Puntos de recarga Enrique MonasterioHistoria del VE. 1859 Invención de la batería de plomo-ácido 1896 VE Riker de 25 millas de autonomía (40 V plomo-ácido) 1899 Invención de

Muskiz, 06 de julio de 2010Enrique Monasterio Beñaran

Responsable de la Unidad de Vehículo Eléctrico

MUSKIZ FPUda IkastaroakCursos de VeranoLanbide-heziketa, Berrikuntza eta JasangarritasunaFormación Profesional, Innovación y Sostenibilidad

Puntos de recarga de vehículos eléctricos

INDICE

1. INTRODUCCIÓN

2. ESTRATEGIA PARA EUSKADI

3. TIPOS DE RECARGA

INTRODUCCIÓN

En 1970 1970 vuelve a surgir el interés en los VE por la contaminación ambiental y a principios de los 90principios de los 90, comenzaron programas de fabricación de este tipo de vehículos.

18

30

18

73

19

09

19

30

Primeros experimentos

con VE

Primer VE de motor CC

Aparece el modelo T de Ford con motor de combustión interna

Se detiene la fabricación del VE

19

00

Vehículos fabricados en EEUU:1.575 V. Eléctricos1.681 V. Vapor936 V. Gasolina

1.1. Historia del VE

1859 Invención de la batería de plomo-ácido

1896 VE Riker de 25 millas de autonomía (40 V plomo-ácido)

1899 Invención de la batería de NiCd

1900 Las compañías de vehículos americanas fabricaron 1.681 coches de vapor, 1.575 carruajes

eléctricos y 936 auto-buggies de gasolina. Lower Manhattan tenía 200.000 caballos

1909 VE Baker de 65-110 millas de autonomía (Pb-ácido) con un coste de $1.200. El 95% de los

vehículos vendidos en EEUU fueron de gasolina

1966 Evolución de los ultracondensadores, no comercializados hasta 1978

1985 Introducción de las baterías NiMH

1991 Introducción de las baterías Li-ion (LiCoO2)

-Investigación básica hecha en la Universidad de Oxford a mediados de 1980

1996 GM VE1 1ª gen. Autonomía de 55-75 millas (plomo-ácido, 16,5 kWh)

-Parecidas a aquellos VE de Baker de 1910!

1999 GM EV1 2ª gen. Autonomía de 75-150 millas (NiMH, 26,4 kWh)

2005 (Nov) A123 LiFePO4 baterías a la venta. Tesis del MIT sobre LiFePO4 (2003)

2008 VE Tesla autonomía de 170-267 millas (Li-ion, 53 kWh)

– Coste de $109.000

– La vida de la bateria se espera que sea de 100k millas o de 5 años

– La recarga con un enchufe de pared de 12 Amp/110 V es de unas 40 horas!

VE Baker, batería (y propietario)

1.1. Historia del VE

Ventajas tecnológicas del VE• No produce contaminación acústica

• No produce emisiones en el lugar de operación

• Respuesta más inmediata que la de un vehículo convencional (mejor curva de par motor)

• Menores pérdidas mecánicas, mayor rendimiento energético

• Menor coste de mantenimiento

• Posibilidad de recuperar la energía del frenado

• Posibilidad de optimizar la curva de carga del sistema eléctrico (mediante la recarga

nocturna)

1.2. Ventajas y retos del VE

Retos tecnológicos del VE

• Optimización de las baterías actuales:

o Aumento de la densidad energética (kWh/kg) a fin de incrementar la autonomía del

vehículo eléctrico

o Disminución del precio

o Alargamiento de la vida útil

o Reducción de los tiempos de recarga

• Incremento de la oferta de vehículos eléctricos

• Construcción de la infraestructura de puntos de recarga

• Regulación adecuada a fin de optimizar la red eléctrica existente

1.2. Ventajas y retos del VE

Retos no tecnológicos del VE

• Adecuación de la legislación / regulación aplicable. (Sector eléctrico, ordenanzas municipales,

comunidades de vecinos, estándares de conexión y carga, etc.).

• Propuesta de soluciones iniciales imaginativas de financiación por parte de las

administraciones con el fin de impulsar la penetración del vehículo eléctrico.

• Creación de una masa crítica inicial que estimule el crecimiento posterior.

• Impulso de conciencia social en movilidad sostenible; y de conocimiento y confianza en el VE.

1.3. Tipos de electrificación

Vehículo eléctrico (100%)

Vehículo convencional (100% térmico)

Freno Regenerativo

Batería

Motor eléctrico

Motor térmico

Autonomía eléctrica

Range

exte

nder

Híb

rido e

nch

ufa

ble

Híb

rido tota

l

Híb

rido li

gero

Híb

rido s

top-s

tart

Hibridoligero

0%eléctrico

100%eléctrico

HibridoHibridoStartStart--stopstop

Hibridototal

HibridoPlug-In

Con extensor de rango

Vehículo eléctrico

Vehículos combustión

Motor eléctrico

No proporciona potencia a la tracción del vehículo.

Proporciona funciones tales:

• Motor de arranque• Alternador (para cargar la

batería)(De mayor potencia que el de un coche convencional)

Permiten un ahorro energético ~4%


HibridoHibridoligeroligero

0%eléctrico

100%eléctrico

HibridoStart-stop

Hibridototal

HibridoPlug-In




Motor eléctrico

Proporciona potencia extra al

motor de combustión.

Función stop-start.

Frenado regenerativo.

El propulsor principal esel motor de combustión.

Permiten un ahorro energético de un ~10 %No pueden utilizarse únicamente en modo eléctrico

(Montado sobre

el cigüeñal)


El vehículo puede ser propulsado

por:

Motor combustión

Motor eléctrico

Existen tres configuraciones:

1. Híbridos en serie2. Híbridos en paralelo3. Híbridos en serie-paralelo

Hibridoligero

0%eléctrico

100%eléctrico

HibridoStart-stop

HibridoHibridototaltotal

HibridoPlug-In




Incluyen el frenado regenerativoPermiten un ahorro energético ~30%

Autonomía ~2 km


En serie En paralelo En paralelo- serie

Hibridoligero

0%eléctrico

100%eléctrico

HibridoStart-stop


HibridoPlug-In




Batería

Cargador de batería AC/DC

Motor de combustióninterna

Generador

Inversor / ConversorDC/AC

Motor eléctrico

Gasolina


Hibridoligero

0%eléctrico

100%eléctrico

HibridoStart-stop


HibridoPlug-In





Caja de cambios


Motor eléctrico

BateríaInversor / ConversorDC/ACGasolina


Hibridoligero

0%eléctrico

100%eléctrico

HibridoStart-stop


HibridoPlug-In






Batería Inversor / Conversor

SistemaTransmisión planetario

Motor eléctricoGenerador

Gasolina



Conocido como PHEVTecnología similar a la de los híbridos totales, y con posibilidad de carga externa.

Disponen de mayor autonomía que los híbridos totales (~20 km).

Hibridoligero

0%eléctrico

100%eléctrico

HibridoStart-stop

Hibridototal

HibridoHibridoPlugPlug--InIn





Que hace de generador eléctrico para completar o cargar la batería.

Autonomía ~60 km

Conocido como REHEVEs un híbrido serie enchufable

Disponen de un pequeño motor de combustión o pila de combustible

Hibridoligero

0%eléctrico

100%eléctrico

HibridoStart-stop

Hibridototal

HibridoPlug-In

Con extensor Con extensor de rangode rango




Hibridoligero

0%eléctrico

100%eléctrico

HibridoStart-stop

Hibridototal

HibridoPlug-In

Con extensor Con extensor de rangode rango



Motor eléctrico

Inversor / Conversor

Extensor de Rango

Generador

BateríaCargador de batería

Electricidad


• Sistema eléctrico de propulsión. POWERTRAIN

• Sistema de almacenamiento. BATERÍAS

1.4. Componentes del VE

¿Por qué baterías

de litio?



El litio posee el mayor potencial electroquímico (-3.04V)

(Pb: 1.69V, Ni -0.24V)

Mayor potencial, mayor potencia

El litio es muy ligero (densidad de 0.53 g/cm3)

(Pb: 11,3 g/cm3, Ni 8,9 g/cm3, Al: 2,7 g/cm3, Cu: 9 g/cm3)

Posee una conductividad eléctrica relativamente alta (108 mΩ.cm)-1

Pb: 48 (mOhm.cm)-1, Ni: 146 (mΩ.cm)-1, C: 0,7 (mΩ.cm) -1, Cu: 596 (mΩ.cm) -1, Al: 376 (mOhm.cm) -1

Capacidad para operar con un elevado nº de ciclos de regeneración

No tienen efecto memoria

Baja tasa de autodescarga (el 6% mensual)Ni-MH: 20%

Energía especifica elevada (150 Wh/kg)

(Pb: 40 Wh/kg , Ni-Cd: 60 , Ni-MH: 90)00


Inconvenientes de las Baterías de litio actuales

A pesar de poseer una energía especifica elevada (150 Wh/kg),

aún es muy inferior a la de los combustibles líquidos (10.000

Wh/kg)

Elevado coste, lo que conlleva a un sobrecosto del vehículo.

Actualmente 800 €/kWh . o Objetivo a medio plazo de USABC (United States Advanced

Battery Consortium): 220 €/kWh

o Objetivo a largo plazo de USABC: 150 €/kWh

Necesidad de control preciso de la tensión de la celda

Necesidad de control de la temperatura y de la corriente




ESTRATEGIA PARA EUSKADI

Impulsar la introducción del vehículo eléctrico (VE) en Euskadi como medio de

mejora de la eficiencia energética en el transporte y elemento impulsor de nuevas

oportunidades de negocio en el tejido industrial vasco.

Objetivos específicos

• Crear una red de puntos de recarga en el territorio de Euskadi

• Apoyar al sector vasco de equipamiento eléctrico y electrónico en el desarrollo

de capacidades industriales y tecnológicas en el ámbito del VE

• Apoyar al sector vasco de automoción en el desarrollo de sistemas y

componentes para el VE

• Facilitar el acceso al VE a las organizaciones y ciudadanía de la CAE

• Propugnar el desarrollo de un marco jurídico que favorezca la introducción y

utilización del VE en todos los niveles y ámbitos geográficos

2.1. Objetivos

VEHÍCULO ELÉCTRICO en

EUSKADI

AUTOMOCIÓN

Program asI+D

Empresas leasingEmpresas car-sharing

OtrosOEMs

InversiónEVE

Ayuntamientos

Flotas privadasFlotas públicas

Program asProgram asSubvención

EVE

Program asI+D

EVE

GOBIERNO VASCO

MINISTERIO DE INDUSTRIA

IDAE

INFRAESTRUCTURA DE RECARGA

USUARIOS

MARCO REGULATORIOOt r os agentes Ayudas económ icas GV

InversiónEVE

MERCEDES - Vitoria

EVE-REPSOL Empresas eléctricas

Cluster de Automoción

Cluster TICsCluster Energía

2.2. Ejes estratégicos

1. Fase Inicial (hasta el 30 de junio de 2010)• Análisis de la tecnología, rentabilidad y viabilidad de posibles sistemas de recarga de

baterías y sustitución rápida de las mismas en vehículos eléctricos

• Elaboración de las especificaciones técnicas de las soluciones seleccionadas

• Determinación de los emplazamientos más apropiados

• Análisis de la viabilidad económica y legal de la implantación

2. Fase de InversiónEn caso de resultados satisfactorios para ambas partes, constitución de una Sociedad para la construcción y explotación de instalaciones de recarga eléctrica y/o reemplazo de baterías de vehículos eléctricos.

La Sociedad estaría participada por EVE y REPSOL, y con domicilio en Euskadi.

Acuerdo EVE-REPSOL. Infraestructura de recarga

Si cualquiera de las partes quisiera acometer otras iniciativas y proyectos de esta temática deberá solicitar su aprobación expresa a la otra parte

Vitoria-Gasteiz, 29/10/09

2.3. Acuerdo EVE-REPSOL

TIPOS DE RECARGA

MAÑANA(2013-14)

PASADO MAÑANA(¿2020?)

HOY

AC MONOFÁSICA 240V, 16 A

B

APROVECHAMIENTO DE RED EXISTENTE y BAJA CARGA A RED

TIEMPO RECARGA: HORAS

AC TRIFÁSICA 400V, 63 A

C

GESTIÓN INTELIGENTE

TIEMPO RECARGA: DECENAS DE MINUTOS (HASTA 1 HORA)

CARGADOR EXTERNO / ALTA DEMANDA POTENCIA DE RED

TIEMPO RECARGA: MINUTOS

DC 400V, 125 A

¿?INTERCAMBIO DE BATERIA KNOW-HOW DEL PROPIETARIO, MUY

VINCULADO A MODELO DE NEGOCIO

TIEMPO RECARGA: MINUTOS

3. Tipos de recarga

CARGA POR INDUCCIÓN

3. Tipos de recarga

AC MONOFÁSICA AC TRIFÁSICA

DC

No existe conector estándar o de uso generalizado

CETACCETAC240V 240V –– 16/32A16/32A

CETACCETAC400V 400V –– 32/63A32/63A

MENEKESMENEKES400V 400V –– 63A63A

SCHUKO SCHUKO -- CEE7/4CEE7/4240V 240V –– 16A16A

CONECTORES ACTUALES

3. Tipos de recarga

MENNEKES SCHNEIDER‐LEGRAND‐SCAME

Parámetros básicos :

• Intensidad nominal: 63 A • Tensión monofásica: 230V de AC• Tensión trifásica: 400 V de AC

El conector cuenta con 7 pines o terminales:

• 3 fases + neutro. • Terminal de tierra. • 2 terminales de gobierno o respaldo.

Parámetros básicos :

• Intensidad nominal: 16A - 32A • Tensión de utilización: 230V de AC

El conector cuenta con 4 pines o terminales:

• Fase + neutro. • Terminal de tierra. • 1 terminal de gobierno o respaldo.

ESTANDARIZACIÓN DE CONECTORES

3. Tipos de recarga

FUNCIONALIDADES DE LOS PUESTOS DE RECARGA

Verificación de la correcta conexión

del cargador

Energizacióndel sistema

Desenergizacióndel sistema

Sistema que impida la desconexión de los conectores al estar en carga

Sistemas antirrobode energía

Display coninformación para el

usuario

Sistema de cobro

Control de acceso de usuarios

Verificación permanente de la continuidad del

conductor de tierra

Video Nissan

3. Tipos de recarga

TIPOS DE SISTEMASLento: AC monofásicoSemi-Rápido: AC trifásicoRápido: DC

3. Tipos de recarga

Arquitectura de puesto de recarga ACArquitectura de puesto de recarga AC

Acometida eléctrica

D M

D

M

Diferencial

Magnetotérmico

Contador de energía

Toma de corriente

C

Wh

Contactor COM

Wh C

SC ID

SC Sistema de control

ID Identificación usuario

Dy Display de información

$Dy

$ Sistema de cobro

COM Sistema de comunicaciones

Comunicaciones

3. Tipos de recarga

3.1. Sist. Recarga AC monofásico

Alimentación del cargadorVín 240 Vacmonofásica

Fase, neutro y tierraIin Valor Típico 16 A

Parámetroa solicitar a los fabricantesFrecuencia 50HzPIn 3,7 kW (valor más típico)

Parámetroa solicitar a los fabricantes

Suministro al vehículo eléctricoVout 240 VacmonofásicaIout 16AFrecuencia 50HzPout 3,7 kW (valor más típico)

Recarga completa de baterías en 8 h.

Hoy en día es el sistema más universal.

Conector CEE 7/4 (Schuko) 240 Vac / 16 AIEC 60309 (CETAC) 240 Vac / 16 ‐32 A Versiones hasta 125 AMennekes 400 Vac (3) / 63 A 2 pines de control

Valido para AC monofásica.SCAME 240 Vac / 32 A 1 pin de control

Alimentación del cargador

Vín 400 Vac trifásicaIin Valor típico 32 ó 63 A

Parámetroa solicitar a los fabricantesFrecuencia 50HzPIn Parámetroa solicitar a los fabricantes

Suministro al vehículo eléctricoVout 400 Vac trifásicaIout Valor Típico 32 ó 63 AFrecuencia 50HzPout 22 ‐ 42 kW

3.2. Sist. Recarga AC trifásico

Recarga de baterías hasta un 80 % en 30÷60 minutos.

Sistema de implantación a futuro facilitado por los nuevos estándares.

Conector IEC 60309 (CETAC) 240 Vac / 32 – 120 AMennekes 400 Vac (3) / 63 A 2 pines de control

SCAME Aún no disponible. Versión trifásica en desarrollo.

Alimentación del cargador

Vín 400‐690 Vac (3)Iin AdeterminarFrecuencia 50HzPIn 30‐350kW

Suministro al vehículo eléctricoVout 500‐600 VDC

Iout 50 ‐ 550 APout 30 ‐ 250 kW

Conector Aún no existe un tipo de conector definido o que se prevea que vaya a ser estandarizado

3.3. Sist. Recarga DC

El poste de recarga incorpora el cargador de baterías (AC/DC).Necesidad de comunicaciones con el vehículo para el control del proceso de carga.Demanda de potencia muy elevada (problema con la red eléctrica).No hay conectores estandarizados (IEC 61851 23/24 en desarrollo).Debe incorporar cable de carga.

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