Corriente Eléctrica y sus Efectos

La corriente eléctrica es el desplazamiento de cargas eléctricas, como electrones o iones. En metales, los electrones son los portadores de carga, mientras que en organismos vivos, los iones generados por la disociación de moléculas cumplen esta función.

Efectos del Paso de Corriente Eléctrica en el Cuerpo

Efectos Inmediatos:

• Paro cardíaco: El paso de corriente por el corazón puede provocar arritmias y paro cardíaco. La reanimación cardiopulmonar (RCP) inmediata es crucial en caso de inconsciencia y ausencia de respiración.
• Destrucción de tejidos: La corriente eléctrica puede descomponer músculos, nervios y otros tejidos, siendo las venas las zonas más afectadas.
• Quemaduras térmicas: Los cortocircuitos liberan gran cantidad de energía, lo que puede causar quemaduras por calor, fusión o vaporización de metales.
• Caídas y lesiones: Los espasmos musculares causados por la descarga eléctrica pueden provocar caídas, representando el 80% de los accidentes.

Efectos No Inmediatos:

• Fallo renal: La disociación de moléculas durante el paso de corriente genera sustancias que deben ser eliminadas por los riñones. Una corriente intensa puede sobrecargar los riñones y provocar fallos.
• Arritmias: Incluso sin llegar a la fibrilación ventricular, la corriente eléctrica puede generar arritmias. Se recomienda consultar a un médico tras cualquier descarga eléctrica.

Factores que Influyen en la Gravedad del Accidente

• Órganos afectados: La corriente tiende a circular por las venas, llegando fácilmente al corazón. El cerebro y la médula espinal también son zonas de alto riesgo.
• Intensidad y tiempo de exposición: A mayor intensidad y tiempo de exposición, mayores serán los efectos. Tensiones superiores a 50V en seco y 25V en mojado se consideran peligrosas.

Prevención de Contactos Eléctricos

Para prevenir accidentes, se utilizan diversas técnicas:

• Conductores equipotenciales: El cable a tierra proporciona una ruta de retorno para la corriente, más segura que el cuerpo humano.
• Detección de corrientes de fuga: Los dispositivos diferenciales miden la corriente de entrada y salida de la instalación, desconectándola si se supera un valor determinado.
• Verificación de aislamiento: En vehículos híbridos, se verifica la ausencia de cortocircuitos o fallos de aislamiento entre el sistema de alta tensión y el chasis.

Reglas de Seguridad

• Evitar choques: Desconexión, seccionamiento, consignación, verificación de ausencia de tensión y comienzo del trabajo.
• En caso de choque: RCP si no hay respiración ni respuesta. Acudir a urgencias de forma preventiva tras cualquier choque eléctrico.

Clasificación de Vehículos Eléctricos

Tabla de Clasificación ISO

Riesgos Adicionales (excepto Microhíbridos)

• Elementos de alta tensión (baterías, cableados, generadores)
• Baterías de alta tensión con químicas potencialmente peligrosas y riesgo de explosión
• Vehículos Full Cell Electric Vehicle: depósito e instalación de hidrógeno con alto riesgo de inflamación y explosión
• Vehículos enchufables: sistema de cableado para conexión a la red eléctrica con tensión peligrosa

Sistemas Start & Stop

Los sistemas Start & Stop ahorran combustible al apagar el motor durante las paradas. Existen dos configuraciones principales:

Generador y Motor de Arranque Separados

• Motor de arranque reforzado para soportar múltiples arranques
• Alternador de mayor potencia para alimentar la batería y la función Kers (no superior a 5KW)
• Batería de mayor capacidad para alimentar el motor de arranque y almacenar energía del alternador
• UCE que controla los ciclos de parada y arranque, el estado de carga de la batería y la estabilidad de la tensión

Motor-Generador Combinado

• Batería reforzada de mayor capacidad
• Motor-generador (no superior a 5KW) conectado mediante correa auxiliar
• Tensión alterna trifásica potencialmente peligrosa (cables naranjas)
• Transformador (puente inversor) que convierte la tensión de 12V CC de la batería a corriente trifásica para el motor de arranque y viceversa

Tipos de Baterías

Baterías de Litio

• 3,7V por celda
• Densidad: 90-160 Wh/kg
• Vida útil: 1000-3000 ciclos de descarga
• Contaminación química por metales tóxicos
• Peligro de explosión (poco frecuente)
• Tecnología en desarrollo
• Coste elevado debido a la escasez de litio
• Sin efecto memoria ni problemas de temperatura
• Baja autodescarga
• Las más utilizadas actualmente

Baterías de Níquel

• 1,2V por celda
• Densidad: 45-110 Wh/kg
• Vida útil: 1500 ciclos (2000 en desarrollo)
• Efecto memoria (pérdida de capacidad si no se descargan completamente)
• Contaminación química por metales pesados
• Estables, sin riesgo de explosión
• Tecnología madura
• Coste elevado debido a los materiales
• Requieren sistema de refrigeración
• Alta autodescarga (20% mensual)

Baterías de Sodio

• 2,1-2,6V por celda
• Densidad: 100-110 Wh/kg
• Vida útil: 1500-3000 ciclos
• Contaminación media por azufre y cloro
• Sin riesgo de explosión
• Coste elevado de fabricación
• Sin efecto memoria
• Sensibles a la temperatura

Fases de Carga de las Baterías

• Intensidad constante: Se ajusta la tensión para mantener la intensidad de carga constante.
• Tensión constante: Se establece la tensión en función del ion de la batería.
• Mantenimiento de carga – Finalización de la carga: Se aplican picos de tensión para evitar la sulfatación (en baterías de plomo) y mantener la carga.

Características de una Batería

• Tensión: Diferencia de potencial eléctrico entre los polos.
  • Tensión nominal: Tensión de referencia a la que se debe conectar la batería.
  • Tensión real: Valor medido con un polímetro.
  • Tensión de carga: Tensión necesaria para recargar la batería.
• Capacidad: Cantidad de energía que puede almacenar (kWh).
• Intensidad máxima: Máxima corriente que puede suministrar la batería (amperios).

Estado de Carga (SOC)

El SOC indica la cantidad de carga de la batería en relación con su capacidad total. Se utilizan rangos de seguridad para evitar fallos:

• 80-100% y 0-20%: No se utiliza para proteger el sistema.
• 20-30% y 70-80%: Reservas de seguridad.
• 30-70%: Rango de uso efectivo, dividido en tres partes:
  • Superior: Carga solo por recuperación.
  • Media: Funcionamiento híbrido completo.
  • Inferior: Utilizada para el sistema Start & Stop.

Otros Parámetros

• Vida útil: Ciclos completos de carga y descarga antes de que la capacidad se reduzca significativamente (80-70% de la capacidad nominal).
• Índice de carga (C): Máxima intensidad de carga permitida. Un valor pequeño (1C-5C) indica una carga lenta. Si no se especifica, se asume 1C.
• Índice de descarga (C): Máxima tasa de descarga. Se pueden especificar dos valores, por ejemplo, 30C continuo y 40C puntual.
• Densidad de energía: Capacidad de energía almacenada por unidad de peso (Wh/kg).
• Profundidad de descarga (DOD): Relación entre la capacidad en amperios-hora durante la descarga y la capacidad nominal.

Sistemas de Control

• Control de celda: Controla la temperatura, el nivel de carga/descarga, las tensiones y las intensidades de cada celda individual.
• Control de batería: Se comunica con los controles de celda para obtener datos de cada batería, controla la refrigeración, se comunica con la red CAN, garantiza la seguridad de la batería y gestiona los contactores.

Activación del Contactor

Condiciones para la activación del contactor:

• Elementos en buen estado (temperatura y carga estables)
• Sistema de aislamiento correcto
• Línea piloto activa
• Demanda de energía

Línea Piloto

Conductor presente en los conectores de alta tensión que se desconecta al soltar el conector. La apertura de la línea piloto abre los contactores de la batería.

Contactor de Precarga y Resistencia de Precarga

Se activan al arrancar el sistema sin tensión para cargar progresivamente los condensadores del bus de continua. Una vez finalizada la carga, se cierra el contactor principal y se abre el de precarga.

Supercondensadores

: Condensadores con un dielectrico especial que permite alcanzar una capacidad del orden de faradios. Constituyen una buena alternativa a las baterias en los sistemas de almacenamiento de energia cinetica(KERS). Debido a la diferencia de baterias tienen un numero ilimitado de ciclos de carga y descarga.No obstante no pueden sustituir por completo a las baterias debido a que su densidad de energia es muy inferior y su precio muy elevado.