Cómo funcionan las motos eléctricas

Harley-Davidson LiveWire

Si tus conocimientos sobre electricidad se reducen a saber cambiar una bombilla y poco más, como es mi caso, has llegado al lugar adecuado.

No vas a encontrar aquí un tostón insufrible sobre electrónica, sino algo muy resumido, sin entrar en mucho detalle. Lo básico para entender a grandes rasgos qué es lo que lleva una moto eléctrica entre sus tripas.

Y no es que no quiera profundizar porque me guarde la sabiduría para mí, sino porque yo mismo tampoco necesito saber mucho más de lo que recoge este artículo. Si quieres estudiar más a fondo cómo funciona un motor eléctrico de moto, hay docenas de recursos más exhaustivos por internet. También, probablemente, más aburridos.

Una vez hecho este disclaimer, empecemos.

La importancia de conocer lo que llevas entre las piernas

Del mismo modo que es conveniente saber cómo funciona un motor de explosión si conduces un vehículo de los de toda la vida (obligatorio, en realidad, según la DGT), también debería interesarte tener al menos unas nociones elementales de cómo es el mecanismo que va a sustituir a los motores de gasolina (y por qué funciona tan bien).

Una parte muy positiva de los motores eléctricos es que, por lo general, son muy sencillos. Ese es uno de sus grandes beneficios: su simplicidad. Y al ser tan sencillos, pues es muy difícil que se averíen o se rompan.

El mantenimiento de un motor eléctrico durante su vida útil suele ser igual a cero, lo cual es maravilloso: no hay que cambiar aceites, ni bujías, no hay que hacer reglaje de válvulas, ni cambiar correas, ni nada de nada.

Motor de moto de gasolina

Hasta ahora, por norma general, al motor sólo le metia mano un mecánico. A un motor eléctrico (en principio) no hará falta que lo toque nadie.  (Imagen: Aaron Huber)

Otra gran ventaja es que el número de piezas que componen un propulsor eléctrico es muy pequeño en comparación con un motor de combustión. Y aquí no hay fricción, no hay piezas de metal rozando indefinidamente unas con otras, no hay fuego ni explosiones internas, ni carbonilla, ni gases. El desgaste (teórico) es muy leve.

En realidad, el propulsor de una moto eléctrica no difiere mucho del motor de un taladro o una batidora, y éstos suelen ser bastante fiables. Duran lo que duran, lo que generalmente es mucho tiempo, pero rara vez suelen necesitar reparación.

Los principios básicos de un motor eléctrico de hoy en día son, en esencia, los mismos que hace casi 200 años. En la imagen que hay debajo de estas líneas está el que se considera el primer motor eléctrico de la historia, de Ányos Jedlik, el cual sigue funcionando en 2020 (me refiero al motor; Jedlik sigue muerto, que yo sepa).

¿Qué te parece ese dato como indicador de fiabilidad?

La cuestión es que esa versión primigenia ya contenía los elementos básicos que producen el movimiento giratorio: un estator (o estátor) y un rotor. No te asustes, que luego te lo explico.

Motor eléctrico de Ányos Jedlik, 1828

El primer motor eléctrico, de Ányos Jedlik - Año 1828  (Imagen: Wikipedia)

Pero no vamos a hablar del motor eléctrico tomando como base ese prototipo de sobremesa del señor Jedlik, sino una moto eléctrica actual.

Y ahora, diseccionemos al paciente.

Las baterías: la nueva gasolina

Como todos sabemos, las motos que funcionan con electricidad obtienen ésta de una batería (o más de una en ciertos casos), que en muchos modelos es extraíble (salvo cuando pesan demasiado) para facilitar la recarga en casa, en el garaje o donde nos apetezca.

La inmensa mayoría de las baterías que se usan actualmente en vehículos eléctricos son de iones de litio (Li-Ion). Éstas son, básicamente, iguales que las que usan los smartphones, pero con más tamaño y capacidad.

Mujer retirando batería de scooter eléctrico

La mayoría de motos eléctricas te permiten transportar la batería para recargarla donde quieras. Eso sí, algunas de ellas requieren que estés fuerte.  (Imagen: Kumpan Electric)

Las baterías de litio tienen una vida útil de entre 1.000 y 2.000 ciclos de carga, y además, evitan el efecto memoria de las antiguas de Níquel-Cadmio (NiCd). Otra opción que se puede encontrar en modelos de hace unos años o de muy bajo coste es la de las baterías de plomo (como las que llevan los coches tradicionales), cuya vida útil es de entre 500 y 700 cargas.

La capacidad de una batería se mide en amperios/hora (Ah). A mayor amperaje/hora, más autonomía, pero también mayor tamaño y peso. Este punto también tiene similitudes con los móviles, pues normalmente las baterías de éstos publicitan su capacidad en miliamperios/hora (mAh), que, como habrás deducido, es la milésima parte de un amperio/hora.

Las baterías litio están compuestas internamente por un número variable de módulos interconectados, que a su vez contienen decenas de celdas (similares en apariencia a las pilas AA de toda la vida), que encierran las sales de este metal que alimenta nuestra vida portátil.

Porque, sí, el litio en su estado puro es un metal, el más ligero que existe, y posee una alta densidad energética. Además, es muy reactivo con muchos elementos químicos, y digamos que no se lleva muy bien con el oxígeno ni con el agua.

Símbolo químico del litio y mineral de petalita, de donde se extrae

Petalita: uno de los diversos minerales de donde se extrae el litio

Aparte de lo anterior, cada batería también incluye un módulo de control de tensión y un sensor de temperatura, pues las baterías de litio pueden llegar a incendiarse o a estallar si alcanzan altas temperaturas o se desestabilizan químicamente. Por eso, en caso de sobrecalentamiento, se cancela el paso de corriente.

Si alguna vez has visto una carrera de MotoE (la Copa del Mundo de motos eléctricas que acompaña al circo de MotoGP), quizás hayas observado que, cuando se produce un accidente, por leve que sea, los comisarios de pista no se acercan alegremente a la moto accidentada.

En MotoE, cada montura lleva una luz de control adosada a las baterías que, según el color, indica si hay un problema en su interior o no. Si el indicador se enciende en rojo, la moto no se puede tocar porque hay riesgo de incendio o explosión.

Por desgracia para ese campeonato, en 2019, antes de que arrancase la primera temporada, sufrieron un incendio que calcinó 18 motos. La causa primaria del incendio fue un cortocircuito ajeno a las motos, pero el fuego provocado afectó a una de las baterías de alto rendimiento que llevan y luego se lió parda.

Por si eso fuera poco, unos meses después se quemó otra moto del campeonato, que (esta vez sí) se originó en una unidad en proceso de carga.

Consecuencias del incendio en el box de MotoE

Estado en el que quedó el garaje de MotoE tras el fatídico incendio  (Imagen: MotoGP.com)

A pesar de todo, no tienes que asustarte, pues las baterías de una MotoE (que desarrollan velocidades de hasta 260 km/h) poco tienen que ver con las de una moto de calle. No obstante, el litio tampoco es una broma con la que se pueda jugar.

Por suerte, estas cosas no pasan a menudo en el mundo real, así que no hay nada que temer, del mismo modo que no vives preocupado por que explote el tanque de gasolina de tu moto, aunque en determinadas circunstancias podría hacerlo perfectamente.

El inversor: el cerebro de la bestia

El inversor, también conocido como conversor o incluso controlador, es el componente encargado de dosificar el paso de energía de la batería hacia el motor y los componentes electrónicos de la moto, como intermitentes, faros o el cuadro de información, que generalmente suele ser una pantalla LCD o TFT.

Otra función vital del inversor es transformar el tipo de corriente de la batería (continua) al tipo de corriente que admiten tanto el motor como los componentes (alterna). También hace lo propio con el voltaje. Sin este papel fundamental del controlador, todo lo que se conectara a la batería… digamos que no acabaría muy bien, y no queremos eso.

Inversor, conversor o controlador de moto eléctrica

No es un cacharro muy glamuroso, pero había que enseñarlo: esto es un inversor

Una cosa que has de saber por seguridad es que hay motos que utilizan componentes con alta tensión. Todo lo que supera los 60 voltios se considera dentro de esa categoría, y es muy peligroso si se produce un contacto con las manos desnudas o cualquier otra parte del cuerpo.

Por eso, todo el cableado interno de la moto que funciona a alta tensión va envuelto en un tubo naranja chillón que es un aviso de que no debes manipularlo bajo ningún concepto salvo que sepas muy bien lo que haces. Normalmente, en esos casos, las motos suelen llevar una segunda batería auxiliar de 12,5 voltios, que es la que alimenta a los componentes eléctricos (salvo el motor) para que no se mezclen cables de alta tensión con cables de baja.

Por último, hay que apuntar que el inversor suele tener una función extra en algunos casos. Hay motos eléctricas que tienen un sistema de frenada regenerativa, del estilo del KERS (Kinetic Energy Recovery System) de la Fórmula 1, aunque menos espectacular.

En esas motos, al accionar el puño del acelerador en sentido inverso, se acumula la energía cinética producida por el giro de la rueda trasera. El motor la envía al inversor, y éste transforma el tipo de corriente en sentido contrario (de alterna a continua) para que pueda ser almacenada en la batería y se disponga así de un pequeño extra de autonomía que siempre viene bien.

El motor de una moto eléctrica: casi magia

Existen, sobre todo, dos tipos de motores eléctricos, o incluso más específicamente, podríamos decir que hay dos ubicaciones posibles del motor en la moto, que son las que condicionan la forma ligeramente diferente de éstos.

El motor eléctrico es una pieza de tamaño bastante reducido, que la mayor parte de las veces va incorporado directamente en la rueda trasera de la moto (lo que se conoce como motor de tipo Hub) o puede hacerlo en el interior de la cuna del chasis, a la altura del eje del basculante.

En el primer caso, el motor es una especie de disco con forma similar a un platillo volante que va anclado a la llanta y no necesita ningún tipo de cadena ni correa para transmitir la fuerza a la rueda. Unos cables de alimentación le transmiten la corriente desde el inversor (convertida de continua a alterna trifásica) y esa es toda la conexión que hay entre el motor y el cuerpo de la moto.

Motor de tipo Hub para moto eléctrica y ejemplo de instalación

A la izquierda, motor tipo Hub de la marca española Next Electric Motors. A la derecha, un ejemplo de cómo queda instalado en la rueda un motor de esa clase (en ese caso no es de Next)

En el caso de los motores que van dentro del chasis, si bien el funcionamiento interno es el mismo, la fuerza final del motor va dirigida a un piñón de ataque (igual que en las motos tradicionales) y en esta modalidad si necesitan una cadena o correa para transmitir la fuerza a una corona, que irá en la rueda trasera, como las que ya conocíamos de toda la vida.

Este segundo tipo de configuraciones son menos habituales que las anteriores, sin embargo, permiten alterar el par motor cambiando el piñón y la corona. Las otras versiones, técnicamente, también podrían jugar con el par, pero en este caso es mucho más complicado, y necesitarían usar unas piezas especiales conocidas como engranajes planetarios o trenes reductores.

Y es que el par motor es un asunto capital.

En un motor eléctrico, el par máximo está disponible desde el segundo uno en que se produce el movimiento, lo que se refleja en aceleraciones fulgurantes incluso en vehículos homologados como ciclomotores. Esta es una ventaja enorme con respecto a las motos de gasolina, que sólo entregan la potencia y par máximos a determinadas revoluciones.

Motor eléctrico situado en eje del basculante de una moto

Las motos eléctricas más potentes y de gama alta suelen llevar el motor en el eje del basculante (bloque en color bronce). En este ejemplo, la transmisión final es por correa dentada  (Imagen: Zero Motorcycles)

Otro aspecto que debes tener en cuenta es que una moto eléctrica no tiene cambio de marchas. No lo necesita. Ya tienes ahí otro montón de piezas que no se pueden romper porque no están. Sin embargo, algunas marcas están implementando mapas de potencia intercambiables en cualquier momento, que simulan ser marchas, para que la gente se vaya acostumbrando.

Y, por último, el encargado de ordenar la entrada de corriente al motor es, cómo no, el acelerador de la moto, que en este caso, lógicamente, no lleva un cable que activa las mariposas de la inyección… sino que es un potenciómetro eléctrico que indica al inversor qué carga transmitir a la rueda.

Y ¿cómo se produce el movimiento en el interior del motor?

Buena pregunta. Esta parte es la más complicada de explicar, aunque intentaré que sea comprensible.

Los motores eléctricos de las motos funcionan a base de electroimanes, y son de tipo brushless (sin escobillas), lo que viene a implicar que el movimiento se produce sin rozamiento de piezas internas.

Interior de un motor eléctrico de moto

Interior de un motor eléctrico de moto tipo Hub  (Imagen: ATD Autodiagnosis)

A ver ¿alguna vez jugaste de pequeño (o de mayor) al Scalextric?

¿Recuerdas las escobillas que había debajo de cada coche? Bueno, pues esas escobillas eran las que transmitían la electricidad desde los raíles metálicos electrificados de la pista hasta el diminuto motor que había en su interior. Sin contacto con esos raíles, los coches no se movían porque no había energía.

Pues bien, digamos que los motores sin escobillas de las motos no necesitan esos apéndices para nada. La energía llega por cable a la parte central del motor y enciende una serie de electroimanes. Y aquí es donde entran en juego el estator y el rotor.

Haciendo esto muy resumido, el estator es la pieza perimetral (circular) del motor, que es fija y va envuelta en bobina de cobre. Está formado por un número determinado de pequeñas secciones, colocadas diametralmente unas frente a otras, cada una de ellas con una polaridad opuesta (positivo/negativo). El rotor, como puedes imaginar por el nombre, es la pieza que gira, y va en la parte central del motor.

Mediante la entrada de electricidad, las distintas secciones opuestas del estator se van encendiendo y apagando, haciendo reaccionar por magnetismo al rotor, y a su vez a la llanta a la que va unido, consiguiendo así que avance la moto. Cuanto más deprisa se enciendan y se apaguen las secciones del estator, más rápido girará el rotor.

Bueno, también hay un sensor por ahí que va gestionando cómo se produce todo eso, pero no vamos a entrar en ello.

Si quieres conocer más a fondo el funcionamiento de un motor brushless, en el siguiente vídeo lo verás de manera gráfica. Trata de una hélice en miniatura, pero el mecanismo es exactamente el mismo.

Básicamente, eso es todo.

El concepto es bastante sencillo. Y el mecanismo, en realidad, también lo es. Infinitamente más que fabricar un motor de combustión, vaya... Y esa es la razón por la cual muchas nuevas marcas se han lanzado a fabricar motos eléctricas, o que haya bastantes proyectos caseros de transformación de motos de gasolina en eléctricas: los materiales están al alcance de cualquiera con unos pocos conocimientos en electrónica.

En fin, aunque parezca increíble, todo esto ya lo diseñó el señor Jedlik en 1828, y han hecho falta muchísimos años para que lo veamos funcionando en una moto.

Espero que, al menos en parte, te haya quedado claro cómo funciona una motocicleta eléctrica. Si quieres ver más clara la parte del movimiento del motor, te recomiendo el siguiente vídeo, que es muy aclaratorio (te lo he dejado en el punto exacto), y espero verte en el siguiente artículo.

Pablo Ortiz

Imagen de portada y cabecera: Harley-Davidson desde Unsplash

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