La innovación se mueve con la electricidad

La innovación se mueve conLa innovación se mueve con electricidad

Febrero de 2015

Avances tecnológicos en vehículos eléctricos

Concepto, elaboración de contenidos y diseño

ContenidoLos retos tecnológicos de la movilidad eléctrica 3Los retos tecnológicos de la movilidad eléctrica

Baterías

3

4

Modalidades de recarga

Tracción mecánica

11

18Tracción mecánica

Para saber más 20

18

La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 2

L t t ló iLos retos tecnológicos de la movilidad eléctricaLos vehículos eléctricos noconstituyen sólo un cambiotecnológico sino que conllevan uncambio de paradigma de la

Retos tecnológicos

BATERÍAS MODALIDAD DE RECARGA

TRACCIÓN MECÁNICAcambio de paradigma de la

movilidad. La implantación del vehículoeléctrico debe hacer frente tanto a retostecnológicos como a retos sociales yeconómicos o de mercado

BATERÍAS RECARGA MECÁNICA

Tecnologías innovadoras comercializadas en loseconómicos o de mercado.

En el caso de los retos tecnológicos,los grandes adelantos se centran en laresolución de las limitaciones técnicas

Tecnologías innovadoras comercializadas en los últimos 3-4 añosHOYHOY

resolución de las limitaciones técnicasy económicas entorno a les baterías,las modalidades de recarga y latracción mecánica.

Retos sociales y económicos

Tecnologías emergentes y de futuroFUTUROFUTURO

A través de tecnologías innovadorascomercializadas en los últimos 3-4años y tecnologías emergentes y defuturo, el vehículo eléctrico se

Retos sociales y económicosRentabilidad en base al sobrecoste inicial del vehículo.Oferta de vehículos y puntos de recarga.Reconversión del sector del automóvil y de otros sectores


futuro, el vehículo eléctrico seconvertirá en una opción de movilidadviable, competitiva y más sostenible.

Reconversión del sector del automóvil y de otros sectores auxiliares.

BateríasBateríasCapacidad, autonomía y recarga

¿Cuántos km puedo recorrer con un

vehículo eléctrico sin necesidad de recarga?

¿Cómo almacenar la energía eléctrica

del vehículo sin limitar sus prestaciones?

¿Cómo cargar la batería para que no suponga una

pérdida de tiempo y de comodidad para el usuario?

AUTONOMÍA

• Volumen y peso

CAPACIDAD• Capacidad de carga

RECARGA

p

• Volumen y peso• Eficiencia• Capacidad de

almacenaje• Nuevos tipos de

batería

p g• Potencia pico• Densidad energética• Durabilidad • Coste• Materiales y

reciclabilidad de los

• Tipos de conector• Diseño• Acceso a estaciones

de recarga• Ciclos de recarga

La innovación tecnológica permitirá avanzar paralelamente en la resolución de estos tres aspectos, íntimamente relacionados entre sí, donde las baterías se convierten en la pieza central.

reciclabilidad de los componentes

, p

Baterías más ligeras, con menos tiempo de recarga y con una mayor capacidad de almacenaje de energía; permitirán más autonomía y recargas más rápidas y distribuidas.


Baterías

Tipología Ventajas Inconvenientes

BateríasTecnologías actuales y emergentes

De manera genérica, las familias de baterías se clasifican en:Tipología Ventajas Inconvenientes

Ácido/Plomo Económicas Requieren mantenimientoPeso elevadoNecesitan rodaje

baterías se clasifican en:• Baterías en medio acuoso ácido (baterías de plomo), o alcalino (baterías de níquel-cadmio, níquel-hidruro metálico -Ni-MH)

• Baterías en medio orgánico en

Gel de plomo EconómicasNo tienen mantenimiento

Peso elevadoNecesitan rodaje

Níquel/Cadmio (NiCd) EconómicasNo tienen mantenimiento

Tienen efecto memoria

fase líquida (ión de litio, litio-fosfato)

• Baterías en medio polímero (litio/metal polímero).

En aplicaciones industriales y deNíquel/Metal (NiMH) Económicas

No tienen mantenimientoTienen efecto memoria

Iones de litio (LiIon) No tienen efecto memoriaMayor densidad de energía por

l

Precio elevado

En aplicaciones industriales y de sistemas de transporte, las baterías basadas en el litio están substituyendo rápidamente las de ácido-plomo y las de níquel-hidruro metálico (Ni-MH).

peso y volumen

Polímeros de litio No tienen efecto memoriaMáxima densidad de energía por peso y volumen

Precio elevado

Polímeros de Densidad energética muy elevada Aún en fase de investigación

Bateríascomercializadas en los últimos 3-4 años

HOYHOY

Polímeros de Grafeno

Densidad energética muy elevadaLarga vida útil

Aún en fase de investigaciónOcupan demasiado volumen, limitando la autonomía

Supercondensadores Respuesta dinámica rápidaAlta eficiencia del cicloBaja toxicidad de los materiales

Aún en fase de investigaciónEl voltaje varía con la energía almacenada

Baterías en fase de investigación y

desarrolloFUTUROFUTURO


Baja toxicidad de los materiales usados

almacenada

Fuente: Elaboración propia a partir de Espacio compra verde. Vehículos eléctricos. Club EMAS.

BateríasBateríasMejorar la autonomía, una constante en la historia del vehículo eléctrico

El año 1891 W. Morrison fabricó uno de losprimeros vehículos eléctricos de los EstadosUnidos de América con un motor de 4 CV queUnidos de América, con un motor de 4 CV quepodía transportar 10 personas a una velocidad de32 km/h y contaba con una autonomía de 80 km.

Ciento veinte años después en el 2010 seCiento veinte años después, en el 2010, seobtuvieron autonomías de 200-250 km.Actualmente ya se comercializan modelos decoches eléctricos con autonomías superiores alos 400 kmlos 400 km.

¿Cuándo conduciremos vehículos eléctricos con autonomías de 800‐1.000 km?


BateríasBateríasAutonomía de los principales modelos de coches eléctricos en el mercado

HOYHOY

Tesla Modelo S 435 km

BYD E6280 k

Volkswagen e-GolfNissan LEAF

BMW i3190 km

280 km

Kia Soul210 km

Nissan eNV200170 km

Ford Focus ElectricRenault Fluence ZE

Renault Zoé200 km

Volkswagen e-Up!Renault Kangoo ZE

160 km Citroën C-Zero / Peugeot ion: 150 kmSmart Fortwo ED: 135 kmRenault Twizy: 100 km


Baterías

Les baterías de polímeros de litio basan su

Baterías Polímeros de litio

FUTUROFUTURO

Les baterías de polímeros de litio basan sufuncionamiento en cuatro componentes básicos: uncolector de corriente; un cátodo compuesto por óxidode vanadio, carbón y polímero; un electrolito (POE:polioxiatileno y sales de litio); y un ánodo de litiopolioxiatileno y sales de litio); y un ánodo de litiometálico. Su autonomía puede llegar a los 400 km.Quién: LG Chemical CO y Renault. Aparentementese está desarrollando para Tesla y General Motors.Cuándo: 2016.

El modelo de coche Kia Soul EV de Kia Motors ya cuentacon esta tecnología. Dispone de celdas de polímeros delitio con cátodos de Níquel, Cobalto y Manganeso.

HOYHOY

Con una densidad energética elevada de 200 Wh/kg yuna autonomía de 210 km, este vehículo ya seencuentra en el mercado.


Baterías

Estas baterías tienen una densidad energética muy

BateríasPolímeros de grafeno

FUTUROFUTURO

Estas baterías tienen una densidad energética muyelevada, una vida útil que dobla la de las baterías deión litio, una recarga de 8 minutos, son un 77% másbaratas que las anteriores, y con una posibleautonomía de 800 1 000 km Su principalautonomía de 800-1.000 km. Su principalinconveniente es que ocupan demasiado volumen,de modo que en la mayoría de coches la autonomíareal estaría limitada a 500 o 600 km.Quién: Graphenano, empresa española que producegrafeno industrial desde 2012; la Universidad deCórdova; y Grabat Energy, otra empresa españolaque fabricará las celdas de batería.Cuándo: 2017-2018. El grafeno

El grafeno es carbono puro, pero con una estructuraquímica diferente (es lo que se conoce como alotropía).Es uno de los nuevos materiales más prometedores deEs uno de los nuevos materiales más prometedores deeste siglo. Desde que fue descubierto el año 2004,descubrimiento que supuso el Premio Nobel de Físicaunos años después, se han realizado diferentes trabajosde investigación para su aplicación en baterías ysupercondensadores.


Baterías

Nuevo sistema de capacidad llamado Electrical Energy Storage

BateríasSupercondensadores

FUTUROFUTURO

Nuevo sistema de capacidad llamado Electrical Energy StorageUnits (EESU), que se basa en la aplicación desupercondensadores; que permite suministrar energía para uncoche pequeño con una autonomía de 450 km. Se trata de unsistema basado en cerámicas y fabricado con técnicas de

Una revolución en el sector de la electromovilidad:Reducir el peso,

minimizar el tiempo de recarga, sistema basado en cerámicas y fabricado con técnicas decircuitos integrados, adhiriendo granos de polvo de cristal detitanato de bario (con muy alta permitividad) sobre la cerámica.Quién: EEStor, Cedar Park, Texas.

incrementar la durabilidad, reducir los materiales tóxicos y

¡obtener una autonomía de más de 450 km!

Cuándo: No se ha demostrado aún su viabilidad. Existe ciertoescepticismo entre los expertos.

SupercondensadorEESU

NiMH Plomo ácido

Iones de litio

Peso (kg/libra) 135/300 780/1716 1660/3646 340/752Un supercondensador es un condensador eléctrico que incrementa su capacidad de almacenaje de energía a través de placas rugosas de materiales como el carbono o el grafeno, a escala nanométrica,.

Peso (kg/libra) 135/300 780/1716 1660/3646 340/752

Volumen (litros/pulgada cúbica) 74.5/4541 293/17,881 705/43,045 93.5/5697

Ratio de autodescarga 0.02%/30 días 5% / 30 días 1% / 30 días 1% / 30 días

Tiempo de recarga del 100% 3-6 min > 3.0 h 3-15 h > 3.0 h

R d ió d l i l d id Ni M l d El d M l dMientras que otros sistemas, como las baterías convencionales, tienen una respuesta lenta, tanto para disponer de energía (sea arrancada fuerte o subida) como para captarla (frenada); los supercondensadores tienen una respuesta

Reducción del ciclo de vida en función del tiempo que no seusa la batería

Ninguna Muy elevado Elevado Muy elevado

Materiales tóxicos Ninguno Sí Sí Sí

Efecto de la temperatura sobre la capacidad de almacenaje

Negligible Elevado Muy elevado Elevado


supercondensadores tienen una respuesta dinámica muy rápida. Comparativa de características de baterías de supercondensadores com otras baterías.

Fuente: adaptación y traducción a partir de información de Wikipedia.

la capacidad de almacenaje

Modalidades de recargaModalidades de recargaRápida, lenta, nocturna

HOYHOY

Sabías que...

• Ahora se puede recargar el 65% de las baterías de un coche eléctricoen 15 minutos (rápida) o en 8 horas en el caso de ser un coche y 4horas cuando se trata de una moto (lenta).

L d d t 300 t d (150 t )• La red de recarga cuenta con 300 puntos de recarga (150 para motos)en la vía pública en Barcelona (unos 320 en toda Cataluña).

• La recarga nocturna favorece una mejor gestión del sistema eléctrico,además de potenciar el aprovechamiento de energías renovables,sobre todo de la eólica.

• Por cada 100 km de autonomía, la recarga supone un coste medio de1,6 €!

Carga rápida

Carga semirápida

Carga lenta

Vehículos Tesla

Compatible con todas las marcas


Tipología y tiempo de recarga. Fuente: Plataforma LIVE Tipo de conectores de vehículo eléctrico.

Fuente: ICAEN

Modalidades de recargaModalidades de recarga Cargador ultrarápido

HOYHOY

Estaciones de recarga ultrarápida de baterías de120 kW de potencia en corriente alterna, quepermiten cargar en 20 minutos la mitad de labatería de los coches Modelo S de Tesla,obteniendo en estos 20 minutos más de 200 km deautonomía.El sistema, llamado “Supercharger”, es gratuitopara los propietarios de dicho modelo de coche.Quién y dónde: Tesla Por todo el mundo yaQuién y dónde: Tesla. Por todo el mundo yaexisteixen 377 estaciones,135 de les cuales seencuentran en Europa, con un total de 2.030puntos de recarga. Se prevé que a lo largo del2015 los supercargadores de Tesla lleguen a2015 los supercargadores de Tesla lleguen aEspaña.


Estaciones de Supercharger en Asia (izquierda), en Estados Unidos (centro) y en Europa (derecha). Año: 2015.Fuente: Tesla.


Red de estaciones dónde se pueden cambiar las

Modalidades de recarga Intercambio rápido de batería

FUTUROFUTURO

Red de estaciones dónde se pueden cambiar lasbaterías del modelo Tesla Model S y obtener asíuna batería completamente cargada. Elintercambio se realiza en un tiempo máximo de 3minutos pero ya se está trabajando en reducirlo aminutos, pero ya se está trabajando en reducirlo a90 segundos o menos.Quién y dónde: Tesla. Actualmente, Tesla estárealizando una prueba piloto de esta tecnologíacon sus clientes, en una única estación ubicadaentre Los Ángeles y San Francisco (HarrisRanch).



Sustituir las baterías eléctricas por una

Modalidades de recarga Carrocería recargable

FUTUROFUTURO

Sustituir las baterías eléctricas por unacarroceria recargable con una combinación demateriales innovadores: fibra de carbono, resina depolímero, nanomateriales y supercondensadoresestructuralesestructurales.La carrocería (suelo, techo, puertas y capó)almacena energía y se recarga a través de lafrenada regenerativa o al conectarse a una redeléctrica. Con esta tecnología innovadora sereduce el peso de vehículo en un 15% y seconsigue una autonomía en la carrocería de 130km.

Quién: Volvo Car Group, en colaboración con elImperial College of London.Cuándo: Prueba experimental después de 3 añosde investigación.


Modalidades de recargaModalidades de recarga Sin cables por inducción

Sistema de recarga sin cables combinado con unsistema inteligente de aparcamiento dirigido a

FUTUROFUTURO

sistema inteligente de aparcamiento, dirigido avehículos eléctricos o híbridos enchufables. Estesistema permite cargar la batería del coche mientraséste se halla estacionado, con un proceso de recargamuy simplemuy simple.La recarga se realiza mediante una tecnología deresonancia magnética o inducción, que transmite laelectricidad resultante de los cambios de intensidad delcampo magnético entre una bobina situada en el suelodel aparcamiento y otra en el vehículo que recibe lacarga. Sus ventajas son:

El 80% de la batería se carga en 15 minutos (elg (100% en 25-30 minutos).La gran versatilidad de la estación de carga.Se considera un buen sistema para flotas de

transporte (autobuses que se recargan en lasCIRCE (Centro de Investigación de Recursos yConsumos Energéticos de la Universidad de Zaragoza)transporte (autobuses que se recargan en las

paradas, por ejemplo).

Quién: Toyota.

g g )y Endesa también trabajan en esta tecnología. Aunquesu implantación todavía resulta compleja y se estátrabajando en la recarga en marcha de vehículos, comoes el caso de autobuses en Málaga.


Cuándo: Se encuentra en periodo de pruebas enJapón.

Modalidades de recargaModalidades de recarga Metrolinera

Consiste en realizar una carga rápida de la batería del

FUTUROFUTURO

Consiste en realizar una carga rápida de la batería delcoche mediante la energía excedente de la frenada delos trenes.El acumulador de Siemens SITRAS SES, instaladoen una estación de metro, es una pieza clave. Sufunción básica es el almacenaje de energía cinéticagenerada por los trenes durante los ciclos de frenada yla devolución de esta energía almacenadaposteriormente.La carga se realiza en 20 minutos.

La metrolinera se situa en la calle Doctor Esquerdo, 48, en Madrid: / SINC

Quién: Train2Car, proyecto Innpacto del Ministerio deEconomía y Competitividad. Aplicado en MetroMadrid.Cuando: Se encuentra en fase de prueba piloto. El sistema es pionero. Solamente Cuando: Se encuentra en fase de prueba piloto. p

existe un programa piloto similar en California.


Modalidades de recargaModalidades de recarga Trole y cable aéreo para buses

Busbaar Gran cargador que permite la carga completa

FUTUROFUTURO

Busbaar. Gran cargador que permite la carga completade los autobuses en 3 minutos mediante trole y cableaéreo. Se está trabajando también en el Trukbaar,dirigido a camiones de recogida de la basura.Esta tecnología se utiliza en flotas de autobuses quetienen dos motores eléctricos, conectados al ejetrasero, y un gran pack de baterías de litio con unacapacidad total de 100 kWh. Cuenta también con unmotor diesel que funciona como eléctrico en el caso quelas baterías se queden sin carga suficiente.

Quién: Opbrid empresa española con sede enQuién: Opbrid, empresa española con sede enGranada, conjuntamente con el fabricante de autobusesHybricon.Cuando: Se encuentra en fase de prueba en Umea,Suecia.


Tracción mecánicaTracción mecánicaVehículos eléctricos de autonomía Extendida

HOYHOY

Los vehículos eléctricos de autonomíaExtendida son vehículos eléctricos de bateríaque incluyen un motor de combustión internasecundario que funciona como un generadorsecundario que funciona como un generadoreléctrico que recarga las baterías cuando éstasse descargan en exceso. Ésto permitegarantizar la plena autonomía del vehículo,incluso en el caso de no disponer de ningúnincluso en el caso de no disponer de ningúnenchufe de recarga en miles de km.

Quién: Los modelos de coches eléctricos Opel Esquema de funcionamiento de un vehículo eléctrico de autonomíaExtendida Fuente: www ibil esAmpera y BMW i3 REX.

El vehículo BMW i3 REX cuenta con unaautonomía de 170 km en modo eléctrico, perotambién incluye un motor complementario de 2

Extendida. Fuente: www.ibil.es

¿Y los coches híbridos enchufables?

Los coches híbridos enchufables disponen cada vezmás de mayor autonomía en modo eléctrico lo quetambién incluye un motor complementario de 2

cilindros (motor de moto BMW) y un pequeñodepósito de gasolina de 9 litros, que permitecargar completamente de nuevo la bateríacuando ésta se descarga.

más de mayor autonomía en modo eléctrico, lo quepermite eliminar las emisiones contaminantes en sucirculación por ciudades. Entre los vehículos queofrecen 50 km o más en modo eléctrico encontramoslos modelos Audi A3 e-tron, Volkswagen Golf GTE oMitsubishi Outlander P-HEV, vehículos comercializados


cuando ésta se descarga. ,en los últimos dos años a precios equivalentes a otrosmodelos de su gama.

Tracción mecánicaTracción mecánicaRuedas con tracción aislada

FUTUROFUTURO

Proyecto VEUREE. El motor eléctrico que se incorpora a cada una de las cuatro ruedas es de tipoaxial, de rotor plano, lo que permite reducir sustancialmente su dimensión y aumentar su potencia. Elnuevo vehículo eléctrico será capaz de maximizar la eficiencia energética, consiguiendo que cadarueda actúe como propulsora. De este modo, se elimina la pérdida de energía a través de los trenesrueda actúe como propulsora. De este modo, se elimina la pérdida de energía a través de los trenesmecánicos que se produce con el sistema clásico de tracción.

Cuándo: Durante el 2015.Quién: Grupo de investigación MCIA del Campus de la UPC en Terrassa, conjuntamente cong jinvestigadores del Centro Tecnológico de Manresa. La plataforma la fabricará la empresa TCTechnologies y en la iniciativa participan también el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial(CDTI), la Benemérita Universidad de Puebla (BUAP-México), el Consejo Nacional de Ciencia yTecnología (CONACYT) de México y la empresa filial española de la multinacional suiza Infranor.


Recarga rápida por inducción Endesa

Para saber más...Recarga rápida por inducción. Endesa. http://www.endesa.com/es/conoceendesa/lineasnegocio/principalesproyectos/Endesayelvehiculoelectrico

Plan Director de Movilidad de la Región Metropolitana de Barcelona 2013-2018. Eje 8. Promover la eficienciaenergética y el uso de combustibles limpios. Servicio de movilidad del ATM. http://www atm cat/web/pdf/ca/ dir pdm estudis/desplegament eix8/files/desplegament eix8 pdfhttp://www.atm.cat/web/pdf/ca/_dir_pdm_estudis/desplegament_eix8/files/desplegament_eix8.pdf

Everest Project. http://www.c-e-int.co.uk/pages/everest_237745.cfm

Proyecto VEUREE. http://veuree.goplek.com/

Proyecto Train2Car. Metro Madrid. http://www.metromadrid.es/es/conocenos/proyectos_en_marcha/Proyectos_IDi/Proyecto06/

Opbrid Fast Charge Station for Urban Buses. https://www.youtube.com/watch?v=l7gWDUrTAqg

Diagnosis y perspectivas del vehículo eléctrico en Cataluña. Joan Pallisé (coord.). Informe del CADS 10. Generalitat de Catalunya. 2010. http://www.ecotendenciascosmocaixa.org/documents/12603/17023/Diagnosi_perpectives_vehículo_electric.pdf

Espacio compra verde. Vehículos eléctricos. Club EMAS. http://www.clubemas.cat/mm/file/jornades/jornada%20CV%202009/fitxaCVvehículoselectrics.pdf

Coches eléctricos en el mercado con mayor autonomía. http://www.1cocheelectrico.es/coches-electricos-y-autonomía/y p y

Evolución histórica del vehículo eléctrico. Endesa. http://www.endesavehiculoelectrico.com/vehiculo-electrico/el-vehiculo/historia


Automotive

La innovación se mueve con la electricidad