Un extensor de autonomía es una unidad de energía auxiliar (APU) basada en combustible que amplía la autonomía de un vehículo eléctrico con batería accionando un generador eléctrico que carga la batería del vehículo. Esta disposición se conoce como transmisión híbrida en serie . Los extensores de autonomía más utilizados son los motores de combustión interna , pero se pueden utilizar pilas de combustible u otros tipos de motores. [1]
La Junta de Recursos del Aire de California (CARB) también se refiere a los vehículos con autonomía extendida como vehículos eléctricos de autonomía extendida ( EREV ), vehículos eléctricos de autonomía extendida ( REEV ) y vehículos eléctricos de batería de autonomía extendida ( BEVx ) . [2]
Muchos vehículos con extensor de autonomía, incluidos el Chevrolet Volt y el BMW i3 , pueden cargar sus baterías tanto desde la red como desde el extensor de autonomía y, por tanto, son un tipo de vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV). [3] [4]
La función clave del extensor de alcance es aumentar el alcance del vehículo. La autonomía de autonomía es una de las principales barreras para el éxito comercial de los vehículos eléctricos, y ampliar la autonomía del vehículo cuando la batería está agotada ayuda a aliviar la ansiedad por la autonomía . [5]
Un diseño de vehículo que extiende la autonomía también puede reducir el consumo del combustible que amplía la autonomía (como la gasolina) utilizando el combustible primario (como la energía de la batería), manteniendo al mismo tiempo la autonomía de conducción de un vehículo de un solo combustible propulsado por un combustible que amplía la autonomía, como como gasolina. Generalmente se considera que el uso del combustible que extiende la autonomía es menos ecológico y económico que la fuente de combustible principal, por lo que el sistema de control del vehículo da preferencia al uso del combustible principal si está disponible. Sin embargo, debido a las limitaciones de alcance con la fuente de combustible principal, el combustible que extiende el alcance permite que el vehículo obtenga muchos de los costos y beneficios ambientales del combustible primario, mientras mantiene el rango de conducción completo de la fuente de combustible que extiende el alcance. [6] Dicho esto, los beneficios (coste, emisiones de carbono) derivados del uso de un vehículo con un extensor de autonomía dependen en última instancia de cómo se conduce el vehículo y, en particular, de la frecuencia con la que se utiliza el extensor de autonomía. [7]
Por ejemplo, coches como el Chevrolet Volt y el BMW i3 con extensor de autonomía opcional están equipados con baterías lo suficientemente grandes como para recorrer entre 80 y 160 km (50-100 millas), lo que es suficiente para muchos viajes pero no suficiente para recorrer largas distancias. . Como tal, el conductor puede utilizar la energía de la batería para desplazarse y conducir diariamente, pero aún así podrá conducir de Nueva York a Boston (aproximadamente 320 km, 200 millas) utilizando el motor auxiliar de combustión interna de gasolina, sin detenerse con frecuencia para cargar la batería. (lo que puede llevar horas). Por lo tanto, el propietario del vehículo obtiene los beneficios de utilizar energía eléctrica más barata y con menos emisiones de carbono para la mayor parte de la conducción, manteniendo al mismo tiempo la posibilidad de realizar viajes más largos con el mismo vehículo.
Cuando un extensor de autonomía utiliza combustibles convencionales, puede repostar en estaciones de servicio habituales , lo que les proporciona una autonomía de conducción similar a la de los automóviles convencionales. [8] [9] [10]
Como un REEV solo es propulsado por un motor eléctrico, puede eliminar el peso y el costo asociados con el sistema de transmisión de caja de cambios que se usa típicamente en los automóviles con motor de combustión interna. Además, como el extensor de alcance no necesita aumentar o disminuir la potencia de acuerdo con las necesidades de energía del vehículo (esta tarea la realiza el motor eléctrico), el extensor de alcance puede dimensionarse para satisfacer el requisito de energía promedio del vehículo en lugar de su pico. requerimiento de potencia (como al acelerar). El extensor de alcance también puede funcionar mucho más cerca de su velocidad de rotación más eficiente . Estas características de diseño permiten que un REEV convierta la energía de los combustibles fósiles en energía eléctrica y el movimiento del vehículo de manera relativamente eficiente.
Según las enmiendas de 2012 a las Regulaciones de vehículos de cero emisiones adoptadas en marzo de 2012 por la Junta de Recursos del Aire de California (CARB), un vehículo eléctrico de batería de autonomía extendida, designado como BEVx, debe cumplir, entre otros, con los siguientes criterios: [2 ]
Los extensores de alcance se utilizan comúnmente en aplicaciones marinas ( vehículos submarinos autónomos ), aeronaves y generadores/servicios públicos, automotrices [12] y vehículos eléctricos híbridos . [13]
General Motors describe el Chevrolet Volt como un vehículo eléctrico equipado con una batería de 16 kWh más un motor de combustión interna (ICE) de gasolina de "ampliación de autonomía" como grupo electrógeno y, por lo tanto, denominó al Volt un "vehículo eléctrico de autonomía extendida" o E-REV. [3] [4] [14] En una entrevista de enero de 2011, la ingeniera jefe global del Chevy Volt, Pamela Fletcher, se refirió al Volt como "un automóvil eléctrico con autonomía extendida". [15] El Volt funciona como un automóvil puramente eléctrico durante los primeros 40 a 80 km (25 a 50 millas) en modo de descarga . Cuando la capacidad de la batería cae por debajo de un umbral preestablecido desde la carga completa, el vehículo entra en modo de mantenimiento de carga y el sistema de control del Volt seleccionará el modo de conducción más eficiente para mejorar el rendimiento y aumentar la eficiencia a alta velocidad. [3] [16] [17]
Según el recuento en tiempo real de General Motors de la distancia recorrida por los propietarios de Volt en Norteamérica, a mediados de junio de 2014 habían acumulado más de 800 millones de kilómetros totalmente eléctricos (500 millones de millas). GM también informó que más del 63% de los propietarios de Volt conducen en modo totalmente eléctrico. Los propietarios de Volt que cargan regularmente suelen conducir más de 1.560 km (970 millas) entre repostajes y visitan la estación de gasolina menos de una vez al mes. [18] Un informe similar, emitido por GM en agosto de 2016, informó que los propietarios de Volt han acumulado casi 2,4 mil millones de kilómetros (1,5 mil millones de millas) conducidos en modo EV, lo que representa el 60% de su distancia total recorrida. [19]
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El vehículo totalmente eléctrico BMW i3 con una capacidad de batería de al menos 22 kWh ofrece opcionalmente una APU extensora de autonomía con motor de gasolina . [20] El extensor de autonomía es el mismo motor de gasolina de dos cilindros y 647 cc utilizado en el scooter BMW C650 GT con un tanque de combustible de 9 L (2,0 imp gal; 2,4 US gal). Originalmente, el modelo estadounidense tenía su tanque limitado electrónicamente a una capacidad más pequeña de 7 litros. [21] El extensor de alcance se activa cuando el nivel de la batería cae al 6%. Genera electricidad para ampliar la autonomía de 130 a 160 km (80 a 100 millas) a 240 a 300 km (150 a 190 millas) [22] [23] El rendimiento en el modo de ampliación de autonomía puede ser más limitado que cuando está en funcionamiento con la energía de la batería, ya que BMW diseñó el extensor de alcance como respaldo para permitir llegar a un lugar de recarga. [24]
Según BMW, al comienzo del lanzamiento del i3, el uso del extensor de autonomía fue mucho mayor de lo que esperaba el fabricante de automóviles, más del 60%. Con el tiempo, ha disminuido significativamente, algunas personas casi nunca lo usan, y en 2016 se usa regularmente en menos del 5% de los i3. [25]
La opción de extensión de alcance cuesta 3.850 dólares estadounidenses adicionales en los Estados Unidos, [26] 4.710 euros adicionales (~ 6.300 dólares estadounidenses ) en Francia, [27] y 4.490 euros (~ 6.000 dólares estadounidenses ) en los Países Bajos. [28]
La opción de extensión de autonomía del BMW i3 fue diseñada para cumplir con la normativa CARB para una unidad de potencia auxiliar (APU) llamada REx. Según las reglas adoptadas por CARB en marzo de 2012, el BMW i3 2014 con una unidad REx instalada será el primer automóvil calificado como vehículo eléctrico de batería de autonomía extendida o "BEVx". CARB describe este tipo de vehículo eléctrico como "un vehículo eléctrico de batería (BEV) de autonomía relativamente alta al que se le añade una APU". La APU, que mantiene la carga de la batería en aproximadamente un 6% después de que el paquete se ha agotado en uso normal, está estrictamente limitada en el rango adicional que puede proporcionar. [2] [29]
Otros vehículos eléctricos de autonomía extendida incluyen el Cadillac ELR descontinuado y el Fisker Karma descontinuado . [30] [31] [32] En junio de 2016, Nissan anunció que introducirá un automóvil compacto con extensión de autonomía en Japón antes de marzo de 2017. El híbrido enchufable de serie utilizará un nuevo sistema híbrido, denominado e-Power, que debutó con El concepto crossover Nissan Gripz presentado en el Salón del Automóvil de Frankfurt 2015 . [33] La tecnología, sin la capacidad de enchufarse, se había implementado en el Nissan Note e-Power y el Nissan Kicks e-Power .
El taxi LEVC TX London se lanzó en 2017 y cuenta con una batería de 33 kWh que se carga mediante un motor de gasolina de 1,5 litros. [34]
El Li Auto One es un SUV de gran tamaño que combina una batería de 41 kWh con un pequeño motor de gasolina de 1,2 litros. [35] [36]
Este enfoque también se ha utilizado para vehículos pesados, como los autobuses Gemini 2 [37] y New Routemaster [38] de Wrightbus .
Las pilas de combustible de hidrógeno también se han utilizado como extensor de autonomía para los autobuses eléctricos de batería , permitiéndoles tener una mayor autonomía. [39] Por ejemplo, el Mercedes-Benz eCitaro tiene una autonomía de 280 kilómetros (170 millas) como modelo eléctrico de batería, y el autobús de pila de combustible eCitaro tiene una autonomía de 400 kilómetros (250 millas) gracias a una pila de combustible Toyota de 60 kW. que recarga la batería. [40]
Ford tiene patentes para un generador de gasolina montado en la plataforma para sus camionetas totalmente eléctricas. [41] Rivian tiene patentes para baterías adicionales montadas en la cama para aumentar el alcance. [42] Los camiones eléctricos Rivian pueden cargarse entre sí para ampliar su autonomía. [43]
El programa Wolverine 3 de 2010 incluyó un extensor de alcance ICE para su vehículo aéreo no tripulado . [44]
Un vehículo eléctrico de autonomía extendida utiliza una transmisión híbrida en serie .