Recarga y autonomía

1
Recarga y autonomía. Necesidades reales y
tecnología actual.
A pesar de que las baterías presentan mejoras continuamente siempre parecen
insuficientes y, aunque lleguen al mercado, la mejora no se materializa en mejores
prestaciones de los vehículos eléctricos, no por el momento. Recientemente Bosch
estimó que el coche eléctrico necesitara de una autonomía de 300 km para ser
interesante y que esto ocurrirá en 2020. Por otro lado Tesla nos mantiene en vilo con su
anuncio de recargas comparables en tiempo a las de un motor térmico y Silex promete
un coche con 1000 km de autonomía.
Vamos a hacer una reflexión sobre qué se necesitaría para comparar un eléctrico a un
térmico, tanto en autonomía como en tiempo de reposición de carga, y qué es lo que
realmente puede necesitar un conductor.
2
1. Equiparar un eléctrico con uno térmico.
Empecemos por compararlo con un gasolina, pongamos como ejemplo un modelo
gasolina con un deposito de 55 litros y un consumo de 6.4 l/100 km (VW Golf 1.6 fsi),
lo que da una autonomía de 859 km, para lo que se tarda en repostar unos 5 min.
Para llegar a los 859 km un eléctrico con un consumo medio de 170 Wh/km (LEAF
ciclo NEDC) necesitaría una batería de 146 kWh, casi el doble que la del Tesla Model S
con más capacidad, lo que puede suponer unos 300 kg extra para el vehículo.
A la hora de recargar en un toma normal, de 3.6 kW llevaría 40 horas y media,
impensable, con una recarga rápida (50 kW) casi 3 horas, más que suficiente para
recargar cada noche, y con un supercargador como los de Tesla a 120 kW seria aun más
de una hora, demasiado para una parada corta en un viaje largo. Para poder reponer la
carga en 5 min se necesitaría una toma de 1,75 MW, incluso más de lo que promete
Silex Power.
5
Distancia( Consumo(Wh Capacidad(k RecargaNo RecargaRá Supercarg
min(k
km)
/km)
Wh)
rmal
pida
ador
W)
859
170
146
40 h
3h
1 h 13 min 1.75
2. Recomendaciones para recorridos largos
Pero si seguimos la razonable recomendación de no conducir más de 2 horas sin parar al
menos 15 minutos la cosa se pone un poco mejor. Nos ponemos entonces en el supuesto
de un viaje largo por autopista, como el consumo será mayor vamos a considerar 240
Wh/km. En el caso ideal de 2 horas a 120 km/h serían 240 km recorridos, dentro de lo
propuesto por Bosch.
3
El consumo eléctrico sería de 57 kWh, que se podría recargar en esos 15 minutos
usando una toma de 228 kW.
5
Distancia( Consumo(Wh Capacidad(k RecargaNo RecargaRá Supercarg
min(k
km)
/km)
Wh)
rmal
pida
ador
W)
240
240
57
16 h
1 h 15 min 28 min
228
3. Límite legal
Legalmente un conductor profesional puede conducir como máximo cuatro horas y
media, realizando una pausa ininterrumpida de al menos 45 minutos. Con esta
limitación podemos recalcular cuales son las necesidades. Cuatro horas y media a 110
km/h (porque una media de 120 no es realista), son 495 km, hace un total de 118.8 kWh
de batería, que se podrían recargar en una toma de 158 kW en esos 45 min.
5
Distancia( Consumo(Wh Capacidad(k RecargaNo RecargaRá Supercarg
min(k
km)
/km)
Wh)
rmal
pida
ador
W)
1h
158
495
240
118
33 h
2 h 22 min
4
El peso de las baterías y la energía específica equivalente.
Resumiendo los 3 casos vistos; el ideal, el lógico y el legal:
5
Ca Distancia Consumo(W Capacidad( RecargaNo RecargaR Supercarg
min(k
so
(km)
h/km)
kWh)
rmal
ápida
ador
W)
1
859
170
146
40 h
3h
1 h 13´ 1750
2
240
240
57
16 h
1h15´
28 min
228
3
495
240
118
33 h
2h22´
1h
158
y considerando el peso de las baterías actuales (con una energía específica de 240
Wh/kg en el mejor de los casos) vamos a calcular que energía específica se necesitaría
alcanzar para igualar los consumos:
Caso Capacidad Energía específica
1 146 kWh
417 Wh/kg
2
57 kWh
162 Wh/kg
340 Wh/kg
3 118.8 kWh
En el peor de los casos se requiere una energía específica de 417 Wh/kg, una cifra que
se espera conseguir en los próximos años ya que algunas empresas como Amprius o
Envia han declarado valores de 400 Wh/kg y CalBattery supera incluso los 500 Wh/kg.
Para el caso 3, donde el recorrido es de casi 500 km , se necesita una energía específica
de 340 Wh/kg, a medio camino entre la actual y la que se espera que llegue al mercado
en muy poco tiempo. Mientras que para el caso 2 vemos que la necesidad está cubierta,
que es el caso del Model S usando las baterías cilíndricas de Panasonic.
5
El problema de las recargas
El problema entonces recae en la recarga. Igualar la recarga de un coche a combustible
liquido se antoja difícil. Recargas de 1,75 MW supondrían un desgaste excesivo de las
baterías y un problema de seguridad por manipular semejante potencia.
En los casos más reales las recargas estimadas son a 228
kW y 158 kW respectivamente. El segundo caso no está
muy lejos de los nuevos supercargadores de 120 kW de
Tesla, indicando que la tecnología actual dista poco de
cubrir los requisitos para hacer de los coches eléctricos una
alternativa de uso diario, solo falta hacerla asequible.
¿Podrán las nuevas baterías soportar estas cargas?
Tomando las últimas publicaciones sobre baterías de diferentes fuentes de información
vemos que la tecnología no está muy lejos de cubrir las necesidades reales e incluso las
deseadas.
Más realistas son los casos de las baterías de electrolito sólido, que permiten cargas a
2C, lo que son 30 minutos, y prometen una energía específica elevada, o las baterías
alemanas de WZS que aguantan recargas a 5C (12 min) con una gran ciclabilidad y que
se trata de un producto terminado y basado en la química de ion litio actual.
La tecnología está ahí, solo tiene que llegar al mercado y que los fabricantes la adopten
en sus nuevos modelos, algo que se verá en los próximos años.
Cambiar la mentalidad
El problema son las infraestructuras y sobre todo la mentalidad del usuario. Y ahí
volvemos al problema del huevo y la gallina. Las infraestructuras no se montaran si la
gente no está dispuesta a usarlas y la gente no podrá usarlas hasta que no estén
disponibles.
6
Con suerte, nuevas normativas o iniciativas para equipar estacionamientos públicos y
privados con la preinstalación ayudaran a que poco a poco el coche eléctrico inunde las
calles.
(calle de Paris )
Hay que recordar que recargar un coche con electricidad tiene grandes ventajas en
cuanto a comodidad y accesibilidad. Para recargar un térmico necesitamos desplazarnos
a una estación de servicio, mientras que recargar electricidad se puede hacer en casi
cualquier parte; en el supermercado, en la playa, en casa… y es más fácil y seguro
montar 1000 puntos de recarga que montar estación de servicio.
Lo difícil pues es cambiar la mentalidad del usuario, algo que ocurrirá poco a poco con
el boca a boca, gracias a la experiencia de los usuarios de eléctricos que contaran sus
ventajas a los demás y que ira impulsada con los pequeños avances tecnológicos que
vemos cada día.
Julio 2011.-
Recopilación, traducción, adaptación
Ing. Ricardo Berizzo
U.T.N. Rosario - A.A.V.E.A.