Calefacción en coches eléctricos: un pequeño problema

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Hace pocos días hemos leído en distintos medios acerca del problema que están teniendo algunos taxis eléctricos en la ciudad de Osaka (Japón).

nissanleaftaxi

El gobierno japonés, puso  en 2011 a disposición de los taxistas de Osaka 50 unidades de Nissan Leaf a unos precios muy competitivos, incluyendo una gran subvención como parte de un plan para impulsar el coche eléctrico.

A día de hoy, estos taxis eléctricos están teniendo muchos problemas con la autonomía de sus baterías, parece ser que los 100kms iniciales que podían recorrer sin problemas se han convertido en poco más de la mitad. Esto ha llevado a un importante cabreo de los taxistas y a una continua búsqueda de formas de ahorrar kWh a toda costa para evitar recargas, las cuales disminuyen su tiempo en carretera y como consecuencia sus ingresos.

Una de las medidas que han tomado es disminuir el consumo de calefacción y ofrecer mantas y calentadores de manos a los clientes. Aunque ya sabemos que en un coche de combustión la calefacción es “gratuita”, no es así en un coche eléctrico, veamos el porqué.

Factura luz

 

¿Cómo funciona la calefacción de un coche eléctrico?

Anteriormente explicamos en Nergiza el funcionamiento del sistema de calefacción de un coche tradicional, donde se utilizaba el calor que desprende el motor de combustión para calentar “agua”, la cual disipa el calor en al habitáculo a través de un sistema de baterías de intercambio y ventiladores.

La alta eficiencia del motor eléctrico (más del 80%) respecto al de combustión (menos del 40%),  hace que el primero no desprenda a penas calor, o al menos no el suficiente para utilizarse como calefacción, por lo tanto, a día de hoy los coches eléctricos suelen contar con un sistema de resistencias eléctricas para la calefacción del habitáculo.

Como ya explicamos en nuestro post sobre el calor azul, el sistema de calor por resistencias eléctricas (efecto Joule) es uno de los más “anti-económicos” debido a que para obtener 1kWh de energía térmica (calor) necesitamos consumir 1kWh de energía eléctrica, que en este caso saldría de las baterías del vehículo.

El caso del Nissan Leaf es todavía peor en cuanto a eficiencia energética: las resistencias eléctricas no calientan directamente el aire, si no que calientan un fluido intermedio (agua) que a su vez cede su calor al aire del habitáculo. Estos intercambios de calor intermedios hacen que el sistema pierda eficiencia respecto a otro sistema más directo. Se nos ocurren diversas hipótesis del porqué de este montaje:

  1. Seguridad eléctrica: evitar altas tensiones (400V) dentro del habitáculo: utilizando el agua como fluido intermedio dejamos las zonas con peligros eléctricos alejadas del conductor y acompañantes.
  2. Aprovechamiento de piezas ya diseñadas: este sistema es más similar a la calefacción “tradicional” en vehículos, por lo tanto las baterías de intercambio y demás piezas ya están diseñadas y existen procesos de fabricación para ellas.
  3. Seguridad contra incendios: unas resistencias eléctricas en un flujo de aire pueden ser peligrosas ya que si los sistemas de seguridad fallan, el elemento calefactor puede alcanzar temperaturas muy elevadas y ocasionar un incendio, cosa que no sucedería en el agua.
esquema calefaccion nissan leaf

 

 ¿Cuánto consume poner la calefacción en un coche eléctrico?

La respuesta a esta pregunta dependería del modelo de coche eléctrico del que estemos hablando. Pondremos como ejemplo el Nissan Leaf. Éste cuenta con un sistema para precalentar el habitáculo mientras la batería se carga en el garaje, utilizando energía de la red eléctrica, por lo tanto este “atemperamiento” del coche no tendría consumo de batería. Una vez salimos a la calle, tenemos disponibles 5kW de resistencias eléctricas, aunque no tienen por que funcionar a tope.

nissan leaf calefaccion pantalla

A este coche se le atribuye una autonomía entre 80 y 200 km, y su batería es de 24kWh, según diversos tests de usuarios el consumo promedio son 18kWh/100km, así que si circulamos por ciudad a una media de 40km/h con la calefacción “bajita” (1,5kW) el consumo de energía debido a la calefacción sería de un 17% del total.

Si nos encontramos en un país frío y la calefacción necesita más potencia y absorbe 4kW, entonces, manteniendo el resto de condiciones iguales que en el anterior caso, la calefacción supondría un 36% del consumo total.

 

¿Qué soluciones existen para este problema?

En Nergiza creemos que en un futuro no muy lejano se utilizará el aire acondicionado del vehículo en modo bomba de calor, simplemente con añadir una válvula de 4 vías al sistema y algunos elementos de control, conseguiríamos una calefacción mucho más eficiente, pudiendo generar esos 5kW de energía térmica con 1,6kW de consumo eléctrico aproximadamente.

Como ya hemos hablado anteriormente, el ciclo bomba de calor tienen diversos inconvenientes, entre ellos se encuentra su bajo rendimiento a muy bajas temperaturas, por lo tanto pensamos que el coche debería mantener las resistencias eléctricas como apoyo en caso de tiempo muy frío.

Nota (enero 2014): a día de hoy ya existen modelos como el Nissan Leaf (última versión) o el Renault Zoe que incorporan bomba de calor para calefacción, así que el problema esta resuelto o al menos “suavizado”.

 

8 Comentarios

  1. hace tiempo tambien se me ocurrio pensar acerca del tema de la calefaccion de los coches electricos, pero me temo que puede ser aun peor el asunto de la refrigeracion.

    en el motor de combustion simplemente se desperdicia energia por un tubo, en este caso literalmente: por los gases que salen por el tubo de escape. Naturalmente tambien se disipa el calor que se propaga por todo el motor y que el aceite debe evacuar hacia el radiador.

    el aislamiento termico de los coches es minimo y acaso se centra en reducir la penetracion del calor, pero mientras sobre energia para calefactar y enfriar el abitaculo no se ará sustancialmente nada nuevo.

    los coche del inmediato futuro tendran que ser mucho mas ligeros y debera renunciarse a las muy altas velocidades usuamente asequibles, pese al limite de velocidad maxima permitida.

    con un buen aislamiento, se requiere muy poco para obtener el confort termico deseado.

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  2. efectivamente, abría que utilizar un sistema de bomba de calor. y más si pretenden que esos coches los conduzcamos aquí en españa, como no tengan aire acondicionado mal vamos.

    en cuanto al rendimiento, se me ocurre que por poco que disipen calor, algo de calor disipan los motores eléctricos, y en su defecto, los neumáticos. se puede montar la bomba de calor de modo que extraiga ese calor de los motores y lo envíe a la cabina, de ese modo logras refrigeración en el motor y calefacción en la cabina. aunque cuando funcione en modo aire acondicionado, no debería de mandarse el calor de la cabina al motor, porque lo sobrecalentaría. Parece complejo, pero con un poco de electrónica se soluciona.

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    • es buena idea, no creas que es tan complejo, sobre todo pensando que son equipos que se incorporarán en millones de unidades en un futuro no muy lejano.

      aunque con el rendimiento de los motores eléctricos poco calor podemos esperar de ellos. 🙂

      un saludo

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  3. os felicito por la originalidad del artículo, pues todavía no abía leído nada sobre el tema.

    de acuerdo, arían falta matices, pero lo que abéis expuesto en este artículo todavía me reafirma más en mi idea de que, como no inventen unas baterías de mucho mayor contenido energético o que la gasolina no se ponga a 10€ el litro, el coche eléctrico no tiene futuro cercano.

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  4. Yo creo que una opción más económica que la bomba de calor, aunque no permanente sería la acumulación de calor, es decir, mientras el coche está cargando, se caaliente (si es necesario) un fluido, el propio habitáculo del coche o una masa cualquiera, luego te pones a circular y sólo tienes que ir disipando ese calor hacia el interior del vehículo. Para el frío también sirve.

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    • Hola Antonio, no es mala idea, pero el problema es que todos los sistemas de acumulación de calor o frío representan aumento de peso considerable, y en un vehículo el peso es una cosa bastante importante ya que lastraría mucho el consumo..

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  5. Una vez leí que los autos o coches eléctricos usados en lugares con clima muy frío estaban dotados de un calefactor adicional a alcohol. Es una solución que proporciona energía térmica para cualquier clima y no afecta la autonomía…

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