Puntos de recarga de vehículos eléctricos

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1 MUSKIZ FP Uda Ikastaroak Cursos de Verano Lanbide-heziketa, Berrikuntza eta Jasangarritasuna FormaciónProfesional, Innovacióny Sostenibilidad Puntos de recarga de vehículos s Muskiz, 06 de julio de 2010 Enrique Monasterio Beñaran Responsable de la Unidad de Vehículo Eléctrico

2 INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. ESTRATEGIA PARA EUSKADI 3. TIPOS DE RECARGA

3 INTRODUCCIÓN

4 1.1. Historia del VE Primeros experimentos con VE Vehículos fabricados en EEUU: V. Eléctricos V. Vapor 936 V. Gasolina Se detiene la fabricación del VE Primer VE de motor CC Aparece el modelo T de Ford con motor de combustión interna En 1970 vuelve a surgir el interés en los VE por la contaminación ambiental y a principios de los 90, comenzaron programas de fabricación de este tipo de vehículos.

5 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 coches de vapor, carruajes s y 936 auto-buggies de gasolina. Lower Manhattan tenía caballos 1909 VE Baker de millas de autonomía (Pb-ácido) con un coste de $ El 95% de los vehículos vendidos en EEUU fueron de gasolina 1966 Evolución de los ultracondensadores, no comercializados hasta Introducción de las baterías NiMH 1991 Introducción de las baterías Li-ion (LiCoO 2 ) -Investigación básica hecha en la Universidad de Oxford a mediados de GM VE1 1ª gen. Autonomía de millas (plomo-ácido, 16,5 kwh) -Parecidas a aquellos VE de Baker de 1910! 1999 GM EV1 2ª gen. Autonomía de millas (NiMH, 26,4 kwh) 2005 (Nov) A123 LiFePO 4 baterías a la venta. Tesis del MIT sobre LiFePO 4 (2003) 2008 VE Tesla autonomía de millas (Li-ion, 53 kwh) Coste de $ 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)

6 1.2. Ventajas y retos 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 (mediante la recarga nocturna)

7 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 o Disminución del precio o Alargamiento de la vida útil o Reducción de los tiempos de recarga Incremento de la oferta de vehículos s Construcción de la infraestructura de puntos de recarga Regulación adecuada a fin de optimizar la red eléctrica existente Retos no tecnológicos del VE Adecuación de la legislación / regulación aplicable. (Sector, 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. 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.

8 1.3. Tipos de electrificación Batería Vehículo convencional (100% térmico) Motor térmico Motor Vehículo (100%) Freno Regenerativo Híbrido stop-start Híbrido ligero Híbrido total Híbrido enchufable Range extender Autonomía eléctrica

9 1.3. Tipos de electrificación 0% 100% Vehículos combustión Start-stop ligero total Plug-In Con extensor de rango Vehículo Motor (De mayor potencia que el de un coche convencional) Proporciona funciones tales: Motor de arranque Alternador (para cargar la batería) Permiten un ahorro energético ~4% No proporciona potencia a la tracción del vehículo.

10 1.3. Tipos de electrificación 0% 100% Vehículos combustión Start-stop ligero total Plug-In Con extensor de rango Vehículo Motor (Montado sobre el cigüeñal) El propulsor principal es el motor de combustión. Proporciona potencia extra al motor de combustión. Función stop-start. Frenado regenerativo. Permiten un ahorro energético de un ~10 % No pueden utilizarse únicamente en modo

11 1.3. Tipos de electrificación 0% 100% Vehículos combustión Start-stop ligero total Plug-In Con extensor de rango Vehículo El vehículo puede ser propulsado por: Motor combustión Motor Existen tres configuraciones: 1. Híbridos en serie 2. Híbridos en paralelo 3. Híbridos en serie-paralelo Incluyen el frenado regenerativo Permiten un ahorro energético ~30% Autonomía ~2 km

12 1.3. Tipos de electrificación 0% 100% Vehículos combustión Start-stop ligero total Plug-In Con extensor de rango Vehículo En serie En paralelo En paralelo- serie Gasolina Cargador de batería AC/DC Inversor / Conversor DC/AC Motor de combustión interna Generador Batería Motor

13 1.3. Tipos de electrificación 0% 100% Vehículos combustión Start-stop ligero total Plug-In Con extensor de rango Vehículo En serie En paralelo En paralelo- serie Gasolina Inversor / Conversor DC/AC Batería Motor de combustión interna Motor Caja de cambios

14 1.3. Tipos de electrificación 0% 100% Vehículos combustión Start-stop ligero total Plug-In Con extensor de rango Vehículo En serie En paralelo En paralelo- serie Batería Inversor / Conversor Motor Generador Sistema Transmisión planetario Gasolina Motor de combustión interna

15 1.3. Tipos de electrificación

16 1.3. Tipos de electrificación 0% 100% Vehículos combustión Start-stop ligero total Plug-In Con extensor de rango Vehículo Conocido como PHEV Tecnología similar a la de los híbridos totales, y con posibilidad de carga externa. Disponen de mayor autonomía que los híbridos totales (~20 km).

17 1.3. Tipos de electrificación 0% 100% Vehículos combustión Start-stop ligero total Plug-In Con extensor de rango Vehículo Conocido como REHEV Es un híbrido serie enchufable Disponen de un pequeño motor de combustión o pila de combustible Que hace de generador para completar o cargar la batería. Autonomía ~60 km

18 1.3. Tipos de electrificación 0% 100% Vehículos combustión Start-stop ligero total Plug-In Con extensor de rango Vehículo Electricidad Cargador de batería Batería Inversor / Conversor Motor Generador Extensor de Rango

19 1.4. Componentes del VE Sistema de propulsión. POWERTRAIN Sistema de almacenamiento. BATERÍAS

20 1.4. Componentes del VE Sistema de propulsión. POWERTRAIN Sistema de almacenamiento. BATERÍAS El litio posee el mayor potencial electroquímico (-3.04V) (Pb: 1.69V, Ni -0.24V) Por qué baterías de litio? Mayor potencial, mayor potencia El litio es muy ligero (densidad de 0.53 g/cm 3 ) (Pb: 11,3 g/cm 3, Ni 8,9 g/cm 3, Al: 2,7 g/cm 3, Cu: 9 g/cm 3 ) 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 No tienen efecto memoria Capacidad para operar con un elevado nº de ciclos de regeneración 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

21 1.4. Componentes del VE Sistema de propulsión. POWERTRAIN Sistema de almacenamiento. BATERÍAS 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 ( 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

22 ESTRATEGIA PARA EUSKADI

23 2.1. Objetivos Impulsar la introducción del vehículo (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 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

24 2.2. Ejes estratégicos AUTOMOCIÓN USUARIOS Program as I+D MERCEDES - Vitoria Flotas privadas Flotas públicas Program as Subvención EVE Cluster de Automoción GOBIERNO VASCO Otros OEMs VEHÍCULO ELÉCTRICO en EUSKADI Empresas leasing Empresas car-sharing Cluster TICs Cluster Energía Ayuntamientos Inversión EVE Program as I+D MINISTERIO DE INDUSTRIA IDAE EVE MARCO REGULATORIO Empresas eléctricas EVE-REPSOL INFRAESTRUCTURA DE RECARGA Ot r os agentes Inversión EVE Ayudas económ icas GV

25 2.3. Acuerdo EVE-REPSOL Acuerdo EVE-REPSOL. Infraestructura de recarga 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 s 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 Inversión En 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 s. La Sociedad estaría participada por EVE y REPSOL, y con domicilio en Euskadi. 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

26 TIPOS DE RECARGA

27 3. Tipos de recarga HOY AC MONOFÁSICA 240V, 16 A APROVECHAMIENTO DE RED EXISTENTE y BAJA CARGA A RED TIEMPO RECARGA: HORAS B MAÑANA ( ) AC TRIFÁSICA 400V, 63 A C GESTIÓN INTELIGENTE TIEMPO RECARGA: DECENAS DE MINUTOS (HASTA 1 HORA) PASADO MAÑANA ( 2020?) DC 400V, 125 A CARGADOR EXTERNO / ALTA DEMANDA POTENCIA DE RED TIEMPO RECARGA: MINUTOS? INTERCAMBIO DE BATERIA KNOW-HOW DEL PROPIETARIO, MUY VINCULADO A MODELO DE NEGOCIO TIEMPO RECARGA: MINUTOS

28 CARGA POR INDUCCIÓN 3. Tipos de recarga

29 3. Tipos de recarga CONECTORES ACTUALES AC MONOFÁSICA AC TRIFÁSICA SCHUKO - CEE7/4 240V 16A CETAC 400V 32/63A CETAC 240V 16/32A MENEKES 400V 63A DC No existe conector estándar o de uso generalizado

30 3. Tipos de recarga ESTANDARIZACIÓN DE CONECTORES 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.

31 3. Tipos de recarga Sistemas antirrobo de energía Sistema de cobro Verificación de la correcta conexión del cargador Sistema que impida la desconexión de los conectores al estar en carga FUNCIONALIDADES DE LOS PUESTOS DE RECARGA Verificación permanente de la continuidad del conductor de tierra Video Nissan Control de acceso de usuarios Desenergización del sistema Energizacióndel sistema Display con información para el usuario

32 3. Tipos de recarga TIPOS DE SISTEMAS Lento: AC monofásico Semi-Rápido: AC trifásico Rápido: DC

33 3. Tipos de recarga Arquitectura de puesto de recarga AC D Diferencial SC Sistema de control M Magnetotérmico D M Wh C ID Identificación usuario Wh Contador de energía Dy Display de información Toma de corriente SC ID $ Sistema de cobro C Contactor Dy $ COM COM Sistema de comunicaciones Comunicaciones Acometida eléctrica

34 3.1. Sist. Recarga AC monofásico V ín I in Frecuencia P In Alimentación del cargador 240 Vac monofásica Fase, neutro y tierra Valor Típico 16 A Parámetro a solicitar a los fabricantes 50 Hz 3,7 kw (valor más típico) Parámetro a solicitar a los fabricantes Suministro al vehículo V out 240 Vac monofásica I out 16 A Frecuencia 50 Hz 3,7 kw (valor más típico) P out Recarga completa de baterías en 8 h. Hoy en día es el sistema más universal. Conector CEE 7/4 (Schuko) 240 V ac / 16 A IEC (CETAC) 240 V ac / A Versiones hasta 125 A Mennekes 400 V ac (3) / 63 A 2 pines de control Valido para AC monofásica. SCAME 240 Vac / 32 A 1pin de control

35 3.2. Sist. Recarga AC trifásico V ín I in Frecuencia P In Alimentación del cargador 400 V ac trifásica Valor típico 32 ó 63 A Parámetro a solicitar a los fabricantes 50 Hz Parámetroa solicitar a los fabricantes Suministro al vehículo V out 400 V ac trifásica I out Valor Típico 32 ó 63 A Frecuencia 50 Hz kw P out Recarga de baterías hasta un 80 % en minutos. Sistema de implantación a futuro facilitado por los nuevos estándares. Conector IEC (CETAC) Mennekes SCAME 240 V ac / A 400 V ac (3) / 63 A 2 pines de control Aún no disponible. Versión trifásica en desarrollo.

36 3.3. Sist. Recarga DC Alimentación del cargador V ín V ac (3) I in A determinar Frecuencia 50 Hz kW P In V out I out P out Suministro al vehículo V DC A kw Conector Aún no existe un tipo de conector definido o que se prevea que vaya a ser estandarizado 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 /24 en desarrollo). Debe incorporar cable de carga.

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