El creciente peso de los vehículos eléctricos está provocando problemas de contaminación y seguridad

Jun 23, 2023

Lo que los fabricantes de automóviles están aprendiendo sobre los vehículos eléctricos, los veteranos de Weight Watchers ya lo saben: es difícil mantener los kilos una vez que los has perdido.

Los vehículos eléctricos están registrando pesos en vacío sorprendentes, eliminando el progreso de aligeramiento que los fabricantes de automóviles han logrado en la última década. Las pesadas baterías necesarias para proporcionar cientos de kilómetros de alcance son las culpables. El paquete de baterías de la camioneta y SUV GMC Hummer EV pesa 2,818 libras, solo 52 libras menos que el peso total en vacío del Chevrolet Cruze, el sedán compacto que finalizó su producción en 2019.

No se puede encontrar mejor ejemplo de yo-yo de dieta vehicular que el antiguo rey del aligeramiento, la Ford F-150 con carrocería de aluminio.

Varias estimaciones cifran el peso en vacío promedio de los vehículos eléctricos entre un 20 y un 30% más que el de los vehículos con motor de combustión interna. La mayor parte del peso añadido se debe a los paquetes de baterías grandes y pesados. El motor de 246 kilovatios-hora y 2.818 libras. El paquete de baterías de la camioneta y SUV GMC Hummer EV, por ejemplo, pesa casi 600 libras. más que un Mazda MX-5 Miata. Pesos en vacío de algunos vehículos eléctricos del 2023 en libras:Audi Q4 E-tron:4.674BMW i4:4.680Chevrolet Silverado:8.532Ford F-150 Lightning alcance extendido:6.893Hoja de Nissan:3.572Modelo Tesla S:4.561Recarga Volvo XC40:4.679Fuente: Fabricantes de automóviles

La camioneta F-150 SuperCrew 4x4 con carrocería de acero de 2012 tenía un peso en vacío de 5,586 libras. Una versión de aluminio lo reemplazó en 2015, reduciendo aproximadamente 700 libras. Sin embargo, la F-150 Lightning SuperCrew eléctrica actual pesa entre 6,015 y 6,893 libras dependiendo del paquete de baterías, hasta 1,307 libras más que la camioneta con carrocería de acero.

Y eso es esbelto en comparación con otros llamados camiones ligeros.

La camioneta y el SUV Hummer lideran la liga de vehículos eléctricos con un peso en vacío de más de 9,000 libras, casi 2,000 libras más que el gigantesco Hummer H1 original con motor diésel. Las Chevrolet Silverado, GMC Sierra y Cadillac Escalade IQ eléctricas de General Motors, que comparten los fundamentos del Hummer, también son pesos súper pesados ​​con alrededor de 8,500 libras.

La enorme potencia y el par de los motores eléctricos permiten que los vehículos eléctricos se sientan más ligeros de lo que son. Pero esos kilos añadidos limitan la autonomía y crean problemas de seguridad.

Un estudio de la Oficina Nacional de Investigación Económica encontró que 1,000 libras adicionales aumentan la probabilidad de muertes por accidentes en un 47 por ciento. Otros estudios han descubierto que los vehículos eléctricos pesados ​​están aumentando la contaminación al hacer que los neumáticos desprendan pequeñas partículas de caucho.

Los expertos dicen que reducir el peso de los vehículos eléctricos será mucho más difícil que la moda de la dieta de los vehículos con motor de combustión. La mayoría de los vehículos eléctricos ya tienen algunos componentes de carrocería de aluminio y otros materiales livianos, lo que restringe las posibilidades de reducción de peso.

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"Es un círculo vicioso", afirmó Sam Abuelsamid, analista de movilidad eléctrica de Guidehouse Insights. "Si tienes un vehículo de 9,000 libras versus uno de 6,000 libras, necesitas rotores de freno y pinzas más grandes. También debes tener ruedas y neumáticos más pesados ​​a medida que el vehículo aumenta de peso".

Además de las pesadas baterías, los vehículos eléctricos han ganado peso porque están demasiado diseñados para brindar seguridad, según los expertos.

"Nadie quiere tener un incendio, y nadie quiere un vehículo que no sea resistente a un choque", dijo el gurú de costos y desmontaje de Detroit, Sandy Munro, a Automotive News. "Hay un exceso de ingeniería y se está haciendo para garantizar que, si algo sale mal, las vidas no corran peligro".

Hace una década, los fabricantes de automóviles invirtieron miles de millones de dólares en reducir el peso de los vehículos para cumplir con estándares cada vez más estrictos de economía de combustible y emisiones.

Ford Motor Co. hizo la mayor inversión en sistemas de propulsión de su historia cuando lanzó la línea EcoBoost de motores turboalimentados para reemplazar los motores de mayor cilindrada.

Muchos otros fabricantes de automóviles también redujeron y mejoraron sus motores. Comenzaron a utilizar paneles de carrocería de aluminio y componentes estructurales de fibra de carbono y magnesio.

GM redujo peso adoptando una estrategia de fabricación de materiales mixtos, empleando los metales más ligeros y resistentes en ubicaciones estratégicas en muchos de sus vehículos más grandes. BMW y Toyota invirtieron mucho en fibra de carbono. Y casi todos los fabricantes de automóviles recurrieron a la impresión 3D para diseñar piezas ligeras.

Pero no es sólo el peso de la batería del vehículo eléctrico lo que hace que los kilos vuelvan a subir.

También ha contribuido la incorporación de componentes electrónicos avanzados que habilitan funciones de conducción automatizada (lidar, radar, cámaras, sensores y las computadoras que los ejecutan). Las múltiples pantallas, dos y tres motores eléctricos y los sistemas de tracción total también añaden peso.

Eso no deja mucho en el camino de la fruta madura en la carrocería de un vehículo o en el tren motriz para que los fabricantes de automóviles reduzcan el peso en vacío, dijo Munro.

"Si miras el chasis del monopatín y entrecierras los ojos, se parece mucho a una carrocería sobre bastidor con un sombrero de copa", dijo. "No hay mucho que podamos hacer realmente para reducir el peso cuando pasamos a una patineta, que debe tener bastante integridad estructural porque soporta la carga".

La mayor oportunidad para reducir el peso de un vehículo eléctrico reside en sus baterías y en las carcasas de acero o aluminio grueso que las albergan.

Las mejoras en la química de la batería y el embalaje del gabinete reducirán el peso, dijo Royston Jones, director de tecnología de Altair Engineering. Él cree que las estructuras de carrocería blanca o esqueléticas de los vehículos eléctricos también pueden pesar menos.

Los fabricantes de automóviles reducirán el peso una vez que tengan una mejor idea de cómo se comportan los vehículos eléctricos en accidentes del mundo real y mientras estudian cómo los usan los consumidores, dijo Jones.

"Creo que queda un largo camino por recorrer en la optimización del diseño, teniendo en cuenta la estructura completa", afirmó.

Al menos un fabricante de automóviles ya ha iniciado ese proceso. La parte superior del gabinete del paquete de baterías es también el piso que sujeta los asientos en algunas configuraciones del Tesla Model Y. En la mayoría de los demás vehículos eléctricos, el gabinete de la batería es un conjunto completo debajo del piso.

Pero son las propias celdas de la batería las que podrían liberar gran parte del peso de los futuros vehículos eléctricos. En la mayoría de los vehículos eléctricos actuales, las celdas están espaciadas para reducir el riesgo de incendio en caso de que una celda se sobrecaliente o la carcasa de la batería se dañe en un choque. Si los fabricantes de automóviles pudieran empaquetar las celdas más juntas de manera segura, podrían reducir y aligerar el tamaño del paquete sin perder alcance.

"Si abres los paquetes de baterías actuales, encontrarás que tienes una caja dentro de otra caja con celdas en la caja interior", dijo Abuelsamid. "La desventaja de esa arquitectura modular es que se desperdicia mucho espacio".

Una química de la batería con potencial para reducir el espacio desperdiciado es el fosfato de hierro y litio. Estas celdas no son más livianas que las celdas de iones de litio actuales, pero son mucho menos propensas a incendios causados ​​por sobrecalentamiento y choques. El fosfato de litio y hierro podría permitir cambios importantes para ahorrar peso: las celdas podrían empaquetarse más cerca y los sistemas de enfriamiento podrían ser más pequeños, lo que permitiría que las carcasas pesaran menos.

Nuestra startup Next Energy, de Novi, Michigan, está desarrollando celdas de fosfato de hierro y litio para vehículos eléctricos que podrían empaquetarse en carcasas livianas de fibra de carbono sin afectar la seguridad, dijo Sam Haberl, vicepresidente de desarrollo de negocios automotrices de la compañía. Las propias células también podrían desempeñar un papel en la rigidez estructural.

"Otra cosa que estamos desarrollando en Our Next Energy es la estructura de celda a paquete, utilizando las celdas como un panal comprimido que crea la resistencia del propio paquete y eso minimiza la necesidad de otros materiales", dijo Haberl.

La empresa tiene contratos con BMW y varios fabricantes de vehículos eléctricos de flotas comerciales.

El peso de los vehículos eléctricos tiene otra consecuencia. El mayor peso de los vehículos eléctricos está provocando que los precios de etiqueta aumenten porque los fabricantes de automóviles están utilizando más materias primas en neumáticos y frenos más grandes, por ejemplo.

Ned Curic, director de tecnología de Stellantis, dijo a Automotive News Europe que la situación "no es buena para el medio ambiente, no es buena para los recursos, no es buena para la eficiencia".

"Me frustra", dijo, "que todos nuestros automóviles (para la industria en su conjunto) sean demasiado pesados. El costo se está volviendo inasequible para las clases medias".

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