Academia Nacional de Ingeniería

Presentación del tema: "Academia Nacional de Ingeniería"— Transcripción de la presentación:

1 Academia Nacional de Ingeniería
7 de abril de 2015 Ing. Claudio Damiano TRANSPORTE ELÉCTRICO ESTADO ACTUAL Y PROSPECTIVA: LOS ACUMULADORES DE ENERGÍA Y SU RECARGA.

2 ESTADO ACTUAL DE LA TECNOLOGIA Y COSTOS
BREVE HISTORIA ESTADO ACTUAL DE LA TECNOLOGIA Y COSTOS PROSPECTIVA: LA ACUMULACION DE ENERGÍA Y LA RECARGA.

3 Historia del automóvil eléctrico
1828: Hungría Record mundial de velocidad, 105 km/h, en 1899. Le jamáis contente

4 Historia del automóvil eléctrico
Argumentos de venta: distinción y fácil manejo.

5 Historia del automóvil eléctrico
Edison Electric, 1913 Probó batería de Ni-Fe ! …pero: tarifas eléctricas fueron más caras que la nafta el mantenimiento de baterías, complicado la autonomía, escasa. … y apareció el arranque eléctrico!

6 ESTADO ACTUAL DE LAS TECNOLOGIAS DEL TRANSPORTE ELECTRICO A BATERÍAS

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8 El presente Pike´s Peak 2011: 515 km/h
China: 130 mill. – Mundo: 235 mill. 2015?: + de 700 km/h

9 La Formula e estructuras, motor y electrónica de control
En general … Tecnologías de estructuras, motor y electrónica de control están maduras. Las baterías y sistemas de recarga son las limitantes a la masificación

10 Primera generación: Segunda generación:
Con leves cambios en las plataformas existentes se acomodan el motor y el almacenamiento energía. Segunda generación: vehículos nacidos para el accionamiento a baterías

11 Esquemas de 2da. generación

12 Ventas mundiales de autos eléctricos
Stock global de EV’s: Source: Global EV Outlook 2015

13 Ventas mundiales de autos eléctricos
Source: Global EV Outlook 2015

14 TRANSPORTE ELECTRICO A BATERÍAS
DESARROLLO DE LAS TECNOLOGIAS DEL TRANSPORTE ELECTRICO A BATERÍAS

15 Quienes están investigando

16 Cuanto dinero se mueve en torno al EV?
Source: Global EV Outlook 2015

17 TRANSPORTE ELECTRICO A BATERÍAS
TECNOLOGIAS DEL TRANSPORTE ELECTRICO A BATERÍAS SISTEMAS DE TRACCION

18 Motores: Esquema mas utilizado
Brushless Con escobillas

19 Caso In-wheel

20 Doble estator

21 Motores 600 VDC ! Casi 450 HP Source: GKN-EVO

22 Motores múltiples Caso 2 motores: efecto diferencial

23 Motores múltiples Caso 4 motores: torque vectoring (ESP)

24 Caso 4 motores: torque vectoring (Super ESP, autoadaptivo, con frenado regenerativo)

25 Necesitan caja de cambios los EVs ?
Mantener al motor eléctrico cerca de su régimen óptimo puede ahorrar hasta un 15% de energía, pero … mas kilos y volumen, y menos confiabilidad.

26 TRANSPORTE ELECTRICO A BATERÍAS COMPARTIMIENTOS PARA BATERIAS
TECNOLOGIAS DEL TRANSPORTE ELECTRICO A BATERÍAS COMPARTIMIENTOS PARA BATERIAS

27 Investigación en compartimientos para baterías
Batería como parte de la estructura Sistemas de gerenciamiento de temperaturas Sistema de presurizacion / ventilacion Ejemplo: ventilación Caso: subida a 800 msnm. Una bateria que mide 100x50x30 cm, tendrá un volumen de 150 L, con 50 L de aire. Sin ventilación, subiria la presion interna en 90 mbar, que ejercerían 450 kg sobre la superficie de 0.5 m², rompiendo los sellos. Lo mismo pasa con salpicaduras de agua.

28 Investigación: compartimientos como
parte de la estructura

29 Investigación: Gerenciamiento térmico del pack de baterías:

30 Gerenciamiento térmico del pack de baterías:
dificultad para remover el pack del vehículo (battery swapping)

31 Investigación: Gerenciamiento térmico del pack de baterías de un Formula e

32 TRANSPORTE ELECTRICO A BATERÍAS
TECNOLOGIAS DEL TRANSPORTE ELECTRICO A BATERÍAS LAS BATERIAS

33 Baterias Li-ion

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35 Nuevas químicas Lithium-Titanate, Lithium-sulphur, Zinc-air,
Magnesium, Aluminium-ion, Lithium-air Nuevas químicas >400 Wh/kg 140 kg kg 140 Wh/kg* 170 Wh/kg* 200 Wh/kg* 200 kg kg Conventional Li-ion Batteries Año 2012 35

36 El 90% de las baterías de Li fabricadas actualmente son LFP

37 Ejemplo de modernas baterías
Anode: Silicon-Carbon Cathode: High Capacity Manganese Rich (HCMR™) Unique crystal structure Layered – layered: Ni, Co, Mn and Li2MnO3. Nanocoating enhance cycle life Innovation on particle morphology (size, shape, distribution, tap density & porosity) POROSIDAD

38 Avances en Electrolitos: Solid State

39 Quienes están investigando
Una sola empresa (GYuasa – Japón) invierte tanto como USA. Esfuerzos por transparentar el futuro:

40 Quienes están proveyendo
Inversión en manufactura de celdas

41 Geografía del Litio Afganistán?

42 Mercados de baterías

43 Costos y Precios

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45 LA RECARGA DEL AUTOMOVIL ELECTRICO.
SU IMPACTO EN LA RED. RECARGAS SOBRE EL EV O CON “BATTERY SWAPPING”? EN EL HOGAR? EN LA VÍA PÚBLICA? EN LA OFICINA? EN EL SHOPPING? A QUE VALORES LLEGARÁN LAS POTENCIAS DE CARGA? HABRÁ APOYO A LA RED (V2G - UPS)? SERÁN RECARGAS CON ENERGÍA LIMPIA? BATERÍAS DE MENOR COSTO COMPITEN CON PROYECTOS DE SMART GRID?

46 Recarga de baterías (EVSE)
Potencias de carga EU y USA: Normales entre 3 y 24 kW. Pero hay cargadores de 50 kW y Tesla vende el de 120 kW! Argentina: monofásico,10 A = 2.2 kW. Con conector especial y en Tarifa 1, puede llegar a 10 kW.

47 Estaciones de carga en la vía pública
En el mundo: 15000 de carga rápida 95000 de carga lenta

48 Actores involucrados en la recarga

49 SE TRABAJA EN MEJORAR LA
Recarga de baterías Conectores SE TRABAJA EN MEJORAR LA INTEROPERABILIDAD Y SEGURIDAD IEC 61851 MENEZES vs. CHADEMO

50 Aspectos Básicos de la IEC 61851
NORMAS Aspectos Básicos de la IEC 61851 Puente cultural entre la ingeniería automotriz y la eléctrica. Para diseñadores y fabricantes de vehículos y cargadores, y distribuidoras eléctricas. Describe características y condiciones de operación de cargador, conexión y vehículo, que aseguren a operador y terceros, cuando el EV esta puesto a tierra. En A.C. hasta 1000 V y en D.C. hasta 1500 V. La IEC es específica para conectores.

51 Comunicaciones durante la carga – SAE J 1772
NORMAS Comunicaciones durante la carga – SAE J 1772

52 Recarga rápida de baterías
Proyecto Tesla: 120 kW

53 Recarga a 450 kW !

54 RECARGA EN VEHICULOS PESADOS SIEMENS’ eHIGHWAY TEST TRACK GERMANY

55 Otros sistemas de Recarga: sin cables.
IEC 61980

56 Otra clase de recargas rápidas: cambio de electrolito

57 Otra clase de recargas rápidas:
String cell

58 Otra clase de recargas rápidas: String cell

59 Otra clase de carga rápida:
Range extenders Baterías Al-aire

60 VEHICULOS ELECTRICOS :
COSTOS DE ADQUISICIÓN Y OPERACIÓN

61 Formas de adquisición I3 + X5 Renault Zoe - battery not included

62 Costos adquisición (USA)

63 Costos abastecimiento
En Argentina: Nafta $11 / litro, 11 km/litro Cn= 1 $/km Electricidad (sin subsidio), 0.48 $/kWh, 9 km/kWh Ce=0.053 $/km Cn = 20 * Ce Efecto riqueza: más km recorridos

64 Costos para el sistema eléctrico por cada automóvil vendido
Para carga a 2.2 kW, 10 kWh/dia, en pico: 1000 u$s en distribución: suburbio y ciudad. 5000 u$s en generación: caso Ciclo combinado + transmisión + transporte gas + desarrollo yacimiento, ó 6000 u$s caso Hidro + transmisión.

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66 Efectos de la recarga - Ejemplo
PG&E presentó plan de puntos de carga en California (el mayor plan de USA) Costo estimado: U$S 654 millones (U$S 26mil por punto). Un cliente residencial típico pagaría sólo U$S adicionales por mes (en el período 2018 – 2022) Asociaciones de Consumidores rechazan que el Plan se pague con la Tarifa. Recordar que ya existen EV’s en el mundo.

67 Desafíos: Seguridad en vía pública
Tesla S World’s Safest Vehicle (NHTSA Test)

68 Desafíos: Seguridad

69 Como sigue la historia?

70 Desafíos Oportunidades
Tecnologías mejorando rápidamente, con poca información sobre velocidad de evolución Altos incentivos Impacto en la red eléctrica y en la seguridad en vía pública: adecuación de infraestructuras Oportunidades Automóvil abastecido con Nueva Generación limpia. Recarga administrada: V2G, carga bidireccional Optimización de smart grids Menos mantenimiento: Car sharing

71 Muchas gracias! Ing. Claudio Damiano