8 jun. 2015

Ahorro de combustible en un coche: Carga programada de la batería - Primera parte


En esta entrada veremos qué pormenores debemos tener en cuenta para adaptar un vehículo para ahorrar combustible desconectando el alternador cuando no nos interese cargar la batería (y aprovechar las frenadas, freno motor, etc para hacerlo), aprovechando lo aprendido en la entrada anterior. Esto es útil sobre todo en un diésel, donde el consumo eléctrico es mucho menor que en uno de gasolina.

Actualmente toda medida es poca para bajar el consumo de un coche, y aunque estemos en un período de bajada del precio del combustible, es algo transitorio, pues como con cualquier materia prima escasa muy demandada sus precios no tardarán en volver a subir (o a mantenerse en el nivel más alto que sus energías competidoras permitan).
Podemos cambiar las ruedas a unas de bajo consumo, cambiar el aceite por otro más eficiente energéticamente (como ya comentamos), etc, y uno de los puntos de gran capacidad de ahorro (entre el 1 y 5% de ahorro) es en la producción eléctrica; generar electricidad con petróleo sale muy caro. Incluso hay gente que ha hibridizado parcialmente su vehículo cambiando el alternador por un motor/generador y sustituyendo la batería por una LifePo4 (Forum GoldenMotor).
Hay que evaluar la conveniencia de esta modificación, pues las baterías de plomo-calcio no permiten más de un 20% de descarga sin dañarse; es posible que los 300€ ahorrados a los 100 mil kms se vayan en parte en una batería nueva. Lo ideal sería montar una batería LiFePo4, pero puede costar más de 200€.
Los motores más innovadores ya incluyen la carga programada de la batería, de forma que sólo se activa cuando el voltaje baja de un nivel a partir del cual ya empieza a ser perjudicial para la misma, aunque desconozco qué tipo de batería utilizan y cómo es el procedimiento.

Como curiosidad, en el siguiente vídeo podéis apreciar cómo se nota la carga de trabajo del alternador, apreciándose claramente la bajada de rpm (y ajuste automático por la centralita) de este motor PSA 1.6 Hdi diésel:


Aunque es cierto que estamos quitando la resistencia de generación eléctrica, queda la mecánica del alternador en vacío (resistencia al giro sin consumo), que siempre va a existir, aunque es leve por lo que se ve.

Mi idea es poder monitorizar desde el salpicadero (con una pequeña pantalla conectada a un Arduino) el funcionamiento del "invento"; ver estado de carga de la batería, cuándo se activa/desactiva, y activar la carga cuando baje de 12,8V en carga, desactivándola cuando el voltaje vuelva a los 14V, aunque falta de afinar los voltajes más adecuados.


En el caso del Citroën Xsara Picasso del 2009 tenemos la batería bajo el asiento del conductor
En cada modelo de vehículo hay que hacer diferentes modificaciones, en este caso tenemos fácilmente accesible el positivo de la batería (no así el negativo, que tendremos que coger de alguna toma de masa del coche cercana.
Aunque la tarea puede parecer sencilla, no lo es; para un control realmente inteligente necesitamos datos de frenada (podría bastarnos con leer voltaje de un cable de luz de freno), y para no activarlo con el coche parado en un semáforo, necesitamos saber o bien rpm de motor o velocidad, y esto sube la dificultad a otro nivel, lo mejor sería conectar el Arduino directamente a la ECU, tal vez por ODB2. La verdad es que estoy muy verde en este asunto (estos lo dominan).
Pero yo quiero que sea una modificación accesible, y usando un simple sensor acelerómetro para arduino (como este), podremos saber cuándo estamos acelerando, y cuándo disminuyendo la velocidad, activando el alternador sólo cuando disminuya. El alternador inteligente nos proporcionará las siguientes ventajas:
  • Ahorro de combustible, evidentemente, entre un 1% y un 5% en viajes largos.
  • Alargamos la vida del rectificador/regulador del alternador (además de rodamientos, etc) al no estar siempre activo, que se encargan de entregar siempre los 14,5V DC (el amperaje depende del régimen de vueltas).
  • Monitorización del estado de la batería; si colocamos un sensor de amperaje podremos indicar al dueño si es hora de cambiar la batería por su baja capacidad con un LED o similar, evitando dejarnos tirados en invierno.
  • Ligera economía de frenos y motor; al reservar espacio de recarga para las frenadas y bajadas (usaremos también el eje Z para saber si bajamos o subimos), tanto el freno motor como los propios frenos de servicio tendrán un menor desgaste, aumentando su vida útil.
  • Al monitorizar carga podremos incluso utilizar una batería fabricada para la ocasión con células LiFepo4 de A123 con un gestor de carga/descarga (BMS), mucho más duraderas y útiles. ¿Pasaría la ITV?
  • Y si todo va bien, incluso en un futuro se podría sustituir el alternador por un generador/motor eléctrico de apoyo al motor, una hibridación parcial que requeriría una batería de gran capacidad, como hemos comentado más arriba.
Tenía mis dudas de que el coche pudiera funcionar correctamente sin el alternador dando carga (el ordenador de a bordo y centralita podrían saltar con mensajes, sobre todo si el voltaje baja de 11,5V en carga), así que lo primero de todo fue hacer las pruebas pertinentes.
La idea es utilizar un relé de 120A DC, y con una placa Arduino como control, según la carga de la batería, y el uso de los frenos, activar la carga cuando más nos convenga (bajando cuestas, o cuando se vacíe un 20% la batería). (La batería de mi vehículo ya tiene 6 años, por lo que estará bastante degradada después de 124 mil kms, habrá que comprobar su capacidad actual antes de ponerlo en práctica).
En teoría este alternador es de 150A pico, por lo que tal vez lo mejor sea colocar dos relés electrónicos de 120A pico en paralelo activados a la vez, para distribuir la carga y alargar su vida, aunque rara vez alcance esa potencia (cuando se activen las resistencias de la calefacción por la mañana supongo, (aquí tenemos los esquemas del Picasso anterior, que son similares).

Para hacer pruebas de funcionamiento del coche con el alternador desconectado (por si diera algún mensaje la centralita de batería sin carga, comprobar funcionamiento, etc) he localizado el cable que viene del alternador al borne positivo de la batería; uno gordo que debe aguantar los 120A 12V pico, y lo he separado con el dremel del que va a la caja de fusibles y relés de potencia que controlan la parte eléctrica del motor.


Una vez cortado le soldaremos un terminal en anillo adecuado para su amperaje y diámetro:


Que soldaremos con estaño y un soldador de más de 100W o bien con un pequeño mechero/soplete, como el que tengo en mis manos:


De esta forma puedo volver a ponerlo en su sitio, para poder seguir usando el coche mientras planifico y evalúo la modificación.



Tras probarlo, por un lado pude comprobar que la centralita utiliza el cable-sensor fino que sale del alternador para verificar el voltaje, por lo que no da error de ningún tipo, incluso con la batería a menos de 12V, al menos hasta que la carga de la batería sea muy baja supongo, y en ese caso saltará un error en el ordenador de a bordo, espero.
Por otro lado, he descubierto que tanto el alternador como el motor de arranque utilizan el mismo cable, por lo que si está desconectado, funciona todo pero no arranca (hace el "clack" del relé, pero nada más), por lo que habría que dejarlo activado hasta que el motor arranque.

Por otro lado, he comprobado con la pinza amperimétrica que en la arrancada consume 250/280 amperios máximo en los 2 segundos que tarda la arrancada; si construyéramos una batería LiFePo4 necesitaríamos un BMS que pueda dar 300A instantáneos y gestionar la carga/descarga contínua de hasta 60A:
BMS LifePo4 3S en Aliexpress

En la segunda parte espero poner esto en marcha, ¡felices bricos y hasta pronto!!

Actualización 9/06/15

Al parecer de hace tiempo existe la "leyenda" de que si desconectas la batería del alternador con el coche en marcha, podrías freír el alternador, pero nada más lejos de la realidad, pues esto mismo pasa cuando la batería está llena; no hay más demanda eléctrica que la del coche (que en un diesel es más bien escasa, ya que no necesita producir chispas para hacer explotar el combustible), y no se "quema" el regulador, es como si el circuito estuviera abierto, con el alternador funcionando en vacío, nada se daña, simplemente el alternador girará más libre, sin producir electricidad.
Otra cosa sería desconectar la batería y dejar que sea el alternador el que únicamente mantenga la centralita y lo demás en marcha; en ese caso sí que cierto peligro pues la batería actúa de "estabilizador" de voltaje, pues si el regulador del alternador no está correctamente, podría dar picos que estropearan toda la electrónica, pero no es el caso que se plantea aquí.

Las únicas dudas que me quedan es hasta qué punto la ITV pasa las modificaciones eléctricas que no supongan modificaciones de seguridad (cambiar la batería por una de Litio sí que lo haría, aunque no, si se hace bien y con la tecnología más segura, la LifePo4). ¿Algún lector versado en este tema que quiera iluminarnos? :)

5 comentarios:

  1. Buenas noches. Te sigo el blog desde hace unos meses, y he aprendido contigo mucho. Da gusto leer y aprender cosas aqui.

    Me surge una duda:
    La idea de desconectar la bateria está muy bien, pero me pregunto si se podria hacer algo más basico, a base de reles, te pregunto porque yo mismo estoy restaurando un 4x4 viejito, y seria demasiada tecnologia colocarle un arduino, y porque no tiene puerto ODB2, lleva mecanica pura y dura.

    ¿Sabes algo?
    Gracias.
    Un saludo.

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    1. Hola Jonathan! Da gusto tener lectores que disfruten de lo que comparto.
      En cuanto a lo que comentas, he estado investigando y realmente yo te diría que no merece mucho la pena, ya que cuando la batería está cargada, al alternador ya "no le pide" energía, por lo que realmente anda casi libre.
      Te cuento lo que he visto en el mío:
      - En la arrancada tiene un pico de 270A durante los segundos que tarde en encender, con lo que se descarga un 8% aprox.
      - Una vez encendido, la batería se va recargando inmediátamente (al ralentí mi alternador entrega 15A al principio, y va bajando hasta que la batería no pide más, un minuto después más o menos).
      - El alternador gira con el motor, pero no produce si no hay resistencia, es decir, consumo en el coche.
      Lo único que es interesante es poder regular el voltaje tope de carga, con lo que la batería duraría más (muchos coches la cargan a 14,5V, lo que va dañando alguna célula de la batería, ya que una batería de coche son 6 células de 2V, y como no tienen balanceador, al final alguna de ellas termina sobrecargándose y sulfatándose, reduciendo su vida). También es interesante, y estoy analizando si ponerlo, es poner una batería LifePo4 con su BMS de 300A, mucho más ligera y que no se descarga si no usas el coche (un 1% mensual o menos).
      Por lo tanto, sale mejor cambiar todos los elementos que consumen mucho en el coche (bombillas interiores, lámparas de freno, etc a LED) que programar la carga de la batería (que algo ahorra, pero es muy poco).

      De todas formas se podría simplificar simplemente midiendo el voltaje con un arduino (u otro sistema) y activando/desactivando un relé al alternador según el mismo, para mantenerlo en unos saludables 12,8V. Es conveniente hacerlo con programación para que no esté saltando cada x milisegundos, dañando el relé.

      Pondré algo más al respecto cuando avance con el proyecto.

      Saludos

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  2. Cada vez me sorprendes más, muy interesante como TODOS tus artículos.
    Te dejo una web con baterias y kits para convertir a electricos coches termicos:
    http://shop.rebbl.com/c-197741/batteries---bms
    Un saludo y gracias.

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  3. Una pregunta, si mides tensión de las baterías con el vehículo en funcionamiento (eje: seguidor de tensión + arduino) estarás midiendo la tensión del alternador que son 14V, ¿que haces para medir la tensión real en baterías?

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    Respuestas
    1. Hola Quino, en funcionamiento sólo podría saber el estado de carga, si marca 14,4V es que está cargada 100% (batería plomo/calcio), pero como bien cuestionas, este voltaje puede bajar algo si por ejemplo enciendes las luces, y no por ello estar menos cargada.
      Con el coche en funcionamiento tendríamos un aproximado; si la batería se descarga a 12,4V, al encenderlo verás cómo va subiendo poco a poco según haces kilómetros, pero no llegará a 14,4V hasta que ha cargado completamente.
      De todas formas este proyecto, como comenté en la segunda entrada al respecto, lo descarté porque no merecía la pena complicarse; las ventajas eran ridículas.

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