Híbridos y Eléctricos

LEJOS DE LA AUTONOMÍA REAL

El ciclo WLTP para coches eléctricos en profundidad, ¿cuánto hay de real en él?

El ciclo de homologación WLTP se ha convertido en el estándar de comparación para las autonomías de los coches eléctricos. Aunque más exacto que el obsoleto NEDC, analizamos hasta donde son reales las cifras de autonomía que ofrece.

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El ciclo WLTP que actualmente homologa la autonomía de todos los coches eléctricos que se venden en el mercado europeo sigue sin ofrecer cifras realistas a los propietarios de un coche eléctrico.

El 1 de enero de 2021 entró en vigor la nueva normativa europea de emisiones WLTP (Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure), que modifica los parámetros de medición de gases de los vehículos haciéndolos más estrictos. Al aplicarse a los vehículos eléctricos, un mismo modelo ahora homologa cifras menores de autonomía que en el anterior ciclo NEDC (Nuevo Ciclo de Conducción Europea) ajustándose algo más a la realidad. Así, un Renault Zoe homologa 395 kilómetros de autonomía, un Volkswagen ID.4, 517 kilómetros y un Tesla Model 3 Long Range, 602 kilómetros. Cifras que, si bien son posibles necesitan unas condiciones muy favorables para ser reales. ¿Por qué ocurre esto?

Para entender cuál es el procedimiento que se utiliza para calcular las autonomías que luego los fabricantes indican en sus fichas técnicas hay que conocer que hay detrás del ciclo WLTP (Procedimiento de prueba de vehículos ligeros armonizados a nivel mundial). Para ilustrar sus detalles tomamos como ejemplo un modelo en concreto: el Volkswagen ID.4 con una batería de 77 kWh de capacidad útil (82 kWh brutos).

Volkswagen indica un consumo medio para este coche eléctrico de 16,9 kWh/100 km según el nuevo ciclo WLTP. Con este dato, y conociendo la capacidad útil de la batería se puede estimar con una simple operación matemática la autonomía que se obtendría: 456 kilómetros. Sin embargo, en la hoja de datos, Volkswagen ofrece dos cifras diferentes para el ID.4: una autonomía combinada de 517 kilómetros y una autonomía en ciudad de 701 kilómetros.

El ciclo WLTP por dentro

Para entender por qué ocurre esto hay que echar un vistazo de cerca a las interioridades que emplea el procedimiento WLTP (P, de procedimiento) para calcular la autonomía. En primer lugar, se especifican las condiciones de la prueba, 23 grados centígrados, una temperatura óptima para los coches eléctricos y que es fácil de asegurar en un laboratorio, pero que es muy variable en la realidad.

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Gráfico tiempo-velocidad del ciclo WLTP en el que se muestran la variación de velocidad en los cuatro ciclos que se realizan. Fuente: Wikipedia.

La base del WLTP son los ciclos de conducción, WLTC (C de Ciclo), es decir, la curva de velocidad que debe seguirse con precisión en un dinamómetro en esas condiciones de laboratorio. El WLTC consta de cuatro subciclos: Low (Bajo), Middle (Medio), High (Alto) y Extra-high (Extra Alto). Los nombres se refieren a niveles de velocidad o fases de velocidad:

  • Low, baja velocidad: hasta casi 60 km/h (589 segundos). La velocidad máxima es de 56,5 km/h, pero en el 56 % de los 3.095 metros de este tramo, el coche eléctrico está parado en el banco de pruebas para simular una fase de semáforos o tráfico intermitente.
  • Middle, media velocidad: hasta casi 80 km/h (433 segundos).
  • High, alta velocidad: hasta casi 100 km/h (455 segundos).
  • Extra high, muy alta velocidad: hasta 131,3 km/h (323 segundos). La velocidad más alta a la que se conduce durante la homologación se alcanza durante solo unos segundos.

Si se considera el ciclo completo de conducción WLTC, combinando los cuatro subciclos, la velocidad media, incluyendo las fases de parada, es de solo 46,5 km/h. Cualquiera que haya conducido un coche eléctrico sabe que la velocidad es uno de los parámetros más críticos en el consumo de energía y, en consecuencia, en la autonomía. Existe por lo tanto una clara discrepancia entre el valor combinado del banco de pruebas que da una media de 46,5 km/h y la realidad, sobre todo para aquellos que circulan habitualmente por autopista.

Juntos, los subciclos Low y Middle forman el llamado ciclo de ciudad (City Cicle). Aquí cabe destacar que la especificación de la autonomía para los vehículos híbridos enchufables (PHEV) se refiere exclusivamente a este ciclo. Por eso, el resultado, es que para ellos es más fácil alcanzar una autonomía mínima que, en muchos estados, les permite acogerse a desgravaciones fiscales, a ayudas a la compra y a etiquetas ecológicas. Si se les aplicase el WLTC completo todos ellos se quedarían fuera de estas ventajas.

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Para el caso de vehículos 100 % eléctricos, WLTP utiliza un procedimiento de prueba “abreviado” y lo divide en dos segmentos dinámicos y dos constantes.

Para el caso de vehículos 100 % eléctricos, WLTP utiliza un procedimiento de prueba “abreviado” y lo divide en dos segmentos dinámicos y dos constantes. En el segmento dinámico, el primer y el tercer subciclos, tienen lugar fases de aceleración y desaceleración, mientras que el constante, el segundo y el cuarto subciclos, implica conducir a una velocidad continua de 100 km/h.

Aunque para evaluar la parte dinámica solo se necesitan los subciclos 1 y 3, se realiza el ciclo WLTC completo, seguido del ciclo City. Esto da como resultado una distancia de 31,113 km. En este caso, los segmentos dinámicos se utilizan para determinar el consumo de energía durante la conducción y los constantes (2 y 4) se emplean para realizar un vaciado acelerado de la batería, con el objetivo de reducir el tiempo de medición en el banco de pruebas. Por lo tanto, la duración de las secuencias de 100 km/h depende de la capacidad de la batería. Durante todo el procedimiento de prueba abreviado, se miden permanentemente la corriente y el voltaje de la batería.

Como resultado, se recopilan varios valores diferentes durante una sola medición larga: en primer lugar, la capacidad útil real de la batería de tracción y en segundo lugar, el consumo de energía actual en los ciclos dinámicos mencionados.

La medición en el banco de pruebas se considera finalizada cuando el vehículo eléctrico ya no puede mantener una velocidad constante de 100 km/h en el último tramo. Es entonces cuando se considera que la batería está completamente descargada. Debido a que se producen pérdidas durante la conversión de corriente alterna de la red eléctrica a corriente continua durante la carga, existen valores diferentes en la energía utilizada y la electricidad recargada.

Para obtener la autonomía combinada según el ciclo WLTP son relevantes los dos ciclos completos, bajo, medio, alto y extra alto, en los segmentos 1 y 3. En ellos, el consumo de energía es idéntico aunque las curvas de conducción son las mismas. Esto se debe a que al principio hay una fase de arranque en frío, que naturalmente es menos importante para los coches eléctricos que para los coches con motores de combustión. En estos el aceite tiene que calentarse primero. En los eléctricos la batería de tracción está tan llena inicialmente que la recuperación no es posible de manera inmediata. Como resultado, el consumo en el segmento 1 aumenta ligeramente.

La autonomía combinada según WLTP, es decir, los 517 km en el caso del Volkswagen ID.4, se obtiene dividiendo el contenido de energía medido al cargar la batería entre el consumo de electricidad de la media ponderada de los dos ciclos WLT completos. La autonomía en la ciudad se obtiene dividiendo la energía por los valores del ciclo Ciudad (teniendo en cuenta que se trata de los subciclos de Baja y Media velocidad), que da como resultado los 701 km para el caso del ID.4.

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Cálculos realizados por el ordenador de a bordo del Volkswagen ID.4: un coche eléctrico puede lograr las autonomías homologadas en carretera cuando las condiciones meteorológicas son favorables y con un perfil de baja velocidad alejado de la recomendada en las autopistas. En ciudad, las condiciones del tráfico más favorables permiten que la homologación se ajuste más a la realidad.

En el caso del consumo de energía combinado, los 16,9 kWh/100 km incluye las pérdidas de carga, ya que estas deben ser pagadas por el propietario. Por ahora no se ha definido una especificación exacta para realizar la carga (potencias y tipo de corriente), pero está prevista que se incluya próximamente en la revisión de la legislación.

La vida real

En la vida real, los usuarios de un coche eléctrico experimentan que pueden alcanzar las autonomías homologadas en carretera cuando las condiciones meteorológicas son favorables y con un perfil de bajas velocidades, alejadas de las recomendadas en las autopistas.

Sin embargo, a velocidades altas, y con condiciones de clima frío, el consumo de energía aumenta significativamente debido a la resistencia al aire y al menor rendimiento de las reacciones químicas con la batería más fría. Si se juntan estas dos circunstancias, las previsiones de autonomía quedan muy lejos de la realidad.

Jan Dornoff, especialista en emisiones del ICCT (Consejo Internacional de Transporte Limpio), una organización independiente sin ánimo de lucro que proporciona análisis técnico y científico a los reguladores ambientales, ve aquí un potencial de mejora para el ciclo. El procedimiento de prueba a 23 grados y sin consumidores auxiliares como el sistema de aire acondicionado conduce a valores de medición idealizados. Además, el consumo de energía y la autonomía deben medirse en una prueba de baja temperatura para todos los vehículos: “Ya existe una prueba de baja temperatura para vehículos eléctricos al nivel de la CEPE de la ONU. Esto se lleva a cabo a menos siete grados y con unidades auxiliares activadas”, explica Dornoff. Actualmente no se conoce un calendario para la introducción de este procedimiento en la Unión Europea, pero "nosotros en el ICCT recomendamos que sea lo antes posible para crear transparencia para los clientes y los legisladores".

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