puntos de recarga enrique monasteriohistoria del ve. 1859 invención de la batería de plomo-ácido...
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Muskiz, 06 de julio de 2010Enrique Monasterio Beñaran
Responsable de la Unidad de Vehículo Eléctrico
MUSKIZ FPUda IkastaroakCursos de VeranoLanbide-heziketa, Berrikuntza eta JasangarritasunaFormación Profesional, Innovación y Sostenibilidad
Puntos de recarga de vehículos eléctricos
En 1970 1970 vuelve a surgir el interés en los VE por la contaminación ambiental y a principios de los 90principios de los 90, comenzaron programas de fabricación de este tipo de vehículos.
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Primeros experimentos
con VE
Primer VE de motor CC
Aparece el modelo T de Ford con motor de combustión interna
Se detiene la fabricación del VE
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Vehículos fabricados en EEUU:1.575 V. Eléctricos1.681 V. Vapor936 V. Gasolina
1.1. Historia del VE
1859 Invención de la batería de plomo-ácido
1896 VE Riker de 25 millas de autonomía (40 V plomo-ácido)
1899 Invención de la batería de NiCd
1900 Las compañías de vehículos americanas fabricaron 1.681 coches de vapor, 1.575 carruajes
eléctricos y 936 auto-buggies de gasolina. Lower Manhattan tenía 200.000 caballos
1909 VE Baker de 65-110 millas de autonomía (Pb-ácido) con un coste de $1.200. El 95% de los
vehículos vendidos en EEUU fueron de gasolina
1966 Evolución de los ultracondensadores, no comercializados hasta 1978
1985 Introducción de las baterías NiMH
1991 Introducción de las baterías Li-ion (LiCoO2)
-Investigación básica hecha en la Universidad de Oxford a mediados de 1980
1996 GM VE1 1ª gen. Autonomía de 55-75 millas (plomo-ácido, 16,5 kWh)
-Parecidas a aquellos VE de Baker de 1910!
1999 GM EV1 2ª gen. Autonomía de 75-150 millas (NiMH, 26,4 kWh)
2005 (Nov) A123 LiFePO4 baterías a la venta. Tesis del MIT sobre LiFePO4 (2003)
2008 VE Tesla autonomía de 170-267 millas (Li-ion, 53 kWh)
– Coste de $109.000
– La vida de la bateria se espera que sea de 100k millas o de 5 años
– La recarga con un enchufe de pared de 12 Amp/110 V es de unas 40 horas!
VE Baker, batería (y propietario)
1.1. Historia del VE
Ventajas tecnológicas del VE• No produce contaminación acústica
• No produce emisiones en el lugar de operación
• Respuesta más inmediata que la de un vehículo convencional (mejor curva de par motor)
• Menores pérdidas mecánicas, mayor rendimiento energético
• Menor coste de mantenimiento
• Posibilidad de recuperar la energía del frenado
• Posibilidad de optimizar la curva de carga del sistema eléctrico (mediante la recarga
nocturna)
1.2. Ventajas y retos del VE
Retos tecnológicos del VE
• Optimización de las baterías actuales:
o Aumento de la densidad energética (kWh/kg) a fin de incrementar la autonomía del
vehículo eléctrico
o Disminución del precio
o Alargamiento de la vida útil
o Reducción de los tiempos de recarga
• Incremento de la oferta de vehículos eléctricos
• Construcción de la infraestructura de puntos de recarga
• Regulación adecuada a fin de optimizar la red eléctrica existente
1.2. Ventajas y retos del VE
Retos no tecnológicos del VE
• Adecuación de la legislación / regulación aplicable. (Sector eléctrico, ordenanzas municipales,
comunidades de vecinos, estándares de conexión y carga, etc.).
• Propuesta de soluciones iniciales imaginativas de financiación por parte de las
administraciones con el fin de impulsar la penetración del vehículo eléctrico.
• Creación de una masa crítica inicial que estimule el crecimiento posterior.
• Impulso de conciencia social en movilidad sostenible; y de conocimiento y confianza en el VE.
1.3. Tipos de electrificación
Vehículo eléctrico (100%)
Vehículo convencional (100% térmico)
Freno Regenerativo
Batería
Motor eléctrico
Motor térmico
Autonomía eléctrica
Range
exte
nder
Híb
rido e
nch
ufa
ble
Híb
rido tota
l
Híb
rido li
gero
Híb
rido s
top-s
tart
Hibridoligero
0%eléctrico
100%eléctrico
HibridoHibridoStartStart--stopstop
Hibridototal
HibridoPlug-In
Con extensor de rango
Vehículo eléctrico
Vehículos combustión
Motor eléctrico
No proporciona potencia a la tracción del vehículo.
Proporciona funciones tales:
• Motor de arranque• Alternador (para cargar la
batería)(De mayor potencia que el de un coche convencional)
Permiten un ahorro energético ~4%
1.3. Tipos de electrificación
HibridoHibridoligeroligero
0%eléctrico
100%eléctrico
HibridoStart-stop
Hibridototal
HibridoPlug-In
Con extensor de rango
Vehículo eléctrico
Vehículos combustión
Motor eléctrico
Proporciona potencia extra al
motor de combustión.
Función stop-start.
Frenado regenerativo.
El propulsor principal esel motor de combustión.
Permiten un ahorro energético de un ~10 %No pueden utilizarse únicamente en modo eléctrico
(Montado sobre
el cigüeñal)
1.3. Tipos de electrificación
El vehículo puede ser propulsado
por:
Motor combustión
Motor eléctrico
Existen tres configuraciones:
1. Híbridos en serie2. Híbridos en paralelo3. Híbridos en serie-paralelo
Hibridoligero
0%eléctrico
100%eléctrico
HibridoStart-stop
HibridoHibridototaltotal
HibridoPlug-In
Con extensor de rango
Vehículo eléctrico
Vehículos combustión
Incluyen el frenado regenerativoPermiten un ahorro energético ~30%
Autonomía ~2 km
1.3. Tipos de electrificación
En serie En paralelo En paralelo- serie
Hibridoligero
0%eléctrico
100%eléctrico
HibridoStart-stop
HibridoHibridototaltotal
HibridoPlug-In
Con extensor de rango
Vehículo eléctrico
Vehículos combustión
Batería
Cargador de batería AC/DC
Motor de combustióninterna
Generador
Inversor / ConversorDC/AC
Motor eléctrico
Gasolina
1.3. Tipos de electrificación
Hibridoligero
0%eléctrico
100%eléctrico
HibridoStart-stop
HibridoHibridototaltotal
HibridoPlug-In
Con extensor de rango
Vehículo eléctrico
Vehículos combustión
En serie En paralelo En paralelo- serie
Caja de cambios
Motor de combustióninterna
Motor eléctrico
BateríaInversor / ConversorDC/ACGasolina
1.3. Tipos de electrificación
Hibridoligero
0%eléctrico
100%eléctrico
HibridoStart-stop
HibridoHibridototaltotal
HibridoPlug-In
Con extensor de rango
Vehículo eléctrico
Vehículos combustión
En serie En paralelo En paralelo- serie
Motor de combustióninterna
Batería Inversor / Conversor
SistemaTransmisión planetario
Motor eléctricoGenerador
Gasolina
1.3. Tipos de electrificación
Conocido como PHEVTecnología similar a la de los híbridos totales, y con posibilidad de carga externa.
Disponen de mayor autonomía que los híbridos totales (~20 km).
Hibridoligero
0%eléctrico
100%eléctrico
HibridoStart-stop
Hibridototal
HibridoHibridoPlugPlug--InIn
Con extensor de rango
Vehículo eléctrico
Vehículos combustión
1.3. Tipos de electrificación
Que hace de generador eléctrico para completar o cargar la batería.
Autonomía ~60 km
Conocido como REHEVEs un híbrido serie enchufable
Disponen de un pequeño motor de combustión o pila de combustible
Hibridoligero
0%eléctrico
100%eléctrico
HibridoStart-stop
Hibridototal
HibridoPlug-In
Con extensor Con extensor de rangode rango
Vehículo eléctrico
Vehículos combustión
1.3. Tipos de electrificación
Hibridoligero
0%eléctrico
100%eléctrico
HibridoStart-stop
Hibridototal
HibridoPlug-In
Con extensor Con extensor de rangode rango
Vehículo eléctrico
Vehículos combustión
Motor eléctrico
Inversor / Conversor
Extensor de Rango
Generador
BateríaCargador de batería
Electricidad
1.3. Tipos de electrificación
• Sistema eléctrico de propulsión. POWERTRAIN
• Sistema de almacenamiento. BATERÍAS
1.4. Componentes del VE
¿Por qué baterías
de litio?
• Sistema eléctrico de propulsión. POWERTRAIN
• Sistema de almacenamiento. BATERÍAS
El litio posee el mayor potencial electroquímico (-3.04V)
(Pb: 1.69V, Ni -0.24V)
Mayor potencial, mayor potencia
El litio es muy ligero (densidad de 0.53 g/cm3)
(Pb: 11,3 g/cm3, Ni 8,9 g/cm3, Al: 2,7 g/cm3, Cu: 9 g/cm3)
Posee una conductividad eléctrica relativamente alta (108 mΩ.cm)-1
Pb: 48 (mOhm.cm)-1, Ni: 146 (mΩ.cm)-1, C: 0,7 (mΩ.cm) -1, Cu: 596 (mΩ.cm) -1, Al: 376 (mOhm.cm) -1
Capacidad para operar con un elevado nº de ciclos de regeneración
No tienen efecto memoria
Baja tasa de autodescarga (el 6% mensual)Ni-MH: 20%
Energía especifica elevada (150 Wh/kg)
(Pb: 40 Wh/kg , Ni-Cd: 60 , Ni-MH: 90)00
1.4. Componentes del VE
Inconvenientes de las Baterías de litio actuales
A pesar de poseer una energía especifica elevada (150 Wh/kg),
aún es muy inferior a la de los combustibles líquidos (10.000
Wh/kg)
Elevado coste, lo que conlleva a un sobrecosto del vehículo.
Actualmente 800 €/kWh . o Objetivo a medio plazo de USABC (United States Advanced
Battery Consortium): 220 €/kWh
o Objetivo a largo plazo de USABC: 150 €/kWh
Necesidad de control preciso de la tensión de la celda
Necesidad de control de la temperatura y de la corriente
• Sistema eléctrico de propulsión. POWERTRAIN
• Sistema de almacenamiento. BATERÍAS
1.4. Componentes del VE
Impulsar la introducción del vehículo eléctrico (VE) en Euskadi como medio de
mejora de la eficiencia energética en el transporte y elemento impulsor de nuevas
oportunidades de negocio en el tejido industrial vasco.
Objetivos específicos
• Crear una red de puntos de recarga en el territorio de Euskadi
• Apoyar al sector vasco de equipamiento eléctrico y electrónico en el desarrollo
de capacidades industriales y tecnológicas en el ámbito del VE
• Apoyar al sector vasco de automoción en el desarrollo de sistemas y
componentes para el VE
• Facilitar el acceso al VE a las organizaciones y ciudadanía de la CAE
• Propugnar el desarrollo de un marco jurídico que favorezca la introducción y
utilización del VE en todos los niveles y ámbitos geográficos
2.1. Objetivos
VEHÍCULO ELÉCTRICO en
EUSKADI
AUTOMOCIÓN
Program asI+D
Empresas leasingEmpresas car-sharing
OtrosOEMs
InversiónEVE
Ayuntamientos
Flotas privadasFlotas públicas
Program asProgram asSubvención
EVE
Program asI+D
EVE
GOBIERNO VASCO
MINISTERIO DE INDUSTRIA
IDAE
INFRAESTRUCTURA DE RECARGA
USUARIOS
MARCO REGULATORIOOt r os agentes Ayudas económ icas GV
InversiónEVE
MERCEDES - Vitoria
EVE-REPSOL Empresas eléctricas
Cluster de Automoción
Cluster TICsCluster Energía
2.2. Ejes estratégicos
1. Fase Inicial (hasta el 30 de junio de 2010)• Análisis de la tecnología, rentabilidad y viabilidad de posibles sistemas de recarga de
baterías y sustitución rápida de las mismas en vehículos eléctricos
• Elaboración de las especificaciones técnicas de las soluciones seleccionadas
• Determinación de los emplazamientos más apropiados
• Análisis de la viabilidad económica y legal de la implantación
2. Fase de InversiónEn caso de resultados satisfactorios para ambas partes, constitución de una Sociedad para la construcción y explotación de instalaciones de recarga eléctrica y/o reemplazo de baterías de vehículos eléctricos.
La Sociedad estaría participada por EVE y REPSOL, y con domicilio en Euskadi.
Acuerdo EVE-REPSOL. Infraestructura de recarga
Si cualquiera de las partes quisiera acometer otras iniciativas y proyectos de esta temática deberá solicitar su aprobación expresa a la otra parte
Vitoria-Gasteiz, 29/10/09
2.3. Acuerdo EVE-REPSOL
MAÑANA(2013-14)
PASADO MAÑANA(¿2020?)
HOY
AC MONOFÁSICA 240V, 16 A
B
APROVECHAMIENTO DE RED EXISTENTE y BAJA CARGA A RED
TIEMPO RECARGA: HORAS
AC TRIFÁSICA 400V, 63 A
C
GESTIÓN INTELIGENTE
TIEMPO RECARGA: DECENAS DE MINUTOS (HASTA 1 HORA)
CARGADOR EXTERNO / ALTA DEMANDA POTENCIA DE RED
TIEMPO RECARGA: MINUTOS
DC 400V, 125 A
¿?INTERCAMBIO DE BATERIA KNOW-HOW DEL PROPIETARIO, MUY
VINCULADO A MODELO DE NEGOCIO
TIEMPO RECARGA: MINUTOS
3. Tipos de recarga
AC MONOFÁSICA AC TRIFÁSICA
DC
No existe conector estándar o de uso generalizado
CETACCETAC240V 240V –– 16/32A16/32A
CETACCETAC400V 400V –– 32/63A32/63A
MENEKESMENEKES400V 400V –– 63A63A
SCHUKO SCHUKO -- CEE7/4CEE7/4240V 240V –– 16A16A
CONECTORES ACTUALES
3. Tipos de recarga
MENNEKES SCHNEIDER‐LEGRAND‐SCAME
Parámetros básicos :
• Intensidad nominal: 63 A • Tensión monofásica: 230V de AC• Tensión trifásica: 400 V de AC
El conector cuenta con 7 pines o terminales:
• 3 fases + neutro. • Terminal de tierra. • 2 terminales de gobierno o respaldo.
Parámetros básicos :
• Intensidad nominal: 16A - 32A • Tensión de utilización: 230V de AC
El conector cuenta con 4 pines o terminales:
• Fase + neutro. • Terminal de tierra. • 1 terminal de gobierno o respaldo.
ESTANDARIZACIÓN DE CONECTORES
3. Tipos de recarga
FUNCIONALIDADES DE LOS PUESTOS DE RECARGA
Verificación de la correcta conexión
del cargador
Energizacióndel sistema
Desenergizacióndel sistema
Sistema que impida la desconexión de los conectores al estar en carga
Sistemas antirrobode energía
Display coninformación para el
usuario
Sistema de cobro
Control de acceso de usuarios
Verificación permanente de la continuidad del
conductor de tierra
Video Nissan
3. Tipos de recarga
Arquitectura de puesto de recarga ACArquitectura de puesto de recarga AC
Acometida eléctrica
D M
D
M
Diferencial
Magnetotérmico
Contador de energía
Toma de corriente
C
Wh
Contactor COM
Wh C
SC ID
SC Sistema de control
ID Identificación usuario
Dy Display de información
$Dy
$ Sistema de cobro
COM Sistema de comunicaciones
Comunicaciones
3. Tipos de recarga
3.1. Sist. Recarga AC monofásico
Alimentación del cargadorVín 240 Vacmonofásica
Fase, neutro y tierraIin Valor Típico 16 A
Parámetroa solicitar a los fabricantesFrecuencia 50HzPIn 3,7 kW (valor más típico)
Parámetroa solicitar a los fabricantes
Suministro al vehículo eléctricoVout 240 VacmonofásicaIout 16AFrecuencia 50HzPout 3,7 kW (valor más típico)
Recarga completa de baterías en 8 h.
Hoy en día es el sistema más universal.
Conector CEE 7/4 (Schuko) 240 Vac / 16 AIEC 60309 (CETAC) 240 Vac / 16 ‐32 A Versiones hasta 125 AMennekes 400 Vac (3) / 63 A 2 pines de control
Valido para AC monofásica.SCAME 240 Vac / 32 A 1 pin de control
Alimentación del cargador
Vín 400 Vac trifásicaIin Valor típico 32 ó 63 A
Parámetroa solicitar a los fabricantesFrecuencia 50HzPIn Parámetroa solicitar a los fabricantes
Suministro al vehículo eléctricoVout 400 Vac trifásicaIout Valor Típico 32 ó 63 AFrecuencia 50HzPout 22 ‐ 42 kW
3.2. Sist. Recarga AC trifásico
Recarga de baterías hasta un 80 % en 30÷60 minutos.
Sistema de implantación a futuro facilitado por los nuevos estándares.
Conector IEC 60309 (CETAC) 240 Vac / 32 – 120 AMennekes 400 Vac (3) / 63 A 2 pines de control
SCAME Aún no disponible. Versión trifásica en desarrollo.
Alimentación del cargador
Vín 400‐690 Vac (3)Iin AdeterminarFrecuencia 50HzPIn 30‐350kW
Suministro al vehículo eléctricoVout 500‐600 VDC
Iout 50 ‐ 550 APout 30 ‐ 250 kW
Conector Aún no existe un tipo de conector definido o que se prevea que vaya a ser estandarizado
3.3. Sist. Recarga DC
El poste de recarga incorpora el cargador de baterías (AC/DC).Necesidad de comunicaciones con el vehículo para el control del proceso de carga.Demanda de potencia muy elevada (problema con la red eléctrica).No hay conectores estandarizados (IEC 61851 23/24 en desarrollo).Debe incorporar cable de carga.
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Puntos de recarga de vehículos eléctricos
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Responsable de la Unidad de Vehículo Eléctrico
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