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Jun 01, 2023

Matt Traverso

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Los vehículos eléctricos (EV) están diseñados para ser lo más comparables posible con sus contrapartes tradicionales que funcionan con gasolina. Sin embargo, en términos de eficiencia y uso de energía, la mayoría de los estándares fallan o son difíciles de interpretar.

Este artículo es parte de una serie en curso en la que examino el comportamiento de los vehículos eléctricos. Aquí, después de una meticulosa recopilación de datos, cuantificaré las capacidades de carga, la eficiencia y el alcance en el modo EV de mi vehículo híbrido enchufable (PHEV) y compararé esos números con los valores de etiqueta anunciados en fueleconomy.gov/Monroney.

El Toyota Rav4 Prime (R4P) PHEV es un vehículo híbrido equipado con una gran batería que le permite conducir aproximadamente 40 millas (65 km) solo con electricidad (modo EV). Cuando la batería está baja, el PHEV funciona de forma idéntica a un vehículo híbrido (modo HV) con un motor de gasolina y un generador. El PHEV parece ser el tipo de vehículo ideal para mi hogar de un solo vehículo, alimentando todos los viajes cortos con electricidad barata y limpia, al tiempo que permite viajes por carretera de largo alcance con gasolina de alta eficiencia y llenado rápido.

En este artículo, comparto los datos del mundo real sobre cuánto cargo mi PHEV y qué distancia puedo conducir con esa carga. Para recopilar los datos, conecto mi cargador a través de un vatímetro (~ $ 20 en Amazon) para medir la potencia que se necesita para cargar la batería.

Antes de entrar en el alcance y la eficiencia, quería destacar la carga de pared. Puedo medir qué tan rápido se carga y cuánta energía se necesita para cargar por completo para poder estimar el costo de un "tanque" de electricidad.

Recordatorio: es fácil confundir potencia (medida en kilovatios, kW) y energía (medida en kilovatios hora, kWh ). Para nuestros propósitos, la energía es la cantidad de carga almacenada en una batería, mientras que la potencia es la rapidez con la que se usa (al conducir) o se llena (cuando está enchufada).

El R4P acepta cargadores de Nivel 1 (L1) o Nivel 2 (L2). Tanto L1 como L2 usan el mismo puerto en el automóvil. L1 utiliza un tomacorriente de pared estándar, mientras que L2 requiere un circuito de alto voltaje (como una secadora de ropa o un horno) y se carga unas 5 veces más rápido (6,6 frente a 1,4 kW). Todos mis datos son de L1.

El vehículo suele consumir entre 1340 y 1350 W. Durante los últimos 30 a 45 minutos, el consumo de energía se redujo a 850 W. El tiempo total de carga fue de 11 horas y 51 minutos. , solo un poco más rápido que la especificación oficial de Toyota de 12 horas. Al costo promedio de electricidad en los EE. UU., este reabastecimiento cuesta $ 2.59pero los costos de electricidad varían según la región.

Realicé algunas otras pruebas en el cable de carga y la batería para medir su resistencia.

Algunas otras observaciones sobre la carga:

En general, estoy satisfecho con el rendimiento del cargador. Se desperdicia muy poca energía y el tiempo de carga coincide con las especificaciones. Un viaje diario típico puede respaldarse con una carga nocturna regular.

La electricidad generalmente se mide y paga por kWh, por lo que cualquier valor numérico que indique la economía de combustible de un EV idealmente se etiquetaría en mi/kWh. En cambio, el estándar de calcomanías de Monroney en los EE. UU. (ejemplo, Figura 3) incluye otras dos medidas de eficiencia EV que luego necesitamos convertir a kWh.

El primer valor es Millas por galón eléctrico (MPGe). Como escribí anteriormente, MPGe usa una constante de traducción asumiendo 33.705 kWh = 1 galón de gasolina. Por lo tanto, una puntuación de 94 MPGe equivale a 2,789 mi/kWh.

El segundo valor es la cantidad de kWh que se necesita para conducir 100 millas. 36 kWh se traducen en 2.778 mi/kWh. Dividiré la diferencia entre estos valores calculados en kWh de 2,778 y 2,789 y usaré 2,78 mi/kWh(4,47 km/kWh) como punto de referencia de economía de combustible publicado.

Estos resultados son para el R4P, pero los cálculos se pueden aplicar a cualquier EV y PHEV. Por ejemplo, utilicé fueleconomy.gov para determinar que el Tesla Model Y tiene alrededor de 3,6 mi/kWh y el Nissan Leaf alrededor de 3,3 mi/kWh.

La autonomía eléctrica de los EV y PHEV está incluida en la etiqueta de Monroney (Figura 4), pero es difícil de verificar de forma independiente. La autonomía se puede calcular multiplicando el valor mi/kWh por la capacidad de la batería. Sin embargo, la batería total no es completamente accesible para el modo EV. Para visualizar esto, he reunido los tamaños de partición aproximados según la información disponible (Figura 5).

El R4P tiene una batería de 18,1 kWh. La cantidad de capacidad total a menudo se expresa como un porcentaje y se denomina estado de carga (SoC). La etiqueta de Monroney en la Figura 4 indica un rango de 42 mi (68 km). A 2,78 mi/kWh, esto indica que 15,1 kWh de la batería de 18,1 kWh (83 %) están disponibles para la carga de vehículos eléctricos.

Cargué completamente el R4P en cinco días diferentes. Curiosamente, cada medición estuvo por encima de 15,1 kWh. 42 millas (68 km) puede ser una estimación de alcance conservadora para tener en cuenta la variación en las condiciones y los vehículos. A 2,78 mi/kWh, esperaríamos que el R4P conduzca más de 44 mi (71 km) según el valor de carga más grande.

El frenado regenerativo y la inercia es la razón probable de que no coincidan dos cantidades de carga. Cualquier evento regenerativo en modo HV realizado inmediatamente antes de la carga hará que la parte de la batería accesible para EV comience a llenarse. Incluí una partición para mostrar que la regeneración invade la batería accesible para vehículos eléctricos.

La batería necesita una partición para las funciones HV. Esta partición debe coincidir aproximadamente con la capacidad total de la batería de los modelos Rav4 Hybrid (1,6 kWh). El vehículo, no el operador, controla la cantidad de carga en esta partición y es cargada por el motor de gasolina, no por una toma de corriente.

Después de las asignaciones de los modos EV y HV, todavía hay una porción no contabilizada de la batería que es de aproximadamente 1 a 1,5 kWh, que he etiquetado como el "búfer" en la Figura 5. El consenso en los foros de Rav4 parece indicar que el búfer puede incluirse para mejorar la duración de la batería. Los propietarios deben sentirse seguros cargando la batería al 100 % de la parte accesible para vehículos eléctricos.

Siempre que mi vehículo alcance o supere el punto de referencia de eficiencia de conducción de 2,78 mi/kWh, también superará el punto de referencia de alcance de 42 mi (68 km).

Ahora que hemos cubierto las métricas de eficiencia de conducción eléctrica y la capacidad de la batería, podemos medir el rendimiento de mi vehículo y compararlo con los números oficiales de fueleconomy.gov. Usando el odómetro y un vatímetro, pude calcular mi/kWh para mis viajes solo en vehículos eléctricos.

La eficiencia mejoró durante el primer mes, lo que indica un período de quemado. No soy la primera persona en observar esto en un R4P. Tuve un poco de pánico durante las primeras semanas de propiedad, yo mismo. Esperemos que este trabajo ayude a caracterizarlo y preparar mejor a los nuevos propietarios.

Excluyendo el período de rodaje, cargué 101,76 kWh en total y pude conducir 282,3 millas, con un promedio de 2,774 mi/kWh(4,46 km/kWh), dentro del margen de error de las estadísticas oficiales de 2,78 mi/kWh y superando el campo de prácticas de 42 millas en cada prueba de carga. Mi antiguo ICE enumeraba 26 MPG en fueleconomy.gov, pero generalmente obtenía 23 MPG, por lo que mi Toyota Rav4 Prime PHEV coincide con las expectativas de kilometraje y rango del modo EV.

La alta variabilidad entre los diferentes viajes (Figura 8) es probablemente un reflejo de las diferentes condiciones y estilos de conducción. Estoy trabajando en un seguimiento para entender esto mejor. Estoy considerando factores como colinas, velocidad promedio y temperatura exterior.

Una nota final sobre la eficiencia: la pantalla del tablero muestra un promedio de mi/kWh que parecería más fácil de usar que calcular los valores usted mismo. Está incorrecto. Creo que sé por qué. Escribiré sobre mis hallazgos pronto.

He escrito antes sobre el costo y las emisiones por milla de EV vs ICE e Hybrid. En resumen, los costos promedio en EE. UU. a abril de 2023 fueron de $0,165/kWh y $3,83/gal de gas (datos BLS). Con esos promedios, cuesta un poco menos de $0.06/milla conducir el R4P en modo EV frente a $0.10/milla en modo HV y $0.127/milla para modelos ICE.

Este es un momento de transición para los vehículos eléctricos. Los estándares de eficiencia actuales de MPGe y kWh/100 mi pueden ser útiles para demostrar que los EV son más asequibles y más limpios de conducir que los ICE similares, pero debemos comenzar a acostumbrarnos más a mi/kWh como unidad y usar un vatímetro.

Este trabajo muestra que la eficiencia del modo EV en el R4P coincide con las especificaciones de fueleconomy.gov. A medida que recopile más información, planeo publicar más artículos que examinen la eficiencia del modo HV, el rendimiento del EV en diferentes condiciones y el cambio entre modos mientras se conduce.