Caja de cambios en el coche eléctrico: por qué casi todos llevan una sola marcha y quién se atreve con dos

El coche eléctrico mató la caja de cambios. Y ahora hay marcas pagando ingenieros para resucitarla en forma de software.

Pregunta en cualquier concesionario cuántas marchas tiene un eléctrico y la respuesta suele ser «ninguna». Es falso. Casi todos tienen una. Una sola marcha, fija, que no se cambia nunca. Unos pocos tienen dos. Un camión eléctrico de 44 toneladas tiene cuatro. Y hay deportivos eléctricos que te simulan ocho, con tirones, petardeos y corte de inyección incluidos, aunque debajo solo exista una relación de engranajes y un programa informático que te miente para que te diviertas.

La transmisión es la pieza más olvidada del coche eléctrico. Nadie la pone en el anuncio. Y, sin embargo, explica por qué un eléctrico arranca como arranca, por qué Tesla estuvo a punto de no fabricar su primer coche y por qué Porsche y Rimac, dos marcas que fabrican lo mismo para el mismo cliente, llegaron a conclusiones opuestas.

Lo que hace una reductora

Un motor eléctrico gira muy deprisa. Los eléctricos de altas prestaciones actuales se acercan a las 20.000 vueltas por minuto, muy por encima de lo que aguanta cualquier motor de gasolina de calle. Las ruedas, en cambio, giran despacio. Si conectaras el motor directamente a la rueda, o el coche iría a una velocidad absurda o el motor tendría que ser enorme para mover el coche desde parado.

La solución es una reductora: un juego de engranajes que hace que el motor dé varias vueltas por cada vuelta de la rueda. Con una reducción de 9:1, por ejemplo, el motor gira nueve veces por cada giro de rueda, y el par que llega al asfalto se multiplica por algo menos de nueve, porque los engranajes también tienen sus pérdidas. La reductora no añade potencia. Cambia velocidad por fuerza.

En un coche de combustión ese trabajo lo hace la caja de cambios, con cinco, seis, ocho o diez marchas. ¿Por qué tantas? Porque un motor térmico solo rinde bien en un rango estrecho de revoluciones. Por debajo se ahoga y por encima se queda sin aire o se rompe. La caja de cambios existe para mantener el motor dentro de su zona útil mientras el coche pasa de cero a 200 km/h. Y desde parado, el motor de combustión ni siquiera puede arrancar sin un embrague que patine.

Por qué al eléctrico le sobra con una

El motor eléctrico juega con otras reglas. Entrega par desde cero vueltas, así que no necesita embrague para salir. Gira hacia atrás con solo invertir la corriente, así que tampoco necesita marcha atrás mecánica. Y mantiene un rendimiento muy alto en casi todo su rango de giro: los motores síncronos de imanes permanentes que usa la industria superan el 95% de eficiencia en su mejor punto, como contamos en nuestro artículo sobre los tipos de motores eléctricos.

Hay además un detalle físico que casi nadie explica. Un motor eléctrico tiene dos zonas. En la primera, a bajas vueltas, da su par máximo constante. Ahí una marcha más corta sí te haría acelerar más fuerte. Pero a partir de un punto, al que los ingenieros llaman punto de esquina, el motor pasa a entregar potencia constante y el par va cayendo a medida que sube de vueltas. En esa segunda zona, cambiar de marcha no te da nada, porque la aceleración depende de la potencia, del peso y de la velocidad. En la mayoría de eléctricos comerciales ese punto de esquina cae en torno a los 50 o 65 km/h. Por encima, una caja de cambios solo añadiría peso, coste y piezas que pueden romperse.

Por eso la inmensa mayoría de eléctricos lleva una única relación fija. Sin actuadores que cambien marchas, sin cortes de par, sin embragues que se desgasten. Un engranaje, un diferencial y a correr.

La caja sin embrague que sale de Sevilla

Entre el gasolina de toda la vida y el eléctrico puro está el híbrido, y ahí la caja más rara del mercado se fabrica en España. En 2022 Renault adjudicó a su planta de Sevilla la DB35, la transmisión multimodo de los híbridos E-Tech como el Clio, el Captur, el Arkana o el Mégane, y convirtió la fábrica andaluza en el centro mundial de cajas híbridas del grupo, con envíos previstos a Valladolid, Palencia, Bursa y Busan.

Lo curioso es lo que le falta. No tiene embrague ni sincronizadores. Usa garras de acoplamiento planas, las mismas que se usan en Fórmula 1, y deja que un motor eléctrico iguale la velocidad de los engranajes antes de cada cambio. El coche arranca siempre en eléctrico, así que el motor de gasolina nunca tiene que patinar un embrague para salir de parado. Es la lógica del eléctrico injertada en un coche de combustión: el motor eléctrico hace el trabajo sucio que antes hacían el embrague y los anillos sincronizadores. Toyota resolvió el mismo problema por otro camino en el Prius, con un tren planetario que reparte la fuerza entre el motor térmico y los eléctricos sin ninguna marcha fija.

El día que una caja de dos marchas casi mata a Tesla

Quien piense que esto lo tenía claro todo el mundo desde el principio no conoce la historia del primer Tesla Roadster.

El plan original era una transmisión de dos velocidades. Fracasó. En enero de 2008, Tesla reconoció que había abandonado ese diseño por problemas de durabilidad. Los primeros Roadster de producción salieron con una transmisión provisional que limitaba la aceleración de 0 a 60 millas por hora a 5,7 segundos, cuando el objetivo prometido era de unos 4. La producción en serie arrancó el 17 de marzo de 2008, a ritmo limitado, con la promesa de cambiar gratis el sistema a los primeros clientes cuando estuviera listo el definitivo.

La pelea llegó a los tribunales. En abril de 2008, Magna, el gigante canadiense de componentes, demandó a Tesla en California reclamando unos 5,6 millones de dólares por trabajos de desarrollo de esa transmisión que, según la demanda, no se le habían pagado. Según lo que publicó entonces The Truth About Cars, Magna defendía que Tesla debió apostar desde el principio por una sola velocidad.

Y eso es exactamente lo que acabó haciendo Tesla. En septiembre de 2008 anunció que BorgWarner fabricaría una caja de una sola velocidad diseñada por sus propios ingenieros. Para que funcionara hizo falta un inversor más potente y un motor mejorado: el par máximo subió de 286 a 380 Nm y la autonomía homologada por la EPA pasó de 221 a 244 millas, alrededor de un 10% más. JB Straubel, entonces director técnico, lo resumió sin rodeos: la transmisión de dos velocidades del proveedor anterior «resultó no ser duradera», y el nuevo montaje era «superior en casi todos los sentidos».

Ojo al orden de los factores. La caja de una marcha no fue posible por magia. Fue posible cuando la electrónica de potencia y el motor estuvieron a la altura. Es la misma lección que contamos en la pieza sobre el inversor: en un eléctrico, lo que pasa en los engranajes depende de lo que pasa en el silicio.

Porsche se atreve con dos

Once años después, Porsche hizo lo que Tesla había abandonado. El Taycan, lanzado en 2019 y el mismo coche que nos sirvió para explicar el freno regenerativo, lleva en el eje trasero una caja de dos velocidades. Delante, una reductora fija de una sola relación, en torno a 8:1.

La caja trasera tiene tres ejes: dos etapas de engranajes rectos dan la relación de la segunda marcha, también en torno a 8:1, y un tren planetario que se acopla añade una reducción extra para la primera. Según Porsche, el par en rueda roza los 12.000 Nm. El razonamiento de la marca es doble. La primera, muy corta, da todavía más empuje desde parado. La segunda, larga, mantiene la eficiencia alta y deja potencia de reserva a velocidades de autobahn, con un Taycan que llegaba a 260 km/h. En los modos Sport y Sport Plus el coche tira sobre todo de primera, y el Launch Control la estira todo lo posible antes de pasar a segunda.

Su primo técnico, el Audi e-tron GT, usa la misma solución. Y la actualización del Taycan presentada en 2024 la mantiene: Porsche sigue vendiendo la caja de dos velocidades como una forma de acelerar más rápido y, en autopista, de engranar la marcha larga para ganar autonomía.

Pero aquí viene el detalle que lo dice todo. Cuando Porsche desarrolló su siguiente eléctrico, el Macan, dejó la caja de dos velocidades en el cajón y montó una sola marcha. Si la solución fuera tan superior, la habría repetido.

Rimac la probó y la llamó complicada, pesada e ineficiente

Mate Rimac lleva años diciendo lo contrario que Porsche, y con conocimiento de causa, porque también la probó.

Su primer superdeportivo, el Concept_One, usaba cajas de dos velocidades de doble embrague, y a Rimac nunca le gustaron. Cuando estaban desarrollando el C_Two, el coche que acabaría llamándose Nevera, Tesla anunció su nuevo Roadster con un 0 a 60 millas en 1,9 segundos. La reacción del equipo croata fue volver a meter una caja de dos marchas. Al año siguiente la quitaron. «La caja de cambios se volvió superpesada, otra vez teníamos dos velocidades, y eso no me gustaba», explicó el propio Rimac en uno de sus vídeos.

La solución fue rediseñar el motor. En la versión final del C_Two el régimen máximo pasó de 12.000 a 17.700 vueltas y el par de 700 a 900 Nm, con una sola marcha. El eje trasero adelgazó 60 kilos. Rimac definió la caja de dos velocidades con tres palabras: compleja, pesada e ineficiente. En un coche que ya arrastra una batería enorme, cada kilo de engranajes es un kilo que hay que acelerar, frenar y pasear.

Si leíste nuestra pieza sobre el Nevera R, ya sabes cómo acabó la historia: un hypercar eléctrico de récord, con una sola relación por motor.

La sorpresa: Mercedes vuelve a las dos marchas en un coche normal

Hasta hace poco, la caja de dos velocidades era cosa de berlinas de 100.000 euros. Mercedes la ha bajado a la calle.

El nuevo CLA eléctrico, el primer modelo sobre la plataforma MMA de la marca, monta en el motor trasero, la unidad EDU 2.0 de 200 kW, una caja de dos velocidades. La primera, con una relación de 11:1, se usa para arrancar. La segunda, de 5:1, para circular a velocidades altas, con una punta de 210 km/h. Los puntos de cambio tienen en cuenta la situación de conducción y el programa elegido. Mercedes no la justifica por prestaciones: la justifica por eficiencia. Su inversor, además, es de carburo de silicio.

El CLA trae un segundo truco. En las versiones de tracción total, el motor delantero de 80 kW lleva una reductora de una marcha y una unidad de desacople que lo desconecta de las ruedas cuando no hace falta. Según Mercedes, eso reduce las pérdidas del eje delantero en un 90%. Es la otra cara de la transmisión: a veces lo más eficiente no es cambiar de marcha, sino soltar el motor y dejar que la rueda gire libre.

Y ahora junta las piezas. Las marcas no están de acuerdo ni en lo más básico. Porsche puso dos marchas por prestaciones y luego las quitó en el Macan. Rimac las quitó por peso. Mercedes las pone en un compacto por eficiencia. Cuando la industria entera no se pone de acuerdo, es que la respuesta depende del coche, no del dogma.

Donde sí hacen falta marchas: los camiones

Para encontrar un eléctrico que necesite marchas de verdad hay que subirse a un camión.

El Mercedes-Benz eActros 600, la cabeza tractora eléctrica de largo recorrido de Daimler Truck, lleva un eje eléctrico propio con dos motores, 400 kW de potencia continua y 600 kW de pico, sobre un sistema de 800 voltios. Y lleva caja de cuatro velocidades. Tiene sentido: mueve hasta 44 toneladas de peso total combinado, con tres baterías que suman 621 kWh brutos y pesan 4,5 toneladas por sí solas. Arrancar con 44 toneladas en una rampa y luego mantener crucero de autopista durante horas es un rango de trabajo que una sola relación no cubre bien sin un motor desproporcionado.

La regla de fondo es la misma que en el coche de combustión: cuanto más amplio sea el abanico entre el esfuerzo máximo y la velocidad máxima, más sentido tienen las marchas. En un turismo eléctrico ese abanico cabe en una sola relación. En un camión de 44 toneladas, no.

Y luego están las marchas de mentira

Aquí empieza la parte más divertida y más discutible de la historia.

El Hyundai Ioniq 5 N, presentado en 2023 con más de 600 caballos, incorpora un sistema llamado N e-Shift. No hay caja de cambios. Hay una sola relación, como en cualquier Ioniq 5. Pero el software simula una caja de doble embrague de ocho velocidades, inspirada en la que usan los N de gasolina de la marca. Con las levas cambias de «marcha», el coche juega con la entrega de potencia para que notes el golpe del cambio, simula retención de motor y, si no subes a tiempo, te deja rebotar contra un corte de inyección digital. Todo acompañado del sistema N Active Sound+, que puede imitar el sonido del 2.0 turbo de la casa o, si te pones creativo, el de un avión de combate.

Hyundai no se ha quedado ahí. Según ha contado la marca, el sistema se extenderá al Ioniq 6 N, en una versión más suave al Ioniq 9, como opción a otros Ioniq 5 y a modelos de Genesis.

Lexus fue todavía más lejos con un prototipo. A finales de 2022 explicó cómo funcionaba un UX 300e adaptado con palanca de cambios, pedal de embrague y cuentavueltas. Ni la palanca ni el pedal estaban conectados mecánicamente a nada. Eran entradas digitales: el software decidía qué marcha virtual habías metido y ajustaba la respuesta del motor para imitarla, incluido el medio embrague. Takashi Watanabe, de Lexus, reconoció que el coche podría hasta simular que se cala. «Realmente no se calaría, porque no hay motor de combustión.»

¿Tiene sentido? Desde el punto de vista técnico, ninguno: es añadir la limitación de un motor térmico a una máquina que no la necesita. Desde el asiento, otra historia: quien lo prueba en circuito suele bajarse con una sonrisa de oreja a oreja. Aun así, pagar por un eléctrico para que se comporte como un gasolina es como comprarte un móvil para que te simule el ruido del dial.

Lo que pensamos en NEB

La reductora de una sola marcha es una de las grandes ventajas del coche eléctrico, y casi nadie la reivindica. Menos piezas, menos peso, cero embragues que cambiar y una respuesta que ningún cambio automático iguala. Tesla tardó un año y una demanda en aceptarlo. Rimac lo aceptó a base de quitar kilos.

Las dos marchas tienen su sitio, pero es un sitio pequeño: un Porsche que quiere ganar en salida y en autobahn a la vez, un Mercedes que exprime cada kilovatio hora, un camión de 44 toneladas. Para el resto, la segunda marcha es un argumento de folleto.

Y las marchas simuladas son otra cosa: puro teatro. Teatro bien hecho, eso sí. Pero que nadie te venda como avance técnico que tu eléctrico finja tener un embrague. Lo que avanza es el motor. La caja de cambios, en un eléctrico, es nostalgia programada.

¿Pagarías por un eléctrico que te simule las marchas, o eso es justo lo que querías dejar atrás?

Desconecta y disfruta.

Imágenes: Charles/Flickr (CC BY 2.0, CC0) · Rutger van der Maar (CC BY 2.0) · Miroslav Vajdić (CC BY-SA 4.0) · Celestinesucess (CC BY-SA 4.0) · Calreyn88 (CC BY-SA 4.0), vía Wikimedia Commons.