Bt Baterías para buses eléctricos Características, Riesgos y Ventajas. Jaime Alée G. jalee@pcil.cl Mayo 17, Bogotá

Transcripción

1 Bt Baterías para buses eléctricos Características, Riesgos y Ventajas Jaime Alée G. jalee@pcil.cl Mayo 17, Bogotá

2 WHO ARE WE? The CIL project is an initiative of the Energy Center of the School of Physical Sciences and Mathematics, University of Chile, SQM, Lithium and Marubeni Rockwood who came together to found in November 2010 a project to create a center for research and development focused on lithium ion batteries as a way of creating value for the country s science and industry. CIL coordinates R & D projects related to its mission by providing funding, assistance in intellectual property, PMO (project management office), dissemination, networking and administrative support. Company University : Original association Model The Chairman of the Board is the Dean of the Faculty and there are two representatives of each private company, represented by the highest executive level.

3 WHAT ARE WE DOING? We choice a non focus growth because we should be as a "hot iron surface" where ideas, inniciatives i i, innovation and entrepeneurs not be quiet and must be alerts all the time.

4 INDICE DE TEMAS A TRATAR 1. EL CONTEXTO ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE 2. COMO FUNCIONAUNAUNA BATERIA 3. EFICIENCIA ENERGÉTICA 4. VEHICULOS ELECTRICOS 5. TECNOLOGÍAS HÍBRIDAS Y ELÉCTRICAS EN BUSES 6. BATERIAS, DISEÑO Y ALCANCES 7. BATERIAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO 8. LA VISIÓN

5 LA ERA DEL CAMBIO CLIMÁTICO & ENERGÉTICO EL CONTEXTO ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE

6 COMO SE USA LA ENERGÍA Oil OIL Wind Nuclear Water Gas Coal COAL ERNC GAS ERC Electricity i EL CONTEXTO ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE

7 FUENTES PRIMARIAS DE ENERGIA Leña Petróleo Gas Carbón Nuclear Hidro ERNC 5% 36% 24% 24% 8,5% 2% 0,5% Calor, cocinar Transporte, Generación electricidad Calor, cocinar, Generación electricidad Calor, cocinar, generación electricidad Usos principales cocinar Generación Generación Generación electricidad electricidad electricidad EL CONTEXTO ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE

8 ENERGIAS EN EL CONSUMO FINAL Leña Petróleo Gas Carbon Electricidad 5% 48% 20% 5% 22% Calor, cocinar Transporte, industria Empresas, Calor, cocinar Calor, cocinar hogares, industria Usos principales EL CONTEXTO ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE

9 CONFERENCES 2012 FUENTES CONSUMOS MATRIZ ENERGÉTICA DE CHILE: Anchos proporcionales a Energía demandada EL CONTEXTO ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE

10 COMO SE TRANSFORMA LA ENERGÍA COMO FUNCIONA UNA BATERIA

11 ACUMULACION DE ENERGIA (EL CICLO DE UNA BATERIA) Ignacio Polanco CE U Chile COMO FUNCIONA UNA BATERIA

12 EFICIENCIA DE LA ENERGÍA EN UN AUTO BASADO EN PETROLEO EFICIENCIA ENERGÉTICA

13 EFICIENCIA ENERGETICA EFICIENCIA ENERGÉTICA

14 EFICIENCIA DESDE ESTANQUE HASTA RUEDAS EFICIENCIA ENERGÉTICA

15 EFICIENCIA DESDE ESTANQUE HASTA RUEDAS (no solo un tema energético) Concepto eficiencia energética TIPO DE VEHÍCULO Consumo energía [Wh/km] E-auto 149 Oil-auto 723 E-Bus Oil -Bus E-BIKE 10 4,8 VECES MAS EFICIENTE 3,3 VECES MAS EFICIENTE Concepto precio unidad energética Precio electricidad [US$/kCal] 0, Precio diesel [US$/kCal] 0, ,75 veces mas caro Precios finales al consumidor US$ 1,16 /lt Diesel Colombia US$ 1,31 /lt Diesel Chile US$ 0,01 /lt Diesel Venezuela EFICIENCIA ENERGÉTICA

16 COMO FUNCIONAN LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS? Baterías VE Electrónica de Potencia Motor Eléctrico Cargador de baterías Ignacio Polanco CE U Chile VEHICULOS ELECTRICOS

17 LO MECANICO VERSUS LO ELECTRICO VEHICULOS ELECTRICOS

18 VEHICULO DE COMBUSTION INTERNA VERSUS ELECTRICO VEHICULOS ELECTRICOS

19 OFERTA DE VEHICULOS ELÉCTRICOS VEHICULOS ELECTRICOS

20 VENTAJAS Y DESVENTAJAS A NIVEL DE BUSES CON RESPECTO A MOTORES DIESEL CONVENCIONALES (2012) HIBRIDO ELECTRICO GAS DUAL COSTO INVERSION 30% MAS ALTO EL DOBLE 10% MAS ALTO COSTO OPERACION 20% MENOR LA MITAD 5% MENOR COSTO MANTENCION 10% MAYOR 30% MENOR 5% MAYOR RANGO DE ALCANCE CON UN 30% SUPERIOR LA MITAD 30% SUPERIOR ESTANQUE VELOCIDAD DE CARGA IGUAL 45 MIN (qc) = IGUAL DISPONIBILIDAD DE PUNTOS DE CARGA + + IGUAL UBICUA MUCHO MENOR + + EMISION GEI Y OTROS (EURO 6) SIMILAR MENOR SIMILAR TECNOLOGIAS HIBRIDAS Y ELECTRICAS EN BUSES

21 EL PROBLEMA ES.. LA BATERIA BUS DIESEL CONSUMO ENERGETICO DE PETROLEO EN DOS DIAS EQUIVALENTE AL CONSUMO ELECTRICO DE UNA CASA EN UN AÑO. BUS ELECTRICO CONSUMO ENERGETICO DE ELECTRICIDAD EN SIETEDIASEQUIVALENTE EQUIVALENTE AL CONSUMO ELECTRICO DE UNA CASA EN UN AÑO. HAY QUE ALMACENAR EN LA BATERIA DEL BUS PARA UN DIA DE OPERACIÓN EL EQUIVALENTE AL CONSUMO DE CASI DOS MESES DE UNA CASA COMO HACER UNA BATERIA DE ESAS CARACTERISTICAS QUE SEA ECONOMICA, QUE SEA LIVIANA, QUE SEA SEGURA, QUE SE CARGUE EN 10 MINUTOS..? EQUIVALE A MAS DE 20 MIL NOTEBOOKS!! BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES

22 CELDAS (PILAS) Y BATERIAS BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES

23 EL PACK O BATERIA DE UN BUS ELECTRICO CELDAS MODULO PACK EMPAQUETAMIENTO >100 CELDAS BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES

24 EJERCICIO. UN BUS ELECTRICO CONSUME Wh/Km (Como un calefactor de casa) PARA CIRCULAR 300 KMS DEBERIA REQUERIR Wh CONSULTA: REQUIERO QUE PESE MENOS DE 800 KGS, CUAL DEBERIA SER LA DENSIDAD ENERGETICA O WH/KG? CALCULO : Wh/800 Kg 375 Wh/kg CONSULTA: UNA BATERIA DE PLOMO ACIDO TIENE UNA DENSIDAD DE 40 Wh/Kg, SI CONSTRUYO LA BATERIA CON BATERIAS DE ESTE TIPO, CUANTO PESARIAN? CALCULO : Wh/40 Wh/Kg kg CONSULTA: UNA BATERIA DE ION LITIO TIENE UNA DENSIDAD DE 130 Wh/Kg, SI CONSTRUYO LA BATERIA CON BATERIAS DE ESTE TIPO, CUANTO PESARIAN? CALCULO : Wh/130 Wh/Kg kg BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES

25 OPINION Y DISCUSION. Dato LA INDUSTRIA DE BATERIAS TIENE COMO OBJETIVO LLEGAR AL 2020 CON UNA BATERIA DE 250 Wh/Kg y un costo de US$ 250 /KWh. Una versión similar pero más económica ca US$ 120/Kwh sólo tendría una vida útil de la mitad de tiempo de la anterior. Ordene en base su prioridad y criterio las siguientes opciones y justifique a) Obtener una autonomía del bus de 300 kms con una batería. (Eso implica una batería de 85 KWh que pesaría Kg y un costo de US$ ) b) Obtener una autonomía del bus de 150 kms con una batería (Eso implica una batería de 43 KWh que pesaría 600 Kg y un costo de US$ ) c) Usar la batería más económica en la opción a), es decir con un costo de US$ d) Usar la batería más económica en la opción b), es decir con un costo de US$ Nota: El costo actual es de US$ 600/KWh BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES

26 FUTURO DE LAS BATERIAS DE ION LITIO BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES

27 FUTURO DE LAS BATERIAS DE ION LITIO (DENSIDAD) BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES

28 FUTURO DE LAS BATERIAS DE ION LITIO (PRECIOS) US$390 US$130 BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES

29 SEGURIDAD Y MANTENIMIENTO Voltaje para: Voltaje Piel Seca Piel Húmeda Muerte [V] Fibrilación Ventricular [V] Problemas respiratorios [V] [V] 12[V] a 24[V] 110[V] a 220[V] 300[V] a 600[V] 200[V] a 500[kV] Ignacio Polanco CE U Chile BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

30 MANEJO TERMICO BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

31 MANEJO TERMICO BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

32 USO OPTIMO DE OPERACIÓN BATERIAS DE LITIO. BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

33 EFECTOS DEL MAL USO BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

34 GARANTIAS EN GENERAL LAS GARANTIAS CUBREN UN RANGO DE KILOMETROS Y/AÑOS LO QUE SE CUMPLA PRIMERO. EXISTEN PRACTICAS QUE ROMPEN LA GARANTIA, COMO ES DEJAR LA BATERIA SIN CARGAR DURANTE UN TIEMPO PROLONGADO. CONVIENE DEJAR EL BUS CARGADO DURANTE LA NOCHE, OPTIMAMENTE EN UN 50%. BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

35 EL FAMOSO THERMAL RUNAWAY (FUGA TÉRMICA) CALENTAMIENTO INDIVIDUAL DE UNA CELDA DEBIDO A UN CORTOCIRCUITO INTERNO, SOBRECARGA, FUERA DEL RANGO ESTABLECIDO O RANGO DE CORRIENTE EXCESIVO LA CELDA CALIENTA LAS DE SU ALREDEDOR DISMINUYE LA RESISTENCIA CON LA ALTA TEMPERATURA, FEEDBACK POSITIVO BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

36 EL CONTEXTO DE LA ELECTROMOVILIDAD BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

37 SISTEMAS DE CARGA DE BATERIAS TIPO POTENCIA EMPALME CORRIENTES TIEMPO DE CARGA 80KWh PROBLEMAS SUPERCARGADORES 100 KW 100 A 0,5 HORA COSTOSOS, SEGURIDAD CARGADORES RAPIDOS 50 KW 50 A 0,8HORA COSTOSOS, SEGURIDAD CARGADORES NIVEL 2 10 KW 12 A 4 HORAS LENTOS, NO ESTANDARES CARGADORES LENTOS 4 KW 6 A 8 HORAS MUY LENTOS Se sugiere una políticade carga bien graduada. El uso excesivo de cargadores rápidos limita la vida útil de las baterías. Un buena graduación debe optimizar el plan de operaciones de flota BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

38 EL FUTURO EJERCICIO 1. En base a lo indicado en la presentación, que dificultades visualiza en el uso de autobuses híbridos o eléctricos en 7 años más (2020)? 2. Que beneficios usted visualiza en el uso de la tecnología basada en la electricidad para el transporte? 3. Como le afecta este cambio de paradigma en cuanto a su crecimiento profesional? 4. Si los problemas aún no resueltos en la baterías se solucionaran, ud confía en un mundo que no dependa del petróleo? 5. Que oportunidades para su país visualiza en las innovaciones tecnológicas que se avecinan con estas tecnologías? 6. Hoy, el 84% de la energía proviene del petróleo, carbón y gas, que a su vez representan el 70% de la emisión de gases de efecto invernadero. La razón es que son abundantes y baratos. Créeusted que en el futuro esas fuentes energéticas tendrán penalizaciones por el efecto colateral que producen en la sociedad? LA VISIÓN

39 Una frase para pensar La sustentabilidad del mundo de vuestros hijos, dependerá de que el transporte, (que consume el 40% de la energía del mundo), principalmente el público, use energías renovables no convencionales, como el sol, el agua, el aire, el viento y el calor de los volcanes Y no es sólo un slogan, es literal LA VISIÓN

40 Una invitación para soñar LA VISIÓN

41 Una invitación para soñar LA VISIÓN

42 Jaime Alée G jalee@pcil.cl