Autonomía homologada de un coche eléctrico y que sucede en la realidad

 

 

Autonomía homologada de un coche eléctrico  y  que sucede en la realidad

 

 

Cuando se habla de consumo y de autonomía en un coche eléctrico, es muy importante insistir en indicar siempre en qué condiciones o con qué ciclo de homologación se ha medido, pues en el mundo hay varios ciclos diferentes y los consumos y autonomías que arrojan también difieren.

La respuesta a la pregunta de cuál es el consumo y autonomía "reales" es un tanto difusa, entre otras cosas porque lo primero que habría que decidir es qué entendemos por real. Porque claro, para cada cual lo "real" es aquello a lo que está acostumbrado en su día a día, pero no tiene porqué coincidir entre diferentes conductores o entre diferentes países.

Habría que discutir por ejemplo si la prueba para determinar el "consumo real", y consecuentemente la autonomía, se realiza en llano o con desniveles, solo con el conductor o con el coche completo, con frío o con calor, realizando conducción eficiente y previsora o conducción rápida y agresiva.

 

El caso del: Ciclo europeo de homologación de consumo NEDC

Estas dudas se las debieron plantear en su momento quienes decidieron acerca de la creación de un sistema de medición de los consumos de los coches que se realizara siempre en las mismas condiciones estandarizadas, que fueran reproducibles en cualquier país, independientemente de la orografía, el clima o la forma de conducir, y que fueran válidas para una homologación.

 

Conviene recordar lo más importante que se pretende: la homologación, es decir, condiciones iguales para todos los automóviles y fabricantes para de esa manera poder comparar los consumos de una manera lo más objetiva posible, y que además se pudiera realizar en poco tiempo y con menor costo.

 

Así surge el ciclo de homologación europeo que hoy en día conocemos como NEDC, o New European Driving Cycle. Este ciclo realmente resulta de la combinación de dos ciclos: el UDC de 1970 y el EUDC  de 1990.

La prueba de consumo del ciclo europeo de homologación NEDC es igual para todos los coches, sean de motor de combustión interna de nafta, diésel o gas, sean híbridos, sean híbridos enchufables o sean 100 % eléctricos

En condiciones de uso diarias, en todo tipo de condiciones y con todo tipo de conductores, la mayoría de las veces resulta que el consumo que hacen los automóviles difiere bastante del que indica la homologación NEDC, resultando que el "consumo real" es bastante mayor, en algunos casos hasta un 50 % más alto.

En los coches convencionales con motor de combustión interna (nafta y diésel) se han llegado a medir consumos "reales" hasta un 50 %  mayores que los homologados.

 
 

Como se mide el consumo en el ciclo NEDC

La prueba de consumo es igual para todos los coches. Es importante tener en cuenta que la prueba de consumo (y emisiones) se realiza dentro de un edificio, no se realiza en una pista ni en carretera. La prueba de consumo del ciclo NEDC se realiza dentro de un edificio, a unos 25 grados C, en llano, sin viento, solo el conductor, con todo apagado salvo el motor y sobre rodillos motorizados

Estos rodillos no giran libremente según la velocidad a la que giren las ruedas del coche que se esté probando, sino que tiene una superficie rugosa adherente y están motorizados. Esta motorización permite 22 niveles de resistencia a  diferentes giros, que están tabulados según la norma.

Estos niveles de resistencia se emplean para simular la diferente aerodinámica y masa de cada coche, de modo que antes de probarlo se selecciona un nivel de resistencia que con un par de giro opuesto, implicará mayor o menor esfuerzo al motor del coche.

Dentro del coche solo está el conductor y nada más: ni hay más pasajeros, ni hay carga en el baúl. Además todos los elementos de consumo eléctrico adicionales están apagados, como por ejemplo los faros, la radio, el aire acondicionado o la luneta térmica.

La prueba de consumo del ciclo NEDC

En total, la prueba de consumo del ciclo de homologación europeo NEDC dura 20,33 minutos, exactamente 1.220 segundos. De estos, 40 segundos se corresponden al inicio de la prueba con el vehículo parado, y 1.180 segundos con el coche arrancado. En total se recorren (sobre los rodillos) 11.023 metros (poco más de 11 km) a una velocidad media de 33,6 km/h.

En el caso de los coches eléctricos el motor no tiene un tramo ralentí como los motores de combustión interna, así que al pararse el coche, el motor eléctrico directamente está también parado (no gira en vacío) y no consume energía.

 

El ciclo WLTP

WLTP significa Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure: es un ciclo de homologación que nace con la intención de armonizar la medición de los consumos de los coches, eléctricos y de cualquier otro tipo, a nivel mundial. Desde septiembre de 2017 ha entrado en vigor el nuevo ciclo de homologación de consumos WLTP, supuestamente más realista

 

 

Lo más importante es que la prueba de consumo ahora es más estricta: se alcanza mayor velocidad, se realizan aceleraciones más intensas y dura más tiempo. Por eso en el ciclo WLTP el consumo del mismo coche, con el mismo motor, será más alto que en el ciclo NEDC (y por tanto, la autonomía más baja).

Aunque depende un poco de cada coche, de la eficiencia de su motor, y de otros factores, como el peso, aerodinámia, tipo de neumáticos, etc. de manera aproximada la autonomía de un coche eléctrico en el nuevo ciclo WLTP será aproximadamente un 25 % menor que en el viejo ciclo NEDC (en algunos modelos puede que la diferencia sea un poco menor, más cerca del 20 %, y en otros puede que la diferencia sea un poco mayor, más cerca del 30 %).

Por ejemplo:  el nuevo Nissan LEAF 2018, de segunda generación, homologa en el antiguo ciclo NEDC una autonomía combinada de 378 km, sin embargo, en el nuevo ciclo WLTP homologa una autonomía combinada de 285 km (si es la versión Visia, que es un poco más ligera y con neumáticos más eficientes), o bien 270 km (para el resto de las versiones).

¿Qué afecta a la autonomía "real" de un coche eléctrico?

El consumo y la autonomía de un coche eléctrico, tal como hemos visto, se mide con el ciclo europeo de homologación NEDC de la misma manera que el de cualquier otro coche convencional, con todos los defectos y limitaciones que tiene.

La orografía. El consumo en el ciclo NEDC se ha medido en llano. Si utilizamos el coche eléctrico con una orografía desfavorable, por ejemplo subiendo pendientes, el consumo será mayor pues el motor tiene que realizar más trabajo, e inexorablemente la autonomía será menor.

La masa. En el ciclo NEDC el coche pesa lo mínimo pues está vacío y tan solo lleva al conductor. Si llevamos a más personas o carga su consumo será mayor y en consecuencia la autonomía será menor.

La aerodinámica. Si no se añade  nada extraño al coche que altere su aerodinámica, no pasa nada.

Los faros. Encender la luz de los faros también implica más consumo, por eso en el ciclo de homologación no se enciende ninguno. Los que más consumen son los de lámparas incandescentes y lámparas halógenas (que son los más baratos, entre 4 y 5 veces más baratos que un faro con tecnología LED

La temperatura ambiente. En un coche eléctrico el problema no es el motor, es la batería. Una batería es un dispositivo químico capaz de almacenar y devolver energía eléctrica gracias a reacciones químicas de oxidación y reducción.

El desarrollo de esas reacciones químicas de oxidación y reducción que tienen lugar dentro de la batería entre el cátodo y el ánodo, con el consiguiente movimiento de electrones, se ve afectado por la temperatura. Con temperaturas muy bajas disminuye la difusión iónica en el electrolito y se ralentizan las reacciones químicas (se dice que aumenta la resistencia interna de la batería). Como la actividad química es menor, también es menor la capacidad "real" en esas circunstancias.

Es por esto que algunos coches eléctricos, cuando se venden en países en los que en invierno se alcanzan temperaturas muy frías, equipan un sistema de calefacción para la batería.

Un coche eléctrico con 175 km de autonomía homologada NEDC como el Nissan LEAF de primera generación se podía quedar en tan solo unos 80 km "reales" en invierno si hacía mucho frío. El nuevo Renault ZOE Z.E.40 con batería de 41 kW-h tiene una autonomía homologada NEDC de 403 km, pero el propio fabricante reconoce que, en invierno con temperaturas muy bajas y velocidades más altas (autopista) la autonomía "real" se puede quedar en tan solo 200 km, un 50 % menos.

 La calefacción. Si ya de por sí el frío reduce la capacidad útil de la batería, hay que añadir el consumo que supone la calefacción del habitáculo (y de la propia batería cuando corresponda).

En un vehículo eléctrico se genera mucho menos calor, y la calefacción depende exclusivamente de un sistema específico que consume energía que no sale de otra parte más que de la acumulada en la batería, reduciendo la autonomía. La calefacción mediante resistencia eléctrica consume mucha energía (del orden de hasta unos 3 kW a la hora), por lo que a veces se recurre a una bomba de calor, más eficiente (gasta del orden de 1 kW a la hora).

Para trayectos cortos suele ser más recomendable utilizar los asientos calefactables, por ejemplo solo el del conductor, en lugar de encender la calefacción de todo el habitáculo, pues consume algo menos.

En verano, con temperaturas muy altas, entre el aire acondicionado y la refrigeración de la batería, la autonomía "real" de un coche eléctrico puede reducirse hasta un 25 %.

 El aire acondicionado. De nuevo estrechamente relacionado con la temperatura ambiente, como en el caso de la calefacción. Lo que sucede es que el calor no disminuye la capacidad de la batería ni la autonomía por sí mismo, como sí hace el frío, pero lo hace de manera indirecta. El peligro de las altas temperaturas es que deterioran más rápido la vida útil de las baterías de iones de litio, pues se degradan más rápido los materiales de cátodo y ánodo (entre otras cosas, por ejemplo puede subir la tensión en las celdas).

Hoy en día hay químicas de batería más resistentes a las altas temperaturas, pero aún así se suele recurrir a algún sistema de refrigeración de la batería para evitar daños, mediante ventilador, refrigeración termoeléctrica de efecto Peltier, el propio aire acondicionado del coche o refrigeración por líquido. Estos sistemas pueden consumir más o consumir menos (alrededor de 1 kW a la hora fácilmente), pero consumen energía que, de nuevo, no sale de otra parte más que de la acumulada en la batería, reduciendo también la autonomía.

Si encendemos el aire acondicionado, el compresor de este consume electricidad, que también sale de la batería, y que hace que se reduzca un poco más la autonomía (viene a consumir del orden de 1 a 2 kW a la hora aproximadamente).

La autonomía homologada en el ciclo NEDC se mide a una temperatura  de  25 grados centígrados y sin encender en ningún momento ni la calefacción ni el aire acondicionado. Al cambiar estas condiciones se tiene menos autonomía.

 

 La velocidad también afecta al consumo, y también tiene que ver con la forma de conducir. El efecto de la resistencia aerodinámica en el consumo se nota tanto más cuanto mayor es la velocidad (su efecto es exponencial).

 Pero además en un coche eléctrico el efecto de la velocidad se nota mucho más, porque hoy en día algunos coches eléctricos comerciales portan caja de cambios, por lo que para aumentar la velocidad se aumenta la velocidad de giro del motor (algunos superan las 11.000 rpm), y para eso no queda otro remedio que aumentar la potencia que demanda, consumiendo tanto más. Casi todos los fabricantes limitan la velocidad máxima de sus coches eléctricos para evitar descargas demasiado rápidas y profundas.

Esto precisamente es uno de los motivos por los que se da la paradoja de que un coche con motor de combustión interna consume más en ciudad y consume menos en autopista, mientras que un coche eléctrico consume menos en ciudad y más en autopista, justo a la inversa.

Nos dicen que  Schaeffler ha estado investigando cajas de 2 velocidades, estimando una mejora de la autonomía de un 6 %;  Antonov estuvo trabajando en una caja de 3 velocidades; la compañía Drive Shift Design también fue otra defensora de las cajas de cambios en los coches eléctricos, argumentando una mejora de entre un 10 y un 15 % en la autonomía; e incluso se han llegado a probar cajas de cambios de 4 velocidades por parte de Oerlikon Graziano, que podrían llevar a una mejora de la eficiencia del coche eléctrico de alrededor de un 15 %.

El inconveniente de las cajas de cambios es que aumentarían el costo del coche eléctrico, y también su peso, añadiendo además complejidad mecánica. Además se perdería la gran suavidad e inmediatez de la respuesta del motor.

En un coche eléctrico de tipo medio se puede tener un consumo de unos 10 u 11 kW-h/100 km a 80 km/h, mientras que puede subir a unos 18 kW-h/100 km a 120 km/h.

El otro problema de moverse a 120 km/h, velocidad de autopista, es que el motor tiene que estar funcionando el 100 % del tiempo consumiendo energía y apenas se aprovecha la frenada regenerativa. Un coche eléctrico en ciudad tiene un consumo bajo, se aprovecha mucho de la frenada regenerativa que recarga la batería, y puede lograr una autonomía real muy similar a la homologada, o incluso más. En autopista en cambio, la autonomía real será menor que la homologada.

 

Los neumáticos.

Al cambiar los neumáticos puede cambiar mucho el consumo y la autonomía de un coche eléctrico. Según Michelin el neumático es responsable de un 26 % del consumo de un coche eléctrico. Los neumáticos más estrechos y altos, con mejor aerodinámica, con menor resistencia a la rodadura, con mayor presión de inflado y con menor peso ayudan a consumir menos.

Son tan importantes, que incluso hay modelos de neumáticos específicos para coches eléctricos. A la inversa tendremos más consumo y menos autonomía y no es para ignorarlo. Podemos utilizar como ejemplo los mismos datos del Renault ZOE al que nos referíamos antes. Con llantas de 15 pulgadas y neumáticos de ancho 185, la autonomía homologada es de 403 km, sin embargo con llantas de 17 pulgadas y neumáticos de ancho 205, la autonomía homologada baja a 367 km (o sea 36 km menos, casi un 9 % menos).

 

Conclusión:

En principio las cifras de autonomía homologadas de los coches eléctricos que nos indican los fabricantes nos pueden servir para comparar unos modelos con otros, siempre que comparemos en el mismo ciclo de homologación. Sin embargo la autonomía "real" que tenga con el coche no tiene por qué necesariamente coincidir con esa.

 

Fuente:  Ibáñez . Aquitecto-ingeniero. Facility manager. Editor en Motorpasión y en Circula Seguro.

 

Ing. Ricardo Berizzo

Cátedra: Movilidad Eléctrica

U.T.N. Regional Rosario                                                                                             2022.-