La pila de combustible

LA PILA DE COMBUSTIBLE, EL VEHÍCULO Y
EL TRANSPORTE
I CONGRESO DE LA
INGENIERÍA INDUSTRIAL
23 – 24 octubre 2012
Evolución del parque mundial
EN 10 AÑOS SE PASARÁ DE 850 MILLONES DE VEHÍCULOS A 1.100 MILLONES
CIRCULANDO POR NUESTRO PLANETA, ALCANZANDO LA CIFRA DE 2.500
MILLONES EN 2050.
FUENTE: GM
GRADO DE ELECTRIFICACIÓN
VEH Micro
Función start/stop
No opción
eléctrico
VE
Baterías
VE
Pila de
Combustible
VEH Medio
Función start/stop
Freno regenerativo
Apoyo eléctrico
No opción eléctrico
VEH Enchufable
Carga externa
Opción eléctrico
con mayor
autonomía
VEH Completo
Función start/stop
Freno regenerativo
Opción eléctrico
(pocos km)
PILA DE MEMBRANA POLIMÉRICA
Temperatura trabajo: 60 – 100 ºC
Rendimiento: 40 – 50%
La más leve impureza del hidrógeno provoca daños en la pila.
DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE UNA PILA DE
COMBUSTIBLE
VENTAJAS E INCONVENIENTES
VENTAJAS:
 BAJO IMPACTO MEDIOAMBIENTAL: EMISIONES CERO EN EL
DE USO.
 RUIDO MUY REDUCIDO
 NO ESTÁ SUJETA A CARNOT  ELEVADO RENDIMIENTO
 BAJO MANTENIMIENTO: NO PARTES MÓVILES




INCOVENIENTES:
PRODUCCIÓN Y ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO
ELEVADO COSTE DE OPERACIÓN Y FABRICACIÓN (4.000 €/kW)
PUESTA EN MARCHA MUY LENTA
TECNOLOGÍA EN FASE DE DESARROLLO
PUNTO
COMPORTAMIENTO DE LA PILA DE
COMBUSTIBLE
Pérdidas por activación (pérdidas debidas a la reacción electroquímica)
Pérdidas óhmicas (pérdidas debidas a la conducción iónica y electrónica)
Pérdidas de concentración (pérdidas debidas al transporte de masa)
VEHÍCULO ELÉCTRICO HÍBRIDO DE PILA DE
COMBUSTIBLE
SUBSISTEMAS DE CONTROL DE UNA PILA DE
COMBUSTIBLE
CONFIGURACIONES HÍBRIDAS





Un vehículo híbrido de pila de combustible (VHPC) tiene una
batería o ultracondensador en paralelo con el sistema de
pila de combustible.
El funcionamiento del VHPC permite un uso más eficiente
de la alta densidad de energía de la pila y de la alta
densidad de potencia de la batería.
Cuando la demanda de potencia es alta, como en una
aceleración, las baterías proporcionan la potencia necesaria.
Cuando la demanda de potencia es baja, como en
condiciones de velocidad crucero, la pila proporciona la
potencia. Las baterías se recargarán durante los periodos de
baja potencia.
Así pues, dependiendo de los requerimientos de potencia y
de energía, la pila se podría diseñar bajo el punto de vista de
velocidad crucero, y la batería para proporcionar potencias
pico.
MODOS DE OPERACIÓN
a)
PILA
b)
PILA
BATERÍA
MOTOR
c)
PILA
MOTOR
d)
PILA
BATERÍA
MOTOR
MOTOR
ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO



COMPRIMIDO (350 bar)
LICUADO (-253 ºC)
HIDRUROS METÁLICOS
M  H2  MH2

NANOTUBOS
GASOLINA
REFERENCIA
H2 COMPR.
(34 – 69 MPa)
H2 LÍQUIDO
(20 K)
M. HIDRURO
FeTi (1,2%)
Energía (MJ)
664
664
664
664
Peso
Combustible
(kg)
13,9
4,7
4,7
4,7
Peso
(kg)
6,3
63,3-86
18,6
547,5
Peso
Sistema
Combustible
(kg)
20,4
67,9-90,5
23,3
552
Volumen (l)
18,9
409-227
178
189,3
Tanque
SEGURIDAD DEL HIDRÓGENO II
Experimento: M. Swain y Univ. Miami
1937 HINDERBURG
Vehículos de pila de hidrógeno
GM ElectroVan (1966)
• PRIMER vehículo de pila de combustible.
• Hidrógeno líquido subenfriado y oxígeno líquido.
• Pila de hidrógeno: Union Carbide 5KW.
• Velocidad punta: 112 Km/h.
• Autonomía: 240 km.
Vehículos de pila de hidrógeno
2008 – VOLKSWAGEN Tiguan HyMotion
Pila: 80 KW / PEM
Fabricante: Volkswagen
(HT-FC/ High Temperature)
Configuración Híbrida
Vel. Máx: 150 Km/h
Fuente: www.motordehidrogeno.net
Depósito H2: Gas a 700
bares
Capacidad: 3.2 Kg
Fabricante: Autonomía: 250 Km
Vehículos de pila de hidrógeno
2008 – RENAULT Scenic ZEV H2
Pila: 90 KW / PEM
Fabricante: Nissan
Configuración Híbrida
Vel. Máx: 160 Km/h
Fuente:
www.atzonline.com
Depósito H2: Gas a 360
bares
Capacidad: 3.5 Kg
Fabricante: Autonomía: 350 Km
Vehículos de pila de hidrógeno
2008 – GENERAL MOTORS Equinox
FCEV
Pila: 93 KW / PEM
Fabricante: GM
Configuración Híbrida
Vel. Máx: 160 Km/h
Fuente:
www.atzonline.com
Depósito H2: Gas a 700
bares
Capacidad: 4.2 Kg
Fabricante: Quantum
Autonomía: 320 Km
Vehículos de pila de hidrógeno
Mercedes B Fuel Cell (2010)
Pila PEM: 93 kW
Depósito H2: 700 bar
Capacidad: 3,7 Kg
Autonomía: 385 Km
Vehículos de pila de hidrógeno
Nissan X-TRAIL (2012)
Fuel
Type:
Compressed hydrogen gas
Storage
High-pressure Hydrogen tank
(35 Mpa)
Fuel Cell System
Type
PEFC (Polymer Electrolyte FC)
Max. Output (kW)
90
Supplier
Developed by Nissan
Battery system
Type
Compact Lithium-ion battery
(laminate type)
Electric traction system
Type
Coaxial motor integrated with
reduction gear
Max. power (kW)
90
Max. torque (Nm)
280
Perfomance
0-100 km (s)
10 sec
Top speed (km/h)
150
Operating range (km)
Over 370 km
PROYECTO CUTE: MERCEDES CITARO
PILA PEM FULLPOWER 205 kW, CGH2 350 bar
RESULTADOS PROYECTO CUTE (JUNIO 2003):
3 AUTOBUSES, 100.832 km recorridos, 391.713 pasajeros transportados, 29.201 kg de hidrógeno empleados
PROYECTO CITYCELL: IVECO CITYCLASS
HÍBRIDO CON PILA PEM 62 kW, CGH2 350 bar
EPISOL
Pila de combustible

Marca: Ballard

Pmáx = 1.2 kW

U = 26 V @ Pmáx
Banco de ensayos
EPISOL
VISIÓN EUCAR 2030
URBANO
COMARCAL
AUTOPISTA
VEHÍCULO CONVENCIONAL
VEHÍCULO HÍBRIDO
VEHÍCULO PLUG-IN
PURO ELÉCTRICO
PILA DE
PILA
DECOMBUSTIBLE
COMBUSTIBLE
MUCHAS GRACIAS
POR SU ATENCIÓN
José Mª López Martínez
Doctor Ingeniero Industrial
I CONGRESO DE LA
INGENIERÍA INDUSTRIAL