JORNADA SOBRE INNOVACIONES TECNOLÓGICAS EN EL SECTOR DEL AUTOMÓVIL VEHÍCULOS ELÉCTRICOS CON PILA DE COMBUSTIBLE

Transcripción

1 JORNADA SOBRE INNOVACIONES TECNOLÓGICAS EN EL SECTOR DEL AUTOMÓVIL VEHÍCULOS ELÉCTRICOS CON PILA DE COMBUSTIBLE

2 INTRODUCCIÓN La pila de combustible es una pila galvánica en la que la energía química del combustible se convierte directamente en energía eléctrica a través de un proceso electroquímico. El combustible y el oxidante se suministran continuamente y de forma separada a los dos electrodos de la pila donde tiene lugar una reacción. El electrolito es necesario para conducir los iones de un electrodo al otro.

3 TENSIÓN EN CIRCUITO ABIERTO La reacción química en una pila es similar a la que tiene lugar en una batería. La tensión termodinámica de la pila está asociada con la energía liberada y el número de electrones transferidos en la reacción. La energía liberada por la reacción en la pila viene dado por el cambio en la energía libre de Gibbs H 2 ENERGÍA PILA DE COMBUSTIBLE ENERGÍA ELÉCTRICA: G f G f productos G f reactan tes O 2 CALOR AGUA 1 H2 O2 H2O 2 g f g f H 2 O g f H g f O 2 2 Ne 2F culombios Trabajo eléctrico carg a tensión 2FE julios 2FE g f E 2F g f

4 PILA DE MEMBRANA POLIMÉRICA Temperatura trabajo: ºC Rendimiento: 40 50% La más leve impureza del hidrógeno provoca daños en la pila.

5 DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE

6 VENTAJAS E INCONVENIENTES VENTAJAS: BAJO IMPACTO MEDIOAMBIENTAL: EMISIONES CERO EN EL PUNTO DE USO. RUIDO MUY REDUCIDO NO ESTÁ SUJETA A CARNOT ELEVADO RENDIMIENTO BAJO MANTENIMIENTO: NO PARTES MÓVILES INCOVENIENTES: PRODUCCIÓN Y ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO ELEVADO COSTE DE OPERACIÓN Y FABRICACIÓN (4.000 /kw) PUESTA EN MARCHA MUY LENTA TECNOLOGÍA EN FASE DE DESARROLLO

7 COMPORTAMIENTO DE LA PILA DE COMBUSTIBLE Pérdidas por activación (pérdidas debidas a la reacción electroquímica) Pérdidas óhmicas (pérdidas debidas a la conducción iónica y electrónica) Pérdidas de concentración (pérdidas debidas al transporte de masa)

8 CONFIGURACIÓN

9 SUBSISTEMAS DE CONTROL DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE

10 SISTEMA DE ALIMENTACIÓN DE COMBUSTIBLE TANQUES DE COMBUSTIBLE REGULADOR PRESIÓN HUMIDIFICADOR 170 kpa 80 % HR 35 MPa PILA BOMBA RECIRCULACIÓN SISTEMA DE PURGA

11 SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL AIRE RADIADOR BOMBA CENFRÍFUGA 200 kpa DEPÓSITO DEL COMBUSTIBLE AL COMBUSTIBLE BYPASS TEMP < 75ºC VÁLVULA SENSORES T,P BYPASS TERMOSTÁTICA 75 ºC AGUA DESIONIZADA PILA DE COMBUSTIBLE 85 ºC SENSORES T,P AL AIRE

12 SISTEMA DE HUMIDIFICACIÓN DEL AIRE AL TANQUE RESERVA COMPRESOR SEPARADOR AGUA HUMIDIFICADOR SEPARADOR AGUA PILA DE COMBUSTIBLE SENSORES T,P,HR

13 SISTEMA DE COMPRESIÓN

14 CONFIGURACIONES HÍBRIDAS Un vehículo híbrido de pila de combustible (VHPC) tiene una batería o ultracondensador en paralelo con el sistema de pila de combustible. El funcionamiento del VHPC permite un uso más eficiente de la alta densidad de energía de la pila y de la alta densidad de potencia de la batería. Cuando la demanda de potencia es alta, como en una aceleración, las baterías proporcionan la potencia necesaria. Cuando la demanda de potencia es baja, como en condiciones de velocidad crucero, la pila proporciona la potencia. Las baterías se recargarán durante los periodos de baja potencia. Así pues, dependiendo de los requerimientos de potencia y de energía, la pila se podría diseñar bajo el punto de vista de velocidad crucero, y la batería para proporcionar potencias pico.

15 SISTEMAS HÍBRIDOS PILA DE COMBUSTIBLE-BATERÍA P Potencia Media a) Tiempo P b) Tiempo

16 VEHÍCULOS CON PILA DE COMBUSTIBLE: CONFIGURACIONES HÍBRIDAS 72 V 250 A 300 V 220 V AC PILA (STACK) CONV. CC/CC BATERÍA INVERSOR MOTOR ELÉCTRICO TRA NSM ISI ÓN H 2 REG. PI I pila + I ref CONTROLADOR DEL VEHÍCULO CONTROLADOR DE LA PILA

17 MODOS DE OPERACIÓN a) BATERÍA PILA b) PILA MOTOR MOTOR c) PILA d) PILA BATERÍA MOTOR MOTOR

18 ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO COMPRIMIDO (350 bar) LICUADO (-253 ºC) HIDRUROS METÁLICOS M H MH 2 2 GASOLINA REFERENCIA H 2 COMPR. (34 69 MPa) H 2 LÍQUIDO (20 K) M. HIDRURO FeTi (1,2%) Energía (MJ) Peso Combustible (kg) Peso (kg) Tanque Peso Sistema Combustible (kg) 13,9 4,7 4,7 4,7 6,3 63, ,6 547,5 20,4 67,9-90,5 23,3 552 Volumen (l) 18, ,3

19 SEGURIDAD DEL HIDRÓGENO Experimento: M. Swain y Univ. Miami 1937 HINDERBURG

20 GM ElectroVan (1966) Vehículos con pila de combustible PRIMER vehículo de pila de combustible. Hidrógeno líquido subenfriado y oxígeno líquido. Pila de hidrógeno: Union Carbide 5kW. Velocidad punta: 112 km/h. Autonomía: 240 km.

21 Vehículos de pila de hidrógeno 2008 VOLKSWAGEN Tiguan HyMotion Pila: 80 kw / PEM Fabricante: Volkswagen (HT-FC/ High Temperature) Configuración Híbrida Vel. Máx: 150 km/h Depósito H 2 : Gas a 700 bar Capacidad: 3.2 kg Fabricante: - Autonomía: 250 km

22 Vehículos de pila de hidrógeno 2008 RENAULT Scenic ZEV H2 Pila: 90 kw / PEM Fabricante: Nissan Configuración Híbrida Vel. Máx: 160 km/h Depósito H 2 : Gas a 350 bares Capacidad: 3.5 kg Fabricante: - Autonomía: 350 km

23 Vehículos de pila de hidrógeno 2008 GENERAL MOTORS Equinox FCEV Pila: 93 kw / PEM Fabricante: GM Configuración Híbrida Vel. Máx: 160 km/h Depósito H 2 : Gas a 700 bar Capacidad: 4.2 Kg Fabricante: Quantum Autonomía: 320 km

24 Mercedes B Fuel Cell (2010) Vehículos de pila de hidrógeno Primer coche de hidrógeno fabricado en serie. Hidrógeno líquido comprimido. Pila de hidrógeno: General Motors 93kW. Velocidad punta: 170 km/h. Autonomía: 385 km.

25 Honda FCX Clarity (2010) Vehículos de pila de hidrógeno Primer vehículo de hidrógeno en venta. Hidrógeno comprimido a 350 bar. Pila de hidrógeno: Honda 100kW. Velocidad punta: 160 km/h. Autonomía: 570 km.

26 PROYECTO CUTE: MERCEDES CITARO PILA PEM FULLPOWER 205 kw, CGH bar RESULTADOS PROYECTO CUTE (JUNIO 2003): 3 AUTOBUSES, km recorridos, pasajeros transportados, kg de hidrógeno empleados

27 PROYECTO CITYCELL: IVECO CITYCLASS HÍBRIDO CON PILA PEM 62 kw, CGH bar

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29 EPISOL

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31 Banco de ensayos

32 EPISOL

33 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN