Eficiencia de carga. Dudas

[Emilio Calvo]

Hola.

Tras leer este hilo, me quedé con la intriga y he hecho algunas pruebas.

Tengo un Policharger, 8,05kW de potencia contratada, cable de 7 metros (lo pedí más largo a propósito). Configurado a un máximo de 32A y limitando el amperaje desde el coche. Es un M3 LR AWD.

He probado a 4 amperajes distintos y os enlazo el resultado. En torno al 80%, con ligeras diferencias.

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1Ya2Zs3cC1qcPxjIwW12el536_n3raX-mStghV6z8IoE/edit#gid=0

Seguiré haciendo pruebas y compartiendo.

Un saludo

Emilio

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https://ts.la/emilio85345

[ramospacho]

Todos los fabricantes engañan en sus consumos ...Tesla tb por lo visto.

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[Zankk]

He probado a 4 amperajes distintos y os enlazo el resultado. En torno al 80%, con ligeras diferencias.

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1Ya2Zs3cC1qcPxjIwW12el536_n3raX-mStghV6z8IoE/edit#gid=0

Seguiré haciendo pruebas y compartiendo.

Muy interesante.

Veo que tus consumos están alrededor de los 15 kWh/100 km  medidos desde el coche y sobre los 19 kWh/100 desde la pared.

Son consumos mucho más razonables que los de GeorgeV.

Pero el tema es si el ordenador del coche se "olvida" de contabilizar las pérdidas en reposo, que en el caso del Model 3 son muy elevadas, de forma que la eficiencia real del coche es bastante inferior a la que muestra.....mientras que la eficiencia real de la carga es bastante superior a lo que parecen mostrar los datos.

[enjoesmo]

Hola,
Si el voltaje en el contador no tiene una media de 230 VAC o superior, la línea hasta el contador es mala. Aumentar la sección.
Si entre el contador y la toma de corriente del cargador hay una diferencia mayor de 1 voltio, yo aumentaría la sección del cable.
Si los cables del cargador se calienten, aumentar la sección del cable del cargador.
Si el cargador se calienta con potencias de 3 KW o inferiores, cambiar el cargador.
Poner tomas de 32 A, en vez del clásico Schuko de 16. Evitareis disgustos.
Hay que utilizar contadores o multímetros de verdadero valor eficaz. Los que no lo son, tienden a engañar.

Todas estas pequeñas mejoras juntas se notan.

Hay que pensar que si la eficiencia de carga es del 85 %, cuando cargas a 11 KW,  si se generan unas pérdidas de 1.650 watios, algo se va a fundir por sobrecalentamiento. No me parece lógica esa eficiencia, teniendo en cuenta que la eficiencia de una batería de litio junto con el cargador suele rondar el 95 a 97 %, lo que nos daría un 10 % de pérdidas en el resto del equipo (cargador, cables de carga, linea de conexión al contador) de 1.100 watios. Eso es demasiado para que no se derritan los cables.

[Zankk]

No me parece lógica esa eficiencia, teniendo en cuenta que la eficiencia de una batería de litio junto con el cargador suele rondar el 95 a 97 %, lo que nos daría un 10 % de pérdidas en el resto del equipo (cargador, cables de carga, linea de conexión al contador) de 1.100 watios. Eso es demasiado para que no se derritan los cables.

No es así. La eficiencia de carga de una batería de lítio (sólo la batería) puede superar el 97%, pero la mayor parte de las pérdidas durante la carga no están en la batería, ni en el cargador externo, ni en el cableado o conexiones....., sino en el cargador interno del coche que ha de transformar la corriente alterna en continua y aumentar el voltaje hasta los 430 V o más para que la corriente pueda almacenarse en la batería. De hecho el cargador interno suele estar refrigerado por líquido en los VE.

[Absolute]

No me parece lógica esa eficiencia, teniendo en cuenta que la eficiencia de una batería de litio junto con el cargador suele rondar el 95 a 97 %, lo que nos daría un 10 % de pérdidas en el resto del equipo (cargador, cables de carga, linea de conexión al contador) de 1.100 watios. Eso es demasiado para que no se derritan los cables.

No es así. La eficiencia de carga de una batería de lítio (sólo la batería) puede superar el 97%, pero la mayor parte de las pérdidas durante la carga no están en la batería, ni en el cargador externo, ni en el cableado o conexiones....., sino en el cargador interno del coche que ha de transformar la corriente alterna en continua y aumentar el voltaje hasta los 430 V o más para que la corriente pueda almacenarse en la batería. De hecho el cargador interno suele estar refrigerado por líquido en los VE.

Pasar de alterna a 430 de continua es muy eficiente y fácil, con un rectificador de doble onda+filtrado+DC/DC lo tienes hecho. La efiencia es de más del 90% con esas tensiones y potencias. No veo dónde se puede perder mucha energía en ese proceso...

[ma4t]

Hola,
Si el voltaje en el contador no tiene una media de 230 VAC o superior, la línea hasta el contador es mala. Aumentar la sección.
Si entre el contador y la toma de corriente del cargador hay una diferencia mayor de 1 voltio, yo aumentaría la sección del cable.
Si los cables del cargador se calienten, aumentar la sección del cable del cargador.
Si el cargador se calienta con potencias de 3 KW o inferiores, cambiar el cargador.
Poner tomas de 32 A, en vez del clásico Schuko de 16. Evitareis disgustos.
Hay que utilizar contadores o multímetros de verdadero valor eficaz. Los que no lo son, tienden a engañar.

Todas estas pequeñas mejoras juntas se notan.

Hay que pensar que si la eficiencia de carga es del 85 %, cuando cargas a 11 KW,  si se generan unas pérdidas de 1.650 watios, algo se va a fundir por sobrecalentamiento. No me parece lógica esa eficiencia, teniendo en cuenta que la eficiencia de una batería de litio junto con el cargador suele rondar el 95 a 97 %, lo que nos daría un 10 % de pérdidas en el resto del equipo (cargador, cables de carga, linea de conexión al contador) de 1.100 watios. Eso es demasiado para que no se derritan los cables.

No creo que por tener un valor eficaz medio de tensión inferior a 230V en el contador tenga porqué haber algún problema con la linea hasta el mismo. 230V es la tensión nominal en España, pero se permite una tolerancia para el suministro que creo que es de entorno al 10%, pues es imposible suministrar 230V a cada vivienda, por lo que es totalmente factible tener menos de 230V sin que exista ningún.




En cuanto a la eficiencia de carga, un rendimiento del 85% no es exageradamente bajo. Este estudio* (https://ncst.ucdavis.edu/wp-content/uploads/2018/09/Kong_NCST-Fellowship-Report.pdf), por ejemplo, señala que la eficiencia media a partir de una potencia de carga de unos 6kW en un Model S es, en este caso, de justamente un 85%, aunque esto depende de muchísimos factores, temperatura, rectificador que equipe el coche, tensión de carga, etc.

Este otro informe (https://avt.inl.gov/sites/default/files/pdf/fsev/SteadyStateLoadCharacterization2015Leaf.pdf) muestra la eficiencia de carga de un Leaf de 2015, en el que la eficiencia puede llegar a caer hasta el 60% para potencias de carga inferiores a 1kW. El informe deja claro que esta eficiencia es medida entre la salida del cable de carga y la salida del rectificador o cargador interno, pero en cualquier caso, la eficiencia del cable de carga suele ser mayor al 99% (con algunas excepciones). La eficiencia de la parte del proceso de carga que ocurre entre que la energía sale del rectificador y entra en la batería es también cercana al 99% en casos de bajas potencias como es el caso, pues la intensidad es relativamente baja. Al realizar una carga rápida en DC si que hacen que aumenten las pérdidas en este punto, pero difícilmente por encima de un 5% y solo en el período en el que la potencia es bastante elevada. Aún así, y al tratarse de alta potencia, un 5% puede suponer varios kW de calor produciéndose dentro de la batería, y es por eso que los coches que disponen de refrigeración activa en sus baterías, como es el caso de TESLA, suelen activarla al cargar a alta potencia. Por lo contrario, dudo que este mismo sistema de refrigeración para la batería actúe al cargar en AC a potencias bajas, a no ser que la batería venga de un trayecto con el que ha cogido una temperatura elevada, claro.

Evidentemente esta cantidad de pérdidas se disipa en forma de calor, y es por ello que, como comenta Zankk, los cargadores internos suelen estar provistos de algún tipo de refrigeración activa y es también por eso que en algunos casos y en función de la temperatura exterior, algunos VE pueden hacer bastante ruido a la hora de cargar.


*El eje de las abscisas del gráfico potencia - eficiencia tiene un pequeño error, pues las potencias que muestra parece que están divididas por 100.

[Absolute]

@ma4t  te confirmo que la tolerancia legal es del 10%: entre 207 VAC y 253 VAC está "OK" el suministro.

[ma4t]

@ma4t  te confirmo que la tolerancia legal es del 10%: entre 207 VAC y 253 VAC está "OK" el suministro.

Gracias! Bueno es saberlo. En mi casa, por ejemplo, siempre que he medido llegan menos de 220V, pero nunca he visto menos de 210V. Ahora ya sé que nunca deberían ser menos de 207V  .

[Absolute]

@ma4t  te confirmo que la tolerancia legal es del 10%: entre 207 VAC y 253 VAC está "OK" el suministro.

Gracias! Bueno es saberlo. En mi casa, por ejemplo, siempre que he medido llegan menos de 220V, pero nunca he visto menos de 210V. Ahora ya sé que nunca deberían ser menos de 207V  .

Yo he puesto una protección de subtensiones debido a la mala calidad del suministro en mi zona, al tener muy poca tensión necesitas más amperios para obtener la potencia necesaria y en arranques de motores y demás puede ser un problema. De hecho tengo una protección de subtensiones y sobretensiones y después aparte un combi SPU para descargas y sobretensiones más altas (al principio tenía solamente este, pero al ver las tensiones que me llegan opté por poner el de subtensiones).

[enjoesmo]

Hola,
Sin ánimo de polemizar y teniendo en cuenta mi experiencia:
Las compañías tienen el derecho a tener una variación de +/- 10 %. Pero esto no significa que eso sea bueno. En general, si la tensión media es de 225 voltios por ejemplo, la compañía necesita incrementar la potencia del transformador o aumentar la sección de la línea de suministro o ambas. Por razones obvias, no lo hacen salvo que les sea rentable, y me explico. En general, cuanto mayor es el voltaje que te suministran, tiendes a consumir mas potencia. Si ese aumento de consumo, les compensa para mejorar la tensión y llegar a los 230 nominales, lo harán; sino no.

Si sobrepasan el -10 %, también deberían hacerlo, pero he visto algún caso en el que no lo hacen. Mandan a sus técnicos cuando saben que la línea tiene menos carga y hacen un dictamen donde certifican que están dentro del rango. Eso suele pasar cuando a ese tramo de la línea hay conectados pocos clientes (pocos problemas).

Cuando en la línea la tensión baja de 230 VAC, las cargas resistivas, inductiva o capacitivas simples, sufrirán poco, peeeero, todo lo que sean convertidores de frecuencia, reguladores de tensión, convertidores CC-CC, eldctrónica con fuentes conmutadas, etc, surirán bastante mas, pues tendrán que compensar los voltios con amperios, teniendo que soportar  mayor estress electrónico al aumentar los amperios y por ende las potencias disipadas en todos los componentes.



Por otro lado si tengo una eficiecia del 85 %, y el conjunto bateria mas cargador tiee una eficiencia del 95 (es lo habitual en electrónica moderna de calidad), ese otro 10 % se perderá en el wallbox, cable de carga y línea de alimentación de wallbox; es decir si cargo a 11 KW, tengo que disipar 1.000 watios en forma de calor.
Esto no me cuadra, salvo part potencias de carga en el rango de 2Kw o menos, pues derritiría literalmente el wallbox, cable de carga y línea de suministro del wallbox.

La lógica me invita a pensar que como expliqué antes, algunos estudios utilizan equipos con poca precisión.
Cuando tenga mi model 3, y como dispongo de equipos de calidad (Fluje, etc) publicaré un estudio bien hecho para ver realmente cual es la eficiencia del Model 3 AWD en carga de batería.

Mientras tanto, dejadme que ponga en cuarentena esas eficiencias de carga del 85 % o inferiores (salvo potencias inferiores a 2 KW)

Espero no levantar polémica. No busco quien tiene razón, sólo intento usar la lógica matemática física y eléctrica.

Lo siento por este post tan largo

[DlasEV]

Cuando tenga mi model 3, y como dispongo de equipos de calidad (Fluje, etc) publicaré un estudio bien hecho para ver realmente cual es la eficiencia del Model 3 AWD en carga de batería.

Estupendo, será muy interesante ese estudio.

[ma4t]

Yo creo que la premisa de que el rendimiento del 95% del conjunto batería + cargador en el proceso de carga no es válida, o como mínimo no se puede tomar como valor medio. No dudo que la electrónica de potencia permita llegar a esas eficiencias e incluso a mayores en unas condiciones determinadas, pero me parece muy difícil tener una eficiencia del 95% en un conjunto batería + cargador de un VE en un caso real. Apostaría que la media del mercado está mucho más cerca del 85% que del 95%, aunque como he dicho, para un mismo VE depende de muchos factores, como la temperatura, el SoC y sobretodo la potencia y la tensión de carga. Los cargadores rápidos (50kW) por ejemplo, se acostumbran a anunciar con un rendimiento de alrededor del 95%, pero este solo ocurre en el mejor de los casos (y no incluye las pérdidas entre las salida del cargador y el almacenaje de la energía en la batería) pues conforme aumenta el SoC y disminuye la potencia del cargador disminuye también su rendimiento, pudiendo llegar a menos del 60%.

A partir de aquí se explicaría que no sea "necesario" disipar esa diferencia del 10% entre los aparatos (por decirlo de alguna forma) que existan antes del cargador del coche, pues por lo menos yo hablo siempre de eficiencia del cargador en sí o como mucho añadiendo las pérdidas entre la salida del mismo y el almacenamiento en la batería. Las pérdidas del Wallbox serán de alrededor de un 1% como máximo

En cuanto a la precisión de los aparatos de medición de los estudios me extrañaría bastante que usasen equipos de baja precisión tratándose de estudios realizados por laboratorios expresamente especializados en VE.

Sería muy interesante obtener nuevos valores y datos sobre este tema y por eso me encantaría que hicieses ese estudio, pero ten en cuenta que acceder a los puntos para medir la intensidad y sobretodo la tensión a la salida del cargador no creo que es nada fácil.

[enjoesmo]

Hola,

@Matt.
Si miras en la mayoría de fabricantes, el ciclo completo de carga descarga de bateria tiene una eficiencia del 95%.
En este caso hablamos sólo de la mitad del ciclo, por lo que la eficiencia sería del orden del 97,5% . Si a eso le añades que un cargador de "pequeña" potencia de 11 Kw tendrá una eficiencia del 97 % en carga, te saldrá una eficiencai del orden del 95 %.
Creo que la power wall tiene una eficiencia de 95 % en ciclo completo incluyendo el cargador/inversor.

Referente a como medir; es fácil. Pongo un medidor con error precisión del 1 % en la toma del wallbox y miro lo que carga el coche durante varios días. Sumo y veo las diferencias. La única variable que no controlo, es el medidor del coche, pues desconozco su precisión. No tengo acceso a ver la energía que realmente almacena la batería. Supongo que tendra una precisión aceptable.

Por otro lado, no hace falta acceder físicamente al cobre de un cable para medir tensión y corriente.
Pongo unos enlaces:
https://www.fluke.com/es-es/producto/comprobacion-electrica/comprobadores-basicos/fluke-t6-1000
https://www.fluke.com/es-es/producto/comprobacion-electrica/pinzas-amperimetricas/fluke-376-fc-true-rms-clamp-meter

Doy por hecho, que en el cable entre walbox y toma del coche, la caída de tensión es despreciable a potencias de 11 KW o menos, si el cable es de calidad "decente"

Por otra parte, si tenemos en cuenta las dos leyes de Kirchoff, eso que comentas, no se cumple.
Pongo enlace.
https://es.wikipedia.org/wiki/Leyes_de_Kirchhoff

Enlace con varias baterías con datos de cada modelo y su uso en tiempo real
http://batterytestcentre.com.au/


Os mantendré informados.

[ma4t]

La PowerWall de TESLA tiene una eficiencia del 90% de AC a AC según fabricante y en unas condiciones determinadas (https://www.tesla.com/sites/default/files/pdfs/powerwall/Powerwall%202_AC_Datasheet_en_northamerica.pdf) pero de todas formas desconozco hasta que punto es comparable la eficiencia de su cargador con la del de un VE.

En cuanto a las mediciones, entendí que las querías hacer entre la entrada y la salida del cargador para medir la eficiencia, tal y como han hecho por ejemplo en el estudio del Leaf que pasé en otro post. Creo que es la forma de obtener mejores resultados. Al final tampoco tengo demasiado claro que es lo que mide el medidor del coche, si la energía que entra en la batería, la que sale (imagino que esta) o la que llega a los motores. De ahí que dijera lo del difícil acceso a los puntos de medición, pues para llegar a la salida del cargador se deben desmontar algunas piezas del coche, a parte de que necesitas tener contacto directo con el metal del cable (el medidor de tensión con mordaza que has pasado sirve únicamente para AC, mientras que la salida del cargador es DC).

Es por esto que creo que es difícil obtener resultados más fiables que los que muestran los estudios realizados en laboratorio.


Otro ejemplo es el certificado de conformidad para la homologación de un vehículo, en el que se mide el consumo por distancia recorrida, por una parte tomando como referencia de consumo lo que "entra" en el vehículo directamente por el conector en AC como lo que "entre" en DC a la batería. En teoría, la diferencia entre ambos debería de ser la eficiencia del cargador.
Este, por ejemplo, corresponde al de un P90D, y a partir de la división de ambos consumos (DC/AC) se obtiene un rendimiento de un 87%.

Otra forma de verlo. Este certificado muestra también la energía total consumida en AC para la carga de la batería de cada uno de los modelos, desde un 60 a un 100. Tomando como buenos los datos de capacidad utilizable de la batería de este artículo (https://electrek.co/2016/12/14/tesla-battery-capacity/), obtenidos a partir de uno de los menús internos de TESLA, y dividiendo la capacidad utilizable entre la energía consumida por el proceso de carga en AC, se obtienen resultados del orden del 85%.

Es por todo esto que creo que si es posible o como mínimo razonable tener eficiencias de carga del orden del 85% en un VE. Que no digo que así sea en el Model 3, pero si creo que es un valor razonable.

¿Por cierto, que es lo que comento que no cumple las leyes de Kirchhoff?