TFG_ELENA_IRENE_JAIMEZ_FARNHAM

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ANÁLISIS COMPARATIVO DE 
ELEMENTOS DEL TREN DE 
POTENCIA DE VEHÍCULOS 
ELECTRICOS DE CLASE M Y N 
SEPTIEMBRE 2019 
Elena Irene Jaimez 
Farnham 
DIRECTOR DEL TRABAJO FIN DE GRADO: 
José María López Martínez 
 
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TRABAJO FIN DE GRADO PARA 
LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE 
GRADUADO EN INGENIERÍA EN 
TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES 
 
Resumen ejecutivo 
Una de las cuestiones que ha adquirido más relevancia en las últimas décadas 
se encuentra en la necesidad de reducir nuestras emisiones de gases de efecto 
invernadero. Y siendo el sector transportes uno de los principales emisores a nivel 
mundial, la reducción de la contaminación producida por este sector se presenta como 
un factor crucial para este fin. 
Es precisamente por ello que los órganos gubernamentales y administrativos 
están tomando medidas restrictivas a nivel mundial, y no sólo con el control del tránsito 
de vehículos convencionales de combustión, sino que también con la inversión en 
nuevas tecnologías para sustituir a este tipo de vehículos. 
La movilidad eléctrica ha demostrado ser una de las apuestas más exitosas de 
las nuevas tecnologías que han estado siendo desarrolladas, de manera que los 
vehículos eléctricos ya se han abierto camino en el mercado automovilístico. Y aunque 
solamente el 2’2% de la población de vehículos son eléctricos, esta cifra parece que 
continuará aumentando en los próximos años. 
La transición hacia una movilidad eléctrica resulta especialmente desafiante en 
el ámbito de vehículos de medio y alto tonelaje. Uno de los mayores retos que conlleva 
este cambio es minimizar el peso de las baterías, ya que, aunque sea una característica 
deseada para cualquier tipo de vehículo, es especialmente necesario tener baterías con 
altas densidades de energía para poder desplazar vehículos de elevados pesos brutos, 
y a la vez con un peso bajo para poder alcanzar autonomías medianamente altas. 
Además, los vehículos de medio y alto tonelaje son precisamente los responsables de 
la mayoría de las emisiones procedentes del sector transportes (aproximadamente un 
40% de su total), y por ello esta transición es necesaria. 
El instituto PEM (Production Engineering of E-mobility Components) de la 
Universidad Técnica de Aquisgrán, en el cual se ha realizado este trabajo, se encarga 
de la investigación y desarrollo de la producción de elementos de vehículos eléctricos, 
y actualmente cuentan con el proyecto “Life” para vehículos pesados, precisamente para 
evaluar las mejores técnicas aplicables a la industria automovilística para alto tonelaje. 
Puesto que el mercado de vehículos eléctricos es relativamente nuevo, las 
compañías que fabrican este tipo de productos disponen de una cierta libertad para su 
diseño y su desarrollo. Pero esta falta de directrices en la producción conlleva que los 
fabricantes también tengan que aportar grandes labores investigativas previas, además 
de complicar el proceso de producción y de aumentar sus costes. Por este motivo es 
necesario establecer una serie de estándares en el mercado de vehículos eléctricos. 
Esta determinación favorecerá una maduración tecnológica más rápida y óptima en este 
sector, lo que a su vez permitirá acelerar la transición hacia una movilidad con un mayor 
porcentaje de vehículos eléctricos 
La Comisión Europea tiene establecidas mediante la ley comunitaria cuatro 
grandes categorías en las que clasifica todos los tipos de vehículos de carretera. Este 
agrupamiento es imprescindible para mantener una competitividad en la industria 
automovilística, posibilitando a los fabricantes obtener un beneficio del mercado interior 
de la Unión Europea y a su vez, exportar sus productos a países que se encuentran 
fuera de la Unión. 
Estas categorías impuestas por la Comisión Europea permanecen inalteradas 
de cara a la sustitución de los vehículos de motores de combustión por medios de 
transportes más limpios. Por tanto, la introducción de trenes de potencia eléctricos en 
nuestros vehículos solamente implica un cambio en la tecnología empleada, y el 
concepto de movilidad integrado por los vehículos convencionales permanece 
inalterado. 
En este trabajo se han analizado los componentes de los trenes de potencia de 
los vehículos eléctricos de batería de las clases M y N, respectivamente 
correspondientes a aquellos vehículos motorizados de al menos cuatro ruedas 
destinados al transporte de pasajeros y a los vehículos motorizados de al menos cuatro 
ruedas con la función del transporte de mercancías. Dentro de cada una de estas clases 
se han diferenciado también las categorías limitadas por pesos brutos. De esta forma, 
en la categoría M encontramos M1 (peso bruto inferior a 3,5 toneladas), M2 (peso bruto 
entre 3,5 y 5 toneladas) y M3 (peso bruto superior a 5 toneladas), y en la categoría N 
encontraremos N1 (peso bruto inferior a 3,5 toneladas), N2 (peso bruto entre 3,5 y 12 
toneladas) y N3 (peso bruto superior a 12 toneladas). 
El tren de potencia de un vehículo se corresponde con el circuito que sigue la 
energía en éste, desde la entrada de la energía, su traspaso hasta la llegada al motor, 
y saliendo finalmente en forma de energía mecánica por los ejes motrices de éste. En 
el caso de un vehículo eléctrico, los componentes que integran su tren de potencia son 
el sistema de carga, la batería, el conversor DC/DC o DC/AC, el motor eléctrico y la 
transmisión. 
De los cinco elementos nombrados en el párrafo anterior, son la batería y el 
motor eléctrico los dos componentes más relevantes y, por tanto, este trabajo se ha 
centrado en obtener un mayor número de datos de estos dos elementos. 
La batería es el componente encargado de recibir energía en forma de corriente 
continua durante su carga y acumularla como energía electroquímica. Durante su 
descarga esta energía es expulsada también como corriente continua. Los datos más 
relevantes para analizar de la batería son el tipo de tecnología empleada para sus 
celdas, el tiempo de carga y los distintos métodos posibles para ello, y la capacidad de 
la batería. Este último dato es el que determina la energía máxima que es capaz de 
acumular el paquete de baterías que está integrado en el vehículo y, por tanto, la 
distancia máxima que puede recorrer el vehículo sin necesidad de ser recargado. 
El motor eléctrico transforma la energía eléctrica que recibe en forma de corriente 
continua o corriente alterna (dependiendo del tipo de motor del que se trate) en energía 
mecánica, empleada para mover las ruedas motrices. En el motor los datos de mayor 
relevancia serán el tipo de motor empleado, y los respectivos máximos de potencia y 
torque. Estos dos últimos parámetros serán buenos indicadores de rendimiento, y su 
comparación entre distintos modelos permitirá comprobar la existencia de algún tipo de 
correlación. 
El análisis comparativo (o “benchmarking” en inglés) permite comparar distintos 
procesos y rendimientos parametrizados que se utilizan en la práctica industrial, de 
forma que es posible analizar cuáles son las mejores prácticas del sector y cuáles son 
las compañías que las están desarrollando. Es particularmente interesante en la 
industria automovilística y ha tenido siempre un cierto énfasis en las labores 
investigativas de las distintas empresas. 
Este proyecto incluye un total de 167 de los que se han obtenido una serie de 
datos reunidos en tablas Excel y se han podido comparar entre ellos, tanto por 
categorías individuales como en conjunto total. Puesto que no todos los datos estaban 
disponibles, se han representado gráficamente aquellos datos con mayor accesibilidad, 
que a la vez son de los más característicos para su correspondiente elemento del tren 
de potencia. La visualización gráfica permite apreciar con mayor facilidad las diferencias 
entre estos valores para los distintos modelos incluidos en el trabajo. 
El análisis comparativo también ha podido reflejar las diferencias entre las 
distintas categoríasde vehículos, demostrando un escaso número de modelos en 
ciertas categorías, como en las M2 y N3. Además, los vehículos destinados al transporte 
de pasajeros presentan un desarrollo mucho más extenso que aquellos empleados para 
el transporte de bienes. Los coches eléctricos de baterías (categoría M1) han empezado 
a alcanzar una madurez tecnológica que les está permitiendo empezar a competir en el 
mercado con vehículos convencionales de gasolina. A su vez, los autobuses eléctricos 
han estado aumentando con el fin de mejorar la calidad del aire en zonas urbanas. 
Los alcances registrados para todos los vehículos de todas las clases presentan 
valores superiores a 100 km en una sola carga de batería. Sin embargo, por encima de 
este valor, las autonomías varían en un espectro muy amplio, llegando hasta los 450 km 
en una carga para algunos de los modelos de Tesla. Esto demuestra la inexistencia de 
una dirección determinada en los valores de todas las categorías. 
La capacidad de las baterías también ha demostrado presentar índices muy 
dispersos para las seis categorías incluidas. Los valores oscilan entre los 20 kWh para 
algunos vehículos de clase M1, con alcances y pesos relativamente bajos, hasta los 500 
kWh para algunos vehículos de clase M3, que tienen que transportar pesos elevados y 
a la vez obtener una autonomía lo suficientemente elevada. 
Además de lo mencionado en los últimos dos párrafos, la esperada 
correspondencia entre autonomía sí se ha podio observar con una ligera correlación, de 
forma que, para lograr obtener mayores autonomías, es necesaria una mayor capacidad 
de energía en la batería. Y también hemos notado como para algunos vehículos de alto 
tonelaje y alta capacidad, la autonomía es relativamente baja debido a la carga que 
tienen que llevar. Aún así, hay también muchos modelos que se salen de estas 
relaciones, de forma que hay vehículos con bajas autonomías, bajas capacidades y a la 
vez bajos tonelajes, a la vez que vehículos con altas autonomías, altas capacidades y 
altos tonelajes. Estos dos aspectos dificultan también la definición de una tenencia 
específica para los paquetes de batería en los vehículos eléctricos de batería. 
Respecto a las características del motor, tanto potencia máxima alcanzada como 
par máximo presentan valores dentro de un rango muy amplio. Aunque para potencia 
máxima el rango es relativamente más estrecho que para otros valores, sigue siendo 
relativamente más estrecho que para el resto de los valores. Sin embargo, el torque 
máximo sí presenta una gran variación de unos modelos a otros dentro de una misma 
categoría. Esto ocurre especialmente en vehículos que funcionalmente llevan cargas 
muy pesadas, y tienen la posibilidad de obtener un alto torque total mediante el empleo 
de varios motores de pares más bajos, o mediante la inserción de un solo motor que 
proporcione un par muy elevado. 
En los sistemas de carga también disponemos de un gran espectro de 
posibilidades. A pesar de existir ya una serie de tipos y métodos de carga, la capacidad 
de la batería y su habilidad para ser recargada todavía no ha alcanzado por completo 
sus niveles de desarrollo. En consecuencia, se pueden obtener tiempos de carga muy 
dispares con métodos de corriente continua o de corriente alterna y con capacidades de 
baterías muy diferentes, de forma que tampoco es posible observar ningún tipo de 
directriz para estos valores. 
Todos estos resultados nos permiten declarar que hay una clara ausencia de 
estándares en los vehículos eléctricos de carretera. Aunque este hecho produce por una 
parte una situación ventajosa, ya que las compañías son otorgadas la libertad de diseñar 
y fabricar vehículos eléctricos con la tecnología que ellos mismos desarrollan y 
encuentran más apropiada. Sin embargo, por otra parte, esto también complica la 
distribución de este tipo de vehículos en el mercado público, ya que la existencia de 
unas diferencias tan notables en un mismo producto complica su capacidad de venta. 
Es por esta razón que la evolución tecnológica del vehículo eléctrico poco a poco 
tendrá que ir tomando forma para estabilizar este tipo de producto en el mercado. El 
alcance que ofrecen los vehículos convencionales de combustión es uno de los 
principales retos a los que se enfrentan los vehículos 
Aunque es importante tener en cuenta que los vehículos convencionales de 
combustión han sido desarrollados e investigados a lo largo de todo el siglo XX. Y 
considerando que los avances tecnológicos están teniendo lugar con un índice de 
frecuencia mucho más alto, estas progresiones pueden acaecer en los próximos años. 
Actualmente el progreso de los vehículos eléctricos está apuntando hacia la 
asequibilidad del producto ofrecido por este sector. Puesto que el mercado de la electro-
movilidad es tan reciente y no ha experimentado una fuerte demanda, los precios de 
estos vehículos no son competitivos comparados con aquellos de los vehículos de 
combustión. 
La necesidad de promover la investigación en electro-movilidad es crucial para 
solventar el problema de las emisiones producidas por el sector transportes. 
Desafortunadamente, nuestras emisiones globales tienen que ser reducidas 
drásticamente en los próximos años para poder conservar nuestro planeta tal y como lo 
conocemos. Por ello, no solo es el sector transporte el que tiene que trabajar en el 
desarrollo de nuevas tecnologías, sino que todos los sectores de sociedad tienen que 
intervenir. La situación de concienciación y toma de acción ha mejorado en los últimos 
años, y están avanzando incluso más rápido hoy día, pero aún hay mucho por hacer. 
 
Palabras clave: vehículo eléctrico, directriz, desarrollo, capacidad de batería, 
autonomía, potencia máxima suministrada por motor, par máximo suministrado por el 
motor 
Presupuesto: 5.296,99 euros 
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1. Sumario del trabajo 
 Introducción y teoría del vehículo eléctrico 
La necesidad de reducir nuestras emisiones de gases de efecto invernadero ha sido 
una cuestión muy relevante a lo largo de las últimas décadas. Y recientemente, esta situación 
ha desencadenado una insistente demanda por parte de la población hacia los organismos 
políticos a nivel mundial para que tomen medidas de forma eminente. 
En este contexto de necesidad de reducir nuestras emisiones, las regulaciones 
impuestas globalmente han comenzado a presentar un carácter mucho más estricto en todas 
las áreas. El sector transportes, aunque se trata del cuarto mayor emisor de gases de efecto 
invernadero a nivel mundial, es el primer emisor en Estados Unidos y el segundo de Europa. 
Por tanto, la reducción de emisiones de este sector es crucial. 
Las medidas restrictivas tomadas en los últimos años están teniendo un impacto más 
notable sobre el tránsito de vehículos en las grandes ciudades. Esto es debido a que los 
parámetros de calidad del aire están alcanzando niveles preocupantes de cara a la salud 
ciudadana. Con ello, no sólo se está restringiendo la circulación por la ciudad, sino que 
además se está invirtiendo en nuevas tecnologías de transporte público para disminuir las 
emisiones procedentes de este tipo de vehículos. 
La sustitución de los vehículos de combustión interna ha desatado la aparición de 
numerosas alternativas tecnológicas, como el gas natural licuado (GNL), biodiesel o las pilas 
de combustible de propano. Aunque son los vehículos híbridos y eléctricos los que han tomado 
un papel más relevante en el desarrollo de un transporte limpio en carretera. Actualmente sólo 
el 2’2% de los automóviles destinados al transporte de pasajeros son eléctricos, pero esta 
cifra aumentará en los próximos años. 
Adentrándonos más en los valores de las emisiones en el sector transporte, es 
destacable el hecho de que la población de camiones solamente suma el 9% del número total 
de vehículos en Europa, pero sus emisiones son responsables de casi el 40% de las 
emisiones totales debidas al transporte por carretera. Además de esteaspecto, se prevé que 
la población de camiones sobrepasará el doble de las cifras actuales, lo que conllevaría un 
incremento drástico de las emisiones producidas por este sector. 
Puesto que la electrificación de los medios de transporte ha demostrado ser la solución 
más exitosa en los últimos años, muchas compañías han empezado a invertir en la 
investigación y desarrollo de la electrificación de transporte pesado y semipesado. Esta 
transición supone un gran desafío para la industria automovilística, pero indudablemente se 
trata de un área que se tiene que promover. 
La relativa novedad del sector de vehículos eléctricos implica que las compañías que 
están fomentando este tipo de productos disponen de una cierta libertad para su diseño y 
desarrollo. Pero esta falta de directrices en la producción conlleva que los fabricantes también 
tengan que aportar grandes labores investigativas previas, además de complicar el proceso 
de producción y de aumentar sus costes. 
Por este motivo es necesario establecer una serie de estándares en el mercado de 
vehículos eléctricos. Esta determinación favorecerá una maduración tecnológica más rápida 
y óptima en este sector, lo que a su vez permitirá acelerar la transición hacia una movilidad 
eléctrica. 
Se conoce como vehículo eléctrico aquel que cuenta con uno o varios motores 
eléctricos (también llamados motores de tracción) para su propulsión. Hay un amplio rango 
de posibilidades de fuentes de energía que pueden ser utilizadas para alimentar al motor 
 2 
 
eléctrico, dentro de las cuales podemos distinguir dos categorías. Por una parte, las fuentes 
de energía contenidas en el vehículo, como las baterías o los generadores, que reciben 
electricidad de por medio de conversión de combustible o por paneles solares. Por otra parte, 
encontramos las fuentes no-contenidas en el vehículo, como los sistemas de catenaria, 
mediante las cuales los vehículos emplean sistemas de colección de corriente externas para 
alimentar el motor. 
Recientemente la noción de movilidad eléctrica ha adoptado una nueva forma, 
pudiendo referirse también a todos los medios de transporte alternativos de carretera que 
están basados en medios de propulsión eléctrica. Por tanto, es posible encontrar ambas 
definiciones en fuentes de información distintas, siendo esta última la más popular de las dos. 
Pero realmente podemos encontrar vehículos de impulsión eléctrica en todas las áreas de 
movilidad, existiendo distintos tipos de ellos tanto para vehículos de suelo, aire, mar e incluso 
vehículos espaciales de propulsión eléctrica. 
La primera aparición de los vehículos eléctricos se remonta hace mediados del siglo 
XIX, inicialmente mediante el uso de corriente continua y posteriormente evolucionando hacia 
sistemas de corriente alterna. Los sistemas de electrificación ferroviaria y los vehículos 
eléctricos de carretera fueron los primeros en surgir, y por tanto son los que tienen un mayor 
recorrido histórico y de desarrollo. 
La locomotora eléctrica ha experimentado una de las mayores extensiones en el 
ámbito ferroviario, siendo hoy día prácticamente todos los vehículos de este sector eléctricos. 
Europa cuenta con un amplio sistema de transporte por tren, muchos de los cuales son de 
alta velocidad. También muchas ciudades presentan memorables sistemas de metro 
subterráneo, como Nueva York o Londres, y otros sistemas de tranvía, como Muni Metro en 
San Francisco o la red de tranvía en Lisboa. Este tipo de sistemas son muy eficaces para 
mejorar los niveles de calidad del aire en los centros de grandes ciudades, aunque 
inicialmente no hubieran sido diseñados para este fin. 
A diferencia de lo ocurrido con el desarrollo del sistema ferroviario eléctrico, el 
transporte eléctrico en carretea sí ha experimentado su extensión en los últimos años debido 
a la necesidad de reducir la contaminación. No obstante, los primeros coches eléctricos 
surgieron a finales del siglo XIX, pero se vieron rápidamente eclipsados con la aparición de 
los vehículos de motor de combustión interna. Es por ello que los coches alimentados con 
diésel o gasolina han contado con cien años de estudio y mejora, que los ha llevado a la 
situación tan extendida que tienen ahora. 
Fue a principios del siglo XXI cuando distintos fabricantes de coches empezaron a 
sacar sus primeros conceptos de vehículos eléctricos y hacer algunos de ellos ponibles en el 
mercado. La aparición de la compañía Tesla, Inc. en 2003 desencadenó una situación de 
competencia entre los fabricantes, de tal forma que empezaron a verse más modelos 
eléctricos disponibles en el mercado. 
Actualmente sólo uno de cada 250 coches en la carretera es eléctrico, a pesar de 
haber alcanzado un récord de ventas en 2018 con dos millones de vehículos vendidos. Se 
espera que estas cifras aumenten en los próximos años, pero la transición hacia el empleo de 
este tipo de vehículos viene acompañada de una serie de desafíos que también habrá que 
afrontar. 
 
 
 
 3 
 
 Situación tecnológica 
La Comisión Europea tiene establecidas mediante la ley comunitaria cuatro grandes 
categorías en las que clasifica todos los tipos de vehículos de carretera. Este agrupamiento 
es imprescindible para mantener una competitividad en la industria automovilística. Las 
categorías organizan los vehículos en grupos con un objetivo regulador, el cual posibilita a los 
fabricantes obtener un beneficio del mercado interior de la Unión Europea y a su vez, exportar 
sus productos a países que se encuentran fuera de la Unión. Todos estos aspectos 
pertenecen a la llamada armonización técnica de los productos de la UE. 
Estos cuatro grupos definidos por el marco europeo son las categorías M, N, L y T. La 
categoría M engloba a aquellos vehículos motorizados de al menos cuatro ruedas destinados 
al transporte de pasajeros. La categoría N abarca a los vehículos motorizados de al menos 
cuatro ruedas con la función del transporte de mercancías. Finalmente, las categorías L y T 
incluyen respectivamente a los vehículos motorizados de menos de cuatro ruedas y a los 
vehículos motorizados, de ruedas o de oruga para agricultura o forestación. 
Estas categorías impuestas por la Comisión Europea permanecen inalteradas de cara 
a la sustitución de los vehículos de motores de combustión por medios de transportes más 
limpios. Por tanto, la introducción de trenes de potencia eléctricos en nuestros vehículos 
solamente implica un cambio en la tecnología empleada, y el concepto de movilidad integrado 
por los vehículos convencionales permanece inalterado. 
Considerando una clasificación de los vehículos desde un punto de vista tecnológico, 
dentro del tipo de vehículos eléctricos podemos diferenciar los siguientes tres grupos, 
dependiendo del de las distintas fuentes de energía con las que cuentan. 
En primer lugar, encontramos el vehículo híbrido. Este tipo de automóvil fue de los 
primeros que salió al mercado consiguiendo un número de ventas más alto. Se caracterizan 
por recibir la energía para su movimiento de al menos dos fuentes de energía distintas y, por 
tanto, tiene integrados al menos dos trenes de potencia distintos. La combinación más 
frecuente en estos vehículos es la de el motor de combustión interna con componentes 
eléctricos. Es por esta razón que comúnmente se conoce a estos vehículos solamente por 
combinar estas dos fuentes de energía. 
Dependiendo de la disposición del tren de potencia de los vehículos híbridos, podemos 
encontrar principalmente tres configuraciones distintas de sus elementos. Los híbridos-serie 
disponen las fuentes de energía de forma seguida, tal que el motor de combustión está 
conectado al motor eléctrico, y no hay conexión mecánica entre el motor de combustión y las 
ruedas motrices. Los híbridos-paralelo tienen tanto el motor eléctrico como el de combustión 
interna conectados a las ruedas motrices, lo que permite utilizar ambos mecanismos 
simultáneamente o por separado. Por último, los híbridos depotencia dividida presentan una 
mayor complejidad que las otras dos configuraciones, integrando una mezcla de estas dos, 
pero obteniendo finalmente una mayor eficiencia. 
En segundo lugar, encontramos los vehículos eléctricos de alcance extendido, o EREV 
por sus siglas en inglés “Extended Range Electric Vehicle”. Dispone también de un motor de 
combustión interna y de un sistema eléctrico, pero no se trata explícitamente de uno de los 
vehículos híbridos descritos anteriormente por el tipo de acoplamiento de los elementos en el 
tren de potencia. 
Por último, los vehículos eléctricos de batería, en cuyo tren de potencia sólo hay una 
fuente de potencia que alimenta al motor eléctrico, que son baterías recargables. Este tipo de 
configuración es el estudiado en este trabajo. 
 4 
 
A continuación, se presentará un breve resumen de los componentes que integran el 
tren de potencia de un vehículo eléctrico y su funcionamiento. Esto nos permitirá comprender 
mejor la selección de los elementos que incluiremos en el análisis comparativo posterior. 
Siguiendo el orden según el flujo de energía desde la toma de corriente hasta la salida 
de par por la transmisión en el eje hacia la rueda, podemos diferenciar cinco elementos 
principales que participan en el proceso. Éstos se presentan en la imagen inferior con su 
función principal. 
 
Figura 1: Diagrama de bloques del tren de potencia de un vehículo eléctrico de batería 
El sistema de carga empleado para la recarga de la batería de un vehículo eléctrico es 
uno de los aspectos más investigados en el funcionamiento de vehículos eléctricos de batería. 
Esto se debe a la necesidad de obtener tiempos de carga lo más bajos posibles para poder 
competir en el mercado automovilístico con los vehículos convencionales de combustión, los 
cuales cuentan con una recarga de combustible muy rápida. A pesar de ello, los sistemas de 
carga están relativamente normalizados y existen distintos estándares establecidos por la 
SAE (“Society of Automotive Engineers” de sus siglas en inglés) en Estados Unidos y por 
Comisión Electrotécnica Internacional. Esta homologación, aunque sí es ventajosa para el 
desarrollo de la creación de sistemas de carga, no termina de suponer una ventaja 
excesivamente notable para la fabricación de las baterías, ya que, al ser las capacidades de 
éstas muy variables, los sistemas para recargarlas también varían mucho de un modelo de 
vehículo a otro. 
Cabe mencionar que el sistema de carga puede o no ser considerado un elemento del 
tren de potencia dependiendo de la función que cumplen. Los sistemas de carga de corriente 
alterna, o “off-board charging”, se encargan de alimentar la entrada de carga del vehículo con 
corriente alterna, la cual es posteriormente transformada en corriente continua por el sistema 
de carga de corriente continua, o “on-board charging”. Este último también es capaz de 
recargar la batería con corriente continua directamente aportada mediante el método de carga 
rápida (“fast-charging” en inglés). De estos dos sistemas, el sistema de “on-board charging” 
es el que se puede considerar parte del tren de potencia, ya que es el que se encuentra 
integrado en el vehículo. Este componente del tren de potencia no será abordado con más 
detalle debido a su relativa complejidad y extensión. 
Las baterías presentes en los vehículos eléctricos son del tipo secundarias, esto es, a 
diferencia de las primarias, pueden ser cargadas y descargadas repetidas veces con el 
tiempo. La unidad básica del paquete de baterías con el que cuenta un vehículo eléctrico es 
la celda. Las celdas de batería pueden presentar distintas configuraciones según su 
disposición en serie y paralelo. La configuración más común para los paquetes en vehículos 
eléctricos es la división en módulos. Las celdas de baterías se disponen en serie (formando 
una serie de baterías), y cada serie puede ser conectada posteriormente como módulo 
 5 
 
individual. Esta conexión permite obtener un mayor voltaje, potencia, energía y corriente, al 
igual que un tiempo de vida más largo. 
El tipo de celda empleado puede ser principalmente de dos tipos. Por una parte, 
existen los condensadores de doble capa, los cuales funcionan mediante un principio 
electroquímico que les permite alcanzar altas densidades de energía y potencia. Por otra 
parte, están las celdas electroquímicas, en los que hay una variación de energía debida a una 
reacción química, la cual es desencadenada por un intercambio de cargas eléctricas. Dentro 
de este tipo de celdas, las más comunes son las celdas de plomo, ion-litio y sodio-níquel-cloro 
(también llamadas ZEBRA). 
Las celdas ion-litio son las que han demostrado presentar unas propiedades más 
adecuadas para las aplicaciones en vehículos eléctricos, concretamente aquellas celdas que 
disponen de un ánodo no metálico y un electrolito líquido. Estas baterías presentan unas 
propiedades eléctricas excelentes, y presentan un rango de densidades energéticas muy 
amplio, dependiendo de su construcción. Además, presentan una alta seguridad, sobre todo 
los sistemas de litio-hierro-fosfato, que son cada vez más empleados para su uso como 
material catódico precisamente debida a esta propiedad. El largo tiempo de vida que pueden 
alcanzar estas celdas también es una característica ventajosa de su funcionamiento. 
El inversor o el variador de frecuencia es el dispositivo encargado de controlar la 
corriente de entrada al motor eléctrico mediante la transformación de la corriente continua 
proporcionado por la batería. Esta corriente de salido puede ser alterna o continua, 
dependiendo del tipo de motor del que se disponga. 
Estos vehículos disponen de máquinas eléctricas, que según las condiciones pueden 
funcionar como motor eléctrico o como generador. El primer caso de funcionamiento consiste 
en la obtención de energía mecánica a partir de la energía eléctrica que le es suministrada a 
la máquina. El proceso de funcionamiento del generador es el inverso al del motor, en el que 
la energía mecánica es transformada en corriente eléctrica, la cual permite recargar la batería. 
La operación de una máquina eléctrica es producida por la interacción de una corriente 
eléctrica que fluye por los bobinados y el campo magnético que se le induce. 
Se pueden distinguir principalmente dos tipos de motores eléctricos en función del tipo 
de corriente que se les suministra. Por una parte, se disponen de motores de corriente alterna, 
normalmente trifásicos y con 240 V de tensión de operación. Las dos configuraciones más 
empleadas en vehículos eléctricos de este tipo de motores son motores de inducción 
(asíncronos), y los motores síncronos de imanes permanentes. Por otra parte, encontramos 
motores de corriente continua, que suelen operar entre tensiones entre los 100 y los 200 V. 
Los principales tipos son el motor de corriente continua con escobillas, y el motor de corriente 
continua sin escobillas, en el último de los cuales encontramos también el motor paso a paso 
sin escobillas. 
De los subtipos mencionados anteriormente los tres más empleados en el mercado del 
vehículo eléctrico con el motor de inducción, el motor síncrono de imanes permanentes y el 
motor de corriente continua sin escobillas. La principal ventaja de este último tipo de motores 
es que su velocidad puede ser controlada en un rango muy grande. Sin embargo, los motores 
de corriente alterna son conocidos por tener un funcionamiento más suave por terrenos más 
robustos, además de ofrecer una aceleración muy alta. Estas dos características hacen que 
los motores de inducción y los motores síncronos de imanes permanentes sean los más 
utilizados de entre los tres. 
Otra de las ventajas que presentan los vehículos eléctricos es la integración de una 
transmisión directa, o lo que es lo mismo, cuentan con una sola marcha para variar el par 
suministrado al eje motriz del vehículo. Esto permite que la transmisión sea más eficiente que 
 6 
 
en los vehículosde motor de combustión, que, al tener un mayor número de niveles de 
transmisión, experimentan mayores pérdidas desde la salida del par del motor hasta las 
ruedas motrices. 
 
 Análisis comparativo 
 El término de análisis comparativo consiste en la comparación de distintos procesos y 
rendimientos parametrizados que se utilizan en la práctica industrial. Con ello es posible 
analizar cuáles son las mejores prácticas del sector y cuáles son las compañías que las están 
desarrollando. Es particularmente interesante en la industria automovilística y ha tenido 
siempre un cierto énfasis en las labores investigativas de las distintas empresas. 
 Los vehículos incluidos en este proyecto son los vehículos eléctricos de batería (o 
BEVs por sus siglas en inglés de “Battery Electric Vehicles”), no incluyendo el resto de los 
vehículos eléctricos por exceder las requeridas dimensiones del trabajo. Dentro de este tipo 
de configuración clasificaremos los vehículos de clase M y N establecidos por el marco 
europeo, ya que son las categorías con mayores poblaciones de vehículos eléctricos en el 
mercado. Diferenciaremos además las tres categorías dentro de cada una de ellas, 
clasificando finalmente los vehículos en clase M1, M2, M3, N1, N2 y N3. 
 Se han reunido datos de un total de 167 vehículos entre las seis categorías, obteniendo 
una mayor variedad de datos de los elementos batería y motor eléctrico que del resto de los 
elementos que constituyen el tren de potencia mencionados anteriormente. Muchos de los 
datos no estaban disponibles para todos los vehículos debido a su relativa novedad en el 
mercado y falta de información suministrada por los fabricantes. Aún así, se han podido 
obtener unas conclusiones claras de los datos acumulados, las cuales serán presentadas al 
final de este sumario. 
 Los vehículos de la categoría M1 comprende los vehículos destinados al transporte de 
personas con menos de nueve pasajeros (ocho asientos más el conductor) y con un peso 
bruto de menos de 3,5 toneladas. En esta categoría la población de vehículos es relativamente 
grande, y los distintos prototipos cuentan con años modelo entre 2018 y 2019. Las autonomías 
(o alcances máximos que pueden alcanzar en una sola carga) varían entre los 100 km para 
los modelos e.GO Life y los 482 km para el Tesla Roadster 3.0. 
 Prácticamente todas las baterías que contienen estos vehículos son de ion-litio, 
algunas de las cuales especifican un empleo de polímero. Las capacidades de los paquetes 
de baterías, que son la máxima energía capaz de ser almacenada en un paquete de celdas, 
varían entre los 14,5 kWh para el modelo e.GO Life 20 y 100 kWh para el Tesla Model X, con 
tiempos de carga muy variables. 
 Todos los motores son de corriente alterna, de los cuales la mayoría son síncronos de 
imanes permanentes. Las potencias máximas que pueden alcanzar varían entre un mínimo 
de 20 kWh para el modelo e.GO Life 20 y un máximo de 285 kWh en el eje trasero del Tesla 
Model S de autonomía estándar. Las velocidades máximas alcanzadas por los motores son 
las correspondientes a las potencias máximas, y se encuentran entre las 4800 rpm en el motor 
síncrono de imanes permanentes del BMW i3, y la velocidad máxima del Volkswagen e-up! 
con 12000 rpm. Los torques máximos de salida de los motores varían entre los 130 Nm y los 
450 Nm para los respectivos Smart Electric Drive y para el BYD e6 en el eje trasero. 
 Además de estas características, todos cuentan con un frenado regenerativo (en el 
que la máquina eléctrica funciona como generador y recarga la batería) y con una reductora 
de una única marcha. 
 7 
 
 Los vehículos pertenecientes a la clase M2 son aquellos destinados al transporte de 
personas con una capacidad para más de nueve pasajeros, y un peso bruto entre 3,5 y 5 
toneladas. En esta categoría sólo se ha encontrado un vehículo con datos disponibles, y, 
aunque seguramente haya más vehículos en la categoría, se ha visto un claro déficit de 
producción en este grupo. 
 En la categoría M3 se encuentran los vehículos destinados al transporte de personas 
con una capacidad de más de nueve pasajeros y pesos brutos por encima de las 5 toneladas. 
Es apreciable el número de vehículos tan alto que hay en esta categoría. Una de las razones 
es la imposición de medidas restrictivas en las grandes ciudades para reducir emisiones y el 
intento de mejorar esta reducción en el sector del transporte público. Muchas ciudades han 
empezado a introducir flotas de autobuses que emplean métodos alternativos de propulsión. 
Varios vehículos presentan años modelo más antiguos que los vistos en la categoría M1, 
teniendo el modelo de autobús Solaris Trollino 12 un año modelo de 2005. El número de 
pasajeros es también relevante en este tipo de vehículos, y es influyente en el peso bruto y 
las dimensiones del vehículo. 
 Las autonomías presentan valores más variables que en el resto de las categorías, 
debido a la posibilidad de recarga de las baterías por medio de catenarias. Por ello 
encontramos datos con valores entre los 15 km y los 362,102 km para los modelos 
Belkommunmash E433 y Xcelsior CHARGE 40’ respectivamente. Las capacidades que 
emplean sus baterías también son muy variables, presentando valores bajos para los 
vehículos con condensadores de doble capa, y valores más altos para baterías de ion-litio. 
 La mayoría de los motores eléctricos de esta categoría son también síncronos de 
imanes permanentes, y presentan valores de potencia máxima muy variables, entre 55,2 kW 
y 240 kW para los motores de los modelos Gulliver y TODA BGT-N2D respectivamente. Los 
torques máximos de salida presentan rangos mucho más amplios que en el resto de las 
categorías, con un valor mínimo para los modelos de BYD con 350 Nm y máximo para el 
modelo Linkker 12+LE con 7800 Nm. 
 La categoría N1 incluye a aquellos vehículos destinados al transporte de mercancías 
con un peso bruto inferior a las 3,5 toneladas. Son vehículos más recientes, presentando el 
vehículo eléctrico el año modelo más antiguo en el año 2016. Las autonomías varían entre los 
175 km y 257 km, con un valor excepcionalmente alto para el modelo VW e-Transporter de 
400 km. 
 Las baterías son todas de ion-litio (muchas de ellas específicamente de LiFePO4), 
excepto la batería del modelo IVECO Daily 35 S que utiliza el tipo de batería ZEBRA. Las 
capacidades que presentan varían entre los 20 kWh, el mínimo valor dado para el modelo 
StreetScooter WORK, y los 76,6 kWh, el máximo valor observado para el modelo VW e-
Transporter. Los motores eléctricos son todos síncronos de corriente alterna, algunos de los 
cuales han especificado ser de imanes permanentes. Los valores de potencia máxima están 
entre los 44 kW y los 92 kW, los pares máximos de salida del motor están entre los 200 Nm y 
los 320 Nm. 
 En la categoría N2 encontramos vehículos destinados al transporte de bienes que 
tienen un peso bruto entre 3,5 y 12 toneladas. La electrificación de este tipo de vehículos ha 
sido interesante también para reducir la contaminación en las ciudades, y por tanto podemos 
encontrar un mayor número de vehículos en este grupo. 
 Las autonomías varían entre los 100 km y los 250 km, que son el valor mínimo y 
máximo observado para los modelos Fuso eCanter y BYD de clase 5 respectivamente. Hay 
un valor excepcionalmente alto para el modelo eM2 Daimler, que tiene 370 km de autonomía. 
Las baterías vuelven a ser prácticamente todas de ion-litio (y particularmente de elemento 
 8 
 
catódico LiFePO4) con una excepción de batería ZEBRA en el modelo IVECO Daily 50 C. Los 
valores de las capacidades de las baterías varían entre los 35,8 kWh y los 325 kWh. 
 Los motores son todos síncronos de imanes permanentes, y sus potencias máximas 
varían entre los 90 kW y los 353 kW. Los torques de salida también presentan valores 
variables entre los 290 Nm y los 1800 Nm. 
 La categoría de N3 esta constituida por los vehículos destinados al transporte de 
bienes con un pesobruto superior a las 12 toneladas. La fabricación de vehículos pesados 
eléctricos presenta una serie de dificultades que han producido un desarrollo menor en la 
tecnología de estos vehículos, y por esta razón encontramos un número tan reducido de 
modelos. 
 Sus autonomías han conseguido mantener niveles relativamente altos para el peso de 
estos vehículos, teniendo valores entre los 128,7 km y los 300 km. Los tipos de baterías que 
se han podido registrar son de ion-litio, y las capacidades presentan valores entre 120 kWh y 
435 kWh, siendo este último valor correspondiente al modelo chino BYD clase 8. 
 Los motores están todos alimentados por corriente alterna, dos de los cuales son 
síncronos híbridos y el resto asíncronos trifásicos. Las potencias máximas varían entre los 
125 kW y los 360 kW, y los pares máximos varían entre los 205 Nm y los 3000 Nm. 
 
 Objetivo del estudio 
 Como se ha mencionado previamente al principio del sumario, el propósito del análisis 
comparativo en este trabajo es el de la identificación de la existencia de algún tipo de 
correlación entre los datos mencionados en el apartado anterior. Para facilitar esta 
identificación, representaremos los datos en gráficos de Excel, para poder entender la 
presencia o no de alguna relación entre los datos de una forma visual. 
 Los valores escogidos para representarse en los gráficos son la autonomía del 
vehículo, la capacidad del paquete de baterías, la potencia máxima que puede alcanzar el 
motor y el par máximo de salida del motor. Los dos primeros datos son buenos medidores del 
funcionamiento adecuando del paquete de baterías, y los dos últimos parametrizan el 
rendimiento del motor eléctrico. Estos dos elementos son los que, como se indicó 
anteriormente, tendrán una mayor influencia sobre el resultado de rendimiento total del 
vehículo. 
 A nivel de batería, hemos visto como la gran mayoría de las celdas utilizadas en los 
paquetes son de ion-litio, muchas de las cuales se han identificado con material catódico 
LiFePO4. En los motores eléctricos hemos visto una mayoría de funcionamiento de corriente 
alterna, de los cuales la mayoría eran síncronos de imanes permanentes, seguidos con un 
número no demasiado inferior de motores asíncronos de inducción. 
 En la autonomía de los distintos vehículos observamos valores superiores a 100 km 
para prácticamente todos los vehículos de todas las categorías. Presentan algunas 
excepciones en los vehículos de clase M3, que disponen de condensadores de doble capa 
como batería y se van recargando mediante un sistema de catenaria a lo largo del recorrido 
del vehículo, cuyos valores se han representado de forma distintiva en la respectiva gráfica. 
Pero el resto de vehículos que no disponen de este sistema de carga, presentan todos unas 
autonomías muy variadas en los distintos vehículos de una misma clase. Por tanto, podemos 
afirmar que no hay ningún tipo de tendencia definida para este parámetro. Las gráficas 
correspondientes a las autonomías de las seis clases se pueden encontrar en el trabajo 
 9 
 
original en la figura 5-1 para la categoría M1, la figura 5-5 para la categoría M3, la figura 5-9 
para la categoría N1, la figura 5-13 para la categoría N2 y la figura 5-17 para la categoría N3. 
 Además de lo mencionado en el último párrafo, la autonomía viene parcialmente 
condicionada por la capacidad de la batería. Para este parámetro también aparecen valores 
registrados muy variables, con un rango de variabilidad muy amplio. Este aspecto también 
puede en parte justificarse por la baja autonomía que presentan los vehículos, aunque 
evidentemente influyen una gran cantidad de variables. Y como se mencionó en el apartado 
anterior, los vehículos de la clase M3 que presentan condensadores de doble capa, aparecen 
marcados en su respectivo gráfico. de capacidad. Pero podemos establecer que tampoco se 
observa ninguna correlación evaluable en este parámetro. Las gráficas correspondientes a 
las capacidades de los paquetes de baterías de las seis clases se pueden encontrar en el 
trabajo original en la figura 5-2 para la categoría M1, la figura 5-6 para la categoría M3, la 
figura 5-10 para la categoría N1, la figura 5-14 para la categoría N2 y la figura 5-18 para la 
categoría N3. 
 La potencia máxima sí presenta un rango de variabilidad parcialmente más estrecho 
que aquellos de la capacidad y autonomía, pero sigue habiendo diferencias de 150 kW entre 
el valor más alto y más bajo entre los motores de la misma clase. Además, no hay ninguna 
relación aparente entre los valores que son más altos y entre los que son más bajos. Por esta 
razón tampoco podemos asegurar ningún estándar seguido para este parámetro de los 
motores eléctricos. Las gráficas correspondientes a las potencias máximas alcanzables en los 
motores de las seis clases se pueden encontrar en el trabajo original en la figura 5-3 para la 
categoría M1, la figura 5-7 para la categoría M3, la figura 5-11 para la categoría N1, la figura 
5-15 para la categoría N2 y la figura 5-19 para la categoría N3. 
 El par máximo de salida del motor es el valor que presenta una mayor variabilidad, en 
especial en los vehículos pesados. Esto se debe a que este tipo de vehículos con un peso tan 
elevado, necesitan valores de par muy altos para poder desplazarlos. Y este torque tan 
elevado puede conseguirse o por el empleo de varios motores que sumen un par elevado, o 
el empleo de pocos o un motor que tengan un valor muy elevado. Como consecuencia de ello, 
también descartamos la existencia de cualquier tipo de tendencia en este parámetro de los 
motores eléctricos. Las gráficas correspondientes al par máximo de salida del motor de las 
seis clases se pueden encontrar en el trabajo original en la figura 5-4 para la categoría M1, la 
figura 5-8 para la categoría M3, la figura 5-12 para la categoría N1, la figura 5-16 para la 
categoría N2 y la figura 5-20 para la categoría N3. 
 Además de estos parámetros, hemos podido realizar las siguientes observaciones 
respecto al conjunto completo de vehículos estudiados. 
 Comparando los valores de peso bruto con su respectiva autonomía en los vehículos 
de clase M y clase N por separado, podemos observar cómo hay una ligera relación entre el 
alcance y el peso: a mayor peso de vehículo, menor es la autonomía que tiene. Esto sí 
demuestra como el peso del vehículo limita el alcance máximo que puede tener y, por tanto, 
la capacidad máxima de la batería. Sin embargo, hay un gran número de vehículos que no 
cumplen específicamente esta correlación, presentando un bajo alcance para un bajo peso 
bruto de vehículo, al igual que otros vehículos de un alcance más elevado con un alto peso 
bruto de vehículo. Por esta razón tampoco podemos confirmar una correlación exacta entre 
estos dos valores. Las gráficas mencionadas se corresponden a la figura 5-21 para la 
comparación del peso bruto con su alcance para los vehículos de clase M, y a la figura 5-22 
para la comparación de peso bruto con su alcance para los vehículos de clase N, ambas 
figuras referidas al trabajo original. 
 10 
 
 Además del contraste anterior, también se han comparado los valores de las 
capacidades de los paquetes de baterías con las respectivas autonomías de los vehículos. 
Este análisis ha demostrado que tampoco podemos asegurar con completa certeza la relación 
entre capacidad de paquete de batería. En el diagrama de puntos disperso representado con 
los vehículos de las seis clases, que se puede encontrar en la figura 5-23 del trabajo original, 
se puede observar que no se cumple la relación de mayor alcance para mayor capacidad de 
batería ni aun teniendo en cuenta los pesos de los vehículos. Hay varios puntos 
correspondientes a vehículos de clase M3 que presentan capacidades y autonomías muy 
altas, al igual que hay vehículos de N1 y M1 que presentan bajas autonomías con valores muy 
bajos de capacidad, rompiendo cualquier tipo de posible relación exacta que podría ser 
esperada.Resultados y conclusiones 
 Como resultado de los análisis acumulados anteriormente, podemos afirmar que, 
indiscutiblemente, el actual mercado del vehículo eléctrico carece de cualquier tendencia o 
estandarización. Los valores tan dispersos obtenidos para los datos representados en los 
gráficos de todas las categorías de vehículos demuestran que no hay ninguna directriz 
impuesta. 
 Los vehículos destinados al transporte de pasajeros presentan un desarrollo más 
avanzado que aquellos destinados al transporte de mercancías. Los coches eléctricos han 
empezado a alcanzar una potenciada madurez tecnológica para ser capaces de competir en 
el mercado con los automóviles de gasolina convencionales. Al mismo tiempo, los autobuses 
eléctricos han estado acentuando su crecimiento en varias ciudades para mejorar la calidad 
del aire en zonas urbanas. 
 Como se ha señalado en el apartado anterior de este sumario, no hay ninguna relación 
existente entre los valores de autonomía, capacidad de los paquetes de baterías, potencia 
máxima alcanzada por el motor y par máximo saliente del motor, ni entre los modelos de una 
misma categoría, ni entre los modelos de las distintas seis categorías. La correlación entre la 
capacidad de los paquetes de baterías y la autonomía de los vehículos, al tampoco 
presentarse con suficiente claridad, dificulta la posibilidad de definir una tendencia específica 
para la capacidad de los paquetes de las baterías de vehículos eléctricos. 
 Todos estos resultados nos permiten declarar que hay una clara ausencia de 
estándares en los vehículos eléctricos de carretera. Aunque este hecho produce por una parte 
una situación ventajosa, ya que las compañías son otorgadas la libertad de diseñar y fabricar 
vehículos eléctricos con la tecnología que ellos mismos desarrollan y encuentran más 
apropiada. Sin embargo, por otra parte, esto también complica la distribución de este tipo de 
vehículos en el mercado público, ya que la existencia de unas diferencias tan notables en un 
mismo producto complica su capacidad de venta. 
 Indudablemente, el alcance que pueden ofrecer los vehículos eléctricos de baterías es 
una de las mayores inquietudes, debido a la necesidad de competir con los vehículos 
convencionales de combustión que se encuentran en el mercado. Como se ha mencionado 
anteriormente, los valores mostrados por todos los vehículos superan los 100 km en una carga 
completa de batería. Pero este valor aún no es comparable a la autonomía asegurada por un 
vehículo con un motor de combustión interna, que normalmente (salvo en modelos 
excepcionales) suele encontrarse entre los 300 y los 400 km por cada tanque llenado. 
Asimismo, la posibilidad de distinguir entre vehículos de corto alcance y vehículos de largo 
alcance es posible en vehículos de propulsión convencionales, la cual es una particularidad 
que aún tiene que ser desarrollada en la tecnología de baterías. 
 11 
 
 Con respecto a los motores eléctricos, su operación también es fundamental para el 
funcionamiento del vehículo. Estos motores ya tienen integrados una ventaja sobre los 
motores de combustión interna produciendo el par máximo desde su arranque. También 
disponen de la habilidad de cubrir un extenso rango de potencias, velocidades y pares con 
una construcción simple y relativamente sencilla. El único detrimento que presentan es en la 
cantidad de energía con la que son alimentados, lo que nos devuelve a las limitaciones que 
suponen las baterías para este tipo de vehículos, y la necesidad de progresar en el 
funcionamiento adecuado de la tecnología de este ámbito. 
 Más aún, los motores que se fabrican con una serie de directrices y valores regulados 
sin duda podrán contribuir a incrementar su productividad y su habilidad de ser introducidos 
en el sector transportes. Por esta razón, aunque las baterías constituyen el principal aspecto 
en el que se tiene que trabajar en el área de electro-movilidad, los motores eléctricos también 
juegan un papel fundamental para incrementar el rendimiento total de los vehículos eléctricos. 
 Considerando todos estos aspectos que han sido mencionados, podemos asegurar 
que con un mayor acrecimiento tecnológico de los diferentes elementos que integran el tren 
de potencia de los vehículos eléctricos, conllevará con seguridad un incremento de la 
demanda de estos vehículos y, por tanto, su producción e implementación en la sociedad. 
 
 Pronóstico 
 Todos los elementos considerados en la sección anterior podrán ser mejorados en los 
próximos años. Los vehículos convencionales de combustión han sido desarrollados e 
investigados a lo largo de todo el siglo XX. Y considerando que los avances tecnológicos están 
teniendo lugar con un índice de frecuencia mucho más alto, estas progresiones pueden 
acaecer en los próximos años. 
 Actualmente el progreso de los vehículos eléctricos está apuntando hacia la 
asequibilidad del producto ofrecido por este sector. Puesto que el mercado de la electro-
movilidad es tan reciente y no ha experimentado una fuerte demanda, los precios de estos 
vehículos no son competitivos comparados con aquellos de los vehículos de combustión. No 
solo el proceso de fabricación de los vehículos eléctricos sigue siendo muy costoso, sino que 
además este producto no presenta una ventaja destacable sobre vehículos convencionales 
desde el punto de vista del consumidor, a nivel de comodidad de éste. Como consecuencia 
de ello, ha sido complicado alcanzar una alta demanda en un plazo de tiempo tan corto. Aún 
así, la investigación y las mejoras que están teniendo lugar en el sector contribuirán a hacer 
la electro-movilidad más asequible para todos. 
 La investigación que actualmente se está llevando a cabo en la tecnología de baterías 
presenta un aspecto muy positivo para el futuro de la electro-movilidad. Es seguramente el 
aspecto que tiene que ser más trabajado, para poder reducir su peso sin reducir su capacidad 
de almacenar energía. Las baterías de ion-litio parecen ser la tecnología de celda más 
ventajosa hasta ahora, pero teniendo en cuenta la cantidad de investigación que están 
presentando otros sistemas de almacenamiento de energía, es complicado asegurar la 
existencia de una sola tecnología que domine este sector. 
 La producción de baterías en grandes cantidades conllevará una serie de problemas 
que también tendrán que ser solucionados en el futuro. Por ejemplo, la contaminación de la 
extracción de litio y la escasez de los recursos que proporcionan los materiales para la 
fabricación de las baterías son algunos de estos problemas. Añadido a esto, la habilidad o no 
de reciclar las baterías después de que hayan alcanzado su tiempo de vida es también una 
preocupación importante. 
 12 
 
 Otro aspecto destacable en la transición a movilidad eléctrica es el aumento de la 
demanda eléctrica de la red. Sin embargo, este factor no supondría un problema con una 
transición simultánea hacia energías renovables. Por tanto, aunque la inserción de vehículos 
eléctricos en sí supondrá una mejora en la contaminación local, sólo supondrá beneficiosa a 
un nivel global con un enfoque hacia una progresiva mezcla energética más limpia. 
 Y aunque esta transición venga con unas confrontaciones, es importante tener en 
cuenta que la ingeniería ha sido desarrollada para esto. A lo largo de la historia, el ser humano 
ha desarrollado continuamente diversos productos para mejorar muestra calidad de vida y 
aumentar nuestra comodidad, resolviendo problemas de nuestras vidas cotidianas. Este es 
precisamente el caso del automóvil, inventado para poder recorrer distancias más largas de 
una forma más cómoda. En los últimos años, la toma de conciencia de que teníamos que 
reducir nuestras emisiones también ha supuesto un problema que hay que resolver. 
Constituyendo la contaminación debida al sector transportes como un problema, los vehículos 
eléctricos son una posible solución, y actualmente una de las más exitosas. Y aunque el 
progresode vehículos eléctricos conlleve una serie de problemas, la situación de 
contaminación aérea con la que hay que lidiar en estos instantes podrá ser solucionada. Y en 
los próximos años, los problemas que vayan surgiendo también irán siendo solucionados por 
la ingeniería. 
 La necesidad de promover la investigación en electro-movilidad es crucial para 
solventar el problema de las emisiones producidas por el sector transportes. 
Desafortunadamente, nuestras emisiones globales tienen que ser reducidas drásticamente en 
los próximos años para poder conservar nuestro planeta tal y como lo conocemos. Por ello, 
no solo es el sector transporte el que tiene que trabajar en el desarrollo de nuevas tecnologías, 
sino que todos los sectores de sociedad tienen que intervenir. La situación de concienciación 
y toma de acción ha mejorado en los últimos años, y están avanzando incluso más rápido hoy 
día, pero aún hay mucho por hacer. 
 
 
 13 
 
2. Diagrama de Gantt 
El Trabajo Fin de Grado para alumnos internacionales en la Facultad de Ingeniería 
Mecánica de la Universidad Técnica de Aquisgrán tiene una duración de diez semanas, con 
un valor total de 15 créditos ECTS. El primer día tiene lugar una presentación introductoria 
para comenzar oficialmente con el trabajo, y se calculan las diez semanas a partir de éste. La 
distribución del trabajo desde el día de la presentación, el 13 de junio de 2019, hasta el día de 
la entrega, 22 de agosto de 2019, se puede ver en el diagrama de Gantt de la figura inferior. 
 
Figura 2: Diagrama de Gantt 
 
3. Presupuesto 
Puesto que se trata de un trabajo teórico y de recopilación de datos, no conlleva ningún gasto 
adicional de simulación y material. Por tanto, sólo tendremos que considerar los gastos de las 
licencias de los productos Office, los costes de los medios utilizados para contactar con las 
distintas empresas y las horas empleadas para llevar a cabo el trabajo. 
Considerando que un crédito ECTS equivale a 25 horas de trabajo, y que en Alemania el 
sueldo medio de un ingeniero junior es de 14 euros/hora, el sueldo aproximado para un trabajo 
de 15 créditos sería de 5.250 euros. 
 
Tabla 1: Estimación de presupuesto 
Actividad del presupuesto Cantidad requerida 
Licencias de productos Office 36,99 
Gastos de contacto con compañías 10,00 
Sueldo del trabajador 5.250,00 
Presupuesto total 5.296,99 
 
 
 
 
This thesis was presented at the Chair of Production Engineering of 
E-Mobility Components (PEM) at RWTH Aachen. 
 
Bachelor Thesis 
 
 
Name: Elena Irene Jaimez Farnham 
Matr.-No.: 399780 
 
Title: Benchmarking of powertrain elements of M 
and N class electric vehicles 
 
 
Supervising assistant: Rahul Pandey, M.Sc. 
 
1. Examiner: Prof. Dr.-Ing. Achim Kampker 
2. Examiner: Dr.-Ing. Dipl.-Wirt-Ing. Heiner Hans Heimes 
 
Aachen, 22nd August 2019 
 
The contents and the result of this thesis are for internal use only. All copyrights remain 
with RWTH Aachen. This thesis or parts of it are not to be transferred to a third party 
without the express authorization of the supervising professor. 
 
 
 
 
 
I Table of Contents 
 
i 
I Table of Contents 
I Table of Contents ......................................................................................................... i 
II List of Symbols and Abbreviations ............................................................................iii 
III List of Figures ..............................................................................................................iv 
IV List of Tables ..............................................................................................................vii 
1 Motivation..................................................................................................................... 8 
2 Theory of electro-mobility ..........................................................................................10 
2.1 Definition of electro-mobility ............................................................................................................... 10 
2.2 Historical overview ................................................................................................................................... 12 
2.3 Current status .............................................................................................................................................. 15 
3 State of technology ....................................................................................................18 
3.1 Vehicle classification................................................................................................................................. 18 
3.1.1 Road transport classification ...................................................................................................... 18 
3.1.2 Type of electric vehicles ............................................................................................................... 19 
3.2 Technology in BEVs ................................................................................................................................... 23 
3.2.1 Charging systems ............................................................................................................................. 23 
3.2.2 Batteries .............................................................................................................................................. 25 
3.2.3 Inverter ................................................................................................................................................ 33 
3.2.4 Motors .................................................................................................................................................. 33 
3.2.5 Drivetrain elements ........................................................................................................................ 36 
4 Benchmarking .............................................................................................................37 
4.1 M1 ..................................................................................................................................................................... 39 
4.2 M2 ..................................................................................................................................................................... 40 
4.3 M3 ..................................................................................................................................................................... 41 
4.4 N1 ..................................................................................................................................................................... 42 
4.5 N2 ..................................................................................................................................................................... 43 
4.6 N3 ..................................................................................................................................................................... 44 
5 Scope of research .......................................................................................................46 
5.1 M1 class observations .............................................................................................................................. 46 
5.2 M3 class observations .............................................................................................................................. 49 
5.3 N1 class observations ............................................................................................................................... 53 
5.4 N2 class observations ............................................................................................................................... 56 
5.5 N3 class observations ...............................................................................................................................59 
5.6 Common observations ............................................................................................................................. 61 
6 Results and conclusion ..............................................................................................64 
7 Outlook ........................................................................................................................66 
8 Bibliography ................................................................................................................67 
I Table of Contents 
 
ii 
V Annexed 
Annexed I: Excel sheet of collected data from M1 class vehicles 
Annexed II: Excel sheet of collected data from M2 class vehicles 
Annexed III: Excel sheet of collected data from M3 class vehicles 
Annexed IV: Excel sheet of collected data from N1 class vehicles 
Annexed V: Excel sheet of collected data from N2 class vehicles 
Annexed VI: Excel sheet of collected data from N3 class vehicles 
 
 
II List of Symbols and Abbreviations 
 
iii 
II List of Symbols and Abbreviations 
 
symbol unit description 
 
 
abbreviation description 
OEM Original Equipment Manufacturer 
BEV Battery Electric Vehicle 
GHG Greenhouse Gas 
HEV Hybrid Electric Vehicle 
PHEV Plug-in Hybrid Electric Vehicle 
EREV Extended Range Electric Vehicle 
EV Electric vehicle 
LEV Low-emission vehicle 
AC Alternate current 
DC Direct current 
IC Internal combustion 
CARB California Air Resource Board 
VRLA Valve-regulates lead-acid 
AGM Absorbed glass material 
BMS Batter Management System 
SEI Solid Electrolyte Interface 
 
 
III List of Figures 
 
iv 
III List of Figures 
Figure 1-1: European Environment Agency transport emissions and target emissions 
comparison1 ................................................................................................................... 8 
Figure 1-2: Global vehicle stock, distance traveled, and life-cycle road transport greenhouse 
gas emissions by vehicle type in 2015 ........................................................................... 9 
Figure 1-3: Projected global freight activity and life-cycle greenhouse gas emissions from 
2015 to 20508 ................................................................................................................ 9 
Figure 2-1: European high-speed railway system25 ..............................................................15 
Figure 2-2: Plug-in EV shares of US vehicle market .............................................................16 
Figure 2-3: Total number of electric cars registered in Germany from 2008 to 2018 .............16 
Figure 3-1: Serial hybrid, Fisker – Karma32 ...........................................................................20 
Figure 3-2: Parallel hybrid, Mercedes-Benz S 500 Plug-in Hybrid32 ......................................20 
Figure 3-3: Power Split Hybrid, Chevrolet Volt 232 ................................................................21 
Figure 3-4: Drive train elements in EREV with possible coupling in between engine and drive 
axle33 ............................................................................................................................22 
Figure 3-5: Block diagram of power transfer in an EV powertrain .........................................23 
Figure 3-6: Series connection ...............................................................................................25 
Figure 3-7: Parallel connection on cell level ..........................................................................26 
Figure 3-8: String-wise parallel connection ...........................................................................26 
Abbildung 3-9: Individual modular strings .............................................................................26 
FIgure 3-10: Schematics of supercapacitor ..........................................................................28 
Figure 3-11: Equivalent circuit of supercapacitor32 ................................................................28 
Figure 3-12: Schematic of lead-acid battery41 .......................................................................29 
Figure 3-13: Schematics of Lithium-Ion battery.....................................................................31 
Figure 3-14: Lithium-Ion cell classification ............................................................................31 
III List of Figures 
 
v 
Figure 3-15: Cell designs of round, prismatic and pouch-bag cell design (in order form left to 
right)40 ...........................................................................................................................32 
Figure 3-16: ZEBRA cell set-up40..........................................................................................33 
Figure 3-17: Rotor squirrel-cage (to the left) and stator (to the right) of an electric inductive 
motor48 ..........................................................................................................................34 
Figure 5-1: Ranges (km) of M1 vehicles ...............................................................................46 
Figure 5-2: Capacity of battery pack (kWh) of M1 vehicles ...................................................47 
Figure 5-3: Maximal Torque (Nm) for M1 vehicles motors ....................................................47 
Figure 5-4: Maximal power (kW) and respective maximal speed (rpm) .................................48 
Figure 5-5: Ranges (km) of M3 vehicles ...............................................................................49 
Figure 5-6: Battery pack capacity (kWh) ...............................................................................50 
Figure 5-7: Maximal power output (kW) ................................................................................51 
Figure 5-8: Maximal torque output (Nm) ...............................................................................52 
 Figure 5-9: Ranges ..............................................................................................................53 
Figure 5-10: Capacities ........................................................................................................53 
Figure 5-11: Maximal Power .................................................................................................54 
Figure 5-12: Maximum torque ...............................................................................................55 
Figure 5-13: Ranges .............................................................................................................56 
Figure 5-14: Capacities ........................................................................................................56 
Figure 5-15: Maximal Power (kW) ........................................................................................57 
Figure 5-16: Max. Torque (Nm) ............................................................................................58 
Figure 5-17: Ranges (km) .....................................................................................................59 
Figure 5-18: Battery pack capacities (kWh) ..........................................................................59 
Figure 5-19: Maximal Power (kW) ........................................................................................60 
III List of Figures 
 
vi 
Figure 5-20: Maximal Torque (Nm) .......................................................................................60 
Figure 5-21: Gross weight (tonnes) – Range (km), M class vehicles ....................................61 
Figure 5-22: Gross weight (tonnes) – Range (km), N class vehicles .....................................62 
Figure 5-23: Battery pack capacity (kWh) – Range (km) .......................................................63 
 
IV List of Tables 
 
vii 
IV List of TablesTable 3-1: Requirements on batteries for selected unconventional drive trains ....................27 
 8 
 
 
1 Motivation 
 
The need to reduce our global greenhouse gas emissions has been a relevant issue dur-
ing the last couple of decades and it has recently acquired an even more powerful drive as 
people all over the globe demand political organizations to act on this matter. 
In this context of requirement to reduce emissions, regulations worldwide have developed 
into being much stricter. The European Union has set the target of reducing transportation 
GHG emissions by 60% and maritime GHG emissions by 40% until 2050 compared to their 
1990 levels1.The transportation sector, although as fourth highest emitter at a global scale, has 
been accounted to be the second most GHG emitting sector in Europe in 20182 and the first 
most polluting in the United States3. Therefore, the reduction of emissions in this sector is 
crucial. 
 
 
Figure 1-1: European Environment Agency transport emissions and target emissions compari-
son1 
Restrictive measures for transportation in the main urban areas have been one of the most 
highlighted actions to tackle air pollution in big cities. These restrictions are triggered not only 
by the unreasonably high temperatures that have been being registered, but also because of 
the decline of air quality to the point in which some air parameters are reaching worrisome 
values for human health. Some of these restrictions imply limiting car’s transit in downtown 
areas or requiring a payment or license to do so. Public transportation has also seen changes 
in this area, as the emissions proceeding from buses are also being regulated in interurban 
areas, also by limiting their transit and by using new technologies4. 
 
1 Cf. EEA - European Environmental Agency 2018. 
2 Cf. Eurostat - European Comission, 2018. 
3 Cf. EPA - United States Environmental Protection Agency, 2017. 
4 Cf. Harris, 2019. 
 9 
 
 
Many solutions to conventional combustion engines have been emerging in this time, such 
as liquefied compressed natural gas, biodiesel or propane or fuel cells5. But electric and hybrid 
vehicles have indisputably played the main role in the development of clean road transportation 
over the past two decades. Although data has shown that currently only 2,2% of worldwide 
passenger cars are plug-in electric6, it is sure that the numbers will rise. 
 Passenger electric vehicles have started to gain an acceleration in the automotive mar-
ket, as well as the development of electric city buses has also experimented an important 
impulse. This is due to the fact that reducing local emissions in cities is also seeing a critical 
situation. 
 Elaborating more in transport emissions, although trucks only add up to 9% of the total 
European vehicle population, their GHG emissions account almost 40% of the total transport 
emissions. In addition to this aspect, it is also expected for the truck population to overpass 
the double of their current number. That would imply that emissions from this specific source 
can also increase drastically7. 
Figure 1-2: Global vehicle stock, distance 
traveled, and life-cycle road transport 
greenhouse gas emissions by vehicle type 
in 20158 
Figure 1-3: Projected global freight activity 
and life-cycle greenhouse gas emissions 
from 2015 to 20508
As mentioned previously, electrification of vehicles currently seems to be the most pros-
perous solution. It is therefore that many companies have started to invest in development and 
investigation of electrifying heavy- and medium-duty vehicles as well. Although its fulfillment is 
challenging, there is no doubt in that it must be worked on. 
Since the electric vehicle sector is relatively new, companies that are currently working on 
this type of products are freely designing and developing them. This lack of guidelines implies 
that the manufacturers still need to make great investigation efforts prior to the product design. 
This is the reason there is a need to set standards in the electric vehicle market. With this 
purpose, it will be easier to enable a faster and more optimal development of products in the 
sector. 
 
5 Cf. Taylor III 2013. 
6 Cf. Deloitte Center for Energy Solutions . 
7 Cf. Moultak et al. 2017. 
8 Cf. Hausfather, 2018. 
 
 10 
 
 
2 Theory of electro-mobility 
2.1 Definition of electro-mobility 
 
An electric vehicle (EV) is propelled by one or many electric motors, also called traction 
motors. There is a wide range of technologies that can be used as energy sources to power 
the electric motor. The power sources can be self-contained in the vehicle, like batteries, elec-
tric generators that receive their electricity from fuel conversion or solar panels. There are also 
off-vehicle sources from which electric vehicles can receive electricity through a collector sys-
tem9. 
More recently the notion of electro-mobility has adopted a new form, and it can refer to 
all alternative road transportation systems which are based on electrically propelled vehicles10, 
from motorcycles to cars and buses and trucks. It is, therefore, possible to find both definitions 
in different literature sources, being the most recent definition the most popular among the two 
of them. 
EVs can be found in all mobility areas, and therefore we find different types of them for 
ground, airborne and seaborne vehicles, as well as electrically powered spacecraft. 
 
 Ground vehicles 
The automobile sector at the same types counts with different ways of vehicle 
mounting, which will be discussed in further depth in section three of “State of technol-
ogy”. 
Rail borne electric vehicles were one of the first types of EVs to be conceived. 
They can be supplied with power from two main sources. On one hand from a stationary 
source, for instance, a third rail or an overhead wire, or on the other hand from re-
chargeable energy storage systems, such as batteries or mining locomotives which are 
powered by supercapacitors11. 
At the same time, there are three differentiating characteristics in the design of 
electric locomotive systems. First, the type of electrical power that is used to supply the 
vehicle, AC or DC. Second, which has been mentioned in the previous paragraph, is 
the method of either storing or collecting the power. And third and finally, the method 
applied to connect the traction motors to the driving wheels11. 
The emergence of electrified bicycles and stand-up scooters has also been no-
ticeable lately. The so-called e-bikes, for example, are bicycles that are integrated with 
an electric motor and can accordingly, be used for propulsion. The speeds and powers 
these types of vehicles can reach cover a very extensive range. 
Another markable area to adopt electric transportation has been in mobility aid 
devices. Here we can include electric wheelchairs and mobility scooters, which are 
supplied with rechargeable energy storage systems (rechargeable batteries), and even 
though there are also gasoline-powered scooters, these are quickly being replaced by 
electric designs12. 
 
9 Cf. Faiz et al. 1996. 
10 Cf. Sandén et al. 2014. 
11 Cf. Duffy, 2003. 
12 Cf. Leonard, 2017. 
 11 
 
 
The last ground EV worthy to mention are space rovers, which have been used 
in different space exploration programs on the Moon and Mars. For example, Mars 
Pathfinder Exploration Rover is solar-powered. They count with a maximized area for 
the solar cells that collect the sun’s energy, which is used to recharge the battery13. 
 
 Airborne electric vehicles 
These types of EVs have counted with a high number of experimentation pro-
jects since the start of the development of aircraft systems. The electric motor of the 
aircraft can be supplied by various methods, such as solar cells, ultracapacitors or fuel 
cells. There is currently still a lot of research that is taking place in this field. 
 
 Seaborne electric vehicles