Puntos de recarga de vehículos eléctricos

MUSKIZ FP
Uda Ikastaroak
Cursos de Verano
Lanbide-heziketa, Berrikuntza eta Jasangarritasuna
Formación Profesional, Innovación y Sostenibilidad
Puntos de recarga de
vehículos eléctricos
Muskiz, 06 de julio de 2010
Enrique Monasterio Beñaran
Responsable de la Unidad de Vehículo Eléctrico
INDICE
1.
INTRODUCCIÓN
2.
ESTRATEGIA PARA EUSKADI
3.
TIPOS DE RECARGA
INTRODUCCIÓN
1873
1830
Primer VE de motor CC
1900
1909
Vehículos fabricados en EEUU:
1.575 V. Eléctricos
1.681 V. Vapor
936 V. Gasolina
Primeros experimentos con VE
En 1970 1970 vuelve a surgir el interés en los VE por la contaminación ambiental y a principios de los 90, comenzaron principios de los 90
programas de fabricación de este tipo de vehículos.
Historia del VE
Se detiene la fabricación del VE
1930
1.1.
Aparece el modelo T de Ford con motor de combustión interna
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 (LiCoO 2)
-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 LiFePO 4 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)
1.2.
Ventajas y retos 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
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
Batería
Motor
eléctrico
Range extender
Híbrido enchufable
Híbrido total
Híbrido ligero
Freno
Regenerativo
Híbrido stop-start
Vehículo convencional
(100% térmico)
Motor
térmico
Autonomía eléctrica
Vehículo eléctrico
(100%)
1.3.
Tipos de electrificación
0%
eléctrico
Vehículos
combustión
100%
eléctrico
Hibrido
Start--stop
Start
Hibrido
ligero
Hibrido
total
Hibrido
Plug-In
Con extensor
de rango
Vehículo
eléctrico
Proporciona funciones tales:
Motor
eléctrico
(De mayor potencia
que el de un coche
convencional)
• Motor de arranque
• Alternador (para cargar la
batería)
Permiten un ahorro energético ~4%
No proporciona potencia
a la tracción del vehículo.
1.3.
Tipos de electrificación
0%
eléctrico
Vehículos
combustión
100%
eléctrico
Hibrido
Start-stop
Hibrido
ligero
Hibrido
total
Hibrido
Plug-In
Con extensor
de rango
Vehículo
eléctrico
El propulsor principal es
el motor de
combustión.
9 Proporciona potencia extra al
Motor
eléctrico
(Montado sobre
el cigüeñal)
motor de combustión.
9 Función stop-start.
9 Frenado regenerativo.
Permiten un ahorro energético de un ~10 %
No pueden utilizarse únicamente en modo eléctrico
1.3.
Tipos de electrificación
0%
eléctrico
Vehículos
combustión
100%
eléctrico
Hibrido
Start-stop
Hibrido
ligero
Hibrido
total
Hibrido
Plug-In
Con extensor
de rango
Vehículo
eléctrico
El vehículo puede
ser propulsado
por:
Motor
combustión
Existen tres configuraciones:
1. Híbridos en serie
2. Híbridos en paralelo
3. Híbridos en serie-paralelo
Motor
eléctrico
Incluyen el frenado regenerativo
Permiten un ahorro energético ~30%
Autonomía ~2 km
1.3.
Tipos de electrificación
0%
eléctrico
Vehículos
combustión
100%
eléctrico
Hibrido
Start-stop
En serie
Hibrido
ligero
Hibrido
total
En paralelo
Cargador de batería AC/DC
Generador
Batería
Con extensor
de rango
En paralelo- serie
Inversor / Conversor
DC/AC
Gasolina
Motor de combustión
interna
Hibrido
Plug-In
Motor eléctrico
Vehículo
eléctrico
1.3.
Tipos de electrificación
0%
eléctrico
Vehículos
combustión
100%
eléctrico
Hibrido
Start-stop
Hibrido
ligero
En serie
Hibrido
total
En paralelo
Gasolina
Motor de combustión
interna
Hibrido
Plug-In
Con extensor
de rango
En paralelo- serie
Inversor / Conversor
DC/AC
Batería
Motor eléctrico
Caja de cambios
Vehículo
eléctrico
1.3.
Tipos de electrificación
0%
eléctrico
Vehículos
combustión
100%
eléctrico
Hibrido
Start-stop
En serie
Batería
Hibrido
ligero
Hibrido
total
En paralelo
Inversor / Conversor
Hibrido
Plug-In
Con extensor
de rango
En paralelo- serie
Motor eléctrico
Generador
Sistema
Transmisión planetario
Gasolina
Motor de combustión
interna
Vehículo
eléctrico
1.3.
Tipos de electrificación
1.3.
Tipos de electrificación
0%
eléctrico
Vehículos
combustión
100%
eléctrico
Hibrido
Start-stop
Hibrido
ligero
Hibrido
total
Conocido como PHEV
Tecnología similar a la de los híbridos
totales, y con posibilidad de carga
externa.
Disponen de mayor autonomía que los
híbridos totales (~20 km).
Hibrido
Plug--In
Plug
Con extensor
de rango
Vehículo
eléctrico
1.3.
Tipos de electrificación
100%
eléctrico
0%
eléctrico
Vehículos
combustión
Hibrido
Start-stop
Hibrido
ligero
Hibrido
total
Hibrido
Plug-In
Con extensor
de rango
Conocido como REHEV
Es un híbrido serie enchufable
Disponen de un pequeño motor de
combustión o pila de combustible
Que hace de generador eléctrico
para completar o cargar la batería.
Autonomía ~60 km
Vehículo
eléctrico
1.3.
Tipos de electrificación
0%
eléctrico
100%
eléctrico
Vehículos
combustión
Hibrido
Start-stop
Hibrido
ligero
Hibrido
total
Hibrido
Plug-In
Con extensor
de rango
Electricidad
Cargador de batería
Generador
Batería
Extensor de Rango
Inversor / Conversor
Motor eléctrico
Vehículo
eléctrico
1.4.
• Sistema eléctrico de propulsión. POWERTRAIN
• Sistema de almacenamiento. BATERÍAS
Componentes del VE
1.4.
Componentes del VE
• Sistema eléctrico de propulsión. POWERTRAIN
• Sistema de almacenamiento. BATERÍAS
9 El litio posee el mayor potencial electroquímico (-3.04V)
(Pb: 1.69V, Ni -0.24V)
Mayor potencial, mayor potencia
¿Por qué baterías
de litio?
9 El litio es muy ligero (densidad de 0.53 g/cm3)
(Pb: 11,3 g/cm 3, Ni 8,9 g/cm 3, Al: 2,7 g/cm 3, Cu: 9 g/cm 3)
9 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
9 No tienen efecto memoria
9 Capacidad para operar con un elevado nº de ciclos de regeneración
9 Baja tasa de autodescarga (el 6% mensual)
Ni-MH: 20%
9 Energía especifica elevada (150 Wh/kg)
(Pb: 40 Wh/kg , Ni-Cd: 60 , Ni-MH: 90)00
1.4.
Componentes del VE
• Sistema eléctrico de propulsión. POWERTRAIN
• Sistema de almacenamiento. BATERÍAS
Inconvenientes de las Baterías de litio actuales
9 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)
9 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
9 Necesidad de control preciso de la tensión de la celda
9 Necesidad de control de la temperatura y de la corriente
ESTRATEGIA PARA
EUSKADI
2.1.
Objetivos
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
2.2.
AUTOMOCIÓN
Program as
I+D
USUARIOS
Otros
OEMs
Empresas leasing
Empresas car-sharing
VEHÍCULO
ELÉCTRICO en
EUSKADI
GOBIERNO VASCO
MINISTERIO DE
INDUSTRIA
IDAE
E VE
Program as
Subvención
EVE
Flotas privadas
Flotas públicas
MERCEDES - Vitoria
Cluster de
Automoción
Ejes estratégicos
Ayuntamientos
Cluster TICs
Cluster Energía
Empresas
eléctricas
Inversión
EVE
Program as
I+D
EVE-REPSOL
Inversión
EVE
MARCO REGULATORIO
INFRAESTRUCTURA DE RECARGA
Ot r os agent es
Ayudas económ icas GV
2.3.
Acuerdo EVE-REPSOL
Acuerdo EVE-REPSOL. Infraestructura de recarga
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 Inversión
En 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.
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
TIPOS DE RECARGA
3. Tipos de recarga
AC MONOFÁSICA 240V, 16 A
HOY
APROVECHAMIENTO DE RED
EXISTENTE y BAJA CARGA A RED
TIEMPO RECARGA: HORAS
B
AC TRIFÁSICA 400V, 63 A
MAÑANA
(2013-14)
GESTIÓN INTELIGENTE
TIEMPO RECARGA: DECENAS DE
MINUTOS (HASTA 1 HORA)
C
DC 400V, 125 A
PASADO
MAÑANA
(¿2020?)
TIEMPO RECARGA: MINUTOS
INTERCAMBIO DE BATERIA
¿?
CARGADOR EXTERNO / ALTA
DEMANDA POTENCIA DE RED
KNOW-HOW DEL PROPIETARIO, MUY
VINCULADO A MODELO DE NEGOCIO
TIEMPO RECARGA: MINUTOS
3. Tipos de recarga
CARGA POR INDUCCIÓN
3. Tipos de recarga
CONECTORES ACTUALES
AC MONOFÁSICA
AC TRIFÁSICA
CETAC
400V – 32/63A
SCHUKO - CEE7/4
240V – 16A
MENEKES
400V – 63A
CETAC
240V – 16/32A
DC
No existe conector estándar o de
uso generalizado
3. Tipos de recarga
ESTANDARIZACIÓN DE CONECTORES
MENNEKES
SCHNEIDER‐LEGRAND‐SCAME
Parámetros básicos :
Parámetros básicos :
• Intensidad nominal:
63 A
• Tensión monofásica:
230V de AC
• Tensión trifásica: 400 V de AC
• Intensidad nominal:
• Tensión de utilización:
El conector cuenta con 7 pines o
terminales:
El conector cuenta con 4 pines o terminales:
• 3 fases + neutro.
• Terminal de tierra.
• 2 terminales de gobierno o respaldo.
16A - 32A
230V de AC
• Fase + neutro.
• Terminal de tierra.
• 1 terminal de gobierno o respaldo.
3. Tipos de recarga
Sistemas antirrobo
de energía
Sistema de cobro
Verificación de la correcta conexión del cargador
Sistema que impida la desconexión de los conectores al estar en carga
FUNCIONALIDADES DE LOS PUESTOS DE RECARGA
Verificación permanente de la continuidad del
conductor de tierra
Display con
información para el usuario
Desenergización del sistema
Control de acceso de usuarios
Video Nissan
Energización del sistema
3. Tipos de recarga
TIPOS DE SISTEMAS
Lento: AC monofásico
Semi-Rápido: AC trifásico
Rápido: DC
3. Tipos de recarga
Arquitectura de puesto de recarga AC
D
Diferencial
M
Magnetotérmico
SC
D
M
Wh
C
Wh Contador de energía
Toma de corriente
C
Contactor
Sistema de control
ID
Identificación usuario
Dy Display de información
SC
Dy
ID
$
COM
$
COM
Sistema de cobro
Sistema de comunicaciones
Comunicaciones
Acometida eléctrica
3.1.
Sist. Recarga AC monofásico
Vín
Alimentación del cargador
240 Vac monofásica
I in
Fase, neutro y tierra
Valor Típico 16 A
Frecuencia
PIn
Parámetro a solicitar a los fabricantes
50 Hz
3,7 kW (valor más típico)
Suministro al vehículo eléctrico
Vout
240 Vac monofásica
I out
16 A
Frecuencia
50 Hz
Pout
3,7 kW (valor más típico)
Parámetro a solicitar a los fabricantes
„ Recarga completa de baterías en 8 h.
„ Hoy en día es el sistema más universal.
Conector
CEE 7/4 (Schuko)
IEC 60309 (CETAC)
Mennekes
240 Vac / 16 A
240 Vac / 16 ‐32 A
Versiones hasta 125 A
400 Vac (3) / 63 A 2 pines de control SCAME
Valido para AC monofásica.
240 Vac / 32 A
1 pin de control
3.2.
Vín
I in
Alimentación del cargador
400 Vac trifásica
Valor típico 32 ó 63 A
Frecuencia
PIn
Parámetro a solicitar a los fabricantes
50 Hz
Parámetro a solicitar a los fabricantes
Sist. Recarga AC trifásico
Suministro al vehículo eléctrico
Vout
400 Vac trifásica
I out
Valor Típico 32 ó 63 A
Frecuencia
50 Hz
Pout
22 ‐ 42 kW
„ Recarga de baterías hasta un 80 % en 30÷60 minutos.
„ Sistema de implantación a futuro facilitado por los nuevos estándares.
Conector
IEC 60309 (CETAC)
Mennekes
SCAME
240 Vac / 32 – 120 A
400 Vac (3) / 63 A 2 pines de control Aún no disponible. Versión trifásica en desarrollo.
3.3.
Alimentación del cargador
Vín
400‐690 Vac (3)
I in
A determinar
Frecuencia
50 Hz
PIn
30‐350kW
Conector
„
„
„
„
„
Vout
I out
Pout
Sist. Recarga DC
Suministro al vehículo eléctrico
500‐600 VDC
50 ‐ 550 A
30 ‐ 250 kW
Aún no existe un tipo de conector definido o que se prevea que vaya a ser estandarizado
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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Puntos de recarga de
vehículos eléctricos
Muskiz, 06 de julio de 2010
Enrique Monasterio Beñaran
Responsable de la Unidad de Vehículo Eléctrico