Eficiencia de carga. Dudas

[ramospacho]

Un M3 gasta 20kwh reales entonces...

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[enjoesmo]

Hola
@Matt. Creo que hablamos de cosas distintas.
Yo hablo de la eficiencia de carga, no de la eficiencia de carga y descarga que es lo que vemos en la PW de Tesla. Si divides la perdida de eficiencia a partes iguales entre carga y descarga, te saldrá un 95 % para la carga y un 95 % para la descarga.
Te pongo un enlace del Youtuber Bjørn Nyland (es difícil de narices escribir su nombrecito) donde puedes ver lo que te comento a potencias muy elevadas, donde el efecto joule es mas acusado que a potencias de 5 a 30 Kw

https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=PPrVZtzAqX4

Si te vas al minuto 3,41 verás que la energía entregada por el cargador de muy alta potencia al M3, es de 65,4 Kw y lo que dice el coche que ha cargado son 61 Kw. Si dividimos, nos sale una eficiencia media de toda la carga del 93,227 % a potencias de carga de hasta 180 KW.
Si te fijas en el vídeo, veras que a medida que va bajando la potencia de carga, la eficiencia aumenta desde una media del 91 % a una media del 93,3 %. midiendo todo el tiempo de carga. Y en los 3 o 4 últimos minutos de carga, puedes comprobar que la eficiencia de ese último tramo está por encima del 95 %.

No se si el medidor del M3 y el medidor de Supercargador de 350 Kw son precisos.

Lo que no cumple las leyes de Kirchoff es: Respuesta #27 en: 10 de Junio de 2019, 03:24:33 pm »
Si salen 100 y llegan 85. los 15 que faltan se han de convertir en calor necesariamente. (efecto Joule)

Todo lo que explico es para potencias de carga mayores a 3 Kw.
Si el cargador tiene un consumo de 100 watios y el wallbox tiene un consumo de otros 100 y pedimos al wallbox que cargue a 200 watios, no llegará ni un sólo watio a la batería del vehículo. Todo se perderá en forma de calor y la eficiencia será igual a 0.
Nunca merece la pena cargar a potencias de menos de 2Kw si queremos tener buen rendimiento, o eficiencia.
Las máximas eficiencias en carga se consiguen haciendo trabajar al conjunto entre los 4 KW y los 30 o 40 KW en el caso del M3.

[josemdv]

Mucho cuidadito con TeslaFI. Su pagina funciona a base de realizar queries a la API del coche constantemente (impidiendo que se duerma). Mi coche consumía muchísima bateria cuando estaba en reposo y tenia TeslaFi configurado. No digo que esté relacionado, pero lo dejo aqui por aportar mi granito de arena.


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[enjoesmo]

Hola.

Buen apunte has dado. Tiene toda la lógica del mundo. Cuantas más veces preguntemos al coche por algo, más veces lo despertamos.

[Zankk]

Si te fijas en el vídeo, veras que a medida que va bajando la potencia de carga, la eficiencia aumenta desde una media del 91 % a una media del 93,3 %. midiendo todo el tiempo de carga. Y en los 3 o 4 últimos minutos de carga, puedes comprobar que la eficiencia de ese último tramo está por encima del 95 %.
Las máximas eficiencias en carga se consiguen haciendo trabajar al conjunto entre los 4 KW y los 30 o 40 KW en el caso del M3.

Estás confundiendo cargas en contínua con cargas en alterna.

La eficiencia en cargas con contínua es siempre muy alta. El trabajo lo ha hecho el cargador externo. Siemplemente la CC a 450 V pasa del cargador externo a acumulrse en la batería por la diferencia de potencial.

La eficiencia en alterna es otro tema. El cargador externo tan sólo deja "pasar" la electricidad hasta el cargador interno que es el que hace el trabajo duro, transformarla en contínua y elevando el voltaje a esos 450 V para que pueda acumularse en la batería. Ahí es donde están el grueso de las pérdidas de eficiencia. Como dice Ma4t, las cargas "reales" en alterna suelen estar en torno al 85 % de eficiencia, incluso a potencias de carga de 7 kW.

Mucho cuidadito con TeslaFI. Su pagina funciona a base de realizar queries a la API del coche constantemente (impidiendo que se duerma). Mi coche consumía muchísima bateria cuando estaba en reposo y tenia TeslaFi configurado. No digo que esté relacionado, pero lo dejo aqui por aportar mi granito de arena.

Si, gran apunte.

[rafape]

Como veo que en este hilo hay bastante gente puesta en el tema de cargas, me gustaria haceros una pregunta en base a pruebas que he ido realizando a ver si lo que he notado tiene algun sentido.
Cuando cargo con el cargador portatil de tesla a traves de un enchufe schuko domestico he notado que cuando cargo a menos amperios (9 o 10) con un voltaje medio de unos 215 (datos que da el coche) la carga que realiza es "mas eficiente" que cuando cargo a 13A (mismo voltaje). Con carga mas eficiente me refiero a que el coche "aguanta" mas kilometros, es decir como si cargando a 13A hubiera "kilometros falsos" cosa que no sucede (o al menos pasa en menor medida) cuando cargo a 9 o 10 Amperios. No hablo de eficiencia en el sentido de cuanto se pierde que seguramente por lo que habeis dicho este tipo de carga que hago a 9/10A tiene mas perdidas que la que hago a 13A, sino en el sentido de lo que mi sensacion hasta ahora es que las cargas mas lentas "llenan" mejor la bateria.
Probablemente sea una pregunta sin sentido me gustaría saber vuestra opinión, porque pregunté a un amigo electricista y me dijo que efectivamente las recargas a menos amperaje son "mejores" (con mejores no hablo de que haya menos perdidas) que a mayor amperaje pero tampoco supo darme ningun tipo de explicación.

[ma4t]

Yo también hablo de la eficiencia de carga en lo referente a VE, mi respuesta sobre la eficiencia AC-AC de la PowerWall era para aclarar que, por lo menos en la PowerWall 2 y según el datasheet de TESLA, esta eficiencia es del 90% y no del 95%.

Por lo que hace al video de Bjørn, haría falta aclarar a que hacen referencia exactamente esos indicadores de energía. ¿El del cargador, mide la energía que entra al aparato o la que sale? Esto último seria lo más lógico, dado que se muestra en la misma pantalla en la que se muestran la intensidad y tensión de salida del cargador. Suponiendo este caso, en ningún caso podríamos hablar de las pérdidas del propio proceso de rectificación del cargador ya que ya han estado descontadas.

¿Y el indicador del coche, hace referencia a la energía que entra por el puerto de carga del coche o la que realmente se almacena en la batería? 
Dando por buenas las precisión de estas mediciones, el primer caso no tendría demasiado sentido, ya que estaríamos diciendo que entre la salida del cargador y la "entrada" al coche se disipan 65,4-61=4,4kWh en un período de tiempo de 37 minutos que dura la carga, lo que equivale una potencia media de 7,2kW disipados. Dado que entre la salida del cargador y la "entrada" al coche hay poco más que el cable y el conector, no es posible que estos disipen 7,2kW de energía en forma de calor. En el cable como mucho se disiparán unas decenas de vatios y en el conector otros tantos, pero no creo que llegue ni a 0,5kW en total.
Es por esto que yo creo que lo que indica y mide el coche es directamente lo que le entra en un balance neto a la batería, y que esa diferencia de 7,2kW corresponde principalmente a la potencia que consume (y que por tanto no se acaba almacenando en la batería) el sistema de refrigeración de la batería (que tendrá que trabajar a toda potencia con tal de disipar el calor que se produce en el proceso de carga), sumado al consumo de todos los sistemas auxiliares del vehículo y por último, a las esas pequeñas perdidas por efecto joule que se producen entre la salida del cargador y la entrada al vehículo.
Esta sería la explicación de que la diferencia entra la potencia entregada por el cargador y la que muestra el vehículo disminuye conforme aumenta el SoC del vehículo, dado que a menor potencia menor necesidad de refrigeración de la batería, y no que la eficiencia del cargador aumente conforme disminuya la potencia.

Otro tema es la precisión de estos medidores. Volviendo a la diferencia entre la potencia que muestra el cargador y la que muestra el vehículo, esta debería ser teóricamente de unos 7,2kW de media en todo el proceso, según datos mostrados por el propio cargador y por el propio vehículo, pero resulta que es claramente inferior. En el peor de los casos (allá por el 50%, momento en el que imagino que el sistema de refrigeración irá a casi máxima potencia) no llega a 10kW, y la media es claramente inferior a 7,2kW, manteniéndose por debajo de 1kW a partir del 80%.


La relación de que a potencias reducidas la eficiencia de carga de un cargador rápido se reduce lo encontrarás también en multitud de estudios, como por ejemplo https://www.mdpi.com/2032-6653/7/4/570/pdf. La explicación, imagino tendrá que ver con temas de electrónica de potencia, dimensionamiento y optimización para una zona concreta de potencia, pero a partir de aquí se me escapa por completo.

Otro tema es si hablamos de le eficiencia de todo el proceso de carga rápida, desde que entra al cargador externo de alta potencia en AC hasta que se almacena en la batería en DC, teniendo en cuenta el consumo por refrigeración de la batería y otros auxiliares a parte de las pérdidas del propio proceso de rectificación AC-DC del propio cargador, pero este es otro tema.


En cuanto a que "Si salen 100 y llegan 85. los 15 que faltan se han de convertir en calor necesariamente. (efecto Joule)", creo no haber dicho lo contrario. Simplemente tú dabas por hecho que la eficiencia del batería + cargador debía ser del 95% y que no tenia sentido que entre la alimentación del Wallbox y la entrada el cargador la pérdidas fueran de un 10% (en esto último estoy de acuerdo) y yo decía que ese 95% de rendimiento de batería + cargador era difícilmente asumible.

EDITO:
Añado un par de vídeos precisamente de Bjørn en los que mide la eficiencia del proceso de carga y obtiene resultados de entre el 86% y el 89%. El método de medición no es sin duda el más preciso, pero me gustan los "tests caseros" que realiza Bjørn y pueden servir como referencia.
https://www.youtube.com/watch?v=6T6O95Fa_s8
https://www.youtube.com/watch?v=wt4Sswoy9kw

[xulio]

Mucho cuidadito con TeslaFI. Su pagina funciona a base de realizar queries a la API del coche constantemente (impidiendo que se duerma). Mi coche consumía muchísima bateria cuando estaba en reposo y tenia TeslaFi configurado. No digo que esté relacionado, pero lo dejo aqui por aportar mi granito de arena.


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Por eso tiene opciones específicas para echar al coche a dormir y un tutorial donde explica cómo configurarlas.

Yo uso TeslaFi y ahora mismo el bicho está totalmente sobado en el garaje, como un angelito.........

[enjoesmo]

Hola
@Zankk. No he confundido cargas en continua con alterna. He considerado que la eficiencia pérdida de un rectificador de alterna a contínua con componentes discretos es de mucho menos del 1% en monofáscia o en trifásica. En el vídeo lo que se ve es la eficiencia del pack de baterías del M3 (incluyendo el BMS), sin influir nada mas en la carga.. (Ni wallbox, ni convertidor CC-CA, n i nada). A esa eficiencia, has de restarle la del cargador interno¡ cuando cargas en alterna (menos del 1%) y entonces te sale la eficiencia total.
Lo dicho. Cuando tenga mi M3, os hago un pequeño estudio y así sabemos quien se lleva la perra gorda. jajaja

Bueno, al menos estamos de acuerdo también en que la eficiencia decae a potencias muy bajas.
En los videos de Bjorn las cargas se realizan a temperaturas de 0 grados o por debajo y lógicamente la eficiencia decae a esas temperaturas. En el primero logra un 90 y en el segundo logra un 89. En el segundo es peor debido a la energía que necesita para calentar baterías representa un mayor porcentaje del total que cuando carga en supercharger.. Estoy seguro que con temperaturas mas benignas, el habría conseguido estar muy cerca o incluso superar ese 95 %

Por cierto, en el estudio me ha parecido ver un Nissan. Sus baterias son distintas a las de Tesla y se sobrecalientan demasiado en cargas.

[Zankk]

He considerado que la eficiencia pérdida de un rectificador de alterna a contínua con componentes discretos es de mucho menos del 1% en monofáscia o en trifásica. En el vídeo lo que se ve es la eficiencia del pack de baterías del M3 (incluyendo el BMS), sin influir nada mas en la carga.. (Ni wallbox, ni convertidor CC-CA, n i nada). A esa eficiencia, has de restarle la del cargador interno¡ cuando cargas en alterna (menos del 1%) y entonces te sale la eficiencia total.

Con todos los respetos, afirmar que la eficiencia del cargador interno es superior al 99 % me parece una auténtica barbaridad. No vas a encontrar ningún cargador interno que anuncie en sus especificaciones esa eficiencia (y eso que sólo anuncian la eficiencia máxima conseguida en laboratorio) ni de coña.

Te pongo algún ejemplo https://www.lg.com/global/business/vehicle-components/xev-solution-power-train, aquí vienen las especificaciones del nuevo cargador LG, un prodigio de eficiencia según LG, que llega al 95% como máximo.

[ma4t]

Hola
@Zankk. No he confundido cargas en continua con alterna. He considerado que la eficiencia pérdida de un rectificador de alterna a contínua con componentes discretos es de mucho menos del 1% en monofáscia o en trifásica. En el vídeo lo que se ve es la eficiencia del pack de baterías del M3 (incluyendo el BMS), sin influir nada mas en la carga.. (Ni wallbox, ni convertidor CC-CA, n i nada). A esa eficiencia, has de restarle la del cargador interno¡ cuando cargas en alterna (menos del 1%) y entonces te sale la eficiencia total.
Lo dicho. Cuando tenga mi M3, os hago un pequeño estudio y así sabemos quien se lleva la perra gorda. jajaja

Bueno, al menos estamos de acuerdo también en que la eficiencia decae a potencias muy bajas.
En los videos de Bjorn las cargas se realizan a temperaturas de 0 grados o por debajo y lógicamente la eficiencia decae a esas temperaturas. En el primero logra un 90 y en el segundo logra un 89. En el segundo es peor debido a la energía que necesita para calentar baterías representa un mayor porcentaje del total que cuando carga en supercharger.. Estoy seguro que con temperaturas mas benignas, el habría conseguido estar muy cerca o incluso superar ese 95 %

Por cierto, en el estudio me ha parecido ver un Nissan. Sus baterias son distintas a las de Tesla y se sobrecalientan demasiado en cargas.

Los resultados que obtiene son, como he dicho anteriormente, del 89% y 86% para cargas de 7,4kW y 11kW respectivamente y no del 90% y 89% como comentas, a no ser que estemos vídeos diferentes. No sé a que temperatura estarán hechos los vídeos, y reconozco que desconozco si la eficiencia de carga disminuye con la temperatura ambiente, pero precisamente con la carga con la que obtiene mayor eficiencia es la que se realiza en un aparcamiento cubierto, que tiene toda la pinta de ser más calido que en el otro caso en el que carga en la calle con nieve.

Y si, en el estudio utilizan un Leaf para calcular la eficiencia del cargador, pero poco importa que sus baterías se calienten o no, ya que esto NO afecta a la eficiencia del cargador. De hecho como si pusieran algún tipo de carga resistiva por valor de 40 o 50kW sin necesidad ni de ser una batería (que es como se acostumbran a testear estos aparatos); la eficiencia medida no se vería prácticamente afectada.

Creo que he aportado bastantes estudios, de varias fuentes e incluso de laboratorios oficiales de homologación como para poder respaldar que una eficiencia del 85% no es algo descabellado.
Yo hice una prueba hará 5 años con mi i3 y obtuve unos resultados de entre 85,6 y 86,7%, a partir de los datos de energía en la batería que se pueden obtener del coche y de dos medidores externos, aunque reconozco que pueden ser resultados poco fiables, sobretodo dado que estos medidores no estaban calibrados ni eran de calidad.

Ya nos dirás que resultados obtienes, pero me sorprendería mucho que obtuvieses rendimientos de alrededor de 95% o incluso más como dices que es habitual en estos sistemas.

[Absolute]

Yo me dedico profesionalmente a medir y probar baterías de litio y fuentes de alimentación entre otras cosas con equipos de laboratorio y, al igual que digo que el 75% de eficiencia es muy poco, también digo que el 95% en todo el proceso en una carga en el mundo real no lo consigue nadie.

El calentamiento de los cables, de la propia batería y del cargador se llevan más de eso... Y hay que enfriarlos, con lo cual seguimos perdiendo eficiencia porque tenemos que alimentar el sistema que enfría la batería y el cargador.

Yo diría que lo normal cargando a 11kw será en torno a un 85% de eficiencia y mejorará según vayamos bajando la potencia por reducción de pérdidas por calentamiento y reducción de necesidades de mantener encendido el sistema de refrigeración de la batería.

[enjoesmo]

Yo me dedico profesionalmente a medir y probar baterías de litio y fuentes de alimentación entre otras cosas con equipos de laboratorio y, al igual que digo que el 75% de eficiencia es muy poco, también digo que el 95% en todo el proceso en una carga en el mundo real no lo consigue nadie.

El calentamiento de los cables, de la propia batería y del cargador se llevan más de eso... Y hay que enfriarlos, con lo cual seguimos perdiendo eficiencia porque tenemos que alimentar el sistema que enfría la batería y el cargador.

Yo diría que lo normal cargando a 11kw será en torno a un 85% de eficiencia y mejorará según vayamos bajando la potencia por reducción de pérdidas por calentamiento y reducción de necesidades de mantener encendido el sistema de refrigeración de la batería.

Hola,
Yo he leido en la descripción de cada vídeo las cifras que he puesto. (89% y 90 %). No he visto el vídeo entero. O bien las cifras en la deswcripción están mal o bien las que diga el vídeo en su contenido están mal.
Quizá de nuevo estemos de acuerdo los dos. ;-)

[enjoesmo]

Hola.
(Esto se anima!)
@Absolute.
Lo que yo sé, es que toda la energía que entregas a una batería, o se almacena o se pierde en calor (grosso modo).
Si tu cargas a corriente constante y a tensión constante cuando se requiera, una litio de las características de la panasonic NCR 18650 B como la que llevan los tesla S y X o la mas moderna 21700 de mas de 95 % SOH a 0,2C, (a 15 KWh 15 KW) a 20ºC desde 20 % SOC hasta el 80 % de SOC la energía almacenada en esas celdas estará muy cerca del 97 o 98 %, pues no se calentarán en absoluto. Y por lógica, si no se calientan, almacenan prácticamente toda la energía suministrada.
El otro 2 a 5 %, se lo "comerán" los cables internos, el BMS, el rectificador, el estabilizador y el CC-CC para llegar a los 403 VCC de voltaje de carga al 80 % SOC del M3.
En trifásica, creo que tendrá mejor rendimiento que en monofásica pues el CC-CC lo tendrá más fácil en trifásica para llegar a esos + de 400 VCC.
Desconozco si Tesla en su electrónica utiliza carburo de silicio en las etapas de potencia para el cargador. Para el inversor de tren motriz si lo usa, por eso la eficiencia del M3 en carretera. Si fuera así, las eficiencias (permitidme la expresión) son la leche.

Lo dicho, Haré extensas pruebas de carga tanto en mono, como en trifásica a tres potencias distintas y os contaré.
Espero contar con la ayuda vuestra en caso de necesitar herramienta de precisión para medir correctamente.
Gracias

[Absolute]

Hola.
(Esto se anima!)
@Absolute.
Lo que yo sé, es que toda la energía que entregas a una batería, o se almacena o se pierde en calor (grosso modo).
Si tu cargas a corriente constante y a tensión constante cuando se requiera, una litio de las características de la panasonic NCR 18650 B como la que llevan los tesla S y X o la mas moderna 21700 de mas de 95 % SOH a 0,2C, (a 15 KWh) a 20ºC desde 20 % SOC hasta el 80 % de SOC la energía almacenada en esas celdas estará muy cerca del 97 o 98 %, pues no se calentarán en absoluto. Y por lógica, si no se calientan, almacenan prácticamente toda la energía suministrada.
El otro 2 a 5 %, se lo "comerán" los cables internos, el BMS, el rectificador, el estabilizador y el CC-CC para llegar a los 403 VCC de voltaje de carga al 80 % SOC del M3.
En trifásica, creo que tendrá mejor rendimiento que en monofásica pues el CC-CC lo tendrá más fácil en trifásica para llegar a esos + de 400 VCC.
Desconozco si Tesla en su electrónica utiliza carburo de silicio en las etapas de potencia para el cargador. Para el inversor de tren motriz si lo usa, por eso la eficiencia del M3 en carretera. Si fuera así, las eficiencias (permitidme la expresión) son la leche.

Lo dicho, Haré extensas pruebas de carga tanto en mono, como en trifásica a tres potencias distintas y os contaré.
Espero contar con la ayuda vuestra en caso de necesitar herramienta de precisión para medir correctamente.
Gracias

Quitando el error de los 15kWh, que entiendo que son kW de potencia de carga, decir que puedo estar de acuerdo en que la batería almacena un 90 y muchos por cien a 0.2C y que el cargador también tendrá un rendimiento del 93-95%. Si condideramos que la batería tiene un 97% y el cargador el 95% ya tenemos una eficiencia del 92.15%. Si acumulamos las pérdidas de todo el cableado bajamos del 90%... y eso en condiciones ideales, que no reales.

Por otra parte, yo solamente tengo acceso a equipos de precisión en mi trabajo, por lo que no podría ayudarte en eso...

Dicho esto, me parece un ejercicio muy interesante el medir la eficiencia de carga.

Un saludo