, al mismo tiempo, completamente inadecuado para un robot que avanza a paso lento durante todo el día.
2. El motor y su transmisión
El motor debe proporcionar el par necesario para las aceleraciones y las subidas, y alcanzar la velocidad máxima deseada. Entre ambos, la transmisión establece la conexión: un motor en la rueda (motor de buje) no tiene reducción, mientras que un motor central impulsa la rueda a través de una cadena, una correa o un reductor, lo que le permite girar más rápido y ser más compacto para el mismo par en la rueda.
La elección entre las diferentes tecnologías de motor se detalla en nuestras guías sobre la diferencia entre PMSM y BLDC y sobre los motores con imanes internos. La relación entre voltaje, velocidad y par se explica en nuestra guía sobre el Kv, el Kt y los polos.
3. El controlador
El controlador transforma la corriente continua de la batería en corriente alterna para el motor, y decide en cada momento cuánta corriente enviarle. Debe soportar el voltaje de la batería con carga completa, con un margen de seguridad, proporcionar la corriente necesaria para el par deseado, y comunicarse con el resto del sistema: acelerador, freno, display, BMS. Nuestra guía del controlador detalla estos puntos, y nuestra guía sobre la control vectorial explica cómo controla el motor.
4. La batería y el BMS (Sistema de Gestión de la Batería)
La capacidad de la batería se calcula a partir de la energía consumida durante un día de uso real, no a partir de un consumo teórico. El tipo de celdas se elige posteriormente según la corriente demandada: algunas celdas almacenan mucha energía pero suministran poca, otras lo contrario. Consulte nuestra guía para ver la ficha técnica de una celda. El BMS protege la batería y, en una máquina bien diseñada, se comunica con el controlador a través de bus CAN.
5. El conductor y la flota
Un indicador muestra la velocidad, la carga y los fallos. Para una flota de alquiler o de trabajo, también es necesario monitorizar cada máquina de forma remota: carga, fallos, horas de funcionamiento, límites de velocidad por usuario. Esta es la función de RageLink, nuestro ecosistema de seguimiento.
6. Las pruebas
Un sistema de propulsión se valida primero en un banco de pruebas, donde se miden el par, la velocidad, la eficiencia y el calentamiento en condiciones reproducibles, y luego en la máquina, en su uso real. Consulte nuestra guía sobre la medición en banco de pruebas.
Consejo para el taller.
La primera versión de una especificación técnica suele ser demasiado optimista en cuanto a la autonomía y demasiado conservadora en lo que respecta a las pendientes. Es importante medir el rendimiento real del equipo actual antes de dimensionar el nuevo.
Nuestras guías, organizadas por modelo
- Electrificar un kart
- Moto eléctrica ligera y pitbike: cómo elegir el controlador adecuado
- Conversión eléctrica de una motocicleta o scooter
- Motorizar un robot agrícola o una plataforma de transporte.
- Equipar un barco eléctrico
- Formula Student y proyectos escolares
Para un proyecto profesional, nuestro departamento de ingeniería diseña la cadena completa, dimensionada para la máquina.
Preguntas frecuentes
¿Por qué pieza debo empezar?
No hay una regla fija: lo primero es definir las especificaciones. A partir de ahí, se elige el motor, y luego el controlador y la batería.
¿Es posible ensamblar piezas de diferentes marcas?
Sí, siempre y cuando el controlador sea compatible con el motor elegido y la batería, el controlador y la pantalla utilicen el mismo protocolo de comunicación. A menudo, es este último punto el que causa problemas en la configuración.
¿No es suficiente un kit completo?
Para una máquina estándar, a veces. Pero un kit genérico rara vez está diseñado para su peso, sus pendientes y su duración de uso, y a menudo recibe un seguimiento deficiente después de la venta.
¿Cuánto tiempo dura un proyecto?
Depende de la máquina y del número de unidades. Un prototipo siempre pasa por las etapas de diseño, ensamblaje y pruebas antes de una posible producción en serie.