En els països de la OCDE el trànsit rodat és el responsable del 40% de les emissions de CO2, del 33 % de CO i més del 50% de NOx, a més a més dels hidrocarburs i, pel que fa a la contaminació acústica, a tall d’exemple cal recordar un estudi de l’any 1994 que manifesta que el 39% de la població barcelonina té sorolls superiors als 70 dB (llindar acceptat internacionalment 65 dB).

El vehicle elèctric presentaria en les zones densament poblades una emissió local zero i una reducció de l’emissió de soroll promig de 5dB. La utilització d’aquest vehicle permet, per tant, satisfer la mobilitat urbana millorant a més a més la qualitat de vida dels ciutadans.

Per les raons abans esmentades es justifica actualment l’estudi i el desenvolupament del vehicle elèctric.

Amb els coneixements adquirits al llarg de la carrera d’Enginyer Industrial, l’autor es va motivar a dissenyar i construir un tricicle electro-solar (1988-1994) i dues motos elèctriques (1997 i 1998) per tal de, per una banda, adquirir coneixement tecnològic dels avantatges i dels inconvenients del vehicle elèctric i , per l’altra, crear en el si de la nostra societat una opinió al respecte.

L’actual tricicle electro-solar (Prototipus V) és precedit per d’altres prototipus anteriors a ell (Prototipus I,II i IV). El primer prototipus tricicle electro-solar (Pototipus I) es va construir l’any 1987 i era un vehicle molt senzill a partir d’una estructura de ferro i parts d’una bicicleta vella, amb un motor elèctric d’arranc de 12V i 650W i una bateria d’automòbil. L’objectiu d’aquest modest vehicle era fer "algo que funcioni" i, tan sols després de realitzar 13 km, hom va haver de fer una revisió general. Seguidament es van fer reestructuracions importants (Prototipus II, 1988), que es van traduir en un millor comportament del vehicle, tant en estabilitat com en prestacions (autonomia 20 km, velocitat màx. 30 km/h). Amb el Prototipus II es van realitzar uns 230 km. Amb els coneixements adquirits d’aquests senzills vehicles hom decidí dissenyar i desenvolupar un nou vehicle. Aleshores es quan es desenvolupà l’actual prototipus.

El tricicle electro-solar Prototipus V és un vehicle experimental que cerca l’eficiència energètica utilitzant una estructura lleugera, una tracció eficient i un sistema de gestió de l’energia optimitzada.

Tenint en compte que els vehicles elèctrics disposen 120 vegades menys d’energia específica (Wh/kg) que la que té el combustible fòsil, és molt important practicar l’eficiència energètica en tots els sentits. Per aquest motiu és necessari crear un nou concepte de vehicle a partir dels coneixements de l’automoció lleugera (motociclisme) i també en gran part de la tècnica de l’aviació ultralleugera.

El tricicle, amb dues rodes davanteres com a directrius i amb la roda de tracció al darrere, té una estructura feta a partir de perfils d’alumini. Algunes parts no sotmeses a grans sol.licitacions són fetes també a partir de fibra de vidre. El resultat és un xassís amb un pes aproximat de 15 kg que suporta el pes d’una persona (70 kg) i uns acumuladors (40 kg).

S’incorpora un sistema amortidor a les tres rodes, així com també un disseny especial de direcció de les rodes i un pedal de fre que actua sobre el fre de tambor a la roda tractora.

A través d’una valoració del pes aproximat del vehicle més la persona (130 kg) es va calcular la potència del motor necessaria per tal de que el vehicle assolís la velocitat teòrica màxima de 50 km/h. A partir d’aquí hom va cercar en el mercat un motor d’ 1 Kw de potència màxima.

Finalment es decidí pel motor d’imans permanents de 24V, 750W (nominal) de la casa BOSCH, pel seu preu assequible i pel seu pes i tamany reduïts (4Kg).

Un dels inconvenients que representa emprar el motor d’imans permanents és que no es pot fer una reducció del camp magnètic de l’estàtor. Això repercuteix en el comportament del motor, que no resulta tan flexible com podrien ser altres tipus de motors. Per aprofitar més bé la potència , es va veure la necessitat d’acoplar un canvi de marxes al motor. A partir d’un canvi de marxes d’una moto (Gilera 49 cc) es va construir el conjunt canvi de marxes-motor amb una cadena de transmissió que tracciona la roda tractora. El conjunt pesa uns 16 Kg i disposa de 4 marxes.

A fi de tenir un perfecte control del parell motor (1,6 Nm nominal i 9.5 Nm arrancada), feia falta un controlador electrònic (sistema chopper per 24V, max 100A). Donat que les exigències de potència del motor a les bateries poden ser molt dures, és necessari que el controlador electrònic tingui també dispositius de protecció (sobreescalfament del motor, descàrregues massa profundes de les bateries, limitador de corrent màxima ...)

El mercat actual ofereix dos tipus d’acumuladors per aquestes finalitats : Acumuladors de plom o bé Acumuladors de Ni-Cd. Per qüestions de preus hom es va decantar per les bateries de plom-àcid de tipus Semi-tracció (12V, 75 Ah (5h)), amb un pes aproximat de 20 kg.

Prop del volant hom montà un contakilòmetres digital i la clau de contacte. També s’incorporà un lector de Ah, un voltímetre i un amperímetre per tal de saber el consum instantani i les reseves energètiques disponibles.

Darrere del seient hi ha una superfície per instal.lar opcionalment dos panels fotovoltàics (12V, 3A), que juntament amb el carregador de bateries poden complementar la càrrega dels acumuladors.

La moto elèctrica, a diferència del tricicle electro-solar experimental, és un vehicle utilitari que cerca la comoditat i l’agilitat d’utilitzar aquest vehicle en zones congestionades urbanes. A través d’aquest vehicle hom vol conèixer l’adaptabilitat i la convivència que tenen aquests vehicles amb els ja existents.

L’igual que amb el tricicle, en un principi hom pensà en realitzar un disseny completament nou però, un cop vist els entrebancs legislatius que hi ha en un sector rígid com és el de l’automoció, hom es decantà finalment per l’opció de fer una adaptació d’una motocicleta convencional en elèctrica.

Val a dir que, des del punt de vista de l’enginyer, aquesta no és la solució més correcte, doncs hom parteix d’una estructura de vehicle que té un comportament i uns paràmetres energètics molt diferents.

1. L’estructura

La motocicleta a partir de la qual es va fer la modificació, va ser una Vespino 49 cc. A fi de poder tenir els papers legislatius de la nova moto, el constructor es va veure obligat a conservar l’estructura. Es van fer les modificacions d’eliminar el motor de 2T per tal d’acoplar el nou motor. Es va dissenyar i construir una sòlida caixa de fibra de vidre per contenir les bateries del vehicle. A fi de guanyar més espai, es va canviar també la roda davantera per un diàmetre menor.

2. La tracció

La velocitat màxima legal d’un ciclomotor és de 40 km/h. Respectant aquesta velocitat, hom va voler calcular la potència necessària per moure un pes aproximat de 135 Kg (moto més persona) i resultà que la potència del motor 750W 24 V de la casa BOSCH va ser altra cop l’adecuat.

La tracció en aquest cas s’ha volgut fer amb el tradicional variomàtic de la motocicleta.

Aquest, però, se li ha fet alguna modificació: donat que no hi ha necessitat del relantí en un motor elèctric, s’ha suprimit l’embragate centrífug.

Entre l’eix de sortida del motor i la politja tractora del variomàtic s’ha vist la necessitat, (principalment per raons d’espai) d’incorporar dues rodes dentades de dentat inclinat (per minvar el soroll) en bany d’oli. Donat que el motor tèrmic gira a revolucions més altes (màx 6000 rpm) que el motor elèctric (màx 4000 rpm), la variació gradual de la politja tractora (centrifugadora) podria estar afectada i, per tant, perdre rendiment en la transmissió del parell. Perquè això no passi s’ha fet una nova relació de transmissió dels engranatges.

3. Controlador electrònic

En aquest cas el controlador electrònic és també molt semblant que el tricicle (24V, 110A). Degut, però, al poc espai disponible, s’ha buscat un model més petit i compacte. En principi el controlador electrònic va acompanyat d’un contactor però, un cop vist el seu comportament, hom ha pogut prescindir d’aquest.

4. Els acumuladors

Els acumuladors són dos acumuladors de 12V i 50 AH (5h), de semi-tracció de tipus plom-àcid. Està provat que els acumuladors d’àcid-plom rendeixen més quan tenen una temperatura ambiental de 25º a 30º. L’hivern, sovint s’han detectat baixades importants de subministrament de corrent i, per aquest motiu s’han posat plaques elèctriques que mantingin les batteries calentes.

3.1.2 Les prestacions

Pes del vehicle (inclòs bateries) : 75 kg

Longitut (d'eix a eix) : 1.070 mm

Amplada màxima : 400 mm

Alçada màxima : 970 mm

 

Potència motor : 750 W

Tensió motor : 24 V

Transmissió : variomàtic

 

Capacitat de bateria : 600 Wh

Tipus de bateria : àcid-plom

Nombre de bateries : 2

 

Velocitat màxima : 40 km/h

Autonomia : 25 km

Max superació pendent : aprox. 18 %

Any de construcció : 1996

Kilòmetres realitzats : 1.864 km (13.08.98)

 

3.4 Experiència de l’ús quotidià.

El dia 7.01.96 inicià la moto el kilometratge en versió elèctrica i, fins la data d’avui (13.08.98), hom ha recorregut 1.864 km per les rodalies de la població de Sant Cugat del Vallès. La seva utilització és bàsicament per fer encàrrecs domèstics i altres serveis de curt recorregut. A continuació es presenta una llista amb els punts més importants a destacar que hi hagut durant tot aquest període :

En data del dia 19.07.98 comença a funcionar també una nova moto elèctrica (model II). Es una rèplica de l’anterior, però amb certs avenços tecnològics :

1.)- El controlador electrònic permet el frenat elèctric regneratiu.

2.)- Els engranatges de transmissió entre l’eix de sortida del motor i la politja tractora són de material plàstic especial per tal de, per una banda, alleugerir pes i, per l’altra minvar el soroll dels engranatges.

3.)- S’està gestionant la possibilitat d’incorporar acumuladors Ni-Cd a fi de conèixer aquests acumuladors més eficients i millorar les prestacions del vehicle.

Fins a la data de 13.08.98, aquest segon model ha realitzat 13 km i encara es pot considerar que està en període de proves.