Transmisión para eléctricos, ¿es necesaria?

ZF es uno de los principales productores mundiales en cuanto a la fabricación de cajas de cambio –su nombre en alemán, 'Zahnradfabrik', significa 'fábrica de engranajes'–. Actualmente la industria del automóvil pasa por un momento crucial en el que los sistemas de propulsión se tratan de orientar cada vez más hacia la electrificación, un reto para las principales marcas de coches pero también para las empresas dedicadas a las cajas de cambio, puesto que los coches eléctricos no precisan de elementos de transmisión tan elaborados como los vehículos de combustión.

Esto es así, básicamente, porque los motores eléctricos entregan todo el par disponible desde el primer momento. Los motores de combustión por su parte tienen elementos mecánicos, lo que conlleva fricciones y fuerzas que deben vencerse para poder ponerse en movimiento. Ello conlleva que estas mecánicas funcionen de manera óptima en un rango limitado de revoluciones –lo que muestran las conocidas gráficas de las curvas de par y potencia–. Por ello, los ingenieros debieron idear un sistema que permitiese mantener al motor en ese rango de revoluciones independientemente de la velocidad del coche. El resultado es un ingenio, bastante elaborado, que es lo que hoy conocemos como las cajas de cambio.

Curva de par y potencia típica de un motor de combustión convencional

Otro de los problemas que se suplen con las cajas de cambio va de la mano de la entrega del par y es, precisamente, la velocidad. Un motor de combustión tiene un rango total de revoluciones limitado, entre 1.000 y 6.000 revoluciones por minuto. A grandes rasgos y para hacerlo más visual, la velocidad se incrementa un factor de seis, mientras que para acelerar de 10 a 120 kilómetros/hora, esta relación es de 12.

Por tanto, vuelve a hacerse necesario un elemento entre las ruedas y el motor que modifique esta relación y que, como se ha mencionado, mantenga al motor de combustión en su rango óptimo de funcionamiento. De ahí la necesidad de las distintas relaciones escalonadas de una caja de cambios. Los motores eléctricos convencionales son capaces de girar a unas revoluciones mucho mayores –hasta 20.000 en ciertos casos–, por lo que el problema de la relación de velocidades queda nuevamente solucionado.

¿TIENE SENTIDO UNA TRANSMISIÓN PARA ELÉCTRICOS?

¿Qué sentido tiene entonces el desarrollo de una caja de cambios para vehículos eléctricos? ZF tiene la respuesta, y para ello ha desarrollado un prototipo de caja de cambios de dos relaciones que ya ha puesto a prueba y de la que ha asegurado en palabras de Stephan Demmerer, responsable de E-mobility de ZF, que significará un "cambio de paradigma para la electromovilidad".

Desde la empresa aseguran que todo obedece a una mayor eficiencia y aprovechamiento de la energía disponible en aras de obtener mayor autonomía, una de las mayores lacras actuales para el vehículo eléctrico.

Para ello, desarrollaron un motor eléctrico de 191 caballos acoplado a la mencionada transmisión. Según las pruebas experimentales realizadas, el vehículo consume menos energía con el prototipo de caja de cambios de dos relaciones que con el mismo motor acoplado a una caja convencional con una sola relación, concretamente se traduce en un incremento de la autonomía de un 4,7%.

El funcionamiento es sencillo y obedece a un comportamiento típico de una caja de cambios automática. El coche acelera desde parado y, cuando alcanza los 70 kilómetros/hora, se produce el cambio hacia esta segunda relación. No obstante, los ingenieros afirman que puede ofrecer la opción de conectarse con el sistema GPS y la cámara integrada para anticiparse a las características del terreno, como pendientes o zonas de curvas, para unos cambios todavía más efectivos. Esta doble relación permite además elevar la velocidad máxima ya que, donde un motor de las mismas características tiene una punta de 160 kilómetros/hora, el prototipo permite alcanzar una máxima de 200 kilómetros/hora.

Aunque se trata de un prototipo único, éste se ha diseñado como un conjunto motor–cambio compacto capaz de acomodarse en el lugar de la caja de relación única de un eléctrico convencional. Adicionalmente, el diseño es modular y pensado para adaptarse tanto a pequeños automóviles como a vehículos más pesados de hasta 340 caballos.

Hasta el momento, los fabricantes se han negado a desarrollar soluciones como ésta debido a sus costes, complejidad y peso. Únicamente en la alta competición como la Fórmula E, en la que por reglamento cada fabricante puede equipar a su monoplaza con una caja de cambios de dos marchas. Con la idea de ZF y su transmisión compacta y modular, tal vez sí nos encontremos ante ese paradigma que cambiará la manera de conducir y sentir los coches eléctricos, aunque nos encontremos todavía un poco alejados en el tiempo de él.