Cálculos de autonomía y rendimiento.

Cálculos de autonomía y rendimiento.
Como se relacionan la potencia, el peso y la velocidad.
Los futuros usuarios de coches eléctricos, nos plantean sus dudas con respecto a las
autonomías anunciadas por las distintas marcas de vehículos eléctricos.
Nosotros como Organización que promueve esta tecnología, presentamos este estudio
que intenta resolver esta situación, con datos de la realidad en distintas situaciones de
manejo.
La autonomía real va a depender del estilo de manejo y del uso de accesorios de alto
consumo como aire acondicionado o la calefacción.
La ventaja de contar con los valores de este estudio es que cada conductor, puede
predecir según las condiciones de manejo los rendimientos de su vehículo.
Consumo eléctrico en función de velocidad.
La presentación de resultados es mediante tablas y en la primera veremos el consumo
de Wh por kilómetro y como se hace mayor en función de la velocidad de circulación.
Se considera un vehículo de hasta 1300 Kg de peso, en un régimen de funcionamiento de
mínimo consumo, un pasajero sin aire acondicionado.
La resistencia por coeficiente aerodinámico del modelo, es un valor promedio (0.32) en
vehículos actuales, frente en cuña y formas redondeadas. La presión de los neumáticos es
de 36 adelante, 39 atrás.
Se presenta una tercera columna con la gama proyectada, con un banco de baterías de
Litio (LI FePO4) de 17 Kw del que solo utilizamos el 88 % de su capacidad.
Velocidad Km/h
10
20
40
60
80
100
120
130
140
Consumo Wh/Km
120
130
145
155
165
188
219
243
262
Gama con 15 KW.
125 Km.
116 Km.
103 Km.
97 Km.
91 Km.
80 Km.
69 Km.
62 Km.
57 Km.
Los valores de esta tabla se registraron en pruebas en funcionamiento continuo en ruta.
Se ve claramente que a mayor velocidad, mayor el consumo y menor la autonomía final.
Esto se comprende con facilidad en el siguiente cuadro, de potencia necesaria para
determinadas velocidades.
José Belloni 3813- Montevideo- Uruguay- 059825132478- Skype: autolibrehttp://www.autolibreelectrico.com
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Velocidad Km./h.
20
48
60
80
100
120
140
Potencia Kw. requerida
2
5
6,5
12
18
25
35
Si analizamos la potencia necesaria para desplazarnos a 60 Km./h y a 120 Km./h se
ve que no es lineal, para moverse al doble de 60 Km./h se requiere casi 4 veces más de
potencia.
Este efecto se aplica a cualquier móvil que se desplaza horizontalmente en nuestras
calles. Esto es claramente intuitivo, ya que es siempre creciente a medida que aumenta la
velocidad. En un vehículo estándar de uso urbano los valores son más concretos y de
promedio obtendremos 90 Km de autonomía con 15 Kwh de capacidad de batería.
Vehículos rápidos de alto desempeño.
En vehículos de alrededor de 1100 Kg con sistemas para circular a más de 160 Kmh se ha
estudiado el consumo en función de velocidad. La forma de esta curva es, obviamente, no
lineal. Por ejemplo en el deportivo eléctrico TESLA, a velocidad de crucero de 60 mph
(1,6 Kmh = 1 mph) requiero alrededor de 15 kW. Sin embargo, consumiendo 30kW sólo
se acelerará a cerca de 80 mph - mucho menos que el doble de rápido.
Y si subimos a 60kW aceleramos a alrededor de 107 mph, usando 4 veces más de energía
que a 60 mph, pero sólo viajaría alrededor de 1,8 veces más rápido.
Distribución de pérdidas de energía:
Para entender por qué estas curvas tienen esta forma, es útil examinar que ocurre
realmente con la energía. Para simplificar, agrupamos el uso de la energía en cuatro
"indicadores":
1. Pérdida de eficacia aerodinámica (arrastre del aire sobre el cuerpo del coche y área
frontal)
2. Pérdidas de arrastre de neumáticos (aerodinámica y rodadura de los neumáticos)
3. Pérdidas del tren de tracción (variador, motor, caja de cambios, rodamientos)
4. Pérdidas auxiliares (cargas de 12V, ventiladores y bombas, luces, etc)
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1.
Cada uno de estos componentes de la pérdida tiene muy diferentes características y se ve
afectada de diferentes maneras por hacer cambios en el mundo real en el vehículo.
1-Las pérdidas aerodinámicas son casi enteramente relacionadas por la velocidad de
conducción. La otra cuestión a tener en cuenta es que estas pérdidas son determinadas
por la velocidad relativa del viento sobre el vehículo - no necesariamente la velocidad
sobre el suelo. Así que si usted está manejando con viento en contra en un 10 millas por
hora, es casi lo mismo que conducir 10 mph más rápido desde el punto de vista de la
pérdida aerodinámica. Como se puede ver en el gráfico, esto puede tener un impacto
enorme en el consumo de Wh / kilómetro, incluso con cambios muy pequeños en el
viento.
2-Las pérdidas de las llantas son determinadas principalmente por el peso del vehículo y
la resistencia la rodadura de los neumáticos a sí mismos. Para el Roadster que hemos
elegido los neumáticos que ofrecen una gran combinación de baja resistencia al
rodamiento y tracción o el agarre. La presión de aire en los neumáticos tiene un gran
efecto en esta resistencia a la rodadura, la adherencia y la pérdida de neumáticos en
general. Una mayor presión da una menor resistencia al rodar, pero un viaje menos
confortable. El modelo anterior se realiza en 30/40 psi delantero / trasero.
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Usted puede esperar de un + / - variación 10Wh/mile con un + / - 20% de variación en la
presión de los neumáticos. Del mismo modo, mediante la reducción de la masa del
vehículo se ve una reducción proporcional de la pérdida de rodadura. Así que si se reduce
la masa total de un 1%, entonces se reduciría la pérdida de rodadura alrededor de un 1%.
3. Las pérdidas del tren de tracción, incluyen las que están fuera de control del usuario:
la eficiencia del controlador de motor, el motor en sí, la caja de cambios y en general todas
las pérdidas en la conversión de la electricidad de corriente continua de la batería en par
útil en las ruedas del coche. Esta es proporcional a la velocidad debido a las pérdidas que
gira en la caja de cambios y motor y también es proporcional a la potencia debido a las
pérdidas de conversión en los diversos subsistemas.
4. Auxiliares son las pérdidas causadas por todas las "otras" cargas eléctricas en el
vehículo, en particular: sopladores de 12 V y bombas de enfriamiento, la radio,
iluminación interna y externa, etc. Para el modelado de arriba, asumimos que no había
calefacción o la carga de aire acondicionado. Estas pérdidas son algo diferentes a las
demás, ya que representan un consumo más o menos constante y suceden en el vehículo,
independientemente de la velocidad, los vientos o cambios de elevación.
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Rango:
Ahora que tenemos una mejor comprensión de la cantidad de la energía que un vehículo
utiliza por milla, la siguiente pregunta es ¿hasta dónde puede ir? La plena capacidad
típica de un paquete de batería de un Tesla cuando está cargada al 100% en modo de
rango máximo y descargar de forma constante durante 3 horas es de unos
55kWh. Utilizando ese número se puede calcular un interesante campo de prácticas para
la curva de varias velocidades.
Si bien este gráfico muestra que un mayor campo de prácticas de 300 millas debería ser
posible, las condiciones para ello son muy raras: la conducción del estado estacionario a
30 mph (no se detiene o se inicia) para más de 10 horas!. Es más relevante para la
conducción del mundo real y la planificación del viaje ver como el rango varía entre quizá
45 mph y 80 mph.
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