Extensor de rango

Un extensor de autonomía es una unidad de potencia auxiliar (APU) basada en combustible que extiende la autonomía de un vehículo eléctrico de batería al accionar 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 también se pueden utilizar celdas de combustible u otros tipos de motores. ^[1]

La Junta de Recursos del Aire de California (CARB) también se refiere a los vehículos con extensor de autonomía 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 , ambos descontinuados, pueden cargar sus baterías tanto desde la red eléctrica como desde el extensor de autonomía y, por lo tanto, son un tipo de vehículo eléctrico híbrido enchufable (PHEV). ^{[3] [4]} Los vehículos eléctricos híbridos (HEV), los híbridos suaves (MHEV) y la mayoría de los PHEV funcionan principalmente con combustión (con motores y tanques de combustible más grandes y baterías y motores eléctricos más pequeños), mientras que los vehículos eléctricos de rango extendido son lo opuesto. ^[5]

La función principal del extensor de autonomía es aumentar la autonomía del vehículo. La 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 . ^[6]

Un extensor de autonomía también puede reducir el consumo del combustible que lo extiende (como la gasolina) al utilizar el combustible principal (como la energía de la batería), manteniendo al mismo tiempo la autonomía de conducción de un vehículo de un solo combustible impulsado por un combustible como la gasolina. El combustible que extiende la autonomía generalmente se considera menos ecológico y económico de usar 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 autonomía con la fuente de combustible principal, el extensor de autonomía permite que el vehículo obtenga muchos de los beneficios ambientales y de costo del combustible principal, al mismo tiempo que mantiene la autonomía de conducción completa de la fuente de combustible que lo extiende. ^[7] Dicho esto, los beneficios (costo, 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. ^[8]

Por ejemplo, los coches como el BMW i3 con extensor de autonomía opcional y el Chevrolet Volt están equipados con baterías lo suficientemente grandes como para recorrer entre 80 y 160 km (50 y 100 millas), lo que es suficiente para muchos viajes, pero no para recorrer largas distancias. De este modo, el conductor puede utilizar la energía de la batería para desplazarse al trabajo y conducir a diario, pero aún así puede conducir de Nueva York a Boston (unos 320 km, 200 millas) utilizando el motor de combustión interna de gasolina auxiliar, sin tener que detenerse con frecuencia para cargar la batería (lo que puede llevar horas). Por tanto, el propietario del vehículo acumula los beneficios de utilizar energía eléctrica, más barata y con menos emisiones de carbono , para la mayor parte de la conducción, al tiempo que mantiene la capacidad de emprender viajes más largos con el mismo vehículo.

Cuando un extensor de autonomía utiliza combustibles convencionales, puede reabastecerse en estaciones de servicio regulares , lo que le proporciona una autonomía de conducción similar a la de los automóviles convencionales. ^{[9] [10] [11]}

Como un vehículo eléctrico de autonomía extendida solo es impulsado por el 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 autonomía no necesita aumentar o disminuir la potencia de acuerdo con las necesidades de energía del vehículo (esta tarea la maneja el motor eléctrico), el extensor de autonomía se puede dimensionar para satisfacer el requisito de potencia promedio del vehículo en lugar de su requisito de potencia máxima (como al acelerar). El extensor de autonomía también puede funcionar mucho más cerca de su velocidad de rotación más eficiente . Estas características de diseño permiten que los vehículos eléctricos de autonomía extendida conviertan la energía de combustibles fósiles en energía eléctrica y movimiento del vehículo de manera relativamente eficiente. El motor de combustión también puede tener una vida útil más larga, ya que no necesita funcionar a altas revoluciones (lo que provoca un mayor desgaste).

• Los extensores de autonomía de primera generación son motores de combustión interna listos para usar .
• La segunda generación está formada por motores de pistón con nuevos diseños desde cero para una carga bastante constante en híbridos en serie. Entre ellos se encuentran los motores Wankel , los motores de combustión rotativa y los motores de pistón libre .
• La tercera generación son las microturbinas y pilas de combustible que funcionan a carga constante. ^[12]

De acuerdo con las Enmiendas de 2012 a las Regulaciones de Vehículos de Emisiones Cero 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]

• El vehículo debe tener una autonomía nominal totalmente eléctrica de al menos 120 km (75 millas). Esta es una cifra superior a los 80 km (50 millas) exigidos a un vehículo de cero emisiones ;
• La unidad de potencia auxiliar (APU) debe proporcionar un alcance menor o igual al alcance de la batería;
• La APU no debe poder encenderse hasta que se agote la carga de la batería ;
• El vehículo debe cumplir con los requisitos de vehículos de emisiones súper ultra bajas (SULEV); y
• La APU y todos los sistemas de combustible asociados deben cumplir con los requisitos de cero emisiones de evaporación .

Los extensores de rango se utilizan comúnmente en aplicaciones marinas ( vehículos submarinos autónomos ), aeronaves y generadores/servicios públicos, automotrices ^[13] y vehículos eléctricos híbridos . ^[14]

General Motors describe al Chevrolet Volt como un vehículo eléctrico equipado con una batería de 16 kWh más un motor de combustión interna (ICE) de gasolina de "autonomía extendida" como grupo electrógeno y por lo tanto denominó al Volt "vehículo eléctrico de autonomía extendida" o E-REV. ^{[3] [4] [15]} En una entrevista de enero de 2011, la ingeniera en jefe global del Chevy Volt, Pamela Fletcher, se refirió al Volt como "un automóvil eléctrico con autonomía extendida". ^[16] El Volt funciona como un automóvil puramente eléctrico durante los primeros 40 a 80 km (25 a 50 millas) en modo de agotamiento de carga . Cuando la capacidad de la batería cae por debajo de un umbral preestablecido desde la carga completa, el vehículo ingresa al 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] [17] [18]}

Según el recuento en tiempo real de General Motors de la distancia recorrida por los propietarios de Volt en América del Norte, a mediados de junio de 2014 habían acumulado más de 800 millones de kilómetros (500 millones de millas) en modo totalmente eléctrico. GM también informó que los propietarios de Volt conducen más del 63 % en modo totalmente eléctrico. Los propietarios de Volt que cargan regularmente su vehículo suelen conducir más de 1560 km (970 millas) entre recargas y visitan la gasolinera menos de una vez al mes. ^[19] Un informe similar, emitido por GM en agosto de 2016, informó que los propietarios de Volt han acumulado casi 2400 millones de kilómetros (1500 millones de millas) conducidos en modo EV, lo que representa el 60 % de su distancia total recorrida. ^[20]

El coche totalmente eléctrico BMW i3 con una capacidad de batería de al menos 22 kWh ofrece una APU de extensión de autonomía opcional alimentada por gasolina . ^[21] El extensor de autonomía es el mismo motor de gasolina de dos cilindros de 647 cc utilizado en el scooter BMW C650 GT con un tanque de combustible de 9 L (2,0 gal imp; 2,4 gal EE. UU.). El modelo estadounidense originalmente tenía su tanque limitado electrónicamente a una capacidad más pequeña de 7 L. ^[22] El extensor de autonomía se activa cuando el nivel de la batería cae al 6%. Genera electricidad para extender la autonomía de 130-160 km (80-100 millas) a 240-300 km (150-190 millas) ^{[23] [24]} El rendimiento en modo de extensión de autonomía puede ser más limitado que cuando funciona con energía de la batería, ya que BMW diseñó el extensor de autonomía como respaldo para permitir llegar a un lugar de recarga. ^[25]

Según BMW, al principio del lanzamiento del i3, el uso del extensor de autonomía era mucho mayor de lo que esperaba el fabricante de automóviles, más del 60 %. Con el tiempo, este uso ha disminuido significativamente, y algunas personas casi nunca lo utilizan, y en 2016 se utiliza regularmente en menos del 5 % de los i3. ^[26]

La opción de extensor de rango cuesta US$3.850 adicionales en los Estados Unidos, ^[27] €4.710 adicionales (~ US$6.300 ) en Francia, ^[28] y €4.490 (~ US$6.000 ) en los Países Bajos. ^[29]

La opción de autonomía extendida del BMW i3 fue diseñada para cumplir con la regulación de la CARB para una unidad de potencia auxiliar (APU) llamada REx. Según las reglas que la CARB adoptó en marzo de 2012, el BMW i3 2014 con una unidad REx instalada será el primer automóvil en calificar como un vehículo eléctrico de batería de autonomía extendida o "BEVx". La CARB describe este tipo de vehículo eléctrico como "un vehículo eléctrico de batería (BEV) de autonomía eléctrica relativamente alta al que se le agrega una APU". La APU, que mantiene la carga de la batería en aproximadamente un 6% después de que el paquete se haya agotado en uso normal, está estrictamente limitada en la autonomía adicional que puede proporcionar. ^{[2] [30]}

Otros vehículos eléctricos de autonomía extendida incluyen el Cadillac ELR descontinuado y el Fisker Karma descontinuado . ^{[31] [32] [33]} En junio de 2016, Nissan anunció que introduciría un automóvil compacto con autonomía extendida en Japón antes de marzo de 2017. ^{[ necesita actualización ]} La serie híbrida enchufable utilizará un nuevo sistema híbrido, denominado e-Power, que debutó con el crossover conceptual Nissan Gripz presentado en el Salón del Automóvil de Frankfurt de 2015. ^[34] 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. ^[35]

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. ^{[36] [37]}

Este enfoque también se ha utilizado para vehículos pesados, como los autobuses Gemini 2 ^[38] y New Routemaster ^[39] de Wrightbus .

Las pilas de combustible de hidrógeno también se han utilizado como extensor de autonomía para los autobuses eléctricos de batería , lo que les permite tener una mayor autonomía. ^[40] 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. ^[41]

Ford tiene patentes para un generador de gasolina montado en la caja de sus camionetas totalmente eléctricas. ^[42] Rivian tiene patentes para baterías adicionales montadas en la caja para una mayor autonomía. ^[43] Las camionetas eléctricas Rivian pueden cargarse entre sí para una mayor autonomía. ^[44]

El programa Wolverine 3 de 2010 incluyó un extensor de alcance ICE para su vehículo aéreo no tripulado . ^[45]

Un vehículo eléctrico de autonomía extendida utiliza un sistema de propulsión híbrido en serie .

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