Jorge Daniel Zanón Millán. Juan Norverto Moriñigo. José Ignacio Linares Hurtado

Transcripción

1 Proyecto realizado por el alumno/a: Jorge Daniel Zanón Millán Fdo.: Fecha: / / Autorizada la entrega del proyecto cuya información no es de carácter confidencial EL DIRECTOR DEL PROYECTO Juan Norverto Moriñigo Fdo.: Fecha: / / Vº Bº del Coordinador de Proyectos José Ignacio Linares Hurtado Fdo.: Fecha: / /

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3 ESTUDIO DE LA VIABILIDAD TÉCNICO-ECONÓMICA DE UN SISTEMA DE ALQUILER DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS. Autor: Zanón Millán, Jorge Daniel Director: Norverto Moriñigo, Juan RESUMEN DEL PROYECTO El presente proyecto tiene como finalidad el estudio y análisis de la viabilidad técnico y económica de un sistema de alquiler de vehículos eléctricos. El proyecto parte de la necesidad de realizar un cambio en el modelo actual de transporte debido a la falta de recursos energéticos y al despilfarro de los combustibles fósiles. Por tanto, este proyecto propone una nueva forma de transporte en el cual la sociedad minimiza la compra de vehículos. Esta nueva forma de transporte tiene dos objetivos: disminuir la cantidad de vehículos en las ciudades occidentales, y por tanto, disminuir emisiones, e implantar el vehículo eléctrico en el mercado de vehículos. En este proyecto se propone una forma de transporte basada en el alquiler de vehículos eléctricos, y este alquiler es realizado por cortos períodos de tiempo, también conocido como car sharing. Esta modalidad está destinada a conductores esporádicos, con el objetivo de que estos usuarios no tengan vehículos en propiedad Por lo tanto, se estudiará la tecnología presente en los vehículos eléctricos que se comercializan en la actualidad, con el objetivo de conocer los componentes que definen el vehículo eléctrico. Estos componentes se dividen en tres principales grupos: sistema de fuentes de energía, sistema de propulsión eléctrica y sistema auxiliar. Para definir el sistema de fuente de energía del vehículo eléctrico de alquiler es necesario, en primer lugar, realizar un estudio del consumo energético de un vehículo eléctrico. El estudio del consumo energético se ha realizado en base al ciclo de homologación de consumo de vehículos de motor de combustión interna, conocido

4 como ciclo Europa, y se han propuesto diferentes ejemplos de rutas por la ciudad de Madrid. Para calcular el consumo energético por kilómetro recorrido se han propuesto tres desplazamientos en Madrid, los cuales corresponden a un desplazamiento urbano, interurbano y mixto. El resultado obtenido es que para recorrer un kilómetro en un vehículo eléctrico de alquiler se necesita consumir 230 Wh. Con el cálculo del consumo energético se puede diseñar el sistema de fuente de energía, el cual está compuesto, principalmente, por el sistema de baterías electroquímicas. Además, se estudiarán las diferentes tecnologías presentes en los vehículos actuales eléctricos, analizando sus ventajas e inconvenientes, y se presentará el número de baterías que se deben utilizar en cada vehículo para recorrer 100 kilómetro con el consumo energético calculado anteriormente. Este análisis es realizado con la comparación de diferentes parámetros de las baterías electroquímicas, tales como energía específica, capacidad o peso específico. El resultado que se obtiene de este análisis es que las baterías adecuadas para el vehículo eléctrico son las baterías que emplean iones de litio, ya que presentan un elevado número de ciclos de carga y descarga, y una energía específica aceptable. Como resultado se propone paquete de baterías de iones de litio comercializadas por SAFT. Además, se estudiará el sistema de propulsión, el cual está compuesto por el motor eléctrico principalmente. Se presentarán los motores más utilizados para tracción en vehículos, así como ventajas e inconvenientes de cada tipo de tecnología. El resultado que se obtiene de este análisis del sistema de propulsión es que el motor más adecuado para un vehículo eléctrico de alquiler es el motor conocido como PM BLDC, o motor sin conmutador de imanes permanentes de corriente continua. Este motor debe satisfacer las necesidades de potencia descritas en el cálculo del consumo energético. Como resultado se propone un motor PM BLDC que está disponible en el mercado. Por otra parte, es necesario definir las instalaciones de recarga necesarias en un sistema de alquiler de vehículos eléctricos ya que se debe ofrecer el vehículo con un nivel de carga apropiado para el uso. En este proyecto se presenta los componentes que están presentes en la instalación y se propone un conjunto de elementos del fabricante Epyon Power, compuestos por una estación y un poste de recarga de vehículos eléctricos.

5 Además, se propone un modelo de negocio. Este negocio está basado en cuatro emplazamientos distribuidos por la ciudad de Madrid, con el objetivo de que el servicio esté accesible al mayor número de personas posibles. Los emplazamientos elegidos son Moncloa, Atocha, Paseo de la Castellana, y Avenida de América. En cuanto al modelo de negocio, se define el modo de operar de los usuarios con respecto al servicio de alquiler de vehículo eléctrico, y se presentan los pasos que deben realizar los usuarios del alquiler. Además, se ha realizado un estudio económico para conocer la rentabilidad de una futura inversión en un sistema de alquiler de vehículos eléctricos como el presentado en este proyecto. Se proponen dos escenarios posibles para representar las posibles situaciones que se puede encontrar un grupo de inversores. El resultado obtenido es que se debe realizar un estudio de mercado para asegurar un número de clientes mínimo cada año, y para el escenario más desfavorable se prevé un desembolso adicional en el primer año de funcionamiento.

6 TECHNICAL AND ECONOMIC FEASIBILITY STUDY OF A SYSTEM OF ELECTRIC CAR RENTALS. Author: Zanon Millán, Jorge Daniel Director: Norverto Moriñigo, Juan PROJECT SUMMARY This project aims to study and analyze the technical and economic feasibility of an electric car rental. The project is the need for a change in the current transport model due to lack of energy resources and waste of fossil fuels. Therefore, this project proposes a new form of transportation in which the company minimizes the purchase of vehicles. This new form of transportation has two objectives: reduce the number of vehicles in cities, and therefore, reduce emissions, and implement electric vehicles in the vehicle market. This project proposes a form of transportation based on the rental of electric vehicles, and this hiring is done for short periods of time, also known as car sharing. This mode is intended for occasional drivers, in order that these users do not have car ownership. Therefore, we will study the technology used in electric vehicles that are currently marketed, in order to understand the components that define the electric vehicle. These components are divided into three main groups: power sources, electric propulsion and auxiliary system. To set the power supply system of electric vehicle rental is necessary, first, to study the energy consumption of an electric vehicle. The study of energy consumption was made based on the consumption test cycle vehicle internal combustion engine, known as Europe, and has proposed different examples of routes through the city of Madrid.

7 To calculate the energy consumption per kilometer, we have proposed three shifts in Madrid, which correspond to a shift in urban, intercity and mixed. The result is that to walk a mile in an electric vehicle is necessary to consume 230 Wh. With the calculation of energy consumption, we have to design the power supply system, which is composed mainly by the electrochemical battery system. In addition, we will study the various technologies in the electric vehicles, examining their advantages and disadvantages, and present the number of batteries to be used in each vehicle to travel 100 km. This analysis is based on the comparison of different parameters of electrochemical batteries, such as specific energy, capacity or weight. The result obtained from this analysis is that the batteries suitable for electric vehicle batteries are lithium ion used, since they have a high number of cycles of loading and unloading, and a specific energy acceptable. As a result it is proposed package of lithium ion batteries by SAFT. In addition, we will study the propulsion system, which is composed mainly by the electric motor. It will feature traction engines used in vehicles as well as advantages and disadvantages of each technology. The result obtained from this analysis of the propulsion system is the known as PM BLDC motor, or motor without commutator permanent magnet DC. This engine must meet the power requirements described in the calculation of energy consumption. As a result we propose a PM BLDC motor, which is available in the market. On the other hand, it is necessary to define the recharge facilities needed in a rental system of electric vehicles as it should provide the vehicle with a load level suitable for use. In this project we present the components that are present in the system and propose a set of Epyon Manufacturer Power, consisting of a station and a recharging post. In addition, we propose a business model. This business is based in four locations across the city of Madrid, with the aim of the service is accessible to as many people as possible. The sites chosen are Moncloa, Atocha, Paseo de la Castellana and Avenida de América.

8 In addition, there is an economic study to determine the profitability of future investment in a rental system of electric vehicles as presented in this project. We propose two possible scenarios to represent possible situations that can find a group of investors. The result is that you must perform a market study to ensure a minimum number of clients each year, and for the worst case scenario provides an additional outlay in the first year of operation.

9 ÍNDICE DE LA MEMORIA Índice de la memoria Parte I Memoria... 7 Capítulo 1 Introducción Motivación del proyecto Objetivos Metodología / Solución desarrollada Recursos / herramientas empleadas Capítulo 2 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler Definición del vehículo eléctrico Tipos de vehículos eléctricos Vehículos híbridos Configuración serie Configuración paralelo Configuración mixta Configuración compleja Vehículos enchufables Vehículo eléctrico (VE) Diferencias con el vehículo de combustión interna Ventajas del ve sobre el vehículo de combustión interna Cero emisiones en funcionamiento Mayor rendimiento Disminución de contaminación acústica Independencia del petróleo Estructura del vehículo eléctrico. parámetros necesarios I

10 ÍNDICE DE LA MEMORIA Capítulo 3 Consumo energético del vehículo eléctrico Importancia del consumo Cálculo del consumo energético en vehículos con motores de combustión interna. Ciclo Europa Ciclo Europa Fase urbana ciclo Europa Cómo realizar el cálculo del consumo energético en VE Proceso de cálculo Análisis del Ciclo Europa: Adaptación del Ciclo Europa: Cálculo de consumo de energía: Rutas de cálculo Ruta urbana: Estación de Chamartín- Congreso de los Diputados Ruta Extraurbana: Terminal T4 Aeropuerto de Barajas - Torre Europa Ruta mixta: Estación de Atocha 4 Torres Paseo de la Castellana Ecuaciones y parámetros implicados en el cálculo energético Ecuaciones Parámetros Capítulo 4 Fuente de energía Fuente de energía: definición Baterías electroquímicas Baterías electroquímicas: definición Parámetros de las baterías electroquímicas Tensión termodinámica Capacidad Potencia específica Eficiencia energética Energía específica Energía almacenable Número de ciclos de vida Energía disponible Funcionamiento de las baterías electroquímicas Batería de Plomo-Ácido Reacciones químicas en la batería II

11 ÍNDICE DE LA MEMORIA Proceso de descarga Proceso de carga Tipos de baterías electroquímicas Plomo-ácido Baterías basadas en Níquel Níquel-Acero Níquel-Cadmio Níquel-Hidruro metálico Baterías basadas en Litio Polímeros de Litio Iones de Litio Valores actuales de los parámetros de las baterías electroquímicas Batería electroquímica utilizada para el ve de alquiler Capítulo 5 Motor Eléctrico Sistema de propulsión eléctrica: definición Requerimientos de un vehículo eléctrico de alquiler Frecuentes start/stop Elevadas tasas de aceleración/deceleración Elevado par y baja velocidad de ascensión Bajo par y alta velocidad de crucero Rango extenso de velocidad de operación Mantenimiento Tipos de motores eléctricos para VE Motores con conmutador. motores dc Principio de funcionamiento Motor Serie Motor Shunt o en derivación Motor compound Motores de excitación independiente Motores sin conmutador Motor asíncrono o de inducción Motor síncrono Motor de imanes permanentes sin escobillas en corriente continua (PL BLDC) Motores de reluctancia conmutada (SRM) Motor eléctrico elegido para el VE de alquiler III

12 ÍNDICE DE LA MEMORIA Ventajas del motor PM BLDC Alta eficiencia Compacto Facilidad de control Facilidad de refrigeración Bajo mantenimiento, buena longevidad y fiabilidad Bajas emisiones de contaminación acústica Desventajas del motor PM BLDC Coste Rango de potencia constante limitado Seguridad Desmagnetización de los imanes Capacidad de velocidades elevadas Fallos de inversión Capítulo 6 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos Preámbulo Elementos presentes en un punto de recarga: Definiciones Instalación de enlace Acometida CGP/CPM Estación de recarga Centro de adquisición de datos Cables Cable instalación de enlace estación de recarga Cable estación de recarga - vehículo Cable centro de adquisición de datos local toma de corriente individual Cable toma de corriente individual vehículo Instalaciones del cliente Comunicaciones GPRS ADSL Wi-Fi PLC Fibra Óptica Funciones de las instalaciones de recarga IV

13 ÍNDICE DE LA MEMORIA Funciones de la estación de recarga Vehículo punto de recarga Centro de gestión postes de recarga Puntos de recarga- sistema de distribución eléctrica Características y tipología de los puntos de recarga Características comunes de los puntos de recarga Constructivas Placa de características e instrucciones de uso Tipología de los puntos de recarga Vía pública Entorno controlado Sistemas multipunto Interior Esquema eléctrico Instalación de enlace Nueva acometida y nuevo punto de suministro Acometida existente y nuevo punto de suministro Acometida y punto de suministro existentes Aumento de potencia en todos los casos anteriores DGCP: Dispositivos generales de mando y protección Cable de la instalación de enlace a estación de recarga Superficie Subsuelo Estación de carga Conexión monofásica Conexión trifásica Protecciones eléctricas de la estación de recarga Medidas a registrar en contadores Introducción Magnitudes a medir Energía eléctrica Tensión de salida Intensidad de salida Potencia activa Otras magnitudes Características de los contaderos de magnitudes V

14 ÍNDICE DE LA MEMORIA 6.7 Comunicaciones y gestión de datos Almacenamiento de datos Datos enviados Parámetros de identificación del usuario Identificación del punto de recarga Fecha y hora Parámetros de la carga Estado del a recarga Capítulo 7 Modelo de negocio Sistema de alquiler: car sharing Car sharing: definición Aplicación de vehículos eléctricos en car sharing Modo de uso de car sharing en Madrid Red de alquiler en Madrid Estación 4 torres en Paseo de la Castellana Intercambiador de la avenida de América Estación de Atocha Intercambiador de Moncloa Funcionamiento del sistema de alquiler Registro en el servicio Reserva del vehículo Uso del vehículo Funcionamiento del sistema de alquiler Abono mensual Facturación por kilómetro recorrido Facturación por hora reservada Penalización por devolución tardía Otras penalizaciones Forma de facturación Capítulo 8 Resultados energía consumida por kilómetro recorrido Objetivo Resultados de la ruta urbana: Estación de Chamartín- Congreso de los Diputados Definición de la ruta Ciclos empleados de la ruta urbana VI

15 ÍNDICE DE LA MEMORIA Ciclo modelo Ciclo modelo Ciclo modelo Cálculos ruta urbana Resultados del consumo energético ruta urbana Resultados de la ruta extraurbana: Estación de Atocha- 4 torres Definición de la ruta Ciclos empleados de la ruta extraurbana Ciclo modelo Ciclo modelo Ciclo modelo Ciclo modelo Cálculos ruta extraurbana Resultados del consumo energético ruta extraurbana Resultados de la ruta mixta: terminal T4 barajas Torre Europa Definición de la ruta Ciclos empleados de la ruta urbana Ciclo modelo Ciclo modelo Ciclo modelo 4 + Ciclo Modelo Cálculos ruta mixta Resultados del consumo energético ruta mixta Resultados: potencia máxima Baterías utilizadas en el VE Requerimientos de las baterías Parámetros del catálogo de baterías Resultado de la selección de las baterías Motor utilizado en el VE Requerimientos del motor para el ve Resultados: motor empleado en el ve Estación de recarga de las instalaciones del sistema de alquiler de VE Requerimientos de la estación de recarga Resultados: la estación de recarga Capítulo 9 Conclusiones Conclusiones del consumo energético por distancia recorrida VII

16 ÍNDICE DE LA MEMORIA 9.2 Conclusiones de las baterías del VE Conclusiones de los motores eléctricos para VE Conclusiones de las instalaciones de recarga Bibliografía..174 Parte II Estudio económico Capítulo 1 Estudio económico Introducción Introducción: dos supuestos Objetivo Metodología de cálculo Horizonte temporal Ingresos Ingresos directos Ingresos indirectos: publicidad Costes Costes estación de recarga Costes de mantenimiento Costes de seguro Costes de publicidad Costes de sueldos y salarios Inversión inicial Financiación de la inversión inicial Amortización Impuesto de sociedades Desembolso Parámetros Parámetros comunes en ambos supuestos Coste del vehículo eléctrico Coste de las instalaciones Coste de las estaciones de recarga Inversión inicial Financiación Otros parámetros VIII

17 ÍNDICE DE LA MEMORIA Parámetros NO comunes en ambos supuestos Capítulo 2 Resultados del estudio económico Resultados del supuesto optimista Inversión inicial Ingresos Ingresos Directos Ingresos de publicidad Costes Costes de seguros Costes de mantenimiento Costes de consumo de energía Costes de publicidad Costes de sueldos y salarios Margen Bruto Beneficios antes de intereses e impuestos Beneficios antes de impuestos Beneficios NETOS Flujos de caja Resultados del supuesto pesimista Inversión inicial Ingresos Ingresos Directos Ingresos de publicidad Costes Costes de seguros Costes de mantenimiento Costes de consumo de energía Costes de publicidad Costes de sueldos y salarios Margen Bruto Beneficios antes de intereses e impuestos Beneficios antes de impuestos Beneficios NETOS Flujos de caja Conclusiones del estudio económico IX

18 ÍNDICE DE LA MEMORIA Parte III Anexos Capítulo 1 Anexo 1. Tabla de cálculos de la ruta 1: Capítulo 2 Anexo 2. Tabla de cálculos de la ruta 2: Capítulo 3 Anexo 3. Tabla de cálculos de la ruta 2: Capítulo 4 Anexo 4. Catálogo de baterías Capítulo 5 Anexo 5. Motor y controlador Capítulo 6 Anexo 6. Estación y poste de recarga Capítulo 7 Anexo 7. Estudio económico, supuestos pesimista y optimista. 231 X

19 Memoria Índice de figuras Figura 1-1 Mercado mundial del consumo de energía por región Figura 1-2 Consumo energético final por sectores en la UE Figura 1-3 Mix energético español Figura 1-4 Evolución emisiones Gg CO 2 Eq Figura 2-1 Esquema de la configuración serie Figura 2-2 Esquema de la configuración paralelo Figura 2-3 Esquema de la configuración serie-paralelo Figura 2-4 Esquema de la configuración del Toyota Prius Figura 2-5 Esquema del dispositivo repartidor de potencia del Toyota Prius Figura 2-6 Esquema de los componentes básicos de un VE Figura 2-7 Esquema del análisis del pozo a la rueda Figura 2-8 Comparativa de emisiones en función de tecnologías Figura 2-9 Proceso completo para un VE en etapas Figura 2-10 Configuración de los subsistemas de un VE Figura 3-1 Ciclo Europa de homologación de consumos Figura 3-2 Representación de un ciclo de conducción por ciudad Figura 3-3 Representación de un ciclo de conducción extraurbana Figura 3-4 Análisis del ciclo Europa Figura 3-5 Adaptación y simplificación del ciclo Europa Figura 3-6 Ejemplo de balance de energías en un ciclo urbano Figura 3-7 Ruta urbana. Estación de Chamartín al Congreso de los Diputados

20 Memoria Figura 3-8 Ruta extraurbana. Terminal 4 aeropuerto de Barajas-Torre Europa Figura 3-9 Ruta mixta. Estación de Atocha a 4 Torres Figura 4-1 Elementos principales de una batería electroquímica Figura 5-1 Motor eléctrico Figura 5-2 Relación entre los componentes del sistema de propulsión eléctrico.. 73 Figura 5-3 Sección de un motor DC Figura 5-4 Motor serie Figura 5-5 Motor en derivación Figura 5-6 Motor compund Figura 5-7 Motor de rotor bobinado Figura 5-8 Motor de jaula de ardilla Figura 5-9 Curva característica de los motores asíncronos Figura 5-10 Sección de un motor PM BLDC Figura 5-11 SRM en configuración 6/ Figura 5-12 Secuencia de conmutación en un SRM Figura 6-1 Apariencia de un poste de recarga Figura 7-1 Red de alquiler de vehículos eléctricos en Madrid Figura 8-1 Ciclo modelo Figura 8-2 Ciclo modelo Figura 8-3 Ciclo modelo Figura 8-4 Ciclo modelo Figura 8-5 Ciclo modelo Figura 8-6 Ciclo modelo Figura 8-7 Ciclo modelo Figura 8-8 Ciclo modelo Figura 8-9 Ciclo modelo Figura 8-10 Ciclo modelo

21 Memoria Figura 8-11 Epyon Terra Post Charge Figura 8-12 Epyon Terra Base Station 100.X

22 Memoria Índice de tablas Tabla 1-1 Resumen del parque de vehículos a fin de Tabla 1-2. Histórico del parque de vehículos por sectores Tabla 2-1 Rendimiento para llevar la energía del pozo hasta el tanque en un MCIA gasolina Tabla 2-2 Rendimiento para llevar la energía del pozo hasta el tanque en un VE Tabla 2-3 Rendimiento para convertir la energía del combustible en trabajo útil en un MCIA gasolina Tabla 2-4 Rendimiento para convertir la energía de las baterías en trabajo útil en un VE Tabla 2-5 Rendimiento total del pozo a la rueda Tabla 3-1 Energía específica nominal de distintas fuentes sin considerar el confinamiento Tabla 3-2 Parámetros empleados en el cálculo de la energía consumida Tabla 4-1 Valores de parámetros de baterías electroquímicas. Parte I Tabla 4-2 Valores de parámetros de baterías electroquímicas. Parte II Tabla 6-1 Potencia a ampliar según el número de puntos de recarga Tabla 6-2 Protecciones a instalar según la potencia Tabla 6-3 Características generales de los contadores Tabla 8-1 Definición Ruta urbana Tabla 8-2 Resumen resultados ruta urbana Tabla 8-3 Definición Ruta extraurbana

23 Memoria Tabla 8-4 Resumen resultados ruta extraurbana Tabla 8-5 Definición Ruta extraurbana Tabla 8-6 Resumen resultados ruta extraurbana Tabla 8-7 Potencias máximas desarrolladas Tabla 8-8 Parámetros de los catálogos de baterías. Parte I Tabla 8-9 Parámetros de los catálogos de baterías. Parte II Tabla 1-1 Lista detallada del coste del vehículo eléctrico Tabla 1-2 Precio del m 2 según distritos Tabla 1-3 Coste de las instalaciones Tabla 1-4 Coste de las instalaciones de recarga Tabla 1-5 Desglose de la inversión inicial Tabla 1-6 Financiación de la inversión inicial Tabla 1-7 Otros parámetros Tabla 1-8 Variación de usuarios según el horizonte temporal Tabla 2-1 Devolución del crédito Tabla 2-2 Ingresos directos según el año Tabla 2-3 Ingresos por publicidad según el año Tabla 2-4 Costes de seguros según el año Tabla 2-5 Costes de mantenimiento según el año Tabla 2-6 Costes de consumo de energía según el año Tabla 2-7 Costes de publicidad según el año Tabla 2-8.Costes de sueldos y salarios según el año Tabla 2-9.Margen bruto año a año Tabla 2-10.BAII año a año Tabla 2-11.BAI año a año Tabla 2-12.BN año a año Tabla 2-12.FC año a año

24 Memoria Tabla 2-14 Devolución del crédito Tabla 2-15 Ingresos directos según el año Tabla 2-16 Ingresos por publicidad según el año Tabla 2-17 Costes de seguros según el año Tabla 2-18 Costes de mantenimiento según el año Tabla 2-19 Costes de consumo de energía según el año Tabla 2-20 Costes de publicidad según el año Tabla 2-21.Costes de sueldos y salarios según el año Tabla 2-22.Margen bruto año a año Tabla 2-23.BAII año a año Tabla 2-24.BAI año a año Tabla 2-25.BN año a año Tabla 2-26.FC año a año Tabla 2-27.VAN de supuestos

25 Introducción Parte I MEMORIA - 7 -

26 Introducción Capítulo 1 INTRODUCCIÓN - 8 -

27 Introducción 1.1 MOTIVACIÓN DEL PROYECTO Uno de los hechos que, actualmente, está condicionando la situación geopolítica energética del mundo, es el crecimiento de países desarrollados, que se han posicionado como unos de los consumidores más importantes de energías fósiles del momento. Figura 1-1 Mercado mundial del consumo de energía por región. Como puede apreciarse en la imagen anterior, ya a partir de 2010 las economías emergentes y de transición suponen la mitad del mercado mundial del consumo de energía. Actualmente, debido a la contracción de la demanda junto con la falta de liquidez y la escasa financiación existente, las empresas petroleras no realizan tantos sondeos de inspección y algunos de los proyectos en marcha se han visto paralizados

28 Introducción Por otro lado, en el periodo de convulsión económica que presenciamos, habiéndose producido el despilfarro de un recurso estratégico como el petróleo y siendo conscientes del agotamiento del mismo, y con las políticas vigentes de control de impactos ambientales, se plantea la necesidad de proponer un punto de inflexión en el modelo vigente de transporte. Cabe destacar, como ejemplo de despilfarro energético y como se puede apreciar en la ilustración 2, que en la UE-25 se consume aproximadamente un tercio de los recursos energéticos en el transporte, de los cuales el 70% corresponde a los derivados del petróleo. En España, consumimos ktep en el transporte, que corresponde con un 38% del consumo de energía final, para los cuales se importan 60Mt de crudo. Tanto es así, que el petróleo representa en nuestras vidas el 48% de la energía primaria. Figura 1-2 Consumo energético final por sectores en la UE

29 Introducción El sector automovilístico, consciente de estos inconvenientes mencionados, y conociendo la ineficiencia de los motores de combustión interna (η ) propone la implantación de los vehículos eléctricos como nuevo modelo de transporte. La introducción del vehículo eléctrico posibilitará la mejora del mix energético del país, que como apreciamos en la ilustración 3 está dominado por la producción de energía eléctrica a través de centrales de ciclo combinado con un 21%: Figura 1-3 Mix energético español 2010 Y también conseguiremos mejoras en el medio ambiente: reducción de la contaminación acústica provocada por el tráfico rodado en ciudades, disminución de la contaminación atmosférica y afectación a la salud (provocada por CO, NO X, PM, HC, etc.), y reducción de las emisiones de los gases de efecto invernadero provocados por los motores de combustión interna, que como puede observarse en la ilustración 4, está creciendo considerablemente, situándose en 2010 en 100 Gg de CO 2 equivalentes:

30 Introducción Figura 1-4 Evolución emisiones Gg CO 2 Eq. Pero para que se produzca el desarrollo de los vehículos eléctricos es necesario el desarrollo de una nueva generación de baterías, además de que las grandes empresas del sector automovilístico se impliquen en la fabricación en serie de éstas. Como se puede apreciar en la tabla 1, el parque automovilístico español está formado por aproximadamente 31 millones de vehículos, de los cuales un 71.25% son turismos. El proyecto de proponer un sistema de alquiler de vehículos eléctricos, por tanto, va a estar dirigido hacia este porcentaje del parque

31 Introducción Tabla 1-1 Resumen del parque de vehículos a fin de Una de las consecuencias de la crisis económica que se ha producido en España, es, como se puede observar en la tabla 2, la reducción del parque automovilístico español de 2008 a 2009 en un 1% aproximadamente. Uno de los objetivos de este proyecto es propiciar una reducción de los vehículos en propiedad por parte de los conductores esporádicos. Tabla 1-2. Histórico del parque de vehículos por sectores

32 Introducción Por otra parte, el sistema de alquiler de vehículos permite a los conductores esporádicos no soportar todas las cargas económicas que supone tener un vehículo en propiedad (compra, impuestos, seguro, mantenimiento, aparcamiento, etc.) y obtener el servicio de una forma rápida y flexible (elección del vehículo deseado y en distintas ubicaciones). Además, en caso de que este sistema de alquiler sea contratado por empresas o autónomos, se producirá un ahorro en los costes de contabilidad asociada al uso de su flota de vehículos, ya que el sistema de alquiler te envía en cada período de alquiler una factura con el uso realizado. Este sistema de transporte unido al vehículo eléctrico provoca una reducción de contaminación, aumento de calidad de vida, y despreocupación por los costes acarreados en el uso de un vehículo particular. Además, se introduce en la ciudad el modelo de transporte eléctrico, lo que ayudará a dar buena imagen de este producto al público en general

33 Introducción 1.1 OBJETIVOS 1. El primer objetivo que plantea este proyecto es conocer las necesidades de desplazamiento del mercado interesado en el alquiler de vehículos eléctricos, ya que esta información permite un diseño equilibrado del vehículo. Para ello se realizará un cálculo de consumos energéticos en varios desplazamientos por la ciudad de Madrid a través de una adaptación del ciclo de homologación de consumos Europa. 2. Conocida esta información, hay que evaluar la demanda energética que van a suponer estos desplazamientos, ya que es necesario realizar un estudio de los tipos de baterías existentes y dimensionar las mismas. 3. Una vez que disponemos cuál es el grado de utilización del vehículo de alquiler, se pretende estudiar los diferentes tipos de motores eléctricos para poder seleccionar aquel que más interese para un vehículo eléctrico destinado a una actividad tan definida como es el alquiler. 4. Adoptar un diseño del sistema de conector del vehículo que servirá para la conexión al puesto de recarga. El conector del vehículo deberá cumplir con los requisitos que marca las normas de referencia IEC , la IEC y la IEC Proponer el diseño de un punto de recarga fácil de utilizar en las ubicaciones de los posibles estacionamientos. 6. Se planteará un modelo de negocio que sea atractivo y fácil de usar para el mercado al que va dirigido, indicando el modo en el que el usuario recogerá y entregará el vehículo y la forma en la que debe realizar

34 Introducción 7. Se propondrá un ejemplo de implantación en Madrid, definiendo número de puntos de alquiler, vehículos a emplear, puntos de recarga necesarios y se realizará un esquema unifilar de la instalación eléctrica a emplear. 8. Además, se realizará un estudio económico de todos los componentes del vehículo eléctrico así como de las instalaciones necesarias para llevar a cabo el negocio de alquiler con el objetivo de minimizar los costes. 1.2 METODOLOGÍA / SOLUCIÓN DESARROLLADA Una vez definidos los objetivos, se planificarán unas determinadas actividades para cada uno de ellos. Estas actividades serán viables gracias a la recopilación de información realizada a través de publicaciones, libros, y apuntes de asignaturas de los cursos de la carrera. Mediante la ejecución de estas actividades se logrará obtener un resultado para cada objetivo. Además, para cada uno de los objetivos se propondrá una reunión con el director de proyecto para la revisión de los resultados obtenidos, de forma que se asesore sobre la calidad de ejecución de los mismos

35 Introducción 1.3 RECURSOS / HERRAMIENTAS EMPLEADAS Se pretende utilizar herramientas de software como Microsoft Word y Microsoft Excel así como programas de simulación como Matlab mediante la herramienta Simulink. Además, se utilizará bibliografía referente a la tecnología de baterías y motores eléctricos, así como textos y noticias referentes a puntos de recarga. También se utilizará Internet para la búsqueda de documentación específica sobre los temas objeto de estudio y/o análisis

36 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler Capítulo 2 ANÁLISIS TÉCNICO DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO DE ALQUILER

37 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler 2.1 DEFINICIÓN DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO Un vehículo eléctrico es aquel que emplea un motor eléctrico para realizar la tracción, ya sea parcial o completa, el cual se alimenta con una fuente de energía con el objetivo de suministrarle energía eléctrica. Esta fuente de energía puede ser de diversos tipos: pilas de combustible, baterías químicas, ultracondensadores, o volantes de inercia capaces de almacenar energía cinética. 2.2 TIPOS DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS. Como ya hemos comentado, un vehículo eléctrico puede poseer como apoyo un motor de combustión interna alternativa que ayuda la tracción. Según esto podemos distinguir varios tipos de vehículo eléctrico: VEHÍCULOS HÍBRIDOS. Vehículos híbridos: HEV (hybrid electric vehicle): cuenta con al menos una fuente de energía, almacenamiento o conversión puede entregar energía eléctrica. Existen diferentes configuraciones según el modo de empleo de los elementos del HEV: paralelo y serie. Sus principales elementos son las baterías, un motor térmico, un motor/generador eléctrico, y la transmisión

38 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler Configuración serie. Aquella en la que únicamente un conversor de energía proporciona potencia al vehículo. Además, el motor de combustión interna no tiene conexión mecánica con la transmisión. El motor de combustión es el encargado de accionar el generador que alimenta a las baterías, que a su vez suministran energía al motor eléctrico, el cual es el encargado de proporcionar el par y la potencia de tracción. A continuación, la siguiente imagen puede ayudar a entender el funcionamiento de esta configuración: Figura 2-1 Esquema de la configuración serie Configuración paralelo. En esta configuración más de una fuente de energía puede operar para proporcionar el par y la potencia de tracción. Como su propia expresión indica, el motor de combustión y el motor eléctrico funcionan en paralelo. En esta configuración, el motor de combustión y el eléctrico se conectan al eje de transmisión mediante dos transmisiones independientes, hecho que proporciona complejidad al sistema de control y acoplamiento mecánico. Una ventaja de esta configuración es que ambos motores pueden reducir su tamaño. En cambio, el MCIA no puede ir situado en cualquier lugar del vano motor ya que debe ir

39 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler conectado al eje. Dependiendo de las circunstancias de funcionamiento, el vehículo será impulsado por el motor de combustión o el eléctrico. En la siguiente imagen se puede entender más adecuadamente el modo de funcionamiento de esta configuración: Figura 2-2 Esquema de la configuración paralelo Configuración mixta. Combinación entre la configuración serie y paralelo. También llamado por otros autores strigear (sequentally run, triple gearbox connected engine/motor hybrid). En esta configuración el MCIA también puede funcionar para cargar las baterías. Al igual que en la configuración en paralelo, el vehículo puede ser impulsado por el motor eléctrico, por el MCIA o por ambos. La siguiente imagen representa el esquema de una configuración mixta:

40 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler Figura 2-3 Esquema de la configuración serie-paralelo Configuración compleja. Combinación serie-paralelo con un engranaje planetario que conecta el MCIA con el motor eléctrico y el generador. También conocido como Power Split. En esta configuración en el vehículo pueden coexistir ambos funcionamientos, y el funcionamiento queda determinado por el régimen de giro. Así, en su mayoría se utilizará como parcialmente serie y parcialmente paralelo. Cabe destacar que ésta es la configuración usada por Toyota para su vehículo híbrido Prius. A continuación se presenta un esquema que presenta la configuración de este vehículo:

41 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler Figura 2-4 Esquema de la configuración del Toyota Prius. Como ya se ha comentado, estas configuraciones presentan una elevada complejidad mecánica en el diseño de la transmisión. Aunque el motor y el motor/generador se encuentran acoplados a ejes paralelos, el dispositivo repartidor de potencia está formado por un engranaje planetario, y es capaz de seleccionar el motor con el que trabajar, como se muestra en la siguiente ilustración: Figura 2-5 Esquema del dispositivo repartidor de potencia del Toyota Prius

42 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler VEHÍCULOS ENCHUFABLES. Vehículos enchufables: PEV (plug-in electric vehicle). A este grupo corresponden los HEV enchufables y los vehículos eléctricos (VE) en sí propiamente dichos Vehículo eléctrico (VE). Este vehículo únicamente es impulsado por un motor eléctrico. Hay dos elementos clave que definen a un vehículo eléctrico: la disposición de una fuente de energía (química o electroquímica) portátil, y un motor eléctrico que proporciona el par y la potencia necesaria para la tracción. Figura 2-6 Esquema de los componentes básicos de un VE

43 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler En la realización de este proyecto únicamente se va a tener en cuenta el vehículo eléctrico (VE), por lo que se procederá a realizar un análisis, para poder dimensionar los elementos clave de este vehículo. 2.3 DIFERENCIAS CON EL VEHÍCULO DE COMBUSTIÓN INTERNA. El VE se diferencia de un vehículo común de combustión interna alternativa en el modo en el que se convierte la energía. Así, un vehículo de combustión interna tiene a su disposición energía química mediante el almacenamiento de combustible en su tanque, y es convertida a energía cinética a través de su motor de combustión. En cambio, un VE almacena energía química en sus baterías o pilas de combustible, en las cuales se realiza una conversión a energía eléctrica para alimentar el motor de propulsión eléctrica, el cual se encarga de, a su vez, transformarla en energía cinética. 2.4 VENTAJAS DEL VE SOBRE EL VEHÍCULO DE COMBUSTIÓN INTERNA. interna: El VE posee muchas ventajas sobre el convencional motor de combustión CERO EMISIONES EN FUNCIONAMIENTO Sin embargo, la implementación en el futuro de esta tecnología no está condicionada por este factor. Con el panorama actual, es necesario establecer los criterios necesarios para entender el potencial de las diversas tecnologías, y actualmente, ese criterio es conocido como el Análisis del pozo a la rueda (well

44 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler to wheel). Este análisis permite cuantificar las energías involucradas, las emisiones de gases de efecto invernadero, y el rendimiento energético de todos los procesos que llevan del pozo a la rueda. Se puede observar qué elementos se plantean en este análisis en la figura 2-7. Figura 2-7 Esquema del análisis del pozo a la rueda. En la siguiente ilustración, se puede comprobar que las únicas emisiones presentes en el vehículo eléctrico son las debidas a la producción de energía eléctrica con la cual se procede a realizar la carga de las baterías: Figura 2-8 Comparativa de emisiones en función de tecnologías

45 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler MAYOR RENDIMIENTO. Al igual que ocurre con las emisiones producidas por ambas tecnologías, el análisis del rendimiento no sólo hay que hacerlo en régimen de funcionamiento, si no que hay que emplear de nuevo el Análisis del pozo a la rueda. Como se puede apreciar en la figura 2-9, el análisis del rendimiento del VE se puede fraccionar en varias etapas: refinería (de crudo a fuel-oil), generación electricidad, distribución, cargador de batería, carga y descarga de batería, conversión a energía cinética mediante el motor eléctrico, y transmisión a través del eje a las ruedas. P EA1 P EA2 P EP Crudo P 1 Generación Distribución Cargador electricidad Batería P P4 P P2 P P3 P P1 Carga/Descarga Baterías P P5 P S Transmisión Motor Eléctrico P P6 P P7 Figura 2-9 Proceso completo para un VE en etapas

46 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler Siendo: -P EP : la potencia correspondiente a la energía primaria. -P P1 : la potencia de pérdidas en la refinería en el proceso de obtención del fuel-oil. -P EA1 : potencia química almacenada en el crudo. -P 1 : potencia en forma de fuel-oil para la generación de electricidad. -P EA2 : potencia almacenada en forma de combustión. -P P2 : potencia de pérdidas en la generación de electricidad. -P P3 : potencia de pérdidas en la distribución de la energía eléctrica hasta los puestos de recarga. -P P4 : potencia de pérdidas debida al rendimiento interno del cargador de la batería. -P P5 : potencia de pérdidas en el proceso de carga y descarga de las baterías. -P P6 : potencia de pérdidas que ocurren en la conversión de energía eléctrica a cinética en el motor eléctrico. -P P7 : potencia de pérdidas que ocurre en la transmisión de la energía cinética del eje del motor eléctrico hasta las ruedas. -P S : potencia útil disponible. En las siguientes tablas se recogen los rendimientos involucrados para llevar la energía desde el pozo hasta el vehículo tanto para vehículo de motor de combustión interna alternativo gasolina como para VE:

47 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler VEHÍCULO MCIA GASOLINA Rendimientos Transporte del crudo a la refinería 0,95 Proceso de refinado del crudo en gasolina 0,95 Distribución en las estaciones de servicio 0,95 Porcentaje de la energía del crudo original en el vehículo 0,86 Tabla 2-1 Rendimiento para llevar la energía del pozo hasta el tanque en un MCIA gasolina. VEHÍCULO ELÉCTRICO Rendimientos Gasoducto 0,95 Rendimiento generación de energía eléctrica 0,50 Distribución en la red 0.,95 Rendimiento de carga de batería 0,85 Porcentaje de la energía del gas original en el VE 0,38 Tabla 2-2 Rendimiento para llevar la energía del pozo hasta el tanque en un VE. Se observa que el rendimiento obtenido para llevar la energía desde el pozo hasta el vehículo es mayor en el vehículo MCIA gasolina debido al bajo rendimiento que presenta la generación de energía eléctrica

48 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler En cambio, en las siguientes tablas se recogen los rendimientos de conversión de la energía a bordo en energía mecánica: VEHÍCULO MCIA GASOLINA Rendimientos Motor base 0,18 Rendimiento de la transmisión 0,90 Rendimiento de conversión del combustible en trabajo 0,16 Tabla 2-3 Rendimiento para convertir la energía del combustible en trabajo útil en un MCIA gasolina. VEHÍCULO ELÉCTRICO Rendimientos Rendimiento descarga batería 0,85 Motor eléctrico y electrónica de potencia 0,90 Ganancia del freno regenerativo 0,05 Rendimiento de conversión del combustible en trabajo 0,8 Tabla 2-4 Rendimiento para convertir la energía de las baterías en trabajo útil en un VE. Entonces el rendimiento total será: VEHÍCULO MCIA VE Etapa 1 0,86 0,38 Etapa 2 0,16 0,80 Total Rendimiento 0,14 0,30 Tabla 2-5 Rendimiento total del pozo a la rueda

49 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler Por tanto, podemos concluir que el Ve presenta mayor rendimiento en el análisis total desde el pozo a la rueda. El uso de este vehículo en nuestro parque de vehículos supondrá una medida de eficiencia energética al obtener idéntico transporte con menor energía DISMINUCIÓN DE CONTAMINACIÓN ACÚSTICA La utilización de VE supondrá una disminución considerable de la contaminación acústica ya que la emisión de esta contaminación por parte de este tipo de vehículos es menor que con el uso de los MCIA. Esto supondrá un aumento en la calidad de vida de los habitantes de las grandes ciudades, que actualmente están superpobladas con los vehículos tradicionales INDEPENDENCIA DEL PETRÓLEO. Proponer un modelo energético para España en el que se dé mayor peso específico a las energías renovables en detrimento de las energías fósiles será fundamental de cara a mantener viable la producción y distribución de energía eléctrica

50 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler 2.5 ESTRUCTURA DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO. PARÁMETROS NECESARIOS. Un VE está caracterizado por varios elementos principales: 1.- Subsistema de propulsión de motor eléctrico, compuesto por: el controlador del vehículo, el motor eléctrico, la transmisión, el convertidor de electrónica de potencia y la transmisión mecánica. 2.- Fuente de energía: formado por la centralita de control de energía, las baterías, y la unidad de recarga de baterías. 3.- Sistema auxiliar: compuesto por la unidad de control de temperatura, un suministrador auxiliar de energía, y la unidad de power steering. En la siguiente representación se presenta un esquema en el cual se puede apreciar qué tipo de relación existe entre los diferentes subsistemas del vehículo y su disposición en el mismo: Figura 2-10 Configuración de los subsistemas de un VE

51 Análisis técnico del vehículo eléctrico de alquiler Para poder ofrecer un vehículo eléctrico de alquiler que cumpla con los requisitos mínimos de funcionamiento es necesario conocer algunos parámetros. Uno de los parámetros más importantes es conocer qué demanda diaria está presente en el uso de vehículos de alquiler, y realizando un estudio y análisis de los dos subsistemas predominantes en el VE (propulsión y fuente de energía) conoceremos qué motor de las tecnologías existentes satisface las necesidades de un vehículo de alquiler, y cuál es el tipo de baterías que mejor se adapta a este producto. En cuanto a las baterías, hay que tener en cuenta varias variables: la energía específica de las mismas, el peso específico por unidad de energía y el número de ciclos de vida que mantienen un nivel de uso aceptable. En los capítulos posteriores se procede a realizar un estudio exhaustivo de los parámetros anteriormente señalados, y que en su conjunto definirán el vehículo que se pondrá a disposición de los clientes para un régimen de alquiler

52 Consumo energético del vehículo eléctrico. Capítulo 3 CONSUMO ENERGÉTICO DEL VEHÍCULO ELÉCTRICO

53 Consumo energético del vehículo eléctrico. 3.1 IMPORTANCIA DEL CONSUMO. Posiblemente, la mayor desventaja que presenta el VE es la autonomía. Es por eso que los primeros modelos que han salido al mercado corresponden con vehículos adaptados para el uso de ciudad, con una autonomía oscilando entre los 80 y 160km, como el vehículo que se pretende analizar en este proyecto. El inconveniente, fundamentalmente, reside en la actual tecnología existente sobre las baterías para aplicaciones de tracción, que presenta elevados pesos específicos en comparación con los combustibles fósiles utilizados en los MCIA. Este hecho se puede observar en la siguiente tabla, donde se recoge la energía específica de distintas fuentes de energía. FUENTE DE ENERGÍA ENERGÍA ESPECÍFICA (Wh/Kg) Gasolina Gas natural 9350 Metanol 6050 Hidrógeno Carbón 8200 Batería plomo-ácido 35 Batería litio-polímero 200 Tabla 3-1 Energía específica nominal de distintas fuentes sin considerar el confinamiento. Como se puede apreciar en la tabla 3-1 anterior, con aproximadamente 60kg de baterías de litio-polímero obtendríamos la misma energía disponible que con 1kg de gasolina. Este hecho imposibilita conseguir elevada autonomía sin sacrificar el peso del vehículo destinado a baterías. Es por eso que el consumo en

54 Consumo energético del vehículo eléctrico. los vehículos eléctricos presenta una elevada importancia, ya que con una dimensionamiento correcta del consumo conseguiremos optimizar la cantidad de baterías a instalar en el vehículo, y como consecuencia obtendremos un vehículo a menor coste. 3.2 CÁLCULO DEL CONSUMO ENERGÉTICO EN VEHÍCULOS CON MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA. CICLO EUROPA. Existen varias propuestas y normativas para determinar cómo se debe realizar la homologación del consumo energético en los vehículos con motor de combustión alternativa CICLO EUROPA. Este ciclo representa un ciclo de conducción propuesto para evaluar los requerimientos de energía, consumo y emisiones contaminantes, y es el siguiente: Figura 3-1 Ciclo Europa de homologación de consumos

55 Consumo energético del vehículo eléctrico. Este ciclo está compuesto por dos fases: Fase urbana ciclo Europa. Dura 800 segundos, y trata de reproducir las condiciones de conducción urbana. Está compuesta por cuatro ciclos repetidos de aceleraciones y deceleraciones. Dentro de cada ciclo podemos observar tres partes diferenciadas. La definición de cada parte del ciclo se puede ver en la figura3-2. Como resumen, se puede decir que este ciclo de conducción por ciudad tiene una longitud de 1013 metros, dura 195 segundos y se realiza a una velocidad media de 19km/h. Figura 3-2 Representación de un ciclo de conducción por ciudad

56 Consumo energético del vehículo eléctrico. Fase extraurbana ciclo Europa. Esta parte del ciclo representa las condiciones de conducción fuera de ciudad. Dura 400 segundos, y se recorre una distancia de 6955 metros con una velocidad media de 62,6 km/h, con una velocidad máxima de 120km/h. A continuación, en la ilustración 3-3, se definen los parámetros de velocidad, aceleración y deceleración del ciclo de la fase II. Figura 3-3 Representación de un ciclo de conducción extraurbana. Mediante la realización de este ciclo en un banco de rodillos se homologan los consumos de los vehículos que se comercializan en el mercado español

57 Consumo energético del vehículo eléctrico. 3.3 CÓMO REALIZAR EL CÁLCULO DEL CONSUMO ENERGÉTICO EN VE. El dato más importante que se debe conocer para diseñar el subsistema de la fuente de energía de un vehículo eléctrico es el consumo de energía por kilómetro recorrido. Este dato suele ser proporcionado por los fabricantes de VE en la ficha técnica del vehículo a través de dos parámetros: la energía almacenada en sus baterías y la autonomía disponible. En muchas ocasiones la autonomía proporcionada, al igual que ocurre con los consumos de los vehículos de MCIA, no se ajusta a la realidad ya que las condiciones de homologación distan de las condiciones reales de uso. Por lo tanto se plantea la necesidad de realizar el cálculo de consumo energético del VE PROCESO DE CÁLCULO. A continuación se presenta la explicación de cómo se ha realizado el cálculo de consumo energético del VE: Análisis del Ciclo Europa: El ciclo de homologación de vehículos con MCIA está representado en una gráfica en el plano, compuesta por el tiempo del ciclo en el eje de las abscisas (aunque pudiera expresarse la distancia recorrida debido a la ligadura existente entre ambas variables) y la velocidad del vehículo en el eje de ordenadas

58 Consumo energético del vehículo eléctrico. Figura 3-4 Análisis del ciclo Europa. Como se puede ver en la ilustración anterior y analizando el ciclo Europa, podemos apreciar que existen tres procesos diferenciados en el mismo: procesos de aceleración (1), de velocidad constante (2), y de deceleración (3) Adaptación del Ciclo Europa: Una vez que se ha analizado el ciclo Europa, se realiza una simplificación que se puede apreciar en la ilustración 3-5: los procesos de aceleración y deceleración son instantáneos. Con esta simplificación obtenemos un ciclo velocidad-distancia recorrida caracterizado por incrementos y decrementos de velocidades que se mantienen constantes durante una distancia recorrida. Estos períodos de velocidad constante, además, poseen la característica de que conservan la energía durante el tiempo en el que se mantienen la velocidad

59 Consumo energético del vehículo eléctrico. constante, por lo que se han denominado ESTADOS ENERGÉTICOS, y representan la energía almacenada en el vehículo. La energía que se conserva en cada período está compuesta por la energía cinética (de traslación del vehículo y de rotación de las masas inerciales contenidas en el mismo) y de la energía potencial debida a la cota geodésica a la que se encuentra en cada período de velocidad constante. 60 Ejemplo Ciclo urbano Velocidad-Tiempo Figura 3-5 Adaptación y simplificación del ciclo Europa Cálculo de consumo de energía: Como se puede observar en la ilustración 3-6, las baterías deben proporcionar la energía requerida para pasar de un estado energético inferior a otro superior

60 Consumo energético del vehículo eléctrico. Además, ya hemos comentado que el vehículo permanece a velocidad constante durante varios períodos, por lo que las baterías deberán suministrar la energía necesaria para mantener el automóvil a estas velocidades. Por otra parte, cabe la posibilidad de que el vehículo eléctrico equipe un generador que aproveche parte de la energía cinética en las deceleraciones. Este fenómeno es lo que se conoce como frenada regenerativa. En los pasos de un estado energético superior a uno inferior, las baterías recuperarán energía a través del generador, pero la diferencia entre ambos estados energéticos no será almacenada en su totalidad, ya que parte de esta energía es disipada en forma de calor gracias a los frenos del vehículo. Es por este motivo por el cual, para realizar una simplificación en los cálculos, la energía que el vehículo pierde en la deceleración estará minorada por un factor β de aprovechamiento de la frenada, el cual se supondrá constante e independiente de la velocidad. Figura 3-6 Ejemplo de balance de energías en un ciclo urbano

61 Consumo energético del vehículo eléctrico RUTAS DE CÁLCULO. Para realiza el cálculo del consumo energético se ha decidido adaptar este procedimiento comentado en el apartado a varias rutas en la ciudad de Madrid. Como la autonomía de un vehículo depende del modo de utilización del mismo, y de las condiciones del trayecto por el que se utiliza, se han planteado varias rutas que modelan los tres modos de conducción posibles: urbana, extraurbana, y mixta. Así mismo, los desplazamientos planteados se han ajustado tanto en distancia recorrida como en itinerarios a las posibles necesidades de un cliente del alquiler de vehículos eléctricos. A continuación se presentan las tres rutas planteadas para obtener el consumo energético: Ruta urbana: Estación de Chamartín- Congreso de los Diputados. La ruta elegida para simular un desplazamiento urbano ha sido un desplazamiento entre la estación de Chamartín y el Congreso de los Diputados como se puede observar en la siguiente ilustración:

62 Consumo energético del vehículo eléctrico. Figura 3-7 Ruta urbana. Estación de Chamartín al Congreso de los Diputados. Este desplazamiento está caracterizado por constantes paradas y arrancadas, y una velocidad máxima adecuada a los límites de velocidad permitidos en ciudad. Además, el hecho de se planteen elevadas paradas puede permitir recuperar una gran parte de la energía gracias a la frenada regenerativa, pero, en cambio, supondrás un consumo energético elevado las constantes aceleraciones del vehículo eléctrico

63 Consumo energético del vehículo eléctrico Ruta Extraurbana: Terminal T4 Aeropuerto de Barajas - Torre Europa. La ruta elegida para simular un desplazamiento extraurbano ha sido un desplazamiento entre la terminal 4 del aeropuerto de Barajas y Torre Europa situada en el Paseo de la Castellana como se puede observar en la siguiente ilustración: Figura 3-8 Ruta extraurbana. Terminal 4 aeropuerto de Barajas-Torre Europa. Este desplazamiento está caracterizado por un elevado porcentaje de autovía, por lo que no existe la posibilidad de utilizar la frenada regenerativa como medio de ahorro. En cambio, el hecho de circular a una velocidad constante por autovía supondrá la supresión de las constantes aceleraciones a las que el vehículo se veía sometido en condiciones de conducción urbana

64 Consumo energético del vehículo eléctrico Ruta mixta: Estación de Atocha 4 Torres Paseo de la Castellana. La ruta elegida para simular un desplazamiento mixto ha sido un desplazamiento entre la estación de Atocha y las 4 Torres situadas en el Paseo de la Castellana como se puede observar en la siguiente ilustración: Figura 3-9 Ruta mixta. Estación de Atocha a 4 Torres. En este desplazamiento se juntan las ventajas e inconvenientes de la conducción urbana y extraurbana. Como se puede apreciar en la ilustración anterior, más de la mitad del trayecto ha sido realizado por la autovía de circunvalación M-30, por lo que los resultados obtenidos deberán ser más parecidos a los que se obtienen en una conducción extraurbana

65 Consumo energético del vehículo eléctrico. 3.4 ECUACIONES Y PARÁMETROS IMPLICADOS EN EL CÁLCULO ENERGÉTICO. Después de haber explicado cómo es el ciclo que se emplea en el cálculo energético, se procede a explicar en detalle cuáles son las ecuaciones empleadas en el mismo, que variables están presentes, y que suposiciones se han propuesto ECUACIONES A continuación se plantan las ecuaciones necesarias para el cálculo de la energía consumida: La energía presente en un estado energético cualquiera está formada por la energía cinética del vehículo (translación y rotación) y la energía potencial debida a la cota geodésica a la que el vehículo se encuentra: Como no se conocen todas las masas inerciales en cada estado energético, se propone la siguiente simplificación, en la cual se agrupa la energía cinética de rotación de masas inerciales en la energía cinética de traslación mediante un factor K:

66 Consumo energético del vehículo eléctrico. Por tanto, la energía aportada por las baterías en procesos de aceleración será la diferencia entre dos estados energéticos adyacentes, siempre y cuando la velocidad del estado superior sea mayor a la del inferior: Análogamente, en los procesos de deceleración en los cuales está presente la frenada regenerativa, la energía aprovechada será: Siendo β, un parámetro de regeneración que informa sobre el porcentaje de la deceleración que es capaz de aprovechar el generador del vehículo. Además, existe otra parte de energía que debe ser suministrada por parte de las baterías para mantener el vehículo a velocidad constante. La potencia desarrollada por un vehículo para mantener la velocidad constante es el producto de la velocidad a la que circula el mismo por el sumatorio de fuerzas que se oponen a su avance:

67 Consumo energético del vehículo eléctrico. ecuación 5: En las siguientes ecuaciones se procede a definir las fuerzas presentes en la Siendo θ el ángulo de la pendiente de ascensión o descensión. Siendo ρ la densidad del aire, el coeficiente aerodinámico, la superficie frontal proyectada y la velocidad del aire. Con el coeficiente de rodadura. Una vez conocida la potencia desarrollada por el vehículo para mantener la velocidad constante, la energía suministrada por las baterías para que esto ocurra será: Siendo t el tiempo que el vehículo se mantiene a una velocidad constante

68 Consumo energético del vehículo eléctrico. Para el cálculo de la densidad atmosférica ha sido necesario utilizar la ecuación de los gases ideales: PARÁMETROS PARÁMETRO DESCRIPCIÓN VALOR m [kg] masa del vehículo 900 β % frenada regenerativa 0,5 K factor energía rotación 1,1 ρ [kg/m 3 ] densidad en c.n. 1,1848 g [m/s2] aceleración de gravedad 9,81 f 0 coeficiente rozamiento 0,035 C xx coeficiente aerodinámico 0,33 A proy [m2] superficie frontal proyectada 2 v aire [m/s] velocidad del aire 11,3 Tabla 3-2 Parámetros empleados en el cálculo de la energía consumida. 1.-Masa: el vehículo propuesto para el sistema de alquiler de VE responde a unas necesidades básicas de movilidad, el cual la mayoría de las veces será usado por una única persona, por lo que este VE será un vehículo urbano. Es por eso que se ha elegido una masa de 900 kg. 2.-β: factor de frenada regenerativa. Debido al uso urbano al que va destinado, y teniendo en cuenta la circulación típica de las ciudades españolas, se ha supuesto que la mitad de la energía ( ) se aprovechará para cargar las baterías y la energía restante será disipada en los frenos en forma de calor

69 Consumo energético del vehículo eléctrico. 3.-K: factor de la energía de rotación. El hecho de que no conozcamos en su totalidad la energía cinética de rotación de las masas inerciales del vehículo hace que estemos obligados a agrupar esta energía en la energía cinética de traslación a través de un factor K. El valor que se ha supuesto es de, es decir, que para una velocidad dada, el valor de la energía cinética de rotación supone un 10% de la energía de traslación. 4.-Densidad. Para el cálculo de la fuerza aerodinámica que se opone al desplazamiento del vehículo se han supuesto unas condiciones atmosféricas normalizadas, es decir, T y, por lo que utilizando la ecuación 10 obtenemos un valor de. 5.-Aceleración de la gravedad. Tanto para el cálculo de la energía y de las fuerzas de ascensión y de rodadura se ha utilizado el valor. 6.- f 0 : coeficiente de fricción a la rodadura. Se ha presupuesto la utilización del VE por calles y carreteras asfaltadas, por lo que el valor del coeficiente de fricción a la rodadura entre neumático y asfalto es. 7.- C xx : coeficiente aerodinámico o de penetración del vehículo. Al ser un vehículo diseñado para un uso urbano predominante se ha supuesto un valor de. 8.- A proy : superficie frontal proyectada. Para el cálculo de la fuerza aerodinámica resistente se ha supuesto un valor de. 9.-V aire : velocidad del aire. En todos los casos se supone aire a contracorriente de la dirección del vehículo. Para la obtención de este cálculo se

70 Consumo energético del vehículo eléctrico. ha utilizado una base de datos de la agencia estatal de meteorología, y se propone como valor de la velocidad del viento, correspondiente a la máxima velocidad media medida durante períodos de 10 minutos en la semana del 14/12/2010 al 20/12/2010. Se ha decidido utilizar la máxima velocidad de cara a poder elegir un motor con los requerimientos de par y potencia necesarios de forma que permita al vehículo desenvolverse en diferentes situaciones climatológicas

71 Fuente de energía. Capítulo 4 FUENTE DE ENERGÍA

72 Fuente de energía. 4.1 FUENTE DE ENERGÍA: DEFINICIÓN. La fuente de energía portátil representa el requerimiento más importante para un VE, ya que la energía almacenada se debe transformar en energía mecánica gracias al motor eléctrico para impulsar al vehículo. La fuente de energía es un dispositivo que es capaz de realizar el almacenamiento de energía, proporcionar un flujo saliente de energía (descarga) y admitir un flujo de entrada (carga). En la actualidad existen varios tipos de fuentes de energía propuestos para los VE y HEV. Estos tipos incluyen las baterías electroquímicas, los ultracondensadores, volantes de inercia de elevada velocidad y pilas de combustible. En el diseño del subsistema de fuente de energía del VE propuesto para alquiler en este proyecto sólo se ha tenido en cuenta el empleo de baterías electroquímicas (comúnmente conocidas como baterías ), ya que es una tecnología madura que está recibiendo el apoyo por parte de los fabricantes de automóviles y se están produciendo avances que permiten mayor almacenaje, menos peso, mayor vida útil, y cargas más rápidas

73 Fuente de energía. 4.2 BATERÍAS ELECTROQUÍMICAS BATERÍAS ELECTROQUÍMICAS: DEFINICIÓN. Las baterías electroquímicas son dispositivos electroquímicos que convierten energía eléctrica en energía potencial química durante el proceso de recarga, y que convierten energía potencial química en energía eléctrica durante la descarga. Una batería está compuesta de múltiples células que se disponen en diferentes configuraciones. Una célula es una unidad completa e independiente que posee todas las propiedades electroquímicas. Además, tiene tres elementos fundamentales: dos electrodos (positivo y negativo), inmersos en un electrolito como se puede apreciar en la siguiente ilustración. Figura 4-1 Elementos principales de una batería electroquímica

74 Fuente de energía. Los fabricantes de baterías electroquímicas proporcionan diferentes datos que especifican las características propias, como por ejemplo, la energía específica, la tensión de celda, y la potencia específica entre otros. A continuación se procede a realizar un análisis de los parámetros que definen este tipo de baterías PARÁMETROS DE LAS BATERÍAS ELECTROQUÍMICAS Tensión termodinámica. La tensión termodinámica de una célula de una batería está asociada con la energía liberada y el número de electrones transferidos en la reacción. Se mide en voltios [V] Capacidad. Este parámetro define la cantidad de corriente que una batería cargada puede proporcionar antes de que la tensión llegue a un cierto límite. Se mide en [A h]. Por ejemplo, una batería con una capacidad C=36, es capaz de suministrar una corriente eléctrica de 1.8 A durante 20 horas Potencia específica. La potencia específica está definida como la máxima potencia que la batería puede producir en un corto período de tiempo por unidad de masa de la batería. La potencia específica es importante en la reducción de peso de la batería,

75 Fuente de energía. especialmente en aplicaciones de elevada potencia como los Ve y HEVs. Este parámetro depende en su mayoría de la resistencia interna de las baterías Eficiencia energética. La energía (o potencia) de pérdidas durante los procesos de carga y descarga de la batería aparecen en forma de pérdida de tensión en la célula. Por lo tanto, la eficiencia de la batería durante los procesos de carga y descarga pueden estar definidos como el cociente entre la tensión de operación de la célula y la tensión termodinámica de la misma Energía específica. Está definida como la capacidad de energía por unidad de masa de la batería. Se mide en [Wh/Kg]. La energía específica teórica es la máxima energía que puede ser generada por unidad total de masa de las reacciones. Es uno de los parámetros más importantes y a tener en cuenta en la elección de las baterías, ya que para unos requisitos energéticos definidos necesitaremos distintas masas de baterías Energía almacenable. Este parámetro define la cantidad de energía que es almacenable por la batería. En el caso de una célula, la energía almacenable se obtendrá como el producto de la tensión termodinámica capaz de suministrar la célula por la capacidad de la célula. En un conjunto de baterías el parámetro será obtenible

76 Fuente de energía. multiplicando la energía almacenable de una célula por el número de células que presenta la configuración de nuestra batería Número de ciclos de vida. El número de ciclos de vida es el parámetro que define el número de ciclos de carga-descarga que se pueden obtener durante su vida útil. Es un dato muy importante cuando se compara el coste entre dos baterías ya que, en ocasiones, con un mayor coste conseguimos mayor duración de funcionamiento, con su consiguiente ahorro a largo plazo, o viceversa Energía disponible. A pesar de que, como ya se ha comentado, las células de las baterías tienen una determinada energía almacenable, ésta no puede ser requerida al completo ya que provocaría una disminución en el número de ciclos de vida. Además, la energía disponible está relacionada con la tensión proporcionada por la célula, por lo que si realizamos una descarga total la tensión de alimentación disminuirá y nuestra aplicación eléctrica puede verse afectada FUNCIONAMIENTO DE LAS BATERÍAS ELECTROQUÍMICAS. Para simplificar la explicación del funcionamiento de las baterías electroquímicas se realiza un ejemplo de operación de una batería de plomo-ácido que es el tipo de batería más usual, empleada en la alimentación de servicios auxiliares en los vehículos de motor de combustión interna

77 Fuente de energía. Los análisis de funcionamiento y de los modos de operación de los distintos tipos de baterías existentes se obtienen realizando un estudio análogo al que a continuación se presenta Batería de Plomo-Ácido. Este tipo de baterías emplea una solución acuosa de ácido sulfúrico (2H + + SO 2-4 ) como electrolito. Los electrodos están compuestos de plomo poroso para el electrodo negativo, también conocido como ánodo, y de óxido de plomo para el electrodo positivo, también conocido como cátodo. Este estado corresponde a la batería cargada Reacciones químicas en la batería. La reacción química que ocurre en el ánodo es la siguiente: Mientras que la ocurrida en el cátodo es:

78 Fuente de energía Proceso de descarga. Durante el proceso de descarga el óxido de plomo del cátodo se reduce a sulfato de plomo, y el plomo elemental el oxidado igualmente para dar sulfato de plomo, esto es, las reacciones ocurridas en el cátodo y en el ánodo son las siguientes: -En el ánodo: -En el cátodo: Proceso de carga. Durante el proceso de carga se produce el sulfato de plomo es reducido a plomo elemental en el ánodo, mientras que en el cátodo se forma óxido de plomo a partir de sulfato de plomo. Las reacciones que ocurren tanto en el ánodo como en el cátodo son las siguientes: -En el ánodo: -En el cátodo:

79 Fuente de energía TIPOS DE BATERÍAS ELECTROQUÍMICAS Plomo-ácido. La batería de plomo ácido ha sido un producto comercial exitoso durante más de un siglo y todavía es usada mayoritariamente en el campo de la automoción y otras aplicaciones. Sus ventajas con su bajo coste, tecnología muy madura, y capacidad de alta potencia relativa. Estas ventajas son atractivas para la aplicación en HEVs, donde la elevada potencia es el primer requisito. Los materiales presentes, como el plomo, ácido sulfúrico, y óxido de plomo son más baratos si los comparamos con otras tecnologías. Esta tecnología también presenta algunas desventajas, como por ejemplo una baja densidad energética debido al elevado peso molecular del plomo. Otro aspecto negativo es el rango de temperatura de operación que nos permiten las baterías de plomo-ácido. Por debajo de 10ºC, tanto la potencia específica como la energía específica se reducen considerablemente. Este aspecto limita la utilización en tracción de vehículos ya que éstos van a ser utilizados en climas fríos, como el clima continental europeo. Uno de los aspectos que proporciona inseguridad en la utilización de estas baterías es la presencia de ácido sulfúrico en disolución como electrolito. El hidrógeno liberado en las reacciones de descarga es otro peligro potencial, ya que este gas es extremadamente inflamable. Además, la emisión de hidrógeno es otro problema para las baterías cerradas herméticamente

80 Fuente de energía. En la actualidad, todos los productos han pasado por un control de impacto medioambiental, por lo que el uso de plomo en las baterías es un inconveniente debido a la toxicidad que presenta. Actualmente se están desarrollando baterías de plomo ácido con algunas mejoras cuyo destino son los VE y HEVs. Estos avances permiten obtener una energía específica de 40 Wh/kg, con la posibilidad de usar una carga rápida. Uno de estos avances se ha producido en el desarrollo de la batería de plomo-ácido conocida como Electrosource s Horizon Battery, en la cual se ha obtenido una energía específica de 43Wh/kg, una elevada potencia específica (285W/kg), gran ciclo de vida (más de 600 ciclos en VE), capacidad de recarga rápida (8 minutos en cargar el 50%, 30 minutos al 100%), bajo coste (de 2000 a 3000 US$ por vehículo eléctrico), robustez mecánica y respetable con el medio ambiente

81 Fuente de energía Baterías basadas en Níquel. El níquel es un metal más ligero que el plomo, y tiene unas propiedades electroquímicas muy buenas para las aplicaciones de baterías Níquel-Acero Las baterías de níquel-acero fueron comercializadas durante los primeros años del siglo XX. Estas baterías fueron usadas para diferentes aplicaciones, como para las locomotoras de los trenes de las minas, vehículos de transporte, o carretillas motorizadas. Las baterías de níquel de acero comprenden el uso de un electrodo positivo compuesto de hidróxido de níquel (NIOOH) y un electrodo negativo de acero. El electrolito es una solución concentrada de hidróxido potásico que contiene hidróxido de litio. Los peligros que presentan estas baterías es que pueden sufrir corrosión, producen gases nocivos, y problemas de autodescarga. Estos problemas parecen haber sido solucionados en prototipos. Estas baterías son complejas debido a la necesidad de mantener el nivel de agua y la seguridad que plantea el hecho de la liberación de hidrógeno y oxígeno durante los procesos de descarga. Además, esta tecnología, al igual que ocurría con las baterías de plomo-ácido, sufre una disminución de la energía específica con bajas temperaturas, aunque este efecto es menor que en las baterías de plomo-ácido. Su gran ventaja es su elevada densidad energética en comparación con las baterías de plomo-ácido, y su capacidad de resistir 2000 descargas completas

82 Fuente de energía Níquel-Cadmio Otro tipo de batería de bases de níquel es la batería de níquel-cadmio (Ni- Cd). Este sistema usa el mismo cátodo y electrolito que las baterías de níquelacero. Históricamente, el desarrollo de de la batería ha coincidido con la de níquel-acero, y han obtenido el mismo rendimiento. Esta tecnología ha obtenido avances técnicos muy importantes, como un número elevado de ciclos (más de 2000), alta potencia específica (220W/Kg), baja autodescarga (menor del 5 por 1000), elevada tolerancia a abusos mecánicos y eléctricos, pequeña caída de tensión para diferentes niveles de descarga, excelente almacenaje debido a su nula corrosión y posibilidad de diseños en varios tamaños. Las baterías de níquel-cadmio pueden estar generalmente separadas en dos categorías principales, las baterías selladas y las ventiladas. Las baterías ventiladas consisten en muchas alternativas. Las placas sinterizadas ventiladas son un desarrollo reciente, el cual tiene una elevada energía específica pero es una tecnología cara. Está caracterizada por su perfil plano de descarga de tensión, y por una baja temperatura de operación. En cambio, las baterías selladas incorporan una célula específica para prevenir una acumulación de presión en la célula causada por la emanación de gases durante la sobrecarga. Como resultado, esta batería no requiere mantenimiento

83 Fuente de energía. Los principales fabricantes de estas baterías de níquel-cadmio para VE y HEVs son SAFTA y VARTA. Actualmente, algunos VEs como el Mitsubishi EV y el Chrysler TE Van utilizan este tipo de baterías Níquel-Hidruro metálico. Este tipo de baterías ha estado en el mercado desde Sus características son similares a las de níquel-cadmio. La principal diferencia entre éstas y las de níquel cadmio es el uso de hidrógeno, absorbido en un metal de hidruro por material del electrodo negativo activo en lugar del cadmio. La batería de níquel-hidruro metálico está sustituyendo a la batería de níquel-cadmio dado que no presenta toxicidad, y tienen mayor energía específica. Actualmente, las células de las baterías de níquel-hidruro metálico tienen una tensión nominal de 1.2V y una energía específica de 65Wh/Kg y una potencia específica de 200W/Kg. Una de las claves en esta tecnología es el almacenamiento de hidrógenos de aleaciones metálicas, lo cual debería ser formulado para obtener un material que es estable a lo largo del número de ciclos. Debido a que este tipo de baterías están en continuo desarrollo, se ha llegado a conseguir una energía específica de 75 Wh/Kg y una potencia específica de 250W/Kg, siendo respetuosas con el medio ambiente y manteniendo el perfil plano de descarga. Además cabe la posibilidad de realizar una recarga rápida. Sin embargo, esta batería todavía sufre de un elevado coste inicial, y puede tener efecto memoria además de que se producen reacciones exotérmicas (emiten calor) durante el proceso de carga

84 Fuente de energía. Esta tecnología ha sido considerada como una importante elección para VE y HEVs. SAFT y VARTA, además de YUASA y Panasonic se encuentran entre los fabricantes más destacados, y las baterías de níquel-hidruro metálico han sido utilizadas para potenciar al Solectric GT Force para pruebas y demostraciones. Una batería de 19KWh de energía disponible a conseguido una aceleración de 0 a 80Km/h en 14 segundos, una autonomía urbana de 206Km y una velocidad máxima de 134Km/h. Por otra parte, Toyota y Honda han usado estas baterías en sus HEVs, Prius e Insight respectivamente Baterías basadas en Litio. El litio es el más ligero de todos los metales y presenta características muy importantes desde el punto de vista electroquímico. De hecho, permite una elevada tensión termodinámica de la célula, lo cual conlleva una elevada energía y potencia específica. Existen dos tecnologías principales de las baterías de litio Polímeros de Litio Estas baterías usan litio y una transición de óxido metálico para los electrodos negativo y positivo respectivamente. Esta transición de óxido metálico posee una estructura en forma de capas en las cuales los iones de litio pueden ser insertados, o desde donde pueden ser eliminados en procesos de descarga y carga respectivamente. El electrolito empleado es un delgado polímero solido, el cual ofrece las mejores de flexibilidad y seguridad en el diseño. Esta tecnología opera con una tensión de celda de 3V, y tiene una energía específica de 160Wh/Kg. Además, presenta una potencia específica elevada, de 315W/Kg, y las ventajas de las baterías de polímeros de litio son una autodescarga

85 Fuente de energía. muy lenta (0.5% por mes), capacidad de fabricación en distintas formas y tamaños, y que es un diseño seguro. Sin embargo, tiene el inconveniente de un débil rango de temperaturas debido a su dependencia la temperatura de conductividad iónica Iones de Litio. Desde el primer anuncio de la batería de iones de litio en 1991, esta tecnología se ha convertido en la batería recargable más prometedora. Aunque todavía permanece en fase de desarrollo, las baterías de iones de litio han ganado aceptación en los fabricantes para aplicaciones de VE y HEVs. Usa un material de transición de carbono de litio para el electrodo negativo en lugar de metales de litio, para el cátodo utiliza una transición de un óxido metálico litiado. Para el electrolito emplea una solución orgánica líquida o un polímero sólido. Esta tecnología consigue una tensión termodinámica de cada célula de 4V, una energía específica de 120Wh/Kg y una densidad energética de 200 Wh/L. El desarrollo de las baterías de iones de litio se centrará en las baterías basadas en manganeso debido a su bajo coste, abundancia, y respeto con el medio ambiente. Algunos fabricantes como SAFT, Panasonic, SONY y VARTA han comenzado sus desarrollos de las baterías de iones de litio. De hecho, recientemente SAFT ha anunciado una batería de iones de litio de elevada energía cuya aplicación se centra en los VE. Anuncia 150Wh/kg de energía específica, y 420W/Kg de potencia específica

86 Fuente de energía VALORES ACTUALES DE LOS PARÁMETROS DE LAS BATERÍAS ELECTROQUÍMICAS. A continuación se presenta una tabla resumen donde se pueden apreciar los valores y órdenes de magnitud de los parámetros de las baterías electroquímicas actuales. Tecnología Energía especifica [Wh/kg] Rendimiento [%] Ciclo de vida Pb-ácido Ni-Cd Ni-MeH Al-Aire <50 Zn-Aire Na-S Na-MeCl Li-pol Li-ion > Tabla 4-1 Valores de parámetros de baterías electroquímicas. Parte I. Tecnología Potencia especifica [W/kg] Coste [ /kgwh] Descarga 48hb[%] Pb-ácido ,6 Ni-Cd Ni-MeH Al-Aire 100 Zn-Aire Na-S Na-MeCl Li-pol Li-ion ,7 Tabla 4-2 Valores de parámetros de baterías electroquímicas. Parte II

87 Fuente de energía BATERÍA ELECTROQUÍMICA UTILIZADA PARA EL VE DE ALQUILER. El tipo de batería planteada para un vehículo eléctrico destinado al alquiler es una batería de iones de Litio. Se propone este tipo de baterías debido a: 1.-Potencial electroquímico: El litio posee el mayor potencial. Mayor potencial electroquímico implica mayor potencia. 2.-Densidad del litio. El litio es muy ligero, teniendo un valor de densidad de la décima parte de otras posibilidades como el plomo, níquel, aluminio o cobre. 3.-Conductividad eléctrica: el litio posee una conductividad eléctrica relativamente alta en comparación con plomo. 4.-No tiene efecto memoria. Muy importante para una aplicación que requiere un número elevado de recargas. 5.-Baja tasa de autodescarga. Aunque para esta aplicación no influye el porcentaje de descarga mensual que sufren las células de las baterías ya que se presupone un uso diario del vehículo eléctrico de alquiler, en caso de que los vehículos no pudiesen estar operativos las baterías de iones de litio presentan una baja tasa de autodescarga

88 Fuente de energía. 6.-Elevado número de ciclos de regeneración. Como ya se ha visto en las tablas 4-1 y 4-2, el mayor número de número de ciclos de vida de las baterías existentes lo presenta la batería de iones de litio. Es fundamental, para esta aplicación, utilizar unas baterías con un elevado número de ciclos de vida, ya que las baterías van a ser recargadas con elevada frecuencia y no se debe incurrir en costes de mantenimiento o sustitución. 7.-Elevada energía específica. Como ya se ha podido apreciar en las tablas 4-1 y 4-2, las baterías de iones de litio presentan una elevada energía específica. Esto implica que, en el diseño del VE de alquiler, se obtenga menor peso empleado en baterías que con otra tecnología, por lo que el consumo energético por kilómetro recorrido se verá disminuido

89 Motor Eléctrico. Capítulo 5 MOTOR ELÉCTRICO

90 Motor Eléctrico. 5.1 SISTEMA DE PROPULSIÓN ELÉCTRICA: DEFINICIÓN El sistema de propulsión eléctrica es el corazón de los VE y HEVs. Este sistema está compuesto por un motor eléctrico, un convertidor de potencia, y controladores electrónicos. El motor eléctrico convierte la energía eléctrica, que es suministrada por el subsistema de la fuente de energía, en energía mecánica en forma de par, velocidad y potencia en el eje de salida del motor. Cabe la posibilidad de que el motor eléctrico pueda operar en modo generador, por lo que en este caso el motor eléctrico será capaz de transformar la energía mecánica en eléctrica, que es lo que se conoce como frenada regenerativa, o en su defecto será capaz de generar energía eléctrica que se utilizará para alimentar los sistemas internos del vehículo, como la radio, sistemas electrónicos de seguridad, o el sistema de iluminación interior y exterior, es decir, los sistemas conocimos como on-board. La apariencia exterior de un motor eléctrico se muestra en la siguiente ilustración: Figura 5-1 Motor eléctrico

91 Motor Eléctrico. El convertidor de potencia es un dispositivo fundamental en el sistema de propulsión eléctrica, ya que es el elemento encargado de alimentar al motor eléctrico con la tensión y la corriente adecuada según las ordenes que sean enviadas desde un procesador. Este procesador es uno de los tres componentes que se encuentran en el controlador electrónico, junto con la circuitería y los sensores. Estos sensores son capaces de obtener los valores de tensión, intensidad, temperatura, velocidad, par, y flujo magnético entre otros. Los valores medidos son convertidos en señales eléctricas que son enviadas al procesador a través de los circuitos electrónicos, donde son analizadas para conocer el estado del motor. Desde el procesador es enviada una señal al convertidor de potencia para que éste regule la tensión e intensidad de alimentación del motor. El funcionamiento del sistema de propulsión en conjunto y las relaciones existentes entre sus componentes pueden apreciarse en la siguiente ilustración: Figura 5-2 Relación entre los componentes del sistema de propulsión eléctrico

92 Motor Eléctrico. 5.2 REQUERIMIENTOS DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO DE ALQUILER. Es requisito fundamental realizar un estudio de las necesidades que se plantean en la adopción de un motor eléctrico para una aplicación tan concreta como la tracción de un vehículo eléctrico de alquiler, ya que cada tipo de motor existente ofrece unas curvas de par, velocidad y potencia determinadas FRECUENTES START/STOP. Un motor eléctrico que va a equipar un vehículo eléctrico de alquiler debe estar diseñado para ser capaz de soportar frecuentes estados de parada y arrancada. El hecho de que el vehículo esté destinado, en su mayoría, a un uso urbano hace que las condiciones del tráfico le obliguen a realizar constantes paradas, por lo que el sistema de arranque del motor eléctrico debe estar preparado a satisfacer esta sobrecarga de carga, ya que en otras aplicaciones esta característica no da lugar ELEVADAS TASAS DE ACELERACIÓN/DECELERACIÓN. Como ya se ha comentado, un vehículo eléctrico el cual va a ser utilizado, mayoritariamente, en un entorno urbano y unido a las condiciones del tráfico rodado de las grandes urbes europeas, plantea la necesidad de equipar un motor eléctrico que sea capaz de soportar elevadas tasas de aceleración y deceleración

93 Motor Eléctrico. Este requerimiento implica que, para cumplir con las necesidades de disponibilidad de vehículos del sistema de alquiler, el vehículo esté dotado de un motor eléctrico que pueda funcionar en modo generador, con el objetivo de aprovechar las deceleraciones a las que se va a someter el vehículo y utilizar la frenada regenerativa para almacenar energía en las baterías ELEVADO PAR Y BAJA VELOCIDAD DE ASCENSIÓN. El motor deberá ser capaz de hacer que el vehículo ascienda pendientes, por lo que tiene que satisfacer altas necesidades de potencia debida a la ascensión de pendientes. La potencia suministrada por el motor deberá darse en forma de elevado par y a baja velocidad, y ésta es una característica que debe poder apreciarse en la curva par-velocidad del motor BAJO PAR Y ALTA VELOCIDAD DE CRUCERO. Aunque el vehículo eléctrico de alquiler va a estar orientado hacia un uso urbano, también es capaz de realizar desplazamientos interurbanos ya que alcanza una velocidad máxima de 90Km/h. Estos desplazamientos interurbanos se realizan en carreteras o autovías de circunvalación, y se caracterizan por una velocidad de crucero moderada y que mantiene constante dentro de intervalo. Debido a la caracterización de los desplazamientos interurbanos, el motor debe satisfacer bajo par a altas velocidades de crucero, ya que el vehículo no se va a enfrentar a pendientes pronunciadas a altas velocidades

94 Motor Eléctrico RANGO EXTENSO DE VELOCIDAD DE OPERACIÓN. Para satisfacer los requisitos que plantea la circulación en ambos entornos, a saber, el entorno urbano y el interurbano, es necesario que el motor eléctrico sea capaz de operar en un extenso rango de velocidad MANTENIMIENTO. Los motores que equipan VE de alquiler necesitan tener el mínimo mantenimiento posible con el objetivo de maximizar sus horas de funcionamiento y, por consiguiente, maximizar los beneficios del negocio. 5.3 TIPOS DE MOTORES ELÉCTRICOS PARA VE. Los motores para aplicaciones de tracción de VE y HEVs pueden ser clasificados en dos grupos principales según la presencia de conmutadores en el motor: sin conmutadores, y motores con conmutadores. Principalmente, los motores con conmutadores son motores de corriente continua (motores DC), los cuales incluyen los motores excitados de imanes permanentes, motor compound, motor en serie, motor en derivación o motor Shunt, y motor de excitación independiente. Estos motores de corriente continua necesitan conmutadores y escobillas para realizar la alimentación de tensión y corriente a la armadura, por lo que les hace menos adecuados para aplicaciones que necesitan mínimo mantenimiento. Sin embargo, los motores DC son una tecnología madura, por lo que se han convertido en motores atractivos

95 Motor Eléctrico. Los motores sin conmutadores están formados por motores asíncronos (o de inducción), motores síncronos, motores de imanes permanentes sin escobillas, de reluctancias conmutadas, y motores híbridos de imanes permanentes. Avances tecnológicos recientes han impulsado a estos motores a una nueva área. Éstos han conseguido mayor eficiencia, disminuir los costes de operación y mayor densidad energética. Una ventaja frente a los motores de corriente continua es que los que no utilizan conmutadores son libres de mantenimiento. Sin embargo, existen otras desventajas como el control de frecuencia y velocidad en el caso de los motores de inducción MOTORES CON CONMUTADOR. MOTORES DC Principio de funcionamiento. El funcionamiento de un motor de corriente continua es muy sencillo. Cuando hacemos circular corriente continua por un devanado en la presencia de un campo magnético se produce una fuerza magnética perpendicular al segmento de devanado por el que circula la corriente. Esta fuerza magnética es proporcional a la intensidad que circula, a la longitud del devanado, y a la densidad del campo magnético. La relación entre la fuerza magnética y las variables mencionadas anteriormente queda determinada por la siguiente ecuación:

96 Motor Eléctrico. Si el hilo es enrollado formando un devanado circular, las fuerzas magnéticas provocarán un par, el cual tiene la siguiente expresión: Siendo α el ángulo existente entre el vector normal al plano que contiene al devanado circular y el vector del campo magnético. El devanado circular es conocido como armadura, la cual consiste en un número determinado de bobinados y el campo magnético puede tener diferentes orígenes, producido por un devanado o por imanes permanentes. En la siguiente imagen se puede apreciar la sección de un motor de corriente continua. Figura 5-3 Sección de un motor DC. Para producir el par adecuado se realizan cambios de alimentación en los devanados gracias a los conmutadores

97 Motor Eléctrico Motor Serie. En este tipo de motores el devanado inducido y el inductor están conectados en serie como muestra la siguiente ilustración: Figura 5-4 Motor serie. La conexión que se muestra tiene la peculiaridad de que la intensidad consumida es común para el devanado inducido y el devanado inductor. Además, en este caso el devanado inducido corresponde con el rotor, y por consiguiente en el estator se sitúa el devanado inductor. Este motor presenta las siguientes características: 1.-Presenta un elevado par a baja velocidad, es decir, desde su arranque ofrece el mayor par disponible. 2.-Las bobinas presentes en el motor eléctrico no son numerosas, en cambio, presentan una gran sección

98 Motor Eléctrico. 3.-Si dada unas condiciones de trabajo del motor, la carga se ve reducida, la intensidad de excitación (o de inducción) aumentará, por lo que la velocidad del motor aumentará. 4.-Los principales usos para este motor son aplicaciones en las que se necesita un elevado par a baja velocidad y/o aplicaciones en las que se quiere obtener par elevado a baja velocidad Motor Shunt o en derivación. El esquema eléctrico que se muestra en la ilustración 5-5 expone que los devanados (inducido e inductor) se encuentran en derivación en paralelo. Ambos devanados comparten la misma tensión de alimentación, pero toda la intensidad absorbida por el motor se reparte entre el devanado inducido y el inductor. Figura 5-5 Motor en derivación. Las principales características de esta configuración son: 1.-Es un motor muy estable en términos de velocidad, por lo que si el par aumenta la velocidad se mantiene y si estando en vacío la corriente absorbida disminuye la velocidad nominal de giro casi no disminuye

99 Motor Eléctrico. 2.-El par a baja velocidad es menor que el elevado par que encontramos desde el arranque en el motor serie. 3.-Los principales usos del motor shunt o de derivación en paralelo son para motores de herramientas, ya que no es necesario un elevado par a baja velocidad y la velocidad no disminuye cuando le retiramos la carga Motor compound. Se podría decir que esta configuración es una mezcla de los dos motores anterior, es decir, del motor shunt y del motor serie. En este motor existen dos devanados inductores, uno en serie con el devanado inducido y otro en paralelo con el mismo. Como se puede apreciar en la siguiente ilustración 5-6, existen dos diferentes tipos de motores compound, el primero de ellos presenta un inductor en paralelo del inducido, el cual a su vez está en serie con otro inductor. En el segundo de ellos el inductor que se sitúa en paralelo sólo lo está con la armadura. Figura 5-6 Motor compund. Este motor ofrece las ventajas de las configuraciones serie y paralelo, como una buena estabilidad de velocidad y un elevado par a bajas velocidades

100 Motor Eléctrico Motores de excitación independiente. Éste es un motor que obtiene la alimentación tanto para el devanado inductor como para el inducido de dos fuentes independientes. El campo del estator es constante al no depender de la carga a la que se ve sometido el motor eléctrico, y por tanto el par ofrecido por el mismo es constante. El cambio de la velocidad del motor debido a un aumento de carga se ve traducido en un aumento en la caída de tensión en el rotor (devanado inducido), que implica una variación en la fuerza electromotriz. Este sistema de excitación no se suele utilizar debido a la necesidad de disponer dos fuentes independientes MOTORES SIN CONMUTADOR Motor asíncrono o de inducción. El motor asíncrono, o también conocido como motor de inducción, es un impulsor que emplea corriente alterna. El uso de este tipo de corriente es apto para aplicaciones en las que se necesita velocidad constante. El hecho de que la velocidad se mantenga constante es debido a que ésta está determinada por la frecuencia de la tensión de alimentación. Además, con un control adecuado, los motores pueden operar en un amplio rango de funcionamiento

101 Motor Eléctrico. El motor asíncrono está formado, principalmente, por dos elementos: el rotor y el estator. En el estator se sitúa el inductor del motor, el cual es el encargado de producir un campo magnético variable (debido a que emplea corriente alterna) a través de un devanado trifásico. El bobinado trifásico tiene la característica de que las fases están separadas entre sí 120º geométricos. Según el Teorema de Ferraris, cuando se hace circular por estas bobinas un sistema de corrientes trifásicas se produce un campo magnético giratorio variable. Y además, como expresa la ecuación 19, según la Ley de inducción de Faraday, cuando se introduce un circuito cerrado en presencia de un campo magnético variable, se induce en él una fuerza electromotriz. En este caso, la fuerza electromotriz es inducida con el objetivo de oponerse a la variación de flujo magnético ocasionado por el campo magnético variable. Además, la fuerza electromotriz inducida es proporcional al número de bobinas que haya en el devanado (N). El campo magnético producido por el sistema de corrientes trifásicas es un campo magnético giratorio, el cual gira a velocidad de sincronismo, que es la velocidad que queda determinada por el número de polos existentes y por la frecuencia de la tensión de alimentación. Esta velocidad de sincronismo es una velocidad eléctrica, y queda expresada en la ecuación 20:

102 Motor Eléctrico. Por otra parte, la fuerza electromotriz será inducida en el devanado del rotor, que al ser un circuito cerrado y tener una resistencia determinada provoca la circulación de una intensidad de corriente. Y, como expresa la ecuación que representa el efecto Llapase, cuando circula corriente por un circuito en presencia de un campo magnético, se produce una fuerza magnética que es proporcional a la intensidad de corriente, a la longitud de la bobina, y al campo magnético. Esta fuerza magnética es variable ya que el campo magnético lo es, por lo que origina un par en el rotor que origina su movimiento. La velocidad del rotor es menor que la velocidad de sincronismo en su funcionamiento como motor, no ocurriendo así en su funcionamiento como generador, en el cual la velocidad del rotor es superior. La diferencia entre velocidad del rotor y la velocidad del campo magnético es conocido por el término deslizamiento (s), y es del orden del 3 al 5%: Constructivamente hablando, existen dos tipos de motores de inducción. Uno de ellos es conocido como rotor bobinado, en el cual el rotor del mismo está rasurado para alojar el devanado del inducido. En la ilustración 5-7 se puede apreciar la construcción de un motor de rotor bobinado. Este rotor tiene la peculiaridad de que es más costoso de fabricar, más difícil de mantener y tiene falta de solidez, por lo que los motores de rotor bobinado son menos atractivos que el otro tipo de motores, conocido como motores asíncronos de jaula de ardilla. La ventaja que presentan los motores de rotor bobinado es que permiten el acceso al rotor desde el exterior por lo que se pueden instalar unos anillos en el mismo

103 Motor Eléctrico. con el fin de utilizar unos reóstatos para disminuir la corriente consumida en el arranque o la de controlar la velocidad del motor. Figura 5-7 Motor de rotor bobinado. Como ya se ha introducido, el otro tipo es el motor de jaula de ardilla. Difiere del motor de rotor bobinado, como expone la ilustración 5-5, en que el rotor del primero está formado por barras metálicas distribuidas paralelamente a través del mismo. Estás barras están cortocircuitadas en los extremos gracias a unos anillos. Figura 5-8 Motor de jaula de ardilla

104 Motor Eléctrico. Estos motores están caracterizados por una curva par-velocidad como la que se presenta en la ilustración 5-9, en la cual se pueden apreciar los tres modos de funcionamiento del motor: freno, motor, y generador. Figura 5-9 Curva característica de los motores asíncronos. Como se puede apreciar, el par del motor cuando el rotor gira a la velocidad de sincronismo es cero, ya que la velocidad relativa entre ambos es nula por lo que el devanado del rotor no ve variación del flujo magnético y, por tanto, no se induce ninguna fuerza electromotriz. Otra característica importante es que, para un deslizamiento dado, el par inducido es proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación. Y, para realizar el frenado del motor, se suelen invertir dos fases de la alimentación, con el objetivo de producir un campo magnético giratorio en sentido contrario al anterior producir un frenado por un par a contracorriente

105 Motor Eléctrico. Los motores asíncronos se caracterizan a través de unos parámetros que se presentan en la placa de características. Estos datos son conocidos por parámetros nominales, y son los valores de la velocidad, potencia e intensidad consumida cuando alimentamos el motor a la tensión para la que ha sido fabricada. Para realizar el control de la velocidad del motor de inducción se emplean varios métodos: cambio de número de polos, control de la frecuencia del estator, control de la tensión de alimentación o regulación por variación de deslizamiento, o regulación mediante la inserción al rotor de resistencias externas. El método más común es la regulación de velocidad a través del control de la frecuencia de la tensión de alimentación del estator, y es un control electrónico. Estos motores tienen un precio bastante económico, y están muy extendidos en la industria, ya que se emplean en ventiladores, grupos de bombeo, elevadores, cintas transportadoras, etc. Las únicas desventajas que presentan es el método de arranque dado que si se realiza directamente consumen mucha intensidad de corriente (8 veces la intensidad nominal), y que debido a la inducción de corriente el rendimiento de éstos es menor que el de los motores de corriente continua Motor síncrono. Al igual que el motor de inducción, el motor síncrono está compuesto por un rotor y un estator. En este caso, el rotor tiene polos y hace el papel de inductor, y el estator de inducido. El rotor de un motor asíncrono es alimentado con corriente continua, y el devanado inducido es colocado de forma distribuida en el estator. En primer lugar, se crea un campo magnético constante a través de la alimentación del devanado inductor del rotor a través de corriente continua. Después, mediante una máquina

106 Motor Eléctrico. motriz se pone en movimiento al rotor, y se hace girar al mismo a la velocidad de sincronismo. En este momento el campo magnético no es constante ya que ha pasado a ser giratorio. En segundo lugar se alimenta al devanado trifásico del estator con corriente alterna de la misma pulsación que la velocidad a la que gira el rotor. Como consecuencia, el estator produce un campo giratorio. Por lo tanto, los polos reales del rotor y los polos ficticios del estator provocan fuerzas tangenciales, y por tanto un par de fuerzas que hacen mantener el movimiento del rotor. Cabe destacar que el rotor se mantiene a velocidad de sincronismo. En función de cómo se produzca el campo magnético del roto, los motores síncronos se clasifican en: 1.-Motores síncronos de excitación separada. Es el ejemplo expuesto anteriormente. El bobinado de excitación se sitúa en el rotor y debe ser alimentado con corriente continua. Los arrollamientos del estator de la excitatriz generan la corriente inducida a los arrollamientos del rotor. Depende de la potencia de la máquina eléctrica, pero en el caso de los motores síncronos de baja potencia la fuente que alimenta los arrollamientos del devanado del rotor es una fuente electrónica conmutada. Como ventajas presentan una buena curva de par, son del mismo tamaño que los motores asíncronos y ofrecen un rendimiento aceptable. Como contra partida, los motores síncronos de excitación separada tienen un coste elevado. 2.-Motores síncronos de imanes permanentes. Como su propio nombre indica, el campo magnético del rotor tiene su origen en imanes permanentes. El rotor equipa un devanado de jaula de ardilla, con el fin de arrancarlo, lo cual es una ventaja una vez que conocemos el

107 Motor Eléctrico. problema que plantea el arranque de motores síncronos tradicionales. Otra de las ventajas que proporciona la jaula de ardilla es que imposibilita la desmagnetización de los imanes permanentes en el momento del arranque Motor de imanes permanentes sin escobillas en corriente continua (PL BLDC). Mediante el uso de imanes permanentes de alta energía, un motor de imanes permanentes puede ser diseñado para ofrecer elevada densidad de potencia, alta velocidad y alta eficiencia de operación. Estas propiedades hacen que este motor sea uno de los candidatos para aplicaciones con VE y HEVs. Un motor BLDC consiste principalmente en una máquina de imanes permanentes. Su funcionamiento se basa en la alimentación secuencial, conmutada electrónicamente, de cada una de las fases del estator de forma sincronizada con el movimiento del rotor. Como se observa en la ilustración 5-10, en el estator se encuentran los devanados inductores que van a crear un campo magnético para que el rotor, formado por imanes permanentes, se oriente y se produzca el movimiento del mismo. Un motor BLDC está equipado con la máquina de imanes permanentes sin escobillas, un convertidor de potencia y un controlador de procesamiento de señales de posición

108 Motor Eléctrico. Figura 5-10 Sección de un motor PM BLDC. Uno de los aspectos más importantes del motor BLDC es conocer la posición del rotor. Por eso, en el ejemplo que se muestra anteriormente, donde el estator está formado por tres devanados, se utilizan tres sensores de posición. La información de la posición del rotor es enviada al controlador de procesamiento de señales de posición, el cual proporciona la señal necesaria al convertidor de potencia para alimentar el devanado apropiado. Con los elementos que equipa el motor BLDC, en todo momento se controla la velocidad y el par motor que proporciona. Las principales ventajas que presenta este motor es que es una máquina con muy buena eficiencia debido al uso de imanes permanentes, es una máquina muy compacta, de muy fácil uso, y de muy fácil refrigeración. Además, al no equipar escobillas el mantenimiento casi es nulo, presenta una estupenda longevidad de uso, y al mismo tiempo una buena fiabilidad

109 Motor Eléctrico. En cambio, la presencia de imanes permanentes de alta energía puede hacer que el motor sea costoso, y el rango de potencia constante está limitado. Además, la presencia de imanes permanentes hace que sea un motor inseguro, ya que durante la construcción puede atraer a elementos metálicos pesados. Uno de los problemas que plantea este motor es que puede darse el caso de que ocurra una desmagnetización de los imanes. Otro problema es la imposibilidad de que el motor alcance velocidades altas debido al ensamblaje de los imanes Motores de reluctancia conmutada (SRM). El motor de reluctancia conmutada, o también conocido como SRM (Switched Reluctance Motor) debido a si terminología inglesa, es una de las opciones más atractivas para la realizar la impulsión de VE y HEVs ya que se trata de un motor de bajo coste, estructura rígida, con una tipología de convertidores seguros, simplicidad en el control de velocidad, y con alta eficiencia en un ancho rango de velocidades. Este motor resulta útil para aplicaciones de tracción de VE y HEVs, sistemas de generación, actuadores para puertas, y unidades mineras. Como ya se ha comentado, es un motor que presenta una estructura rígida y de bajo coste, y no presenta imanes permanentes o devanados en el rotor. Como consecuencia, este motor presenta la capacidad de altos regímenes de velocidad. Dado que los devanados del estator van conectados en serie con los interruptores del inversor estos motores están exentos de la posibilidad de que la velocidad se dispare, perdiendo el control del motor, como puede ocurrir en los motores de inducción y de imanes permanentes

110 Motor Eléctrico. El conjunto motor de reluctancia conmutada está formado por el motor principalmente, junto con un inversor de potencia, sensores de tensión, intensidad y posición, y un controlador de señales de posicionamiento. El funcionamiento de estos motores es muy similar al modo de operación de los motores de corriente continua de imanes permanentes sin escobillas (PM BLDC), pero en este caso no presentan imanes permanentes. El inversor del motor es conectado a una fuente de potencia de corriente continua, la cual puede ser derivada de un rectificador o directamente de las baterías, y los devanados del estator son conectados a al inversor de potencia. El circuito de control proporciona señales a los interruptores del inversor de acuerdo con las estrategias de control necesarias y con las señales de los sensores. El motor de reluctancia conmutada tiene polos salientes en el estator y en el rotor. En el estator hay un devanado, y en el rotor no hay ni imanes permanentes ni devanados. Las configuraciones más usuales en los motores SRM son de 8 polos en estator y 6 en el rotor, o de 6 polos en el primero y 4 en el segundo. En la siguiente imagen se puede apreciar un SRM de 6 polos en el estator y 4 en el rotor. Figura 5-11 SRM en configuración 6/

111 Motor Eléctrico. En el estator se realiza un devanado de bobinas, que están conectados en pares para cada misma fase, y el rotor es básicamente acero para formas polos. La corriente es conmutada entra las bobinas de cada fase en un patrón secuencial para desarrollar un campo magnético giratorio. En el ejemplo de 6 polos en el estator y 4 en el rotor de la ilustración 5-11, se puede apreciar la secuencia de conmutación. Figura 5-12 Secuencia de conmutación en un SRM. El control, tanto de la velocidad como del par entregado por el motor, es realizado a través de la electrónica de potencia, a través de un convertidor de corriente y de un convertidor de frecuencia. La principal característica de este motor es la baja inercia que presenta. Esto es debido a la ausencia de masa en los huecos del estator y del rotor gracias a la presencia en ambos de polos

112 Motor Eléctrico. Además, en este motor, las pérdidas en el hierro suponen un elevado porcentaje de las pérdidas totales, pero, a bajas revoluciones, el valor de estas pérdidas decrece. Aprovechando este hecho, se puede aumentar las pérdidas por efecto Joule en el cobre de los devanados del estator, y como consecuencia, se obtiene un mayor par motor a bajas revoluciones. El hecho de que este motor sea de bajo coste, y ofrezca elevado par motor a bajas revoluciones hace que sea una opción considerable a la hora de impulsar al vehículo eléctrico de alquiler. 5.4 MOTOR ELÉCTRICO ELEGIDO PARA EL VE DE ALQUILER. La elección propuesta para la implantación de un motor en un vehículo eléctrico para un sistema de alquiler ha sido un motor de corriente continua de imanes permanentes sin escobillas (PM BLDC). A continuación, se enumeran las ventajas y desventajas de esta proposición VENTAJAS DEL MOTOR PM BLDC Alta eficiencia El empleo de imanes permanentes de excitación que no consumen potencia hace que los motores BLDC sean los motores más eficientes de todos los motores eléctricos. La ausencia de conmutadores y escobillas hace que no existan tantas fricciones mecánicas, y por lo tanto, la eficiencia se vea aumentada

113 Motor Eléctrico Compacto. La introducción actual de imanes permanentes de elevada densidad de energía ha permitido conseguir densidades de flujo muy elevadas en los motores BLDC. Consecuentemente, esto permite conseguir elevado par motor, lo cual conlleva poder minimizar el tamaño del motor para unos requisitos determinados Facilidad de control. El motor BLDC puede ser fácilmente controlado, casi como un motor de corriente continua ya que las variables a controlar son de fácil acceso en toda la operación del motor Facilidad de refrigeración Al no haber circulación de corriente en el rotor el motor BLDC no produce excesivo calor. El único calor producido en este motor se produce en los devanados del estator, el cual es más fácil de refrigerar dado que es un elemento estático y se encuentra en la periferia del motor Bajo mantenimiento, buena longevidad y fiabilidad. La ausencia de conmutadores y escobillas, aparte de ofrecer menores rozamientos, suprime la necesidad de realizar un mantenimiento regular y, a la par, elimina el riesgo de fallo asociado a estos elementos. La longevidad es, por lo tanto, variable únicamente de los devanados y de los imanes permanentes

114 Motor Eléctrico Bajas emisiones de contaminación acústica. La ausencia de conmutadores hace que no exista ruido asociado a éstos, ya que la conmutación se realiza electrónicamente. Además, el convertidor de frecuencia hace que los armónicos no sean audibles DESVENTAJAS DEL MOTOR PM BLDC Coste. Los imanes realizados con tierras raras 1 se componen de mezclas de óxidos e hidróxidos, y son los elementos formados en el apartado f de la tabla periódica, en la cual son los elementos del lantano al lutecio, además de escandio e itrio) son imanes más caros que otros materiales magnéticos y resulta en un motor con un incremento de precio respecto a los anteriormente mencionados Rango de potencia constante limitado. Un gran rango de potencia constante es crucial para conseguir vehículos con gran eficiencia. El PM BLDC es incapaz de conseguir una velocidad mayor que dos veces la velocidad base. 1 Tierras raras o elementos de transición interna: Los treinta elementos denominados tierras raras constituyen las series de los lantánidos y actínidos. Uno de los lantánidos (Prometio) y casi todos los actínidos se denominan transuránidos, ya que no existen de forma natural, son sintéticos. Todos estos metales pertenecen al grupo 3 de la Tabla Periódica y a los períodos 6 y 7. Todos tienen 3 electrones en su capa más externa (2 electrones s de la última capa y 1 o ninguno d de la penúltima, pasando, en este último caso, el electrón a orbitales f de la antepenúltima) y completan los orbitales f de la antepenúltima capa: 4f (lantánidos) y 5f (actínidos). Obtenido de:

115 Motor Eléctrico Seguridad. Los imanes permanentes hechos de tierras raras son peligrosos durante la fabricación ya que pueden atraer a elementos metálicos pesados. También hay peligro en caso de que el vehículo sufra un accidente si las ruedas giran libremente, ya que el motor sigue estando excitado por los imanes y hay una tensión elevada en los terminales del motor que puede poner en peligro a los ocupantes del vehículo Desmagnetización de los imanes. Los materiales magnéticos pueden ser desmagnetizados por elevadas temperaturas y fuerzas magnetomotrices opuestas. Para cada tipo de material existe una fuerza desmagnetizante. Por eso debe haber especial atención en la refrigeración del motor, especialmente si la construcción hace que el motor sea compacto Capacidad de velocidades elevadas. La superficie de los motores de imanes permanentes no puede superar una determinada velocidad debido al límite mecánico del ensamblaje entre el rotor y los imanes permanentes Fallos de inversión. Debido a la presencia de imanes permanentes en el rotor, estos motores presentan mayores riesgos en el caso de cortocircuito del inversor. El rotor está

116 Motor Eléctrico. siempre energizado y constantemente induce una fuerza electromotriz en los devanados cortocircuitados. Si alguna rueda se bloquea, el motor del vehículo seguirá ofreciendo par por lo que se producirá un derrapaje incontrolable

117 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. Capítulo 6 ESTACIONES DE RECARGA PARA VEHÍCULOS ELÉCTRICOS

118 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. 6.1 PREÁMBULO. El problema actual de sostenibilidad del medio ambiente que se plantea en la sociedad no puede ser solucionado si no solucionamos, en primer lugar, el problema del transporte. Una vez que se plantea un punto de inflexión en el modo vigente de transporte con el uso de vehículos eléctricos de alquiler mediante un sistema de car sharing es necesario dar cobertura a esta solución. Uno de los aspectos fundamentales para que se produzca la implantación de los vehículos eléctricos en nuestra sociedad, y especialmente el modelo de vehículo eléctrico compartido 2 es que la industria automovilística sea capaz de lograr avances en apreciables en la duración y ligereza de las baterías para vehículos eléctricos, convirtiéndose estos avances en un modo de vencer las actuales reticencias ocasionadas por la falta de autonomía de los modelos disponibles en este momento y ocasionando su vez una disminución del precio de éstos. Pero, por otra parte, no podemos olvidar que es necesario que las áreas urbanas dispongan de una red de puntos de recarga que permita la utilización de estos vehículos con total libertad. Además, se debe plantear la red de recarga como una solución en caso de necesidad de los usuarios de éstos vehículos, no para realizar una carga completa ya que ésta se podrá realizar en el lugar de origen (domicilio del usuario de vehículo eléctrico) o de destino (lugar de trabajo). 2 Es necesario diferenciar entre car pooling y car sharing. Car pooling: Viaje compartido en automóvil (Inglés: Carpool o Carpooling) es la práctica de compartir por turnos el uso de un automóvil por dos o más personas, generalmente para viajar juntos durante las horas pico hacia el trabajo o un centro educativo

119 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. Para que las áreas urbanas desarrollen una red de puntos de recarga, a su vez, es necesario que existan una serie de recomendaciones por parte de la administración con el objetivo de que los empresarios vean una oportunidad de negocio sencilla. Estas recomendaciones deben ser ofrecidas en forma de especificaciones técnicas, de forma que los puntos de recarga ofrezcan unos requisitos comunes que posibiliten la interoperabilidad de los automóviles eléctricos, y además, presenten unos requisitos mínimos de seguridad y control del proceso. El documento técnico propuesto desde la administración deberá incluir la normalización de la información básica y de la logística necesaria para que los empresarios dispuestos a apostar por la implantación de puntos de recarga en las ciudades tengan facilidades para conocer la viabilidad de estos proyectos. Además, este documento técnico deberá estar basado en las diferentes normativas propuestas desde la UNE, Reglamento electrotécnico de baja tensión (REBT), Reglamento de Transporte, Distribución y Comercialización de energía eléctrica, Reglamento de puntos de medida (RPM), ISO e International Electrotechnical Commission (IEC). 6.2 ELEMENTOS PRESENTES EN UN PUNTO DE RECARGA: DEFINICIONES. Las siguientes definiciones ha sido tomadas de la Especificación Técnica de Puntos de Recarga para vehículos eléctricos elaborada por el Proyecto de Movilidad Eléctrica, también conocido como MOVELE

120 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos INSTALACIÓN DE ENLACE. Según el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (REBT): se denominan instalaciones de enlace aquellas que unen la caja general de protección o cajas generales de protección, incluidas éstas, con las instalaciones interiores o receptoras del usuario. Comenzarán, por tanto, en el final de la acometida y terminarán en los dispositivos generales de mando y protección. Estas instalaciones se situarán y discurrirán siempre por lugares de uso común y quedarán de propiedad del usuario, que se responsabilizará de su conservación y mantenimiento Acometida. Parte de la instalación eléctrica comprendida entre la red de distribución existente y la Caja General de Protección (CGP). Será propiedad de la compañía distribuidora CGP/CPM. Es la caja que aloja los elementos de protección de la Línea General de Alimentación (LGA). En los suministros para un solo cliente (o en ocasiones dos si lo permite el armario), al no existir LGA, podrá simplificarse la instalación agrupando en un mismo elemento el CGP y el equipo de medida. Este elemento se designa como Caja General de Protección y Mediad (CPM). Será propiedad del cliente

121 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos ESTACIÓN DE RECARGA. Se denomina estación de recarga al conjunto de equipos destinados a suministrar corriente alterna a vehículos eléctricos. Contiene las tomas de corriente, que son cada uno de los puntos de alimentación para vehículos eléctricos presentes en una estación de recarga. A continuación se muestra la apariencia de un punto de recarga: Figura 6-1 Apariencia de un poste de recarga CENTRO DE ADQUISICIÓN DE DATOS. Sistema centralizado capaz de gestionar datos estadísticos e incidencias de todas las estaciones de recarga que formen parte del sistema de recarga para vehículos eléctricos

122 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos CABLES Cable instalación de enlace estación de recarga. Cable subterráneo, existente en la tipología de puntos de recarga, que enlaza la instalación de enlace con la estación de recarga Cable estación de recarga - vehículo. Cable existente en la tipología de punto de recarga situado en la superficie que enlaza la toma de corriente de la estación de recarga con el vehículo eléctrico Cable centro de adquisición de datos local toma de corriente individual. Cable existente en la tipología de punto de recarga situado en el subsuelo que enlaza el centro de adquisición de datos loca con la toma de corriente individual Cable toma de corriente individual vehículo Cable existente en la tipología de punto de recarga situado en el subsuelo que enlaza la toma de corriente individual con el vehículo eléctrico

123 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos INSTALACIONES DEL CLIENTE. Son instalaciones privadas, destinadas al consumo de energía eléctrica, en locales, instalaciones o emplazamientos de su propiedad. Para este proyecto se emplearán plazas de garaje de parkings públicos distribuidas por la ciudad de Madrid formando una red de estaciones de recarga COMUNICACIONES GPRS Son las siglas de General Packet Radio Service o servicio general de paquetes vía radio ADSL Corresponden con las siglas Asymmetric Digital Subscriber Line o Línea de Suscripción Digital Asimétrica. Consiste en una transmisión de datos digitales 8aunque la transmisión es analógica) apoyada en el par simétrico de cobre que lleva la línea telefónica convencional o línea de abonado Wi-Fi Siglas en inglés de Wireless Fidelity, es un sistema de envío de datos sobre redes computacionales que utiliza ondas de radio en lugar de cables, además de una marca de la Wi-Fi Alliance (anteriormente conocido por la WECA: Wireless Ethernet Compatibility Alliance), la organización comercial que adopta, prueba y certifica que los equipos cumplen los estándares

124 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos PLC Las siglas corresponden con Power Line Communication, un término inglés que puede traducirse por comunicaciones mediante cable eléctrico, y que se refiere a diferentes tecnologías que utilizan las líneas de energía eléctrica convencionales para transmitir señales de radio para convertirla en una línea digital de alta velocidad de transmisión de datos, permitiendo, entre otras cosas, el acceso a internet mediante banda ancha Fibra Óptica. Consta de un material muy fino, transparente en algunos casos, por los que se envían pulsos de luz que son los datos a transmitir. El haz de luz queda en el cable de fibra óptica como resultado de que el material posee (para una fuente determinada de luz, a saber, LED o láser) un ángulo de reflexión por encima del ángulo de reflexión total. 6.3 FUNCIONES DE LAS INSTALACIONES DE RECARGA FUNCIONES DE LA ESTACIÓN DE RECARGA. A continuación se presentan las funciones que deben poseer los elementos que se establecen en las estaciones de recarga: 1.-La estación de recarga debe ofrecer una conexión eléctrica para la carga del vehículo. 2.- El punto de recarga tiene que contener protecciones eléctricas que aseguren tanto a los equipos como a las personas

125 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. 3.-Además, el punto de recarga debe tener un sistema de enclavamiento del cable (al conector) para la carga del vehículo eléctrico. 4.-La estación de recarga debe ser intuitiva en su uso, por lo que debe contener una señal luminosa que informe el estado de la estación de recarga, de forma que el usuario sepa si la estación está operativa o no. 5.-Por otra parte, si el poste de recarga no dispone de una pantalla informativa del estado de la carga, el sistema de identificación luminosa, mediante un código de colores, deberá proporcionar información sobre el mismo: si se muestra una luz roja el poste estará fuerza de servicio, si es verde está disponible, y si es azul el poste de recarga está cargando al vehículo. 6.-Una de las funciones más importantes es que la estación de recarga deberá confirmar que el vehículo se encuentra conectado correctamente y, por tanto, puede comenzar la carga de las baterías del mismo. 7.-Una vez que la verificación de que el vehículo se encuentra conectado al poste de recarga se ha realizado satisfactoriamente, la estación de recarga deberá ser capaz de activar el sistema de carga. 8.-Al final de cada carga, la estación de recarga deberá ser capaz de desactivar el sistema, de forma que tanto los equipos como las personas estén seguras. 9.-La estación de recarga deberá permitir gestionar la carga, es decir, optimizar la misma, tanto en términos de potencia disponible como de

126 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. coste económico, según las condiciones a las que se encuentre la red en un instante determinado. 10.-El poste de recarga deberá poseer un sistema de retención del conector durante la carga que permita la liberación del mismo una vez haya finalizado y el usuario haya realizado el pago del servicio efectuado. 11.-Además, la estación de recarga, a través de su sistema de protecciones eléctricas debe realizar la comprobación continua de la integridad del conductor de puesta a tierra de protección, de forma que se garantice un funcionamiento seguro de los equipos. 12.-Otro aspecto a tener en cuenta es la duración de las recargas. La estación de recarga deberá conocer, mediante software, la duración del alquiler de cada usuario, por lo que es de esperar la recepción de un número determinado de vehículos a unas horas determinadas. Conociendo la recepción de vehículos podemos limitar en tiempo la carga del vehículo, pudiendo distribuir la energía disponible en varios automóviles VEHÍCULO PUNTO DE RECARGA. Es necesario que exista un protocolo de comunicación entre el vehículo y el punto de recarga, y por su futura extensión en el mercado, se utilizará el protocolo indicado en la normal IEC

127 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos CENTRO DE GESTIÓN POSTES DE RECARGA. Como es de suponer, también es necesario que exista comunicación entre el centro de gestión que se encarga de controlar y gestionar la estación de recarga con los postes de recarga, que son los elementos que suministran la energía eléctrica a los vehículos. La comunicación existente deberá ajustarse a la norma IEC 61851, pero debido a que IEC no ha desarrollado un protocolo específico para la comunicación entre el centro de gestión y el punto de recarga, es necesario que el centro de gestión esté equipado con un software que permita la supervisión desde el centro de adquisición de datos PUNTOS DE RECARGA- SISTEMA DE DISTRIBUCIÓN ELÉCTRICA. Es conveniente que los puntos de recarga sean capaces de comunicarse con los sistemas de distribución de energía eléctrica, con el objetivo de conocer a tiempo real el funcionamiento y las necesidades de las operadoras eléctricas. Esta comunicación es útil para conocer la potencia disponible para realizar la carga en una estación de recarga o las necesidades de energía eléctrica de una determinada subestación eléctrica, ya que puede ser útil que la estación de recarga venda energía eléctrica a la operadora en el caso de que ésta la necesite. En el caso de la existencia de comunicaciones entre el sistema de distribución eléctrica y el poste de recarga deberá utilizarse el protocolo de comunicaciones IEC-104 con el perfil que defina cada compañía

128 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. 6.4 CARACTERÍSTICAS Y TIPOLOGÍA DE LOS PUNTOS DE RECARGA. Existen diferentes tipos de puntos de recargas si atendemos al lugar de la instalación del mismo, que puede realizarse en el interior de garajes (ya sean públicos o privados), en la vía pública, o en entornos controlados. A continuación se exponen las características de los puntos de recarga que han de ser comunes para toda la tipología CARACTERÍSTICAS COMUNES DE LOS PUNTOS DE RECARGA Constructivas. 1.- Teniendo en cuenta que el poste de recarga debe soportar posibles actos vandálicos deberá estar fabricado de algún material que se capaz de soportarlos, como por ejemplo poliuretano o de material metálico. Además ambos deberán estar decorados con pintura aislante eléctrica y recubrimiento antigrafiti. 2.-La construcción del punto de recarga permitirá la conexión de uno o dos vehículos, y las conexiones deben ser independientes, por lo que el poste contará con tomas de corriente con controles independientes. 3.-El grado de protección de los puntos de recarga deberá ser IP 44 (Norma UNE 20324) en la cual se especifica que no debe entrar una cantidad determinada de agua a presión (10 litros minuto a 90 KN/m 2 ) y

129 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. no pueden entrar partículas mayores de 1 milímetro. Además deberá satisfacer la protección IK 10 (según la norma UNE-EN 50102) que 4.-Para ayudar a las personas minusválidas en el uso de los puntos de recarga, la altura del conector deberá satisfacer una altura determinada, situándose entre 0,9 m y 1,2 m sobre distancia al suelo. 5.-El poste incluirá señales luminosas con el objetivo de que los usuarios conozcan el estado del mismo. 6.-El poste también incluirá un sistema de protección del conector que proteja de actos vandálicos y realice la desconexión de la red eléctrica ante fallos, golpes, o cuando la batería haya sido recargada. 7.-Las partes del poste de recarga que vayan a estar en contacto con la mano del usuario deberán estar como máximo a una temperatura entre 50 y 60ºC para una temperatura ambiente de 40ºC. 8.-El poste debe contar con espacio suficiente para la instalación de accesorios necesarios para el control de armónicos, por ejemplo, y para realizar fácilmente el mantenimiento. Además, contará con un conector de datos tipo RJ Placa de características e instrucciones de uso. Todo poste de recarga debe contar con una placa de características que informen, tanto al usuario como a los operarios de la estación y de mantenimiento, de los parámetros eléctricos que caracterizan al poste de recarga. Estos parámetros son:

130 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. 1.-Nombre del fabricante. 2.-Referencia del equipo. 3.-Número de serie. 4.-Fecha de fabricación 5.-Tensión asignada (V). 6.-Frecuencia asignada (Hz). 7.-Corriente asignada (A). 8.-Número de fases. 9.-Grado de protección IK e IP. 10.-Uso al que está destinado dicho poste de recarga. Por otra parte se debe incluir en el poste de recarga, y en un tamaño que permita una fácil lectura, las instrucciones de uso TIPOLOGÍA DE LOS PUNTOS DE RECARGA Vía pública. La construcción de dicho poste de recarga debe realizarse en la acera y en las plazas reservadas a dicho acto con el objetivo de organizar los estacionamientos en la vía pública. Como característica específica, el poste de recarga deberá estar situado en una zona de la acera con alumbramiento adecuado para su operación durante las horas de ausencia de luz solar

131 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos Entorno controlado. El entorno controlado está definido como un aparcamiento en superficie cuyo acceso está restringido. Al igual que en la vía pública, el poste de recarga debe estar instalado en la acero y lo más próximo posible a la calzada. Al estar situado en un aparcamiento con acceso restringido se pueden eliminar los requerimientos antivandálicos Sistemas multipunto. Estos sistemas están caracterizados por N puntos de recarga y una unidad de control que gestione las cargas de todos los puntos de recarga. Se debe incorporar un sistema de autenticación mediante un lector de tarjetas RFID para autorizar la carga a un grupo de usuarios restringido. Este sistema debe estar presente individualmente en cada poste de recarga, y una vez que el usuario ha sido autenticado electrificar dicho punto. La central de gestión debe contener el software adecuado para realizar histogramas de carga, con el objetivo de maximizar el rendimiento de la estación Interior. Estos postes de recarga se sitúan en garajes de interior que usualmente se encontrarán controlados. Al estar en garajes de interior se permite que el grado de protección sea: 1.-IP 21 según la norma UNE 20324, en la cual indica que no pueden introducirse partículas esféricas con un diámetro mayor de 12,5 milímetros, y no

132 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. debe entrar agua a razón de 3 mm 3 si se deja caer libremente desde una altura de 200 milímetros desde la altura del equipo. 2.-IK 08 según la norma UNE-EN Los postes de interior pueden ser multipunto, si un garaje colectivo decide instalar dicha instalación, o monopunto en el caso de que sea un propietario de una plaza el que decida instalarlo. 6.5 ESQUEMA ELÉCTRICO. En esta sección se presentan las especificaciones de los componentes de la estación de recarga INSTALACIÓN DE ENLACE. Las pertinentes instalaciones de enlace se realizarán de acuerdo con el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión (RBET), y atendiendo a las normas que cada compañía distribuidora imponga. Se puede distinguir: Nueva acometida y nuevo punto de suministro. Es el caso en el que se instala una estación de recarga en la vía pública realizando una nueva acometida y un nuevo punto de suministro. Tanto la acometida como el punto de suministro deberán realizarse en función de las normas de la empresa distribuidora

133 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. Algunos parámetros importantes son una corriente de cortocircuito de la red de baja tensión de 10kA y un sistema de tensiones de 230V si es monofásico y 3x230/400 V en el caso de que sea un sistema trifásico Acometida existente y nuevo punto de suministro. Es el caso, por ejemplo, de una instalación en la vía pública en la que se utiliza la acometida de los semáforos, pero hay que realizar un punto de suministro nuevo para el punto de recarga. Se deberá tener en cuenta si la acometida existente satisface las necesidades de potencia instalada que demandará la estación de recarga Acometida y punto de suministro existentes. Un ejemplo de esta instalación es la introducción de puntos de recarga en parkings ya construidos, utilizando tanto la acometida como el punto de suministro existentes. Por lo tanto se deberá realizar un aumento de la potencia contratada según los puntos de recarga a instalar Aumento de potencia en todos los casos anteriores. Para todos los casos anteriormente expuestos se debe realizar un aumento en la potencia contratada a la distribuidora eléctrica que varía en función de los puntos de recarga a instalar. A continuación, en la tabla 6-1, se adjuntan las potencias a aumentar en función de los puntos de recarga

134 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. Nº Postes recarga Potencia Monofásica (kw) Potencia Trifásica (kw) 2 7,4 21, ,1 43, ,8 65, ,5 87, ,2 108,8 7 25,9 130, ,6 152, ,3 174, ,84 Tabla 6-1 Potencia a ampliar según el número de puntos de recarga DGCP: Dispositivos generales de mando y protección. protección: Se deben tener en cuenta los siguientes dispositivos generales de mando y 1.-Protección contra sobrecargas y cortocircuitos. 2.-Protecciones contra contactos directos e indirectos. 3.-Protecciones contra sobretensiones. 4.-Instalación de puesta a tierra. 5.-Interruptor manual para seccionamiento. En la tabla 6-2, se muestran las protecciones a instalar según la potencia instalada

135 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. Potencia a instalar 17,32 Protección diferencial Interruptor general automático DCGP Corriente (A) Sensibilidad (ma) Corriente (A) P. Corte (ka) Térmico (A) Magnético Fusibles gg 20, térmica 24,24 43, o , Tabla 6-2 Protecciones a instalar según la potencia veces actuando 27, ,02s 31, , CABLE DE LA INSTALACIÓN DE ENLACE A ESTACIÓN DE RECARGA. Podemos distinguir dos tipos de cables que conectan la instalación de enlace con la estación de recarga según dónde se ubiquen éstos: Superficie. Deberán cumplir la norma ITC-BT-19, en la cual se exige una caída de tensión máxima del 6% y se emplearán los cálculos habituales especificados en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión para obtener la sección y caída de tensión de los mismos Subsuelo. Aparte de lo mencionado en el apartado , se aplicará la norma ITC-BT-28 en el caso de que se trate de una instalación de pública concurrencia. Además, se tendrá en cuenta la ITC-BT-29 en función de las características del subsuelo

136 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos ESTACIÓN DE CARGA. Las características de las estaciones de carga van en función del tipo de conexiones: monofásica o trifásica. La conexión monofásica únicamente permitirá cargas lentas mientras que con una conexión trifásica se podrán realizar cargas rápidas Conexión monofásica. Con la conexión monofásica la estación de recarga es capaz de realizar cargas lentas, y la alimentación que se hace al vehículo es, obviamente, monofásica. Mediante este tipo de conexión somos capaces de suministrar 16A de corriente en una toma de 230 V (±10%) y una frecuencia de 50 Hz (±1%). Por tanto el conector puede ser de tipo SCHUKO (CEE 7/4) que es capaz de suministrar intensidades de corriente de hasta 16A. La estación de recarga recibirá de la red eléctrica 16 A con una tensión de 230 V (±10%), y una frecuencia de 50 Hz (±10%) Conexión trifásica. Mediante este tipo de conexión la estación de recarga es capaz de proporcionar cargas rápidas, y la alimentación al vehículo es trifásica. La estación de recarga es conectada a la red, la cual es capaz de proporcionar 63ª, 400V (±10%), y una frecuencia de 50 Hz (±1%); por otra parte la misma es capaz de entregar al vehículo una intensidad de corriente de 63ª con una tensión de 400 V (±10%), y una frecuencia de 50 Hz (±10%). El conector puede ser de tipo CETAC que corresponde con un conector que se ajusta a la norma IEC 60309, pudiendo suministrar corrientes desde 32 A a 63 A

137 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos Protecciones eléctricas de la estación de recarga. 1.-Para contactos directos e indirectos se podrá emplear un diferencial de 40 A con una sensibilidad de 30mA. Además, antes del rearme tiene que controlar si la corriente de defecto se ha extinguido, en cuyo caso se iniciará el rearme. 2.-La protección contra sobrecargas y/o cortocircuitos a emplear será un interruptor magnetotérmico de A según si la conexión es monofásica o trifásica por punto de recarga, con una curva de disparo de tipo d. 3.-La estación de recarga equipará una toma de tierra si la envolvente de la estación de recarga es metálica, para descargar las posibles tensiones residuales en la carcasa. 4.-Interruptor individual para cada poste de recarga con el objetivo de poder realizar el corte de suministro de potencia eléctrica individualmente

138 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. 6.6 MEDIDAS A REGISTRAR EN CONTADORES INTRODUCCIÓN. Las estaciones de recarga deberán equipar los contadores necesarios para hacer las medidas necesarias de consumo de energía eléctrica para controlar el coste económico de la recarga y para conocer los valores de los parámetros más importantes durante el proceso de carga. Pero no sólo hay que medir la energía consumida por cada poste de recarga, si no que tendrá que registrarse la hora del comienzo y fin de cada recarga, así como la potencia requerida en la recarga. Opcionalmente la estación de recarga podrá contar con un software de sistemas de información que le permita almacenar todos estos datos para conocer y entender los procesos de carga, pudiendo obtener información sobre el rendimiento de la estación de recarga MAGNITUDES A MEDIR Energía eléctrica. Para realizar la facturación al usuario final, o en nuestro caso, a la empresa encargada del negocio del sistema de alquiler de vehículos eléctricos, es necesario que obtener las medidas de la energía eléctrica activa y reactiva. Estas magnitudes

139 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. se miden en kwh y kwarh. Es adecuado que los medidores mecánicos tengas una resolución de, al menos, 3 enteros y 2 decimales Tensión de salida. Como forma de control de los parámetros de la carga es obligatorio equipar nuestra estación de recarga con un voltímetro que nos proporcione la tensión de salida del poste de recarga. Esta medida se lleva a cabo para asegurar que la tensión de servicio se suministra de forma adecuada, por lo que ningún componente se verá dañado. Esta magnitud se mide en V Intensidad de salida. Hacer histogramas de las magnitudes durante los procesos de carga es adecuado para optimizar la explotación de la instalación, por lo que se deberá medir la intensidad de salida del poste de recarga. Se mide en A Potencia activa. Para conocer el funcionamiento de la red de energía eléctrica a la que se conecta nuestra estación de recarga, y por tanto, las situaciones más desfavorables a las que se ve sometida, es conveniente medir la potencia activa. Con esta magnitud facilitaremos la gestión de demanda en instalaciones con varios puntos de recarga. La potencia activa se mide en kw

140 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos Otras magnitudes. 1.- Tasa de armónicos (TDH). Se debe medir la tasa de armónicos de tensión e intensidad. 2.- Hora del inicio y del final de la recarga Características de los contaderos de magnitudes. Como aspecto fundamental, aquellas magnitudes que tengan que medirse para facturar deberán realizarse con aparatos de medida homologados y que estén de acuerdo con la legislación metrológica vigente: RD 889/2006 (BOE 2/08/06). Por otra parte, en determinadas circunstancias las magnitudes presentes en las estaciones de recarga resultan peligrosas para las personas, por lo que se realizarán medidas indirectas, en el caso de puntos de recarga trifásicos, mediante el uso de transformadores de intensidad de gama extendida, con clase 0,5s y 10VA. Además, la estación de recarga deberá equipar un software que posibilite el almacenaje de las medidas en una base de datos durante 30 días. En cuanto al periodo de registro de las magnitudes eléctricas a medir, éste podrá ser programable al menos entre 1 minuto y una hora

141 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. En la tabla 6-3 se muestra un resumen de las características generales de los contadores. P.Recarga Monofásico P.RecargaTrifásico Tipo de Medida directa indirecta Tensión de referencia 230 V 3x230/400 V Intensidad de corriente 10A /5A Intensidad máxima 30A 1,2 x In Frecuencia 50 Hz Clase de precisión B Tabla 6-3 Características generales de los contadores 6.7 COMUNICACIONES Y GESTIÓN DE DATOS. En este apartado se exponen los requerimientos para realizar la comunicación y envío de datos entre el vehículos eléctrico, el poste de recarga, centro de adquisición de datos de la estación de recarga, y red distribuidora de energía eléctrica. Las diferentes formas de realizar el envío y recepción de datos son: fibra óptica, PLC, Bluetooth, Wi-Fi, radio digital, ADSL y GPRS. En consecuencia con la tecnología existente en el medio en el que se sitúe la instalación de la estación de recarga se dispondrá por uno u otro ALMACENAMIENTO DE DATOS. Los datos y medidas de magnitudes serán recogidos en un fichero ASCII de formato abierto. Por otra parte se utilizará una conexión tipo Ethernet (conector RJ45) en el caso en el que sea necesaria la recogida de datos de manera directa

142 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos. El módulo de almacenamiento de datos tiene que contener la memoria física suficiente para guardar datos de medidas de 30 días. Además, hay varios momentos en los que se realiza el almacenamiento de datos dependiendo del proceso del estado de la recarga. Así, por ejemplo, se deben almacenar datos de forma cíclica, en tiempo real para identificar usuarios, comprobar el pago o por averías; de forma puntual si el centro de datos lo requiere, y en el momento en el que un usuario se identifica DATOS ENVIADOS. Los datos que se tienen que intercambiar en cada proceso de recarga son: Parámetros de identificación del usuario. Parámetros de la identificación del usuario, si puede ser, mediante una tarjeta RFID. En nuestro caso, el usuario es el vehículo de alquiler, y tiene que añadirse información de la persona que ha recibido el servicio de alquiler para realizar un histograma de uso del abonado Identificación del punto de recarga. conectado. Identificación del punto de recarga al que el vehículo eléctrico ha sido

143 Estaciones de recarga para vehículos eléctricos Fecha y hora. Fecha y hora tanto del inicio con del final de la recarga Parámetros de la carga. Consumo, tensión y medidas de potencia utilizada en la carga Estado del a recarga. Disponible, funcionando, o en avería

144 Modelo de negocio. Capítulo 7 MODELO DE NEGOCIO

145 Modelo de negocio. 7.1 SISTEMA DE ALQUILER: CAR SHARING CAR SHARING: DEFINICIÓN. Car sharing es un sistema de alquiler de vehículos en el cual la facturación no se realiza por el número de días que el vehículo es utilizado por el usuario, si no por periodos cortos de tiempo, habitualmente por horas. Este sistema permite a usuarios esporádicos el uso ocasional de un vehículo durante unas horas del día, eliminando la necesidad de incurrir en un excesivo gasto para la compra de un vehículo particular con todos los costes asociados que conllevan, a saber: compra del vehículo, mantenimiento, combustible, seguro, impuesto de circulación, etc. Por otra parte, es un modo de transporte muy útil para aquellas empresas que necesitan una flota de vehículos para sus trabajadores, ya que este sistema te proporciona una factura detallada de los costes incurridos en el uso de los vehículos de alquiler por lo que las empresas se ahorran el coste asociado a la contabilidad de sus vehículos en propiedad. El servicio de car sharing es, a día de hoy, poco extendido, pero ya existen más de seiscientas ciudades en el mundo donde se ofrece este sistema de transporte. El auge esta modalidad está apoyado, indudablemente, por el uso de Internet de la población, ya que las herramientas online nos permiten conocer instantáneamente información como kilómetros recorridos por un usuario, disponibilidad de vehículos, uso clasificado por horarios, etc

146 Modelo de negocio. Además, este modelo de transporte está caracterizado por ser un modelo ecológico. No cabe la menor duda que el uso de car sharing en las grandes ciudades conseguirá una importante reducción en las emisiones de CO 2, ya que disminuirá el número de automóviles en el área urbana y se racionalizará el empleo de los vehículos. Por lo tanto, se puede resumir que este modelo de transporte conocido como car sharing es un modelo de transporte público de uso privado, ya que reúne las ventajas de ambos modos APLICACIÓN DE VEHÍCULOS ELÉCTRICOS EN CAR SHARING. Dado que el servicio de alquiler conocido como car sharing no es otro concepto que un alquiler cuya facturación se realiza en periodos de tiempo muy cortos, el vehículo que debe ofrecerse debe estar de acuerdo con las necesidades de los clientes que lo alquilarán. Los usuarios que opten por esta modalidad de transporte no requieren vehículos de excesivas dimensiones ni prestaciones, por lo que el segmento que se adapta mejor a este servicio es el segmento A o microcoches. Este tipo de vehículo tiene unas dimensiones en torno a 3 metros de largo, y típicamente son automóviles de 2+2 plazas. Además, las necesidades de potencia no son elevadas, ya que al ser un alquiler por cortos períodos de tiempo hace que el uso que se va a requerir sea urbano o, incluso, interurbano sin alcanzar altas velocidades. Todas estas razones expuestas anteriormente hacen que el vehículo idóneo que se debe ofrecer para servicios de car sharing sea el vehículo eléctrico. La ausencia de emisiones de uso de éstos, unidos a la ausencia de contaminación acústica, a la autonomía que proporcionan (100 km), y las características de par

147 Modelo de negocio. velocidad que ofrecen hacen que estos vehículos se adapten tanto a los desplazamientos urbanos como interurbanos. Además, las políticas vigentes de la administración hacen que el vehículo eléctrico sea atractivo tanto para el usuario final como para el empresario que se decide por la creación de una empresa de alquiler de vehículos mediante car sharing. Unos ejemplos de estas políticas son las subvenciones por parte del proyecto MOVELE en la compra de microcoches eléctricos (o cualquier tipo de vehículos propulsados por motor eléctrico), por lo que el empresario ve disminuida la desventaja económica que supone la compra de estos automóviles, y además, las políticas de los ayuntamientos de reservar plazas de aparcamiento en las áreas urbanas libres de pago, por lo que un usuario puede acceder a las céntricas calles de las grandes ciudades y no preocuparse del pago de la plaza de aparcamiento pública o de un parking. 7.2 MODO DE USO DE CAR SHARING EN MADRID. A continuación se presentan las características de funcionamiento de un sistema de alquiler de vehículos eléctrico mediante car sharing en Madrid RED DE ALQUILER EN MADRID. Las ventajas de este sistema de alquiler de vehículos son eficaces si los vehículos ofertados son accesibles a una gran parte de la población de Madrid. Por ello es necesario acercar el servicio a las zonas de la ciudad de Madrid que presentan mayor concentración de actividad

148 Modelo de negocio. En la siguiente ilustración 7-1, se puede apreciar a simple vista un plano de Madrid en el cual se han marcado las estaciones donde se ofrece el servicio de recogida de vehículos eléctricos. Figura 7-1 Red de alquiler de vehículos eléctricos en Madrid. Como se puede apreciar la red consta de cuatro estaciones de alquiler, las cuales además cuentan con estaciones de recarga. Estas estaciones de alquiler están situadas en los cuatro puntos cardinales de la ciudad: en las 4 Torres del Paseo de la Castellana, en el intercambiador de avenida de América, en la estación de trenes y cercanías de Atocha, y en el intercambiador de Moncloa Estación 4 torres en Paseo de la Castellana. Se ha decidido situar una de las estaciones de alquiler en las 4 torres del paseo de la Castellana ya que su situación geográfica hace que sea un emplazamiento atractivo por dos motivos

149 Modelo de negocio. Gracias al intercambiador de Plaza de Castilla, los habitantes de los municipios del norte de la comunidad de Madrid pueden llegar hasta el municipio de Madrid. Este emplazamiento hace que el empleo de vehículos de alquiler por horas sea una opción atractiva para los usuarios de la red de autobuses que llegan al norte de Madrid. Por otra parte, la actividad empresarial y financiera de la parte norte del Paseo de la Castellana, correspondiendo con la reciente construcción de los cuatro rascacielos, hace que situar otro modo de transporte en esa zona sea una decisión adecuada Intercambiador de la avenida de América. Al igual que ocurre con la estación situada en las 4 Torres de la Castellana, el principal motivo para situar la estación este en el intercambiador de autobuses de la avenida de América es que este emplazamiento representa un punto de conexión entre el centro de Madrid con los barrios y municipios del este de Madrid: Alcalá de Henares, Torrejón de Ardoz, Barajas, Coslada, y Conde de Orgaz, Arturo Soria o Parque Juan Carlos I. Otro aliciente es la conexión que supone este emplazamiento con uno de los mayores aeropuertos de España, el aeropuerto de Barajas. Puede ser útil proporcionar un modelo de transporte público de uso privado para que los usuarios puedan realizar desplazamientos entre el aeropuerto y la zona este de Madrid, o para acercar a turistas desde la conexión con la red de Metro o autobuses al resto de la ciudad

150 Modelo de negocio Estación de Atocha. En el entorno de la estación de Atocha se pueden encontrar distintos emplazamientos de importancia que hacen que este lugar sea muy concurrido por los habitantes de Madrid. En las cercanías de la estación encontramos el parque del Buen Retiro (admirado por todos los turistas y madrileños), también se encuentra el Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino, el Real Jardín Botánico, el Ministerio de Sanidad y Consumo, el Museo del Prado, el inicio del Paseo del Prado que desembocará en el Paseo de la Castellana, y un largo etcétera. Además, la estación de Atocha es el complejo ferroviario más grande de España, y que cuenta con las conexiones del tren de Alta Velocidad Española hacia el este del país (Madrid-Valencia), hacia el noreste (Madrid-Barcelona) y hacia el sur (Madrid-Sevilla); y también presenta conexiones con municipios de Madrid a través de la red de cercanías, o permite desplazamientos mediante trenes de media y larga distancia. Todas estas condiciones hacen que situar la estación de alquiler de la zona este en la estación de Atocha suponga una elección adecuada Intercambiador de Moncloa. Al igual que con las anteriores, el intercambiador de Moncloa supone un punto de conexión con los municipios del oeste de Madrid, y por extensión, con la ciudad de Segovia cuya población se desplaza a Madrid

151 Modelo de negocio. Por otra parte, la zona del oeste de Madrid representa un punto comercial muy importante gracias a El Corte Inglés situado en la calle Princesa y al eje esteoeste formado por la calle Gran-Vía. Otros alicientes son el hecho de que muy cerca de este emplazamiento se sitúe la Ciudad Universitaria permite ofrecer otro modo de transporte a los ya existentes y la presencia del Parque del Oeste y el Templo de Debod, que representan dos importantes lugares de relajación de Madrid. Esta situación conecta muy bien con los municipios del oeste de Madrid y, a la vez, ofrece soluciones en la urbe de Madrid, por lo que resulta un punto muy atractivo FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ALQUILER. Para utilizar el servicio ofrecido por la empresa de alquiler de vehículos eléctricos mediante car sharing los usuarios deben seguir unos determinados pasos: Registro en el servicio. Es necesario que los usuarios completen un formulario de solicitud de registro al servicio de alquiler de vehículos eléctricos. Este registro bien puede realizarse a través de la sección disponible para dicho fin en la página web de la compañía de alquiler o bien realizarlo en cualquiera de las estaciones disponibles o a través del número de teléfono de las oficinas

152 Modelo de negocio. El motivo por el cual hay que completar un formulario de solitud de registro es que la empresa debe conocer todos los datos personales para poder aceptar que el usuario forme parte del servicio, ya que, por ejemplo, conductores con una antigüedad del carné de conducir de menos de 2 años no suelen participar en estos servicios. Los datos que el usuario debe proporcionar son los típicos que se piden en este tipo de registros: nombre y apellidos, domicilio, número de teléfono móvil y fijo, dirección de correo electrónico, número de carné de conducir, datos de domiciliación bancaria, Este registro, además, incluye la creación de una cuenta de usuario para que, a través de la plataforma de internet, el usuario pueda conocer información acerca del servicio: vehículos disponibles, horarios disponibles, histogramas de uso del usuario, facturas anteriores, realizar reservas de vehículos Cuando la empresa haya verificado los datos proporcionados, y por lo tanto, haya aceptado el registro, se realizará el envío de una tarjeta de usuario con la que se podrá acceder a los vehículos reservados a través de la plataforma de la página web Reserva del vehículo. Una vez se haya realizado satisfactoriamente el proceso de registro y el usuario haya recibido su tarjeta de identificación, el servicio está disponible. Para realizar la reserva del vehículo eléctrico, el usuario se introducirá en la plataforma de la página web del servicio a través de la cuenta que se le facilitó. En la misma podrá visualizar los vehículos disponibles en las distintas estaciones

153 Modelo de negocio. de alquiler según el horario interesado, y reservar el vehículo que mejor se adapte a sus circunstancias. Gracias a la tecnología actual, la plataforma deberá estar disponible para los sistemas operativos actuales en los dispositivos móviles con tráfico de datos (Iphone, tabletas, Blackberry, Android, ), de forma que el servicio de reserva del vehículo se pueda realizar instantáneamente sin tener que estar ligado a un ordenador de sobremesa. Esta plataforma permite que los usuarios realicen las reservas sobre la marcha, permitiendo una mayor disponibilidad del sistema. Una vez que el vehículo ha sido reservado, la compañía de alquiler se pondrá en contacto a través del teléfono móvil, fijo o según se haya especificado con el usuario para confirmarle la reserva de la misma. En la confirmación se detallará la reserva y el número de matrícula del vehículo reservado Uso del vehículo. Si la reserva del vehículo ha sido realizada satisfactoriamente, el usuario deberá acudir a la estación de servicio de alquiler seleccionada y realizar el proceso de desconexión de carga del vehículo eléctrico. Si el poste de recarga informa que el vehículo ha sido desconectado de la estación de recarga de forma adecuada, deberá pasar la tarjeta de usuario por el parabrisas. En el mismo se encuentra un identificador de tarjetas que permitirá la apertura del vehículo si la tarjeta está ligada a dicho automóvil a la hora solicitada. En el interior, el usuario encontrará la llave que permitirá el arranque del vehículo eléctrico

154 Modelo de negocio. Para terminar el uso del vehículo contratado el proceso es el mismo, se deberá apagar el funcionamiento del vehículo eléctrico y pasar la tarjeta de usuario por el sensor del parabrisas, sin olvidar de volver a conectar el vehículo eléctrico al poste de recarga. En este orden, el vehículo podrá ser entregado en una estación de recarga o en una calle de la ciudad de Madrid, incurriendo en este caso en un coste adicional FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ALQUILER. Si el vehículo ha sido cerrado con las condiciones impuestas por la compañía, los datos recogidos en la base de datos sobre la información de cada servicio prestado serán enviados vía a la dirección señalada y además, aparecerán en la cuenta del usuario en la plataforma de la compañía. servicios: Por otra parte, la facturación del servicio se realiza según los siguientes Abono mensual. Como parte del coste de mantenimiento de los vehículos y de la plataforma desde la cual se ofrece el servicio, los usuarios deberán pagar una cuota mensual. Con ésta se incluyen revisiones y el seguro del vehículo Facturación por kilómetro recorrido. Para asegurar que el vehículo mantiene un nivel de carga óptimo, cada kilómetro recorrido supone un pequeño desembolso al usuario. Además, el

155 Modelo de negocio. desgaste del vehículo (elementos mecánicos, neumáticos, motor eléctrico, baterías, ) está incluido en este coste Facturación por hora reservada. Con el objetivo de que los usuarios aprovechen la reserva del vehículo, cada hora que hayamos reservado tiene un coste Penalización por devolución tardía. La compañía impondrá una penalización por devolución tardía con el objetivo de que los usuarios respeten los horarios contratados en la plataforma de la empresa. Esta penalización será de menor cuantía si el usuario avisa con antelación Otras penalizaciones. Las multas ocasionadas en el uso del vehículo, así como al haber realizado un mal uso en el mismo, serán facturadas. Por otra parte, si el vehículo no es entregado en una de las estaciones de recarga de la compañía se incurrirá en un coste adicional Forma de facturación. La facturación del servicio de alquiler por horas se realiza a través de domiciliación bancaria en la cuenta proporcionada por el usuario. Además, la

156 Modelo de negocio. factura será enviada al domicilio y en la cual se detallará el horario de los servicios efectuados, la distancia recorrida, y las penalizaciones en que se han incurrido. Esta factura también estará disponible en la plataforma de la página web o de la aplicación para dispositivos móviles

157 Resultados. Capítulo 8 RESULTADOS

158 Resultados. 8.1 ENERGÍA CONSUMIDA POR KILÓMETRO RECORRIDO OBJETIVO. El objetivo de este apartado es proporcionar qué energía es consumida por kilómetro recorrido en diferentes situaciones de tráfico y conducción: urbana, extraurbana, y mixta. Es fundamental conocer la energía consumida por kilómetro recorrido con el objetivo de conocer el almacenamiento energético que debe producirse en las baterías. En este sentido, delimitar la energía requerida para recorrer una cierta distancia ayudará a obtener el dimensionamiento exacto de las baterías, lo que provoca minimizar el coste de una tecnología tan cara como la presente en las baterías de última generación RESULTADOS DE LA RUTA URBANA: ESTACIÓN DE CHAMARTÍN- CONGRESO DE LOS DIPUTADOS Definición de la ruta. En la tabla 8-1 se puede observar la definición de la ruta, es decir, qué calles se han utilizado para realizar el desplazamiento entre ambos puntos. Se debe conocer los puntos que van a unir el origen y el destino ya que estas calles definen los requerimientos energéticos tales como altura, pendiente, y velocidad. Estos parámetros, a su vez, influirán en la elaboración de las adaptaciones de los ciclos expuestos en el apartado

159 Resultados. Origen Destino Origen Destino Estación Chamartín Agustín Foxá Castellana Lima Agustín Foxá Esteban Terradas Lima Nuevos Ministerios Esteban Terradas Manuel Ferrero Nuevos Ministerios G. Marañón Manuel Ferrero Mateo Inurria G. Marañón Ortega y Gasset Mateo Inurria Plaza Castilla 1 Ortega y Gasset Colón Plaza Castilla 1 Plaza Castilla 2 Colón Cibeles Castellana Cuzco Cibeles Neptuno Cuzco Castellana Neptuno Congreso Diputados Tabla 8-1 Definición Ruta urbana Ciclos empleados de la ruta urbana. A continuación se presenta un ejemplo de cada modelo de ciclo. Los modelos de ciclo están en función de las velocidades de los estados energéticos y no están relacionados con las distancias recorridas. Para conocer las distancias recorridas durante cada estado energético se sugiere que se visualice el Anexo 1, donde aparecen las tablas del cálculo de la energía consumida Ciclo modelo 1. A continuación se presenta un ejemplo un ejemplo del modelo de ciclo 1. Los modelos de ciclo están en función de las velocidades de los estados energéticos y no están relacionados con las distancias recorridas

160 Resultados. 60 Ciclo Velocidad-Tiempo Figura 8-1 Ciclo modelo 1. Para conocer las distancias recorridas durante cada estado energético se sugiere que se analice el Anexo 1, donde aparecen las tablas del cálculo de la energía consumida. En este ciclo se circula a 15 km/h para luego acelerar hasta 32 km/h, y alcanzar 55 km/h. Se decelera hasta 10 km/h, que se mantiene constante y finalmente se detiene el vehículo. El ciclo modelo 1 es utilizado en los siguientes trayectos: Agustín de Foxá-Esteban Terradas. Manuel Ferrero-Mateo Inurria. Mateo Inurria-Semáforo 1 Plaza Castilla. Castellana-Plaza de Lima. Plaza de Lima-Nuevos Ministerios. Ortega y Gasset- Colón. Colón-Cibeles. Cibeles-Neptuno

161 Resultados Ciclo modelo Ciclo Ciclo 2 Figura 8-2 Ciclo modelo 2. En este ciclo se circula a 15 km/h para luego acelerar hasta 32 km/h, y alcanzar 40 km/h. Se decelera hasta 10 km/h y finalmente se detiene el vehículo. El ciclo modelo 2 es utilizado en los siguientes trayectos: Estación-Agustín de Foxá. Esteban Terradas- Manuel Ferrero. Neptuno-Congreso de los Diputados

162 Resultados Ciclo modelo Ciclo Ciclo Figura 8-3 Ciclo modelo 3. En este ciclo se circula a 15 km/h para luego acelerar hasta 32 km/h, alcanzar 50 km/h, y realizar una última aceleración para llegar a la velocidad máxima de 60 km/h. Se decelera hasta 35 km/h, 10km/h y finalmente se detiene el vehículo. El ciclo modelo 3 es utilizado en los siguientes trayectos: Castellana-Cuzco. Nuevos ministerios-gregorio Marañón. Gregorio Marañón-Ortega y Gasset

163 Resultados Cálculos ruta urbana. Los datos de la ruta urbana, es decir, la información correspondiente a cota geodésica, pendiente, distancia recorrida y velocidades, entre la Estación de Chamartín y el Congreso de los Diputados pueden analizarse en el Anexo 1. Al igual ocurre con los cálculos intermedios correspondientes a la potencia necesaria para mantener el vehículo a velocidad constante, la energía suministrada por las baterías, y la energía aprovechada mediante el freno regenerativo, los cuales aparecen en el mismo Anexo Resultados del consumo energético ruta urbana. El resumen de los resultados obtenidos para el cálculo del consumo energético de la ruta urbana se muestra en la tabla 8-2. Aceleración 0,4366 Deceleración -0,3112 V=cte 0,6113 E total 0, Distancia recorrida 7070 m kwh/km 0, Tabla 8-2 Resumen resultados ruta urbana. Se puede observar que en esta ruta se necesitan 0,104 kwh para recorrer una distancia de 1 kilómetro

164 Resultados RESULTADOS DE LA RUTA EXTRAURBANA: ESTACIÓN DE ATOCHA- 4 TORRES Definición de la ruta. En la tabla 8-3 se puede observar la definición de la ruta, es decir, qué calles se han utilizado para realizar el desplazamiento entre ambos puntos. Se debe conocer los puntos que van a unir el origen y el destino ya que estas calles definen los requerimientos energéticos tales como altura, pendiente, y velocidad. Estos parámetros, a su vez, influirán en la elaboración de las adaptaciones de los ciclos expuestos en el apartado Origen Destino Estación Atocha Infanta Isabel Infanta Isabel Reina Cristina Reina Cristina Avenida de Med.1 Avenida de Med.2 Avenida de Med.2 Avenida de Med.2 M-30 M-30 Pío XII Pío XII Estación Chamartín Estación Chamartín Monforte Lemos Monforte Lemos Eurostars Tower Tabla 8-3 Definición Ruta extraurbana Ciclos empleados de la ruta extraurbana. A continuación se presenta un ejemplo de cada modelo de ciclo.. Los modelos de ciclo están en función de las velocidades de los estados energéticos y no están relacionados con las distancias recorridas

165 Resultados. Para conocer las distancias recorridas durante cada estado energético se sugiere que se analice el Anexo 2, donde aparecen las tablas del cálculo de la energía consumida Ciclo modelo 1. A continuación se presenta un ejemplo un ejemplo del modelo de ciclo 1. Los modelos de ciclo están en función de las velocidades de los estados energéticos y no están relacionados con las distancias recorridas. 60 Ciclo Velocidad-Tiempo Figura 8-4 Ciclo modelo 1. Para conocer las distancias recorridas durante cada estado energético se sugiere que se analice el Anexo 2, donde aparecen las tablas del cálculo de la energía consumida

166 Resultados. En este ciclo se circula a 15 km/h para luego acelerar hasta 32 km/h, y alcanzar 55 km/h. Se decelera hasta 10 km/h, que se mantiene constante y finalmente se detiene el vehículo. El ciclo modelo 1 es utilizado en los siguientes trayectos: Infanta Isabel-Reina Cristina. Reina Cristina-Avenida Mediterráneo 1 Avenida Mediterráneo 1- Avenida Mediterráneo 2. Pío XII Estación de Chamartín. Estación de Chamartín-Castellana Monforte de Lemos- Eurostars Tower Ciclo modelo Ciclo Ciclo 2 Figura 8-5 Ciclo modelo 2. En este ciclo se circula a 15 km/h para luego acelerar hasta 32 km/h, y alcanzar 40 km/h. Se decelera hasta 10 km/h y finalmente se detiene el vehículo

167 Resultados. El ciclo modelo 2 es utilizado en los siguientes trayectos: Estación Atocha-Infanta Isabel. Castellana- Monforte de Lemos Ciclo modelo Ciclo Ciclo 4 Figura 8-6 Ciclo modelo 4. En este ciclo se circula a 15 km/h para luego acelerar hasta 32 km/h, alcanzar 55 km/h, y realizar una última aceleración para llegar a la velocidad máxima de 80 km/h. Se decelera hasta 50 km/h, para volver a mantenerse a 35 km/h. El ciclo modelo 3 es utilizado en los siguientes trayectos: Avenida de Mediterráneo 2 - M

168 Resultados Ciclo modelo Ciclo Ciclo 5 Figura 8-7 Ciclo modelo 5. En este ciclo se circula a 35 km/h para luego acelerar hasta 55 km/h, alcanzar 75 km/h, y realizar una última aceleración para llegar a la velocidad máxima de 90 km/h. Se decelera hasta 75 km/h, 50 km/h para volver a mantenerse a 35 km/h, pasar por 10km/h y finalmente, detenerse. El ciclo modelo 5 es utilizado en la M-30 para llegar a la salida de Pio XII Cálculos ruta extraurbana. Los datos de la ruta extraurbana, es decir, la información correspondiente a cota geodésica, pendiente, distancia recorrida y velocidades, entre la Estación de Chamartín y el Congreso de los Diputados pueden analizarse en el Anexo

169 Resultados. Al igual ocurre con los cálculos intermedios correspondientes a la potencia necesaria para mantener el vehículo a velocidad constante, la energía suministrada por las baterías, y la energía aprovechada mediante el freno regenerativo, los cuales aparecen en el mismo Anexo Resultados del consumo energético ruta extraurbana. El resumen de los resultados obtenidos para el cálculo del consumo energético de la ruta urbana se muestra en la tabla 8-2. Aceleración 0,5446 Deceleración -0,1573 V=cte E total Distancia recorrida m kwh/km 0,2166 Tabla 8-4 Resumen resultados ruta extraurbana. Se puede observar que en esta ruta se necesitan 0,2166 kwh para recorrer una distancia de 1 kilómetro RESULTADOS DE LA RUTA MIXTA: TERMINAL T4 BARAJAS TORRE EUROPA Definición de la ruta. En la tabla 8-5 se puede observar la definición de la ruta, es decir, qué calles se han utilizado para realizar el desplazamiento entre ambos puntos. Se debe conocer los puntos que van a unir el origen y el destino ya que estas calles definen los requerimientos energéticos tales como altura, pendiente, y velocidad

170 Resultados. Estos parámetros, a su vez, influirán en la elaboración de las adaptaciones de los ciclos expuestos en el apartado Origen Destino Aparcamiento T4 Salida Salida M-12 M-12 M-13 M-13 A-2 A-2 Avenida de América Avenida de América María de Molina María de Molina López de Hoyos López de Hoyos Castellana Castellana Nuevos Ministerios Nuevos Ministerios Torre Europa Tabla 8-5 Definición Ruta extraurbana Ciclos empleados de la ruta urbana. A continuación se presenta un ejemplo de cada modelo de ciclo... Los modelos de ciclo están en función de las velocidades de los estados energéticos y no están relacionados con las distancias recorridas. Para conocer las distancias recorridas durante cada estado energético se sugiere que se analice el Anexo 3, donde aparecen las tablas del cálculo de la energía consumida Ciclo modelo 1. A continuación se presenta un ejemplo un ejemplo del modelo de ciclo 1. Los modelos de ciclo están en función de las velocidades de los estados energéticos y no están relacionados con las distancias recorridas

171 Resultados. 60 Ciclo Velocidad-Tiempo Figura 8-8 Ciclo modelo 1. Para conocer las distancias recorridas durante cada estado energético se sugiere que se analice el Anexo 3, donde aparecen las tablas del cálculo de la energía consumida. En este ciclo se circula a 15 km/h para luego acelerar hasta 32 km/h, y alcanzar 55 km/h. Se decelera hasta 10 km/h, que se mantiene constante y finalmente se detiene el vehículo. El ciclo modelo 1 es utilizado en los siguientes trayectos: Avenida de América- María de Molina. María de Molina- López de Hoyos López de Hoyos-Castellana Castellana-Nuevos Ministerios. Nuevos Ministerios-Torre Europa

172 Resultados Ciclo modelo Ciclo Ciclo 2 Figura 8-9 Ciclo modelo 2. En este ciclo se circula a 15 km/h para luego acelerar hasta 32 km/h, y alcanzar 40 km/h. Se decelera hasta 10 km/h y finalmente se detiene el vehículo. El ciclo modelo 2 es utilizado para salir del aparcamiento de la terminal 4 del aeropuerto de Barajas Ciclo modelo 4 + Ciclo Modelo 5. Realizando una adaptación del modelo de ciclo número 4 y el modelo 5 obtenemos el ciclo que ha simulado el trayecto desde la autopista M-12 a la salida de la terminal 4 de Barajas hasta la avenida de América. Esta adaptación puede apreciarse en la figura

173 Resultados Ciclo Ciclo 4+5 Figura 8-10 Ciclo modelo 4. Como se puede apreciar, es una mezcla de los ciclos 4 y 5 que se pueden apreciar en los apartados y Cálculos ruta mixta. Los datos de la ruta mixta, es decir, la información correspondiente a cota geodésica, pendiente, distancia recorrida y velocidades, entre la Estación de Chamartín y el Congreso de los Diputados pueden analizarse en el Anexo 3. Al igual ocurre con los cálculos intermedios correspondientes a la potencia necesaria para mantener el vehículo a velocidad constante, la energía suministrada por las baterías, y la energía aprovechada mediante el freno regenerativo, los cuales aparecen en el mismo Anexo

174 Resultados Resultados del consumo energético ruta mixta. El resumen de los resultados obtenidos para el cálculo del consumo energético de la ruta urbana se muestra en la tabla 8-2. Aceleración Deceleración -0,395 V=cte E total Distancia recorrida m kwh/km 0,228 Tabla 8-6 Resumen resultados ruta extraurbana. Se puede observar que en esta ruta se necesitan 0,228 kwh para recorrer una distancia de 1 kilómetro RESULTADOS: POTENCIA MÁXIMA. Según la dinámica del automóvil, y según se expresa en la ecuación 9 del apartado 3.4.1, el vehículo eléctrico debe desarrollar una potencia determinada que permita desenvolverse en las condiciones para las que ha sido diseñado. Es fundamental conocer qué potencia máxima debe desarrollar el vehículo en los ciclos estudiados para poder seleccionar el motor eléctrico necesario que satisfaga dicho requerimiento. Por tanto, debemos tener en cuenta dos tipos de potencia: la que permite al vehículo realizar las aceleraciones, y la que sirve para mantener el vehículo a velocidad constante

175 Resultados. La primera de ellas está relacionada con el incremento de energía entre estados energéticos adyacentes, y la segunda con la que proporciona la fuerza al vehículo para oponerse a las fuerzas resistes a una determinada velocidad. A continuación se recogen las potencias máximas que se dan en las diferentes rutas: P (v=cte) [W] P (aceleración) [W] Ruta , ,42857 Ruta , ,30333 Ruta , ,26389 Tabla 8-7 Potencias máximas desarrolladas

176 Resultados. 8.2 BATERÍAS UTILIZADAS EN EL VE REQUERIMIENTOS DE LAS BATERÍAS. aspectos: De las baterías del posible abanico de posibilidades necesitamos dos Facilidad de instalación. Como se observa en el Anexo 4, en el abanico de posibilidades de baterías existen dos tipos de productos: la batería formada por una única celda, y el módulo de baterías que es suministrado por el fabricante en una determinada configuración (paralelo, serie, o paralelo-serie de celdas). Un requisito para la selección de baterías es la facilidad de instalación, por lo que para la elección se tendrá en cuenta la selección de un determinado número de módulos de baterías. Mínimo peso. En los capítulos 3 y 4 se ha destacado la influencia del peso de las baterías en el consumo energético, por lo que una de las variables a tener en cuenta en la elección del módulo de baterías es el peso de las mismas. Por eso, a igualdad de tecnología se va a tender a la selección de aquella configuración que proporciona el mínimo peso

177 Resultados. Energía almacenable. Para calcular el número de baterías, y por tanto, el peso empleado en las baterías para el vehículo eléctrico, se impone la necesidad de que las baterías deben proporcionar energía para 100 km. Como no se conoce el uso exacto al que se va a someter al vehículo eléctrico de alquiler, se supone que la energía consumida por kilómetro recorrido es la correspondiente a la mayor obtenida en el cálculo de consumo energético del apartado 8.1. Este dato, por tanto, es 0,228 kwh/km PARÁMETROS DEL CATÁLOGO DE BATERÍAS. Como se ha razonado en el apartado 4.2.6, las baterías a emplear en el vehículo eléctrico serán de tecnología de iones de litio. El número de baterías que se deben emplear se calcula como la energía necesaria para recorrer 100 km con un consumo medio de 0,228 kwh/km, divido entre la energía disponible en las baterías, que como se muestra en las tablas 8-8 y 8-9, se introduce un factor de descarga. Este efecto está explicado en el apartado De los Anexos 4, que se corresponden con las hojas de datos de baterías del fabricante SAFT y YUASA, se obtienen los parámetros más importantes que definen éstas:

178 Resultados. Batería Saft VL34P Saft VLE Saft VL 45 E Capacidad [Ah] Voltaje [V] 3,65 21,6 3,6 Energía almacenable [Wh] 120,45 907,2 162 Factor descarga 0,5 0,5 0,5 Energía disponible 60, ,6 81 Nº Baterías Peso [Kg] 0,94 8 1,07 PESO TOTAL 357, ,88 Volumen [L] 0,41 5,66 0,51 VOLUMEN TOTAL [L] 155,8 288,66 144,84 Tabla 8-8 Parámetros de los catálogos de baterías. Parte I. Batería Saft VL 52 E LEV 50 LEV 50-4 Capacidad [Ah] Voltaje [V] 3,6 3,7 14,8 Energía almacenable [Wh] 187, Factor descarga 0,5 0,5 0,5 Energía disponible 93,6 92,5 370 Nº Baterías Peso [Kg] 1 1,7 7,5 PESO TOTAL ,6 465 Volumen [L] 0,48 0, ,9382 VOLUMEN TOTAL [L] 118,08 210, ,1684 Tabla 8-9 Parámetros de los catálogos de baterías. Parte II

179 Resultados RESULTADO DE LA SELECCIÓN DE LAS BATERÍAS. La configuración que mejor satisface los requerimientos planteados en el apartado es el módulo de baterías fabricado por SAFT, concretamente el modelo SAFT VL 52 E. El número de módulos VLE necesarios para satisfacer los 100 km de autonomía son 51, que exactamente suponen 408 kg de baterías, lo cual supone un 45,33% del vehículo del vehículo eléctrico, siendo una cifra, al menos, representativa de los vehículos eléctricos que se ofrecen en el mercado europeo actual. Además, estas baterías ocupan 288 L, que tratándose de un microcoche hace que la habitabilidad se vea perjudicada, pero tratándose de un vehículo cuya finalidad es el alquiler por cortos periodos de tiempo no plantea un grave problema. En el anexo 4 se encuentra la hoja de datos correspondiente a este módulo. 8.3 MOTOR UTILIZADO EN EL VE REQUERIMIENTOS DEL MOTOR PARA EL VE. Potencia requerida. A parte de los requerimientos teóricos introducidos en el apartado 5.2, en el que se hace referencia al tipo de conducción que se realiza en los países occidentales, el motor debe satisfacer los requerimientos de potencia que debe desarrollar en los trayectos estudiados

180 Resultados. Por tanto, atendiendo a la tabla 8-7, el motor debe tener una potencia máxima, al menos, mayor a 29061,33 W, cuya equivalencia es 39,5 CV. Tensión de alimentación. El motor eléctrico está caracterizado, entre otras cosas, por la electrónica de potencia, mediante la cual se realiza la alimentación de tensión. Para un correcto funcionamiento del sistema propulsivo es necesario tener una tensión de alimentación adecuada, por lo que es obligatorio verificar que la tensión que proporciona la configuración del módulo de baterías es capaz de alimentar al sistema de propulsión eléctrica RESULTADOS: MOTOR EMPLEADO EN EL VE. Como ya se adelantó en el estudio técnico de los sistemas de propulsión en el capítulo 5, el motor que mejor satisface las necesidades teóricas de un sistema de alquiler de vehículos eléctricos es el motor de imanes permanentes sin escobillas en corriente continua, también conocido como PM BLDC. Consultando un catálogo de una página web especialista en suministrar componentes para vehículos eléctricos encontramos un motor PM BLDC que satisface ambos requerimientos del apartado 8.3.1, conocido como DS-PMAC ME0913. En el Anexo 5 se muestra la hoja técnica del motor citado, en la cual se puede apreciar que la potencia máxima de 30 kw satisface el requerimiento de potencia, y según la misma la tensión de alimentación de las baterías a la unidad

181 Resultados. de control puede variar de 0 a 96 V de corriente continua. La configuración de los módulos de baterías podrían proporcionar, al menos, una tensión equivalente a 1101,6 V si los 51 módulos de las baterías VLE fueran instalados en serie, por lo que se puede optar a otra configuración serie-paralelo que nos ofrezca un valor de 0 a 96 V de corriente continua. Además, para poder satisfacer los requerimientos de operatividad del motor en un rango de velocidades, es necesario instalar un controlador del motor PM BLDC. La documentación técnica del controlador del motor ofrecida por el mismo fabricante del motor ME0913 también se puede consultar en el Anexo ESTACIÓN DE RECARGA DE LAS INSTALACIONES DEL SISTEMA DE ALQUILER DE VE REQUERIMIENTOS DE LA ESTACIÓN DE RECARGA. Simplificación de la instalación. El objetivo primordial en la elección de una estación de recarga para las instalaciones del sistema de alquiler de vehículos eléctricos es seleccionar la propuesta de la compañía fabricante de estaciones de recarga que más simplifique la misma, de forma que obtengamos una estación fácil de instalar y de usar

182 Resultados. La estación de recarga debe satisfacer las posibles cargas de los 10 vehículos que hay en cada instalación. Por lo tanto, la potencia instalada en cada instalación debe ser la mínima que asegure el suministro de energía eléctrica a las baterías de los vehículos eléctricos sin pérdida de rendimiento, es decir, sin sacrificar términos como energía insuficiente o cargas muy lentas RESULTADOS: LA ESTACIÓN DE RECARGA. Dado que tenemos cuatro instalaciones repartidas por los puntos cardinales de la ciudad de Madrid, el diseño de una de ellas servirá para el resto de las mismas. En primer lugar, y atendiendo a la tabla 6-1, es aconsejable ampliar, al menos, la potencia de la instalación a 152 kw de potencia trifásica, ya que la instalación de alquiler tiene 10 vehículos, y se supone que se podrán realizar cargas de 8 vehículos al mismo tiempo. El conjunto de productos suministrados por la empresa Epyon, formados por Terra 100.X Base Station y Terra Post Charge, permite que cuatro vehículos sean cargados a la vez, por lo que en cada instalación se instalarán dos Epyon Terra 100.X y 8 Epyon Terra Post Charge. El primero de ellos, como se observa en la documentación técnica del anexo 6, forma la acometida e instalación de enlace que aparece en el apartado 6.5, y es alimentada con una línea trifásica de, al menos 100 kw. La estación

183 Resultados. Epyon Terra Base Station 100.X es capaz de alimentar a cuatro postes de recarga, y tiene cuatro salidas de 100kW. Una de las funciones de la Base Station 100.X es realizar las funciones de comunicaciones de datos entre los postes de recarga y la base de datos de la instalación, y con la estación de datos de la red eléctrica distribuidora de energía eléctrica, y cuenta con un software especializado, denominado Epyon Galaxy MySite online site managment, en el cual se obtiene la información de las medidas realizadas por los contadores y una consulta de problemas. El poste de recarga Epyon Terra Post Charge, como muestra su documentación técnica del anexo 7, cuenta con un sistema de identificación de usuario mediante tarjeta RFID, está equipado con dos salidas (una de corriente continua y otra de corriente alterna) que posibilita la opción de realizar una carga rápida, y una pantalla a color con un código de colores que informa sobre el estado de la recarga y del funcionamiento del poste. La presencia de dos salidas hace que, si se desea realizar una recarga rápida, se utilice la salida de corriente continua que es capaz de proporcionar una potencia de 50 kw, pudiendo suministrar hasta 550 V de corriente continua y 120 A. Además, Epyon Terra Base Station 100.X proporciona la protección necesaria según el plan MOVELE en la tabla 6.2, ya que fue el primer fabricante en obtener la certificación CHAdeMO (asociación que tiene como principal objetivo aumentar las instalaciones de recarga rápida para estos coches en todo el mundo)

184 Resultados. El poste de recarga presenta un conector según la norma IEC , por lo que el vehículo debe equipar este conector para que ambos sean compatibles. Figura 8-11 Epyon Terra Post Charge. Figura 8-12 Epyon Terra Base Station 100.X

185 Conclusiones Capítulo 9 CONCLUSIONES

186 Conclusiones Por otro lado, en el periodo de convulsión económica que presenciamos, habiéndose producido el despilfarro de un recurso estratégico como el petróleo y siendo conscientes del agotamiento del mismo, y con las políticas vigentes de control de impactos ambientales, se plantea la necesidad de proponer un punto de inflexión en el modelo vigente de transporte. El modelo vigente del transporte, en el cual el transporte privado supone un elevado peso específico, debe ser revisado. El punto de inflexión que la industria debe promover en el modelo actual de transporte es debido a las políticas de control de impactos ambientales, junto con el despilfarro de un recurso estratégico como el petróleo y los combustibles fósiles, unido con el agotamiento de los mismos. La solución a este punto de inflexión está en el empleo de vehículos eléctricos aplicados en un sistema de alquiler de vehículos conocido como car sharing. El sistema de alquiler mediante car sharing se fundamenta en un alquiler facturado en pequeños periodos de tiempo, típicamente horas, en el cual se pagan únicamente los desplazamientos realizados. Este sistema de alquiler provoca que un número elevado de usuarios, fundamentalmente los conductores esporádicos, pueden ahorrarse los costes derivados de la posesión de vehículos en propiedad. Así, las familias con esta clase de conductores no necesitan realizar la compra de vehículos, ahorrándose el coste del seguro, mantenimiento, impuestos, etc. La implantación de este modelo de transporte está influenciada por el desarrollo tecnológico de los componentes del vehículo eléctrico, que elevan el precio del mismo. Así, tanto las industrias implicadas en el desarrollo del vehículo eléctrico, como los gobiernos y administraciones, deben comprometerse para evolucionar la tecnología y las infraestructuras necesarias que posibiliten una rápida implantación en nuestras vidas

187 Conclusiones 9.1 CONCLUSIONES DEL CONSUMO ENERGÉTICO POR DISTANCIA RECORRIDA. En primer lugar, es necesario destacar el sobredimensionamiento al que se encuentran sometidos los vehículos de combustión interna. En el análisis realizado en tres desplazamientos por la ciudad de Madrid se ha observado que la potencia máxima requerida que debe desarrollar un vehículo para satisfacer los requerimientos de conducción es de 30 kw, que expresado en las unidades en las que trabajan los fabricantes de automóviles supone 40 CV. En segundo lugar, aunque los motores de combustión se han desarrollado bajo las necesidades de consumo actuales, estas máquinas siguen siendo ineficientes en la actualidad. Realizando un estudio del tanque a la rueda (well to Wheel), en el que se tienen en cuenta todas las transformaciones energéticas desde que se obtiene la energía primaria hasta que es convertida a energía cinética gracias al motor, se obtiene que los motores eléctricos presentan un rendimiento global del 30%, mientras que los vehículos de combustión interna alternativa sólo ofrecen un rendimiento del 18%. Por último, se ha realizado un estudio para calcular la energía consumida para recorrer un kilómetro con un microcoche eléctrico de 900 kg de peso, y ha resultado ser 0,228 kwh/km. Según este análisis, para satisfacer 100 km de autonomía un vehículo eléctrico necesita almacenar en sus baterías, al menos, 22,8 kwh, y teniendo en

188 Conclusiones cuenta el precio de la energía eléctrica actualmente, el coste de dicha autonomía sería menos de 2. Comparando con el consumo medio de los vehículos diesel actuales, los cuales se aproximan a 5 l/100km, es decir, 7,5 para dicha distancia, se aprecia que el coste de utilización es casi la cuarta parte. 9.2 CONCLUSIONES DE LAS BATERÍAS DEL VE. El sistema de fuente de energía es uno de los más importantes de todo el conjunto del vehículo eléctrico por varias razones, pero principalmente, suponen casi el 50% del coste de fabricación del vehículo, y las baterías electroquímicas pueden llegar a representar un orden de magnitud similar en el peso del automóvil. Es necesario un desarrollo en la tecnología existente en cuanto a las baterías electroquímicas se refiere, ya que las tendencias actuales hacen indicar que es el modo elegido para alimentar al sistema de propulsión. En un sistema de alquiler de vehículos eléctricos es obligatorio contar con una tecnología que permita un elevado número de ciclos de vida, ya que lo automóviles deben estar disponibles para ofrecer servicios. También se debe investigar en nuevas baterías que ofrezcan mayor energía específica, la cual supone disminuir el peso y volumen de baterías, ya que para satisfacer los 22,8 kwh con lo que se obtiene una autonomía de 100 km, es necesario contar con 400 kg de baterías de iones de litio. Actualmente las baterías de iones de litio suponen la tecnología más avanzada, debido al mayor número de ciclos de carga permitidos y una energía

189 Conclusiones específica de 80 a 130 Wh por kilogramo de peso, ofreciendo un rendimiento en las transformaciones energéticas mayores al 95%. PARA VE. 9.3 CONCLUSIONES DE LOS MOTORES ELÉCTRICOS El rendimiento de los motores eléctricos ha llegado a ser aproximadamente del 90%, por lo que este sistema de propulsión triplica el rendimiento de los motores actuales de combustión interna. Un vehículo diseñado, en su mayoría, para el uso urbano e interurbano, debe poseer un motor que satisfaga las frecuentes paradas y arrancadas, ofrezca unos valores adecuados de par motor según la velocidad de funcionamiento, y debe tener un rango de funcionamiento bastante amplio. Además, un aspecto fundamental para un sistema de alquiler de vehículos eléctricos, es que el motor debe ofrecer bajo mantenimiento, ya que para el correcto funcionamiento del negocio se debe contar con el sistema más fiable. La tecnología que mejor satisface los requerimientos mencionados es el motor de imanes permanentes sin escobillas en corriente continua, también conocidos como PM BLDC debido a su terminología inglesa. Los imanes permanentes de tierras raras son de elevada potencia específica, lo que proporciona motores compactos y fiables, mientras que al no disponer de escobillas el mantenimiento disminuye

190 Conclusiones Además, el control del motor PM BLDC es sencillo gracias a un controlador electrónico, por lo que la complejidad del sistema de propulsión está limitada. RECARGA. 9.4 CONCLUSIONES DE LAS INSTALACIONES DE En primer lugar, cabe destacar la importancia que tienen estas instalaciones para una adaptación exitosa en las sociedades europeas actuales. Es por eso que las administraciones, junto con las empresas energéticas, deben impulsar la construcción de infraestructuras de recarga. Para que esto de lugar, debe existir una normativa europea que ofrezca las especificaciones técnicas de las estaciones de recarga. Una especificación técnica común es recomendable para imponer unas condiciones de seguridad, a través de protecciones eléctricas, que den lugar a un uso controlado de forma que los usuarios no corran peligro alguno. En este sentido la estación de recarga deberá contar con un interruptor magnetotérmico de, al menos, 63 A; un interruptor diferencial de 300mA, y fusibles del tipo gg. Los sistemas de alquiler de vehículos eléctricos mediante car sharing tienen que contar con estaciones de recarga distribuidas por una red de puntos de la ciudad. En todo momento se deben conocer las necesidades de energía y potencia eléctrica que van a demandar estas estaciones de recarga, ya que hay que asegurar la correcta distribución de energía eléctrica a todos los puntos de las ciudades. Se

191 Conclusiones estima que para alimentar a una estación de recarga que va a contar con 8 postes de recarga hay que ampliar la potencia eléctrica trifásica instalada hasta 152 kw. Por otro lado, las estaciones de recarga deben contar con sistemas de carga en corriente continua que ofrezcan recargas rápidas

192 Bibliografía BIBLIOGRAFÍA [1] José María López Martínez. El medio ambiente y el automóvil. CIE DOSSAT. Año [2] Mehrdad Ehsani, Yimin Gao, Ali Emadi. Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles. CRC Press. Año [3] U.S. Department of transportation, National household travel survey, Mayo [4] IDAE, Proyecto de Movilidad Eléctrica, Movele, página web oficial. [5] SAFT Batteries, página web oficial. [6] AEMET. Agencia Estatal de Meteorología. [7] MITYC. Ministerio de Industria, Turismo y Comercio. Reglamentación del vehículo eléctrico. [8] Consejo Superior de Investigaciones Científicas. CSIC. Baterías de ión-litio para vehículos eléctricos. [9] Ecuaciones fundamentales de la tracción. Motores de combustión interna alternativa. ICAI. [10] Dirección general de tráfico. Página web oficial. Estadística de parque de vehículos por años. [11] Epyon Power. Página web oficial. [12] IEC: International Electrotechnical Commision, IEC_ [13] Hojas de datos de PM BLDC. [14] Red Eléctrica Española. REE. Estadísticas

193 Bibliografía Parte II ESTUDIO ECONÓMICO

194 Estudio económico Capítulo 1 ESTUDIO ECONÓMICO 1.1 INTRODUCCIÓN INTRODUCCIÓN: DOS SUPUESTOS. En el presente estudio económico vamos a verificar la rentabilidad del negocio de un sistema de alquiler de vehículos eléctricos mediante la modalidad de car sharing. Para ello, y debido a que se carece de información sobre la aceptación en el mercado de la modalidad de car sharing para el alquiler de vehículos eléctricos, es necesario suponerse dos vías de estudio económico: un supuesto optimista, y otro pesimista OBJETIVO. El objetivo de realizar un estudio económico teniendo en cuenta un supuesto optimista y otro pesimista es realizar la comparación entre la rentabilidad que obtendrían unos futuros inversores en este sistema de alquiler de vehículos eléctricos y la que se obtendría si se invirtiera el importa de la inversión inicial en un plan a largo plazo

195 Estudio económico 1.2 METODOLOGÍA DE CÁLCULO. En esta sección se presenta la metodología que se ha llevado a cabo en el estudio de viabilidad económica para ambos supuestos HORIZONTE TEMPORAL. Se ha supuesto un horizonte temporal de 10 años debido a que el sistema de alquiler de vehículos eléctricos es un negocio que está condicionado por la situación geopolítica y económica vigentes a corto plazo, por lo que no tiene sentido extender el horizonte temporal mas allá de los 10 años INGRESOS. A continuación se presentan los diferentes ingresos que se han tenido en cuenta en ambos supuestos: Ingresos directos. Son los ingresos correspondientes con la operación de los vehículos eléctricos de alquiler. Estos ingresos se pueden dividir en ingresos debido a la cuota mensual de cada abonado al sistema, ingresos directos debido a la distancia recorrida, e ingresos debidos a la reserva de horas

196 Estudio económico Los ingresos debido a la cuota mensual de los abonados se desglosan en la siguiente ecuación: Los ingresos debido a las horas que los vehículos están reservados por los usuarios se expresan en la siguiente ecuación: Y los ingresos debido a la distancia recorrida por los usuarios se expresan en la siguiente ecuación: Ingresos indirectos: publicidad. En el caso del sistema de alquiler de vehículos eléctricos, y con el objetivo de maximizar la rentabilidad del negocio, se pone a la disposición del público la posibilidad de introducir rótulos de publicidad en los vehículos

197 Estudio económico COSTES. Los costes que se van a tener en cuenta son: costes derivados del consumo energético en las estaciones de recarga, costes de mantenimiento del negocio, y costes de los seguros de los vehículos eléctricos. Además, para dar a conocer el negocio del sistema de alquiler de vehículos eléctricos es necesario que la empresa se publicite en algunos medios, por lo que existe también un coste en publicidad. Por otra parte también hay que tener en cuenta que la compañía cuenta con operarios para su correcto funcionamiento, por lo que habrá que pagar los sueldos y salarios correspondientes Costes estación de recarga. En estos costes se deben incluir los costes asociados al consumo energético y los costes derivados de la contratación de una potencia eléctrica suficiente para poder realizar la carga simultánea de algunos vehículos eléctricos Costes de mantenimiento. Debido a que este negocio es todavía demasiado prematuro en nuestra sociedad como para conocer algunos datos de mantenimiento, se suponen los costes de mantenimiento de cada año como una parte proporcional de la inversión

198 Estudio económico inicial realizada. En nuestro caso, para ambos supuestos se va a suponer que el mantenimiento de los vehículos eléctricos corresponde a un 10% de la inversión inicial Costes de seguro. Es fundamental contar con un seguro a todo riesgo que permita hacerse cargo de los costes incurridos en accidentes de tráfico, y de los cargos de responsabilidad civil que los usuarios puedan acarrear Costes de publicidad. La necesidad de darse a conocer hace necesario que la compañía incurra en gastos de publicidad. La publicidad puede darse en marquesinas de autobús, periódicos, radio, etc Costes de sueldos y salarios. El sistema de alquiler de vehículos eléctricos de car sharing necesita el empleo de varios operarios para facilitar el trabajo a los usuarios. En este caso, habrá operarios cuya misión será permanecer en la estación de recarga para controlar las cargas y realizar consultas a los usuarios, y habrá otros operarios

199 Estudio económico cuya función será pivotar por Madrid con el objetivo de recoger y devolver los vehículos que no hayan sido entregados en la estación de recarga INVERSIÓN INICIAL. En un estudio económico es necesario tener en cuenta cuál es la inversión inicial que deben poner para iniciar el funcionamiento del negocio. Por inversión inicial de inmovilizado material entendemos el desembolso económico que hay que realizar para obtener los vehículos eléctricos, las instalaciones y la construcción de las estaciones de recarga Financiación de la inversión inicial. Hay que tener en cuenta que los inversores, posiblemente, no puedan o no quieran realizar la inversión inicial al completo, por lo que una solución es contar con financiación externa a través de un crédito para pequeñas y medianas empresa. En el caso en el que se necesite una financiación se tendrá en cuenta la devolución del dinero prestado y sus respectivos intereses año a año

200 Estudio económico AMORTIZACIÓN. La amortización del inmovilizado material deberá repartirse en los años que se estimen oportunos con el objetivo de calcularse un beneficio antes de impuestos al que aplicarle el impuesto de sociedades IMPUESTO DE SOCIEDADES. Según si el negocio reporta beneficios a los inversores, éstos deberán hacerse cargo del correspondiente impuesto de sociedades. En el caso en el que algún año el negocio de alquiler de vehículos eléctricos no reporte beneficio el impuesto se quedará exento de pago DESEMBOLSO. El desembolso hace referencia a las inyecciones de capital por parte de los inversores con el objetivo de hacer mejoras en el negocio o dar una oportunidad a que los ingresos mejoren año tras año. En el caso en el que un año no se pueda hacer frente a la devolución del capital prestado y sus respectivos intereses, los inversores deberán buscar una financiación externa (nuevos inversores, por ejemplo) y realizar un desembolso que permita la devolución del crédito

201 Estudio económico 1.3 PARÁMETROS. En esta sección se presentan los parámetros utilizados en el estudio económico según los supuestos planteados: optimista y pesimista PARÁMETROS COMUNES EN AMBOS SUPUESTOS Coste del vehículo eléctrico. El coste que supone a la compañía encargada del sistema de alquiler de vehículos eléctricos responde a la siguiente tabla 1-1, donde se puede observar el coste total de , y el coste detallado por cada elemento; VEHÍCULO ELÉCTRICO Motor 420 Controlador Motor 700 Baterías 9200 Cargador de Baterías 700 Conector recarga 85 Chasis aluminio 3000 Carrocería 3000 Otros elementos 2000 TOTAL Tabla 1-1 Lista detallada del coste del vehículo eléctrico

202 Estudio económico Coste de las instalaciones. recarga. En primer lugar definamos las instalaciones presentes en las estaciones de Las instalaciones están formadas por 15 m 2 de superficie habitable que corresponden con el despacho en el que trabaja el operario encargado de la estación de recarga. La estación de recarga también cuenta con varias plazas de garaje de 11m 2 cada una. En la tabla 1-2 se resumen los costes de la superficie correspondiente a plazas de garaje, los cuales se han supuesto un 25% a los precios de la superficie habitable. Zona Código Postal /m 2 /m 2 garaje Chamartín ,25 Moncloa Atocha ,5 Avenida de América ,75 Tabla 1-2 Precio del m 2 según distritos. En la tabla 1-3 se resumen los costes asociados a las instalaciones, donde se ha multiplicado la superficie de cada plaza por el número de plazas de cada estación (10) y por el coste de cada unidad de superficie e ídem para los despachos

203 Estudio económico INSTALACIONES (SUPERFICIE) Chamartín ,5 Moncloa Atocha Avenida de América ,5 Total Garaje Chamartín Moncloa Atocha Avenida de América Total Despachos TOTAL Tabla 1-3 Coste de las instalaciones Coste de las estaciones de recarga. Se ha estimado el coste de las instalaciones de recarga a través del coste detallado de los postes de recarga (elemento de conexión entre el vehículo y la estación), y la estación propiamente dicha (la cual contiene la electrónica de potencia y protecciones adecuadas). En la siguiente tabla se representan los costes de las estaciones de recarga teniendo en cuenta la construcción de las mismas: INSTALACIONES DE RECARGA Estación Recarga 2500 Unidades 2 Total Estación 5000 Poste Recarga 3500 Unidades 4 Total Postes Construcción Estación TOTAL Tabla 1-4 Coste de las instalaciones de recarga

204 Estudio económico Inversión inicial. A continuación, en la tabla 1-5, se resume la inversión inicial a realizar. Se han tenido en cuenta las subvenciones suministradas por el proyecto MOVELE para la construcción de estaciones de recarga y la compra de vehículos eléctricos. INVERSIÓN INICIAL Vehículo Subvención MOVELE 3500 Total vehículos Instalaciones Subvención MOVELE 7500 Total Instalaciones Chamartín ,5 Moncloa Atocha Avenida de América ,5 Total Garaje Chamartín Moncloa Atocha Avenida de América Total Despachos TOTAL Tabla 1-5 Desglose de la inversión inicial Financiación. En ambos supuestos, como se puede observar en la tabla 1-6, se va a suponer una financiación del 50% de la inversión inicial. El crédito se devolverá en 5 años con un tipo de interés del 5,5%

205 Estudio económico FINANCIACIÓN INVERSIÓN Financ. % 50 Crédito ,5 interés % 5,5 años 5 Tabla 1-6 Financiación de la inversión inicial Otros parámetros. Tasa de descuento 0,03 Nº vehículos 40 Seguro [ /mes] 800 días /mes 30 Consumo [kwh/km] 0,228 Estaciones 4 Potencia / estación 100 km/día 50 /kwh 0, /KW 31, Nº plazas / Estación 10 m 2 /plaza 11 Empleados 6 Sueldo 1200 Seguridad Social 0,28 Pagas/año 14 Años amortización 5 Horas reservadas/día 5 Impuesto sociedad % 30 m 2 /instalación 15 publicidad coste [ /año] publicidad ingreso [ /mes*veh] 200 Tabla 1-7 Otros parámetros

206 Estudio económico PARÁMETROS NO COMUNES EN AMBOS SUPUESTOS. La diferencia entre ambos supuestos radica en la suposición del número de abonados al sistema durante los diez años del horizonte temporal. En el caso del supuesto optimista se loga conseguir al cuarto año un número de abonados similar al que manejan las grandes empresas de car sharing, es decir, unos 4000 abonados. Para el caso pesimista optamos por considerar la mitad de usuarios para el cuarto año. La variación de usuarios para ambos casos con respecto al año del horizonte temporal en el que se encuentre el negocio viene resumida en la tabla 1-8: Año Usuarios optimista Usuarios pesimista Tabla 1-8 Variación de usuarios según el horizonte temporal

207 Resultados del estudio económico. Capítulo 2 RESULTADOS DEL ESTUDIO ECONÓMICO

208 Resultados del estudio económico. 2.1 RESULTADOS DEL SUPUESTO OPTIMISTA INVERSIÓN INICIAL. Como se ha podido apreciar en la tabla 1-5, la inversión inicial en ambos supuestos ha sido de Se supone que esta inversión inicial es realizada antes de comenzar el horizonte temporal (año 0), y el grupo de inversores desembolsa, con capitales propios, el 50 por 100 de la misma, es decir, El otro 50 por 100 restante, como observamos en la tabla 2-5, se financia a través de un crédito con una entidad bancaria, con la cual se acuerda devolver dicho crédito con un interés del 5,5% en 5 años. Por lo tanto, atendiendo a las condiciones pactadas con la entidad financiera, se devolverán las siguientes cantidades: AÑO Devolución , , , , ,64 Tabla 2-1 Devolución del crédito

209 Resultados del estudio económico INGRESOS. Como ya se especificó en el apartado del capítulo 1, referente al estudio económico, existen dos vías de ingresos en el sistema de alquiler de VE: ingresos directos, e ingresos de publicidad: Ingresos Directos. Son los ingresos que se producen en la explotación directa del servicio de alquiler ofrecido. A continuación se presenta un extracto del estudio económico en el cual aparecen resumidos los ingresos directos según el año del horizonte: AÑO INGRESOS DIRECTOS , , ,98 AÑO INGRESOS DIRECTOS , , , , ,93 Tabla 2-2 Ingresos directos según el año. Se puede apreciar, despreciando el efecto de la actualización del dinero, y consultando la tabla 1-8 en la cual aparecen los usuarios según el año, cómo el número de usuarios afecta de forma notable en los ingresos. Esto es debido a la importancia que la cuota de abonados tiene sobre la explotación del negocio, es decir, la mayoría de los ingresos que se obtienen son gracia la cuota mensual de los abonados al servicio

210 Resultados del estudio económico Ingresos de publicidad. Los ingresos de publicidad son debidos al alquiler de la carrocería de los vehículos de la empresa de alquiler con el objetivo de maximizar la explotación del negocio. Los ingresos año a año de la publicidad que se ofertan en los vehículos aparecen en la tabla 2-3. AÑO INGRESOS , , ,846 AÑO INGRESOS , , , , ,22 Tabla 2-3 Ingresos por publicidad según el año COSTES. Como ya se especificó en el apartado del capítulo 1 del estudio económico, hay cinco costes distintos a tener en cuenta: seguros, mantenimiento, consumo de energía, publicidad y sueldos y salarios Costes de seguros. El coste año a año en el que incurre la compañía debido a los seguros a todo riesgo de los vehículos eléctricos queda reflejado en la tabla 2-4: AÑO SEGUROS , , ,28 AÑO SEGUROS 37096, , , , ,74 Tabla 2-4 Costes de seguros según el año

211 Resultados del estudio económico Costes de mantenimiento. Se ha adoptado la suposición de que el mantenimiento supone un 10% de la inversión inicial, por lo que los costes de mantenimiento son: AÑO MANTENIMIENTO , , , , ,44 AÑO MANTENIMIENTO , , , , ,58 Tabla 2-5 Costes de mantenimiento según el año Costes de consumo de energía. Teniendo en cuenta el apartado del capítulo 1 del estudio económico, en donde se define el coste de consumo de energía en la estación de recarga, se representa a continuación, en la tabla 2-6, el coste que suponen las recargas de baterías. AÑO ENERGÍA 21960, , , , ,0549 AÑO ENERGÍA 25458, , , , ,8409 Tabla 2-6 Costes de consumo de energía según el año

212 Resultados del estudio económico Costes de publicidad. Para el correcto funcionamiento del negocio es necesario que la compañía se dé a conocer en los medios de comunicación: Internet, radio, periódicos, televisión, etc. A continuación se presentan los costes en los que incurre la empresa debido al a publicidad del servicio de alquiler de coches. AÑO PUBLICIDAD , ,0881 AÑO PUBLICIDAD 11592, , , , ,7318 Tabla 2-7 Costes de publicidad según el año Costes de sueldos y salarios. Como se ha explicado en el apartado , el negocio es operado por 6 operarios con un suelo de 1200 por operario y con una retención de la seguridad social del 28%. Por tanto, la compañía ha de hacerse cargo de los siguientes sueldos y salarios: AÑO SUELDOS Y SALARIOS , , , ,649 AÑO SUELDOS Y SALARIOS , , , , ,055 Tabla 2-8.Costes de sueldos y salarios según el año

213 Resultados del estudio económico MARGEN BRUTO. El margen bruto es la diferencia que hay entre todos los ingresos y costes en un año fiscal. En la tabla 2-9, se recoge el global de ingresos y costes, y el margen bruto año a año: AÑO INGRESOS TOTALES , , ,68 COSTES TOTALES , , , , ,51 MARGEN BRUTO , , , , ,17 AÑO INGRESOS TOTALES , , , , ,66 COSTES TOTALES , , , , ,95 MARGEN BRUTO , , , , ,71 Tabla 2-9.Margen bruto año a año

214 Resultados del estudio económico BENEFICIOS ANTES DE INTERESES E IMPUESTOS. Los beneficios antes de intereses e impuestos (conocidos como BAII) reflejan los beneficios que se obtienen descontando la amortización del inmovilizado, que se ha repartido a 5 años, del margen bruto. Según esto, los BAII año a año son: AÑO MB , , , , ,17 AMORTIZACÓN BAII , , , , ,17 AÑO MB , , , , ,71 AMORTIZACÓN BAII , , , , ,71 Tabla 2-10.BAII año a año BENEFICIOS ANTES DE IMPUESTOS. Surgen de restar las devoluciones de los pagos del crédito al BAII. Simboliza el beneficio libre de impuestos. En la tabla 2-11 se pueden encontrar estos beneficios: AÑO BAII , , , , ,17 CRÉDITO , , , , ,649 BAI 87400, , , , ,52 AÑO BAII , , , , ,71 CRÉDITO BAI , , , , ,71 Tabla 2-11.BAI año a año

215 Resultados del estudio económico BENEFICIOS NETOS. Los beneficios netos (conocidos como BN), es el resultado de explotación del negocio. Surgen de la diferencia entre el BAI y el impuesto de sociedades en el caso en el negocio reporte beneficios antes de impuestos. En la tabla 2-12 se pueden encontrar estos beneficios: AÑO BAI 87400, , , , ,52 IMPUESTOS 26220, , , , ,556 BN 61180, , , , ,964 AÑO BAI , , , , ,71 IMPUESTOS , , , , ,612 BN , , , , ,09 Tabla 2-12.BN año a año FLUJOS DE CAJA. Los flujos de caja representan los movimientos que ocurren en las cuentas de la compañía, por tanto, hay que sumar la amortización del inmovilizado ya que éstos representan un activo de la empresa. A continuación en la tabla 2-13 se muestran los flujos de cada año a año y los flujos de caja acumulados: AÑO BN 61180, , , , ,52 AMORTIZACIÓN , , , ,55 FC , , , , ,96 FC acumulado , , , , ,35 AÑO BN , , , , ,71 AMORTIZACIÓN , , , , ,61 FC , , , , ,09 FC acumulado , , , , ,69 Tabla 2-13.FC año a año

216 Resultados del estudio económico. 2.2 RESULTADOS DEL SUPUESTO PESIMISTA INVERSIÓN INICIAL. Los resultados del análisis de la inversión inicial son iguales para ambos supuestos, por lo que lo que se presenta a continuación ha sido extraído del apartado 2.1.1: Como se ha podido apreciar en la tabla 1-5, la inversión inicial en ambos supuestos ha sido de Se supone que esta inversión inicial es realizada antes de comenzar el horizonte temporal (año 0), y el grupo de inversores desembolsa, con capitales propios, el 50 por 100 de la misma, es decir, El otro 50 por 100 restante, como observamos en la tabla 2-5, se financia a través de un crédito con una entidad bancaria, con la cual se acuerda devolver dicho crédito con un interés del 5,5% en 5 años. Por lo tanto, atendiendo a las condiciones pactadas con la entidad financiera, se devolverán las siguientes cantidades: AÑO Devolución , , , , ,64 Tabla 2-14 Devolución del crédito

217 Resultados del estudio económico INGRESOS. Como ya se especificó en el apartado del capítulo 1, referente al estudio económico, existen dos vías de ingresos en el sistema de alquiler de VE: ingresos directos, e ingresos de publicidad: Ingresos Directos. Son los ingresos que se producen en la explotación directa del servicio de alquiler ofrecido. A continuación se presenta un extracto del estudio económico en el cual aparecen resumidos los ingresos directos según el año del horizonte: AÑO INGRESOS DIRECTOS , , ,75 AÑO INGRESOS DIRECTOS , , , , ,79 Tabla 2-15 Ingresos directos según el año. Se puede apreciar, despreciando el efecto de la actualización del dinero, y consultando la tabla 1-8 en la cual aparecen los usuarios según el año, cómo el número de usuarios afecta de forma notable en los ingresos. Esto es debido a la importancia que la cuota de abonados tiene sobre la explotación del negocio, es decir, la mayoría de los ingresos que se obtienen son gracia la cuota mensual de los abonados al servicio

218 Resultados del estudio económico Ingresos de publicidad. Los ingresos de publicidad son los mismos que en el supuesto optimista, y son debidos al alquiler de la carrocería de los vehículos de la empresa de alquiler con el objetivo de maximizar la explotación del negocio. Los ingresos año a año de la publicidad que se ofertan en los vehículos aparecen en la tabla 2-3. AÑO PUBLICIDAD , , ,84 AÑO PUBLICIDAD , , , , ,22 Tabla 2-16 Ingresos por publicidad según el año COSTES. Como ya se especificó en el apartado del capítulo 1 del estudio económico, hay cinco costes distintos a tener en cuenta: seguros, mantenimiento, consumo de energía, publicidad y sueldos y salarios Costes de seguros. El coste año a año en el que incurre la compañía debido a los seguros a todo riesgo de los vehículos eléctricos queda reflejado en la tabla 2-4: AÑO SEGUROS , , ,28 AÑO SEGUROS 37096, , , , ,74 Tabla 2-17 Costes de seguros según el año

219 Resultados del estudio económico Costes de mantenimiento. Se ha adoptado la suposición de que el mantenimiento supone un 10% de la inversión inicial, por lo que los costes de mantenimiento son: AÑO MANTENIMIENTO , , , , ,44 AÑO MANTENIMIENTO , , , , ,58 Tabla 2-18 Costes de mantenimiento según el año Costes de consumo de energía. Teniendo en cuenta el apartado del capítulo 1 del estudio económico, en donde se define el coste de consumo de energía en la estación de recarga, se representa a continuación, en la tabla 2-6, el coste que suponen las recargas de baterías. AÑO ENERGÍA 21960, , , , ,05 AÑO ENERGÍA 25458, , , , ,84 Tabla 2-19 Costes de consumo de energía según el año

220 Resultados del estudio económico Costes de publicidad. Para el correcto funcionamiento del negocio es necesario que la compañía se dé a conocer en los medios de comunicación: Internet, radio, periódicos, televisión, etc. A continuación se presentan los costes en los que incurre la empresa debido al a publicidad del servicio de alquiler de coches. AÑO PUBLICIDAD , ,08 AÑO PUBLICIDAD 11592, , , , ,73 Tabla 2-20 Costes de publicidad según el año Costes de sueldos y salarios. Como se ha explicado en el apartado , el negocio es operado por 6 operarios con un suelo de 1200 por operario y con una retención de la seguridad social del 28%. Por tanto, la compañía ha de hacerse cargo de los siguientes sueldos y salarios: AÑO SUELDOS Y SALARIOS , , , ,649 AÑO SUELDOS Y SALARIOS , , , , ,055 Tabla 2-21.Costes de sueldos y salarios según el año

221 Resultados del estudio económico MARGEN BRUTO. El margen bruto es la diferencia que hay entre todos los ingresos y costes en un año fiscal. En la tabla 2-9, se recoge el global de ingresos y costes, y el margen bruto año a año: AÑO INGRESOS TOTALES , , ,45 COSTES TOTALES , , , , ,51 MARGEN BRUTO , , , , ,94 AÑO INGRESOS TOTALES , , , , ,54 COSTES TOTALES , , , , ,95 MARGEN BRUTO , , , , ,58 Tabla 2-22.Margen bruto año a año BENEFICIOS ANTES DE INTERESES E IMPUESTOS. Los beneficios antes de intereses e impuestos (conocidos como BAII) reflejan los beneficios que se obtienen descontando la amortización del inmovilizado, que se ha repartido a 5 años, del margen bruto. Según esto, los BAII año a año son: AÑO MB , , , , ,94 AMORTIZACIÓN BAII , , , , ,94 AÑO MB , , , , ,58 AMORTIZACIÓN BAII , , , , ,58 Tabla 2-23.BAII año a año

222 Resultados del estudio económico BENEFICIOS ANTES DE IMPUESTOS. Surgen de restar las devoluciones de los pagos del crédito al BAII. Simboliza el beneficio libre de impuestos. En la tabla 2-11 se pueden encontrar estos beneficios: AÑO BAII , , , , ,94 CREDITO , , , , ,64 BAI , , , , ,29 AÑO BAII , , , , ,58 CREDITO BAI , , , , ,58 Tabla 2-24.BAI año a año BENEFICIOS NETOS. Los beneficios netos (conocidos como BN), es el resultado de explotación del negocio. Surgen de la diferencia entre el BAI y el impuesto de sociedades en el caso en el negocio reporte beneficios antes de impuestos. En la tabla 2-12 se pueden encontrar estos beneficios: AÑO BAI , , , , ,29 IMPUESTOS , , , ,28 BN , , , , ,00 AÑO BAI , , , , ,58 IMPUESTOS , , , , ,27 BN , , , , ,30 Tabla 2-25.BN año a año

223 Resultados del estudio económico FLUJOS DE CAJA. Los flujos de caja representan los movimientos que ocurren en las cuentas de la compañía, por tanto, hay que sumar la amortización del inmovilizado. AÑO BN , , , , ,00 AMORTIZACIÓN DESEMBOLSO 32599, FC , , , ,00 FC ACUMULADO , , , ,40 AÑO BN , , , , ,30 AMORTIZACIÓN DESEMBOLSO FC , , , , ,30 FC ACUMULADO , , , , ,92 Tabla 2-26.FC año a año 2.3 CONCLUSIONES DEL ESTUDIO ECONÓMICO. Comparación de VAN de los supuestos: En primer lugar, para conocer si la rentabilidad que proporciona el sistema de alquiler de vehículos eléctricos mediante car sharing es satisfactoria, es necesario realizar una comparación entre índices contables, en concreto, entre el VAN (valor actual neto) de los supuestos considerados y del VAN que ocasionaría la inversión del mismo capital inicial en un fondo de inversión a largo plazo. Se define el valor actual neto como el valor actual de los flujos de cada supuesto que se darán en el futuro:

224 Resultados del estudio económico. En la tabla 2-27 se recogen los valores actuales netos de ambos supuesto y de la inversión a largo plazo de la mitad de la inversión inicial de ambos supuestos (ya que la otra mitad no era capital propio, si no financiado). Para el supuesto de la inversión a largo plazo se ha supuesto que se obtiene un interés del 7,5 % contratando una inversión mediante bonos sénior. VAN optimista ,57 VAN pesimista ,32 VAN largo plazo ,9 Tabla 2-27.VAN de supuestos. Se puede afirmar que, aun considerando un supuesto pesimista, es más rentable la implantación del sistema de alquiler de vehículos eléctricos que la inversión a largo plazo. Beneficios antes de impuestos negativos en el primer año del supuesto pesimista: Según se puede apreciar en el estudio económico del supuesto pesimista, el cual se recoge íntegro en el Anexo 7 y, como se puede apreciar también en la tabla 2-24, que en el mismo se produce un BAI 0, concretamente falta por realizar el abono de ,

225 Resultados del estudio económico. El significado que tiene un beneficio antes de impuestos negativo es que no se ha podido satisfacer íntegramente la cuantía del crédito del primer año, faltando por pagar a la entidad financiera el importe señalado. Es por tanto necesario que los inversores tengan en cuenta que, en el peor de los casos, deberán hacer un desembolso económico en el primer año del negocio para hacer frente a las deudas contraídas, pudiendo contar con nuevos inversores que hagan frente al desembolso citado. Como consecuencia, cabe señalar que la inversión inicial mínima para llevar a cabo el proyecto no será la que satisface la puesta en marcha del negocio, si no hay que tener en cuenta los ,26 correspondientes a la deuda del primer año. Estudio de mercado: Un papel crítico en el correcto funcionamiento del negocio del alquiler de vehículos eléctricos mediante car sharing en una ciudad como Madrid lo juegan los futuros usuarios. Como se pudo apreciar en los apartados y , correspondientes a los ingresos directos en ambos supuestos, aun considerando la misma utilización media de los vehículos eléctricos por día, se observa una gran sensibilidad al aumento de los abonados al sistema, ya que los ingresos debidos a la cuota mensual suponen un alto porcentaje del computo general. Por esta razón, se aconseja a los inversores que piensen en este negocio que realicen estudios de mercado sucesivos que les permitan estimar los futuros usuarios del sistema

226 Resultados del estudio económico. Además, se sugiere que la inversión no sea realizada hasta que, como mínimo, el sistema de alquiler de vehículos eléctricos obtenga una cifra de usuarios similar a la del supuesto pesimista. Tecnología: Como sea explicado en el estudio teórico, el vehículo eléctrico es una tecnología en fase de maduración, ya que tanto sus baterías, como la legislatura y las infraestructuras tienen que evolucionar para permitir una implantación rápida de este producto en las sociedades actuales. Una vez las tecnologías presentes hayan madurado, la parte de la inversión inicial correspondiente a la construcción de estaciones eléctricas y la producción de vehículos eléctricos disminuirá de valor, lo que permitirá ofrecer el mismo servicio a menor precio y la rentabilidad puede aumentar. Por lo tanto es imprescindible estudiar la evolución del vehículo eléctrico en las sociedades occidentales para asegurar una puesta en marcha óptima

227 Resultados del estudio económico. Parte III ANEXOS

228 Anexo 1. Tabla de cálculos de la ruta 1: Capítulo 1 ANEXO 1. TABLA DE CÁLCULOS DE LA RUTA 1:

229 Anexo 1. Tabla de cálculos de la ruta 1:

230 Anexo 1. Tabla de cálculos de la ruta 1:

231 Anexo 2. Tabla de cálculos de la ruta 2: Capítulo 2 ANEXO 2. TABLA DE CÁLCULOS DE LA RUTA 2:

232 Anexo 2. Tabla de cálculos de la ruta 2:

233 Anexo 3. Tabla de cálculos de la ruta 3: Capítulo 3 ANEXO 3. TABLA DE CÁLCULOS DE LA RUTA 3:

234 Anexo 3. Tabla de cálculos de la ruta 3:

235 Anexo 4. Catálogo de baterías. Capítulo 4 ANEXO 4. CATÁLOGO DE BATERÍAS

236 Anexo 4. Catálogo de baterías

237 Anexo 4. Catálogo de baterías

238 Anexo 4. Catálogo de baterías

239 Anexo 4. Catálogo de baterías

240 Anexo 4. Catálogo de baterías

241 Anexo 4. Catálogo de baterías

242 Anexo 5. Motor y controlador. Capítulo 5 ANEXO 5. MOTOR Y CONTROLADOR

243 Anexo 5. Motor y controlador

244 Anexo 5. Motor y controlador

245 Anexo 5. Motor y controlador

246 Anexo 5. Motor y controlador

247 Anexo 5. Motor y controlador

248 Anexo 6. Estación y poste de recarga. Capítulo 6 ANEXO 6. ESTACIÓN Y POSTE DE RECARGA

249 Anexo 6. Estación y poste de recarga

250 Anexo 6. Estación y poste de recarga

251 Anexo 6. Estación y poste de recarga

252 Anexo 6. Estación y poste de recarga

253 Anexo 7. Estudio económico, supuestos pesimista y optimista. Capítulo 7 ANEXO 7. ESTUDIO ECONÓMICO, SUPUESTOS PESIMISTA Y OPTIMISTA

254 Pesimista: PESIMISTA:

255 Optimista: OPTIMISTA: