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Tempo de carga vs distância vs eficiência em EVs

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Luis Neves Posted: 2 Feb 2017 1:27

Tenho andado a matutar numa questão que pode não parecer muito óbvia à primeira vista.

Quando se usa um EV para viagens longas, até que ponto compensa ter um pack de baterias maior? 

A pergunta pode não parecer óbvia, quando o pensamento geral é o de ter mais e mais autonomia. Mas vejam a questão por esta perspetiva: tendo em conta que a potência de carregamento é igual para todos os modelos (os PCR em Portugal são de 50 kW e todos os EV com carregamento rápido aceitam essa potência), e que os consumos totais não serão muito diferentes entre modelos, faz alguma diferença carregar 60 kWh de uma só vez ou em duas? Se calhar não faz...

Vai daí meti-me com as seguintes contas. Peguei nas eficiências EPA para autoestrada, considerei uma potência média de carregamento de 40 kW, e simulei para vários modelos o tempo total de carregamento necessário para percorrer várias distâncias, entre 100 e 1000 km.

Aqui fica o boneco com os resultados:

Dos gráficos podemos verificar que as principais diferenças têm a ver com a carga original. Por exemplo, até 300 km o Bolt não precisa de carregar, pelo que ganha entre 40 a 50 minutos à concorrência. A partir daí a diferença aumenta ou diminui ligeiramente apenas como resultado da eficiência. Reparem por exemplo que o Ioniq face ao Bolt vai recuperando no tempo de carregamento, sendo os valores mais próximos para a distância de 1.000 km.

Num outro exemplo, o i3 de 60 Ah apenas perde alguns (poucos) minutos para o i3 de 90Ah entre os 100 e os 160 km, daí em diante devido a uma melhor eficiência acaba por apanhar o modelo de maior capacidade e termina até nos 1.000 km ligeiramente à frente.

Como conclusão geral, poderíamos destes dados concluir que a dimensão da bateria deve ser adequada em alcance à utilização mais regular da viatura, não sendo necessário sobredimensionar o pack para utilizações pontuais mais longas. 

Naturalmente este raciocínio não pode ser levado ao extremo, pois há alguns factores a favor dos packs maiores: um menor número de paragens dá maior flexibilidade na escolha dos postos de carregamento e minimiza o risco de espera por outro veículos que os ocupem, e ainda é de esperar que a potência média de carregamento seja maior num pack maior do que num pequeno, pois a potência vai-se reduzindo com o SOC.

Ainda assim a fobia dos packs gigantescos e de autonomias de 500 ou mais km não se justifica minimamente, se existir uma rede de carregamento eficaz.

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Telmo Salgado replied on 2 Feb 2017 8:52

Bom dia, Luís, bem visto o problema, dá que pensar!! Wink

Sejamos práticos, a fração de vezes que qualquer carro percorre 500km na mesma viagem é francamente baixa...mas vai ao encontro da questão "mundana" dos EV, "e se eu for viajar?".

Branca de Neve 30% são minha autoria...

Planeta: CO2

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Melhor, só mesmo considerando a velocidade de carga real dos veículos nos postos de 50kWh. Por exemplo, o Mancha Branca, mesmo partindo dos 11% de carga, até aos 80% demorou bem menos que os 30 minutos. Na casa dos 20 minutos, se bem me lembro. 

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Luis Neves:
pode não parecer muito óbvia à primeira vista.

Bom dia Luís,

Antes pelo contrario é uma questão por demais pertinente.

Remetendo ao meu caso muito particular, apenas faço 2 viagens "grandes": Lx-Viseu (+/-350km) e Lx-Algarve (+/-300km), ou seja distancias mais ou menos identicas.

Pegando no BEV mais vendido (Leaf), os resultados que tu apresentas indicam que apenas teria de "acrescentar" há minha atual média de tempo cerca de 20 minutos. O que numa viagem de cerca de 3h30 não é nada de especial, inclusivé aumentando a segurança de condução, pois os entendidos em segurança rodoviaria indicam que a cada 2 h de condução deveriamos descansar cerca de 15/20 minutos, ou seja, se parasse na realidade os 20 minutos de segurança apenas teria de esperar mais 20 para efectuar a totalidade da viagem (40 minutos representados no gráfico).

Dados muito, muito interessantes!!!

PRIUS 2G (Ago 2009 a Nov 2017)   

Leaf mk1 (Fev 2018 a ...) 12,98 kWh/100km

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Pois, o Leaf faz 150 km a 110-120 km/h e fará até um pouco mais a 100 km/h. Numa viagem de 300 km precisará de uma carga intermédia se o ritmo for reduzido, ou duas (parciais) andando mais depressa. Em todo o caso o tempo de carregamento será na casa dos 20 a 30 minutos.

O Rosado ameçou uma viagem a Lisboa a poderá dar-nos em breve alguns dados mais precisos sobre o consumo, alcance e tempos de carregamento. Sendo a distância de 200 km apenas vai precisar de uma carga intermédia em cada trajeto.

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Com base nos dados do simulador (disponível em http://www.jurassictest.ch/GR/) vou ter de fazer pelo menos 2 cargas intermédias (Leiria e Aveiras) na ida e no regresso (no regresso é pior, por causa da subida da serra de Aire). 

 

Este simulador tem-se revelado muito fiel com os resultados que tenho obtido na realidade. Ainda hoje num pequeno percurso que simulei, apenas falhou em entre 1% e 2% no valor de carga gasto (foi mais pessimista). No meu caso, tenho ajustado o valor do Leaf de 30kWh para 28kWh nos parâmetros deste simulador.

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As minhas desculpas mas acabei de me aperceber de um lapso no cálculo. O gráfico que tinha colocado acima não correspondia ao tempo de carragemento vs. distância,  mas sim aos kWh consumidos vs. distância. Já fiz a correção. 

Isto não altera as conclusões gerais mas muda um pouco os números. Para a distância de 300 km que discutimos os tempos de carga são da ordem dos 40-50 minutos, o dobro do que falámos antes. 

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Dos melhores posts, mais assertivo, e com maior actualidade que vi nos últimos tempos aqui na Comunidade.

Parabéns Luis, resumiste de forma exemplar o que toda a gente deve perceber sobre a vivência com um EV, e desmistificaste o papão da autonomia das baterias em viagens de forma igualmente exemplar.

Só não dou mais de StarStarStarStarStar porque o sistema não deixa.

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Luis Neves replied on 11 Feb 2017 16:22

Vamos a uma segunda demonstração, agora refinada com dados adicionais sobre a potência de carregamento, e tendo em conta as eficiências EPA para autoestrada. Não disponho de dados de eficiêncis para o Zoe, pelo que assumi valores idênticos aos do Leaf.

Em confronto as duas versões do novo Zoe de 41 kWh, com os motores Q90 e R90 (o primeiro um pouco menos eficiente mas carregando a 44 kW e o segundo um pouco mais eficiente mas limitado a 22 kW), o Leaf de 30 kWh e o Ioniq de 28 kWh.

Este confronto foi-me suscitado pela interessante campanha de preços que a Renault tem em curso para o Zoe, e a inclusão do ioniq visa ter nas contas uma viatura mais eficiente para verificar as diferenças geradas. É de notar que o motor Q90 no Zoe parece não estar para já à venda em Portugal. 

Uma nota final para quem não conhece: o Zoe não dispõe de carga rápida em corrente contínua (Chademo ou CCS), como acontece com o Leaf e o Ioniq. Em contrapartida, enquanto o Leaf e Ioniq estão limitados a carregar em corrente alterna a 7 kW, o Zoe carrega em AC até potências de 22 kW ou 44 kW, conforme a versão do motor.

A questão em análise é a mesma já colocada no início do tópico. Para diferentes distâncias crescentes, tendo em conta a carga original da viatura, quanto tempo de carregamento à potência máxima é necessário para vencer essa mesma distância?

Um fator importante é a curva de potência de carragemento, ou se quiserem, a potência média de carregamento que cada viatura consegue alcançar. É que a potência de carragemento rápido vai diminuindo com o aumento do SOC, e a variação pode ser muito distinta de carro para carro. Tendo em conta os dados colocados pelo Rosado e o que é conhecido para o Ioniq, bem como a potência dos PCR portugueses, nas contas assumi que o carregamento de 80% de SOC no Ioniq e no Leaf é feito a 50 kW. No caso do ZOE, usando os dados do simulador da marca consegue-se determinar a potência média para carregamento de 80%: esta é de 30 kW no Q90 e de 20 kW no R90. Ou seja, no Q90 fica bem abaixo dos 44 kW de pico anunciados, pois começa a reduzir-se muito cedo com o aumento do SOC.

Vejamos então uma comparação do tempo de carregamento rápido necessário para completar a viagem, para distâncias de 100, 200, 300, 400 e 500 km

.

Aos 100 km naturalmente nenhum precisou de parar, pelo que estão todos os modelos nos zero minutos de carga. O Leaf precisará de carregar por volta dos 135 km e o Ioniq lá para os 160 km, o que signica que ambos os Zoe têm uma pequena vantagem para distâncias entre os 135 e os 200 km, dado não necessitarem de parar. Mas a vantagem mede-se em 14 minutos para o Leaf e apenas 7 minutos para o Ioniq.

Quando falamos de distâncias de 300 km (tipo Coimbra-Porto-Coimbra), todos precisam de carregar, e aqui a eficiência do carragemento, com uma ajuda secundária da eficiência do carro em andamento, começam a ditar regras: o mais rápido não é o carro com a maior bateria, mas sim o Ioniq, com 28 minutos de carregamento necessário, seguido do Leaf com 38 minutos, empatado com o Zoe Q90, ficando já o Zoe R90 muito para trás, com 57 minutos. 

Ao passar a distâncias de 400 km (Coimbra-Lisboa-Coimbra) o Zoe fica significativamente para trás em qualquer das versões, mantendo o Ioniq a liderança com 48 minutos, seguido do Leaf com 62 minutos do Zoe Q90 com 78 minutos e finalmente do Zoe R90 com 117 minutos. Uma hora e dez minutos de carregamento a mais entre o Ioniq e o Zoe R90, apesar da vantagem de sair com mais 13 kWh no depósito!

Aos 500 km (Coimbra-Vila Real de Santo António) a tendência acentua-se, com o tempos de carregamento de 68, 86, 118 e 177 minutos, respetivamente. Numa viagem de 500 km, que durará em condições normais e no respeito dos limites de velocidade entre 4 horas e meia e 5 horas, o Ioniq impõe uma hora e dez adicional de paragens, o Leaf uma hora e meia, o Zoe Q90 duas horas e o Zoe R90 nada mais nada menos que 3 horas.

Conclusão reiterada: mais importante que packs de baterias gigantes e caros, o que precisamos é de uma rede de carregamento rápido de qualidade. Até porque qualquer destes carros faz distâncias pendulares sem problemas, e as situações de viagens mais longas não serão assim tantas.

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Não disponho de dados para o carregamento do i3 de 94 Ah, no entanto admitindo que carrega na potência máxima até aos 80% como o Leaf e o Ioniq, e sendo a eficiência intermédia entre o Ioniq e o Leaf (mas mais próxima do Ioniq), podemos situá-lo virtualmente no gráfico entre os 2 modelos referidos. 

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