Audi A2 e-tron: Así es como el inversor, el motor eléctrico y la transmisión lo hacen más eficiente
La versión más económica del nuevo Audi A2 e-tron consume solo 12,8 kWh/100 km en el ciclo WLTP. Por ello, se cuenta entre los automóviles eléctricos más ahorrativos del mercado. Ya se sabía que los inversores de carburo de silicio desempeñan un papel importante en esto. Ahora, el fabricante explica otros detalles adicionales.
Este consumo excepcionalmente bajo se logra en el Audi A2 e-tron con tracción trasera de 140 kW y el paquete de eficiencia opcional por 2.410 euros. Este paquete incluye una suspensión deportiva que reduce la altura del vehículo y neumáticos optimizados para reducir la resistencia al rodar. Pero también el nuevo sistema de propulsión juega un papel clave. Las mejoras afectan al inversor, al motor eléctrico APP350 (con configuración axial paralela y un par de torsión de aproximadamente 350 Nm) y a la caja de cambios de una marcha.
La trasera del Audi A2 e-tron, que incluye el inversor, el APP350 y la caja de engranajes de entrada
Foto de: Audi
Inversor
El inversor convierte la corriente continua proveniente de la batería en corriente alterna para el motor. Para ello, es necesario transformar una tensión continua de unos 400 voltios en una tensión senoidal. Se utiliza para ello la modulación por ancho de pulso: en este proceso se invierte constantemente la polaridad, por ejemplo de +400 voltios a -400 voltios y viceversa. Al elegir diferentes anchos para estos pulsos de tensión, se genera (después de su suavización mediante la inductancia de las bobinas de cobre) una curva senoidal.
Los transistores se encargan de la conmutación; en este proceso surgen inevitablemente las llamadas pérdidas por conmutación, pero con transistores de efecto de campo de óxido metálico-semiconductor (MOSFET) basados en carburo de silicio en lugar de silicio, es posible reducirlas. Según Audi, gracias a estas menores pérdidas por conmutación se pueden alcanzar rendimientos de más del 97 por ciento.
Lo novedoso es que Audi también utiliza un software especial con el que se ajusta la frecuencia de conmutación al punto de operación específico. La frecuencia de conmutación se elige lo más baja posible, ya que menos operaciones de conmutación significan menos pérdidas. Según Audi, esto debería aportar ventajas de eficiencia, especialmente en tráfico urbano y en viajes largos a velocidades medias y con carga moderada. Gracias a un uso más eficiente de la energía, la electrónica de potencia también puede ofrecer toda su potencia incluso cuando el nivel de carga es bajo.
Según Audi, otra función del inversor es mejorar la comodidad acústica en el interior del vehículo. Para ello, se superponen intencionadamente “componentes armónicos de alta frecuencia” a la corriente del motor. De este modo, los ruidos molestos se compensan en función del punto de operación.
El nuevo motor eléctrico APP350 con inversor (arriba) y caja de cambios (derecha)
Foto de: Audi
Motor eléctrico APP350
La eficiencia de la nueva máquina síncrona de imanes permanentes APP350 se ha incrementado gracias a una menor pérdida por hierro. Estas pérdidas se generan debido a la remagnetización del material en campos magnéticos que cambian con el tiempo: como el campo magnético en un motor eléctrico varía constantemente, las pequeñas regiones magnéticas (las zonas de Weiss) en la lámina del rotor deben reorientarse continuamente. Este proceso requiere energía, que eventualmente se convierte en calor. Para reducir estas pérdidas, se disminuyó el espesor de las láminas del rotor, pasando de 0,3 a 0,2 milímetros en comparación con el motor anterior, el APP310.
"Las medidas de diseño en el rotor y el estator afectan al espesor de las láminas, a la disposición de los segmentos del rotor y a la conexión de las bobinas del estator." (Audi)
Para mejorar el nivel de ruido, también se reorganizaron los imanes permanentes en el rotor. Cuando los imanes están dispuestos en una línea recta y continua de adelante hacia atrás, al girar chocan de repente contra las ranuras del estator. Esto genera un impulso magnético (un momento de bloqueo) cada vez que pasan por allí. En el APP350, en cambio, los imanes se instalan ligeramente desplazados (desviación del rotor o escalonamiento). De esta manera, ya no chocan todos al mismo tiempo, sino de forma secuencial contra el campo magnético del estator, lo que mejora la acústica.
Además, en el estator se pasa de un conexión en estrella a una en triángulo. También se han reducido las ramas paralelas por fase. Aunque esto aumenta las pérdidas por cobre a altas velocidades de rotación, disminuye las llamadas corrientes de circuito parcial. Esto tiene como objetivo mejorar la eficiencia en los desplazamientos cotidianos en el tráfico urbano o en carreteras rurales.
Transmisión
Las mejoras en la caja de cambios son más fáciles de comprender que los cambios en el motor. Aquí se utilizan dos relaciones de transmisión según el nivel de potencia: 10,21 en los modelos de 125 kW y 140 kW, y 11,53 en el de 170 kW. Es decir, en las versiones más débiles se elige una relación de transmisión más larga, lo que reduce las revoluciones necesarias del motor; este gira 10,21 veces por vuelta de rueda en lugar de 11,53 veces en la versión de mayor potencia. Según Audi, estas diferentes relaciones de transmisión permiten situar las revoluciones del motor en rangos óptimos.
Respecto a la versión más alta del A2 e-tron, con 240 kW, Audi no proporciona información sobre la relación de transmisión, pero allí tampoco se utiliza el APP350, sino el APP550.
Además, se utiliza un aceite de transmisión con una viscosidad muy baja, lo que reduce las llamadas pérdidas por rozamiento. También se emplea un método especial para el mecanizado fino de las dentaduras de transmisión, que permite obtener superficies especialmente lisas. Esto disminuye la fricción y aumenta la eficiencia.
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En resumen
Vaya, el nuevo comunicado de prensa de Audi sobre el motor del A2 e-tron es realmente impresionante. Seguramente no entendimos todo perfectamente; para eso se necesita estudiar ingeniería. Esperamos que los expertos nos expliquen todo un poco mejor durante el próximo evento de prueba.