La calefacción y la refrigeración son un desafío para los vehículos eléctricos

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Si estas leyendo Electronia, es probable que sea un gran partidario de los vehículos eléctricos y le gustaría ver más de ellos en la carretera. Los coches propulsados ​​por motores de gasolina y diésel son enormemente ineficientes. De acuerdo a AAA, solo alrededor de un tercio de la energía contenida en un galón de gasolina se utiliza para impulsar un vehículo hacia adelante. Casi dos tercios de esa energía se convierte en calor, parte del cual es absorbida por el refrigerante y el resto sale por el tubo de escape.

Es difícil creer que un proceso tan derrochador se haya convertido en el medio estándar para impulsar el sector del transporte mundial, pero hay buenas noticias. Parte de ese calor residual se puede recuperar del refrigerante para calentar el interior de nuestros vehículos. Por maravillosos que sean los vehículos eléctricos, no tienen un flujo de calor residual que pueda aprovecharse para el mismo propósito, lo que plantea un desafío: ¿cómo mantener cómodos a los conductores y pasajeros de vehículos eléctricos cuando hace frío afuera? El corolario de eso es cómo mantenerlos frescos cuando hace calor afuera.

Un autobús escolar eléctrico en Alaska

De acuerdo a Medios públicos de Alaska, hay exactamente un autobús escolar con batería eléctrica en todo el estado. Transporta a niños en edad escolar en el Distrito Escolar Alaska Gateway, que incluye la ciudad de Tok cerca de la frontera con Canadá. Las temperaturas en el área pueden bajar hasta -40 grados F.

Quizás se pregunte qué tan bien funcionan las baterías del autobús en condiciones tan frías. Gerald Blackard, copropietario de Tok Transportation, dice que el autobús ha funcionado sin problemas durante el año pasado, incluso en el clima más frío. El único problema es mantener el interior calentado. [Note: In Alaska, buses must be kept at 45° F or more. School children are required to wear warm clothing while riding back and forth to school.]

Lo que Blackard ha aprendido es que se necesita más energía de la batería para calentar el autobús que para recorrer las 30 millas diarias necesarias para completar su ruta. “El 27 de enero, teníamos 38 por debajo”, dice. “La eficiencia del autobús ese día fue de 3,46 kilovatios por milla. Así que este otoño, de agosto a septiembre, estábamos corriendo entre 1,4 y 1,7 kilovatios por milla. Incluso con un poco de aislamiento en las baterías y algo así como cubrir el compartimiento del motor para tratar de retener tanto calor como pudiéramos, todavía estábamos usando más energía para calentar el autobús que para conducir el autobús “.

Blackard dice que ha estado compartiendo los datos que recopila sobre cómo funciona el autobús con la empresa de servicios públicos local, el Centro de Energía y Energía de Alaska Fairbanks de la Universidad de Alaska, el fabricante de baterías Proterra y Thomas, el fabricante del autobús con sede en Carolina del Norte. “Estoy en contacto con [Thomas] a menudo ”, dice,“ y siempre sienten curiosidad por ver cómo van las cosas y asegurarse de que funcionan correctamente ”.

Tok Transportation utiliza una instalación solar de 10,8 kilovatios para recargar el autobús, pero como utiliza 22 kilovatios de energía mientras se recarga, necesita complementar la electricidad de los paneles solares con electricidad de la red local. Se planea un componente de almacenamiento de batería para el futuro cuando los fondos estén disponibles. La mayor parte del costo de $ 400,000 del autobús y el sistema solar fue pagado por la Autoridad de Energía de Alaska.

Acerca de esas furgonetas de entrega Rivian para Amazon

Esta semana, un conductor de pruebas con los labios sueltos dejó escapar que las camionetas de reparto Rivian de preproducción que se están construyendo para Amazon usan hasta un 40% más de energía de la batería si los sistemas de calefacción o refrigeración están encendidos. Se supone que esas camionetas tienen un alcance de 125 a 150 millas. Restar el 40% los deja con solo 75 a 90 millas de alcance.

La empresa reconoció Reuters que se estaban realizando las pruebas, pero advirtió que estos modelos de preproducción no tienen el aislamiento que se incluirá en los vehículos de producción. Eso puede ser cierto, pero parece poco probable que Rivian agregue suficiente aislamiento a las camionetas que salen de la línea de ensamblaje para marcar una diferencia significativa.

Rivian está descubriendo lo que los conductores de vehículos eléctricos ya saben. Activar los controles de clima en un automóvil eléctrico significa que habrá menos energía disponible para moverlo por la carretera. Hay una razón por la que en invierno, los conductores de Nissan LEAF como yo usamos el volante con calefacción y los calentadores de los asientos en lugar del calentador siempre que sea posible. [The good news is, when you turn on the heat in an EV, it comes on instantly, unlike a conventional car that may need several miles of driving to warm up.]

La comida para llevar

Durante más de un siglo, los conductores han aprovechado el calor residual que generan sus coches para mantenerse calientes en invierno. Nunca nos detuvimos a preguntarnos si semejante despilfarro era bueno para el medio ambiente. Por supuesto que no lo es. La nueva era de los vehículos eléctricos está sobre nosotros y ya no tenemos una fuente de calor residual al alcance de la mano.

Cuando el aire acondicionado se convirtió por primera vez en algo para los automóviles, los compresores eran tan ineficientes que podían reducir el rendimiento de la gasolina hasta en un 20%. Pero a medida que subieron los precios de la gasolina, los sistemas de aire acondicionado se volvieron más eficientes. Lo mismo ocurrirá con la calefacción de cabina para vehículos eléctricos. Como de costumbre, Tesla ha estado a la vanguardia de la innovación con su Octovalve, que por sí sola permitió un aumento del 10% en el alcance del Model Y.

Los primeros vehículos eléctricos utilizaban calefacción por resistencia para calentar el interior, la misma tecnología de la década de 1960 utilizada por los calefactores eléctricos. La electricidad pasa a través de una bobina de alambre, que calienta y calienta el aire a su alrededor. Funciona, pero utiliza una gran cantidad de electricidad para el calor generado. En otras palabras, es ineficiente, al igual que se supone que reemplazan los vehículos eléctricos con motor de combustión interna.

Tesla ha sido líder en la mejora de la tecnología de bombas de calor para sus vehículos, tanto que puede entrar en el negocio de la fabricación de bombas de calor para residencias y edificios comerciales. Según Kyle Field, Tesla rediseñó los sistemas de calefacción y refrigeración del Modelo Y para reducir las ineficiencias de calefacción y refrigeración con electricidad y maximizar la eficiencia de los sistemas térmicos del vehículo.

El circuito de refrigeración se integró en un único sistema de gestión de calefacción y refrigeración para el vehículo que optimiza la energía térmica que fluye por todo el vehículo e integra la Octovalve con una bomba de calor completamente rediseñada.

En el análisis final, el sector del transporte necesitará encontrar nuevas formas de controlar la temperatura de la cabina de los vehículos, ahora que no tiene un suministro de calor excedente para trabajar. Afortunadamente, Tesla está abriendo un camino para que los demás lo sigan.

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