Cuando los coches eléctricos dejen de ser un mercado de nicho (en la mayoría de los países) para convertirse en los más vendidos, problemas como el uso de metales de tierras raras como los que se emplean en los imanes permanentes de sus motores pasarán a ser críticos. El suministro de estos materiales es limitado, lo que complicará poder satisfacer la demanda de toda la industria. General Motors ha creado la familia de motores eléctricos Ultium asumiendo este problema y utilizando su tecnología para minimizarlo.
La creciente oferta de coches eléctricos hace que la tecnología que se emplea en sus propulsores se vuelva más importante, sobre todo por las materias primas que los forman, como es el caso de las tierras raras cuyo suministro será crítico en los próximos años. Los pasos previos a la comercialización de estas materias primas están plagados de preocupaciones relacionadas con los derechos humanos. La fase posterior sufre la incertidumbre del precio por la escasez y las tensiones geopolíticas. El gobierno chino controla gran parte de esta industria y en su mano tiene restringir su envío a países con los que pueda tener un conflicto político.
Teniendo en cuenta estos riesgos los fabricantes tradicionales se debaten entre reducir su dependencia de ellos o confiar en que el mercado podrá estabilizarse en algún momento. En este sentido, dos son las tecnologías de motores eléctricos que se aplican a cada estrategia. Los motores síncronos de imanes permanentes, los más utilizados por la industria a pesar del inconveniente de los materiales que precisan y por lo tanto la variabilidad de su precio, son motores más compactos, más fáciles de controlar y más rápidos de enfriar, puesto que los únicos devanados están en el exterior.
Por otro lado, en los motores de corriente alterna asíncronos o de inducción, conocidos como jaula de ardilla, el rotor está formado por espiras que crean un campo magnético. Al generar un "deslizamiento" o diferencia de velocidad respecto al campo magnético del estátor se induce una corriente eléctrica en ellas, generando un nuevo campo magnético en el rotor. El par que se genera es proporcional al deslizamiento lo que hace más complicado controlar su velocidad de rotación porque se comanda a través del deslizamiento. También son menos eficientes porque la corriente que se genera en las espiras del rotor exige a cambio una pérdida energética. A cambio, el motor es muy potente y duradero ya que el rotor es muy robusto porque no necesita alimentación externa ni partes móviles. También es más barato por la ausencia de los imanes permanentes.
Tecnología de los motores eléctricos Ultium de General Motors para evitar las tierras raras
General Motors ha desarrollado la familia de motores eléctricos Ultium destinados a su nueva gama de vehículos eléctricos. El más pequeño de los motores Ultium es un motor de inducción. Ofrece 62 kW (83 CV) de potencia y tendrá como cometido la asistencia a la tracción total. Sin embargo, los dos motores más grandes, el de 180 kW (240 CV) de tracción trasera y el de 255 kW (342 CV), que puede situarse en cualquiera de los dos ejes, son de imanes permanentes. En estos últimos, General Motors trata de reducir el uso de estos materiales al mínimo.
El motor de inducción más pequeño de la familia Ultium, de 62 kW, se utilizará en aplicaciones de tracción total.
Si bien los tres motores Ultium ofrecen diferentes niveles de potencia, e incluso diferente tecnología, los tres están construidos como una familia escalable, compartiendo los principios de su diseño, así como los procesos y las herramientas de fabricación. El primer vehículo de producción que los montará es el Hummer EV, que incorpora tres unidades del motor más grande de los de la familia Ultium.
El motor Ultium de imanes permanentes de 180 kW se utilizará en vehículos de tracción delantera y también en los de tracción total.
A diferencia de BMW, que ha optado por los motores de inducción, el grupo americano ha optado por una solución intermedia. La razón la explica Tim Grewe, director de sistemas de baterías y electrificación global de General Motors. Técnicamente, General Motors considera que los motores de imanes permanentes tienen una capacidad incomparable para entregar todo el par a las velocidades de crucero que se precisan en carretera. Económicamente, son motores que tienen un coste que no penaliza el precio final del vehículo, que debe ser aceptable para el cliente.
El motor Ultium EV de imanes permanentes de 255 kW se utilizará para vehículos de alto rendimiento con tracción trasera o a las cuatro ruedas.
"Un problema con tantas variables se puede resolver de diferentes maneras", explica Grewe. Aunque General Motors todavía usa tierras raras, busca minimizarlas. "Si se observa la cantidad de neodimio y aditivos como litio, disprosio terbio que usamos se verá que es una cantidad mínima, justo donde es a necesaria para obtener el mayor efecto". Además, la empresa cuida su procedencia, "Tenemos un material seguro, sostenible y de origen ético garantizado con auditorías", asegura Grewe.
Otras estrategias para reducir los costes
Además de los motores, la marca Ultium de General Motors también se aplica a los sistemas de control electrónicos asociados. Si bien sus vehículos eléctricos actuales cuentan con piezas montadas externamente, como es el caso de la electrónica de potencia, el inversor, el módulo de alimentación o el módulo de carga integrado, en los motores Ultium no es así. Estos incorporarán todo ese hardware directamente en la unidad de transmisión de manera que la compañía asegura que ahorrará costes y simplificará la fabricación.
La integración de componentes y subsistemas es un tema clave. En el caso de la marca Ultium, da como resultado un ahorro de un 50 % en el peso y el volumen de la electrónica de potencia en comparación con los componentes que están actualmente en producción. Además, estos dispositivos, más pequeños, también tendrán un 25 % más de capacidad.
