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CURSO DE INTRODUCCIÓN AL
Í ÉVEHÍCULO ELÉCTRICO
D. Luis Monzón Jaso
25 de mayo de 2011
COLEGIO OFICIAL DE INGENIEROS INDUSTRIALES DE NAVARRA
Arrieta 11bis, 5º -TL 948 22 86 00 - Fax 948 22 95 32 - 31002 Pamplona
Curso de Introducción al Vehículo Eléctrico
Luis Monzón JasoLuis Monzón Jaso
ZEVNA - Zero Emission Vehicles Navarra -
www.zevna.es
Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Navarra
Pamplona, 25/05/2011
1
Índice de contenidos
1. Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del siglo XIXdía nuestros días
2. Introducción a los vehículos eléctricos. Definición yconceptos básicos
3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
4. Situación actual del vehículo eléctrico
5 Caso práctico Estudio de viabilidad distintas alternativas5. Caso práctico. Estudio de viabilidad distintas alternativas
6. Vehículo eléctrico 2.0. Desarrollos actuales a partir de hojaen blancoen blanco.
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Curso de Introducción al Vehículo Eléctrico
1 Hi t i t d t d l hí l lé t i D l1. Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del siglo XIX a nuestros días.
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Presentación
Luis Monzón Jaso
Ingeniero Industrial Director y fundador de Zevna Zero Director y fundador de Zevna – Zero Emission Vehicles NavarraDi t d O i Ci d d Director de Operaciones Ciudad Agroalimentaria de Tudela
Service Engineer Rolls – Royce Marine España.
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´1.- Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del Siglo XIX a nuestros días
Prrimer vehículo eléctrico d l hi i 1838 R b
Experimento de Jedlik (1828 i )de la historia 1838. Robert
Davidson consigue mover una locomotora a 6 kmh sin
(1828, en imagen)
una locomotora a 6 kmh sin usar vapor ni carbón.
Entre 1832-39 Robert A d i t l iAnderson inventa el primer carruaje eléctrico con pila no recargableno recargable
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1.- Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del Siglo XIX a nuestros días
1880. Invención y i li ió d l
“La Jamais Contente”. P i hí l lcomercialización de las
baterías recargables. Comienzo del desarrollo
Primer vehículo en el mundo en superar los 100 Kmh 1899 ELÉCTRICOComienzo del desarrollo
del vehículo eléctricoKmh. 1899. ELÉCTRICO
En los primeros momentos d l t ió lde la automoción, los coches eléctricos superaban en relación 10:1superaban en relación 10:1 a los de gasolina
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1.- Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del Siglo XIX a nuestros días
Thomas Alva Edison, 1912. En 1912 Henry Fordintroduce el motor de arranquey la producción en cadena alos vehículos de gasolinalos vehículos de gasolina,consigiuiendo la implantacióndefinitiva de los vehículos decombustión.Hasta entonces, los vehículoslé t i h bí deléctricos habían superado a
los ruidosos, contaminantes,difíciles de manejar y pocodifíciles de manejar y pocofiábles vehículos de gasolina.
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1.- Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del Siglo XIX a nuestros días
Los híbridos aparecieron a l l lé i
1898. Autobús híbrido E ñ l E ili d lla vez que los eléctricos y
gasolina.Español. Emilio de la Cuadra
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1.- Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del Siglo XIX a nuestros días
Lohner-Porsche. Vehículo híb id i
Lohner – Porsche. 1899-1906 “S Vi ”híbrido serie.
Primer vehículo construido
1906 “Semper Vivus”
por Porsche
Primer vehículo hibrido de producción (300 unidades).
Primer vehículo tracción delantera
64 Km autonomía sólo eléctrico. (igual que Chevrolet Volt, 2010)
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1.- Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del Siglo XIX a nuestros días
Toyota RAV4 EV 1997Toyota RAV4 EV 1997
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1.- Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del Siglo XIX a nuestros días
Toyota Príus 1997
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1.- Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del Siglo XIX a nuestros días
Renault Kangoo Elect´road-El i i é
Citroen Saxo ElectriqueElectricité
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1.- Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del Siglo XIX a nuestros días
Reva-i. 200180 K h
T!ink City. 2008110 K h80 Kmh
80 Km autonomía. 110 Kmh160 Km autonomía
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1.- Historia y antecedentes del vehículo eléctrico. Del Siglo XIX a nuestros días
Nissan Leaf. 2010 Renault twizzy, 2011
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Curso de Introducción al Vehículo Eléctrico
2. Introducción a los vehículos eléctricos. Definición y2. Introducción a los vehículos eléctricos. Definición y conceptos básicos
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2. Introducción a los vehículos eléctricos. Definición y conceptos básicos
Vehículo eléctrico:
vehículo.(Del lat vehicŭlum)(Del lat. vehicŭlum).1. m. Medio de transporte de personas o cosas eléctrico, ca.(Del lat electrum y este del gr ἤλεκτρον(Del lat. electrum, y este del gr. ἤλεκτρον,
ámbar).1 adj Que tiene o comunica electricidad1. adj. Que tiene o comunica electricidad.2. adj. Que funciona mediante ella.
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2. Introducción a los vehículos eléctricos. Definición y conceptos básicos
Tipos de vehículo eléctrico
Vehículo eléctrico de baterías (BEV) Aquel cuya electricidad proviene de baterías Aquel cuya electricidad proviene de baterías
situadas en el propio vehículo y que se recargan mediante una fuente externa
Vehículo eléctrico pila combustible ¿Es propiamente un vehículo eléctrico? ¿Es propiamente un vehículo eléctrico?
Vehículo eléctrico de alimentación externa Aquellos alimentados por catenaria. (trenes,
trolebuses y afines)
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2. Introducción a los vehículos eléctricos. Definición y conceptos básicos
Tipos de vehículo eléctrico
Vehículo eléctrico de rango extendido (EREV)( )
Es aquel vehículo eléctrico al que se le ha instalado un pequeño generador de p q gcombustible con el objeto de aumentar la autonomía entre recargas del mismo. Se dif i d l hí l híb id ldiferencia del vehículo híbrido en los rangos de potencia del motor térmico y la filosofía del vehículo.del vehículo.
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2. Introducción a los vehículos eléctricos. Definición y conceptos básicos
Vehículo híbrido
híbrido, da.(Del lat hybrĭda)(Del lat. hybrĭda).1. adj. Dicho de un animal o de un vegetal:
P d d i di id d di ti tProcreado por dos individuos de distinta especie. U. t. c. s.
2. adj. Biol. Dicho de un individuo: Cuyos padres son genéticamente distintos con respecto a un mismo carácter.
3. adj. Se dice de todo lo que es producto de j q pelementos de distinta naturaleza.
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2. Introducción a los vehículos eléctricos. Definición y conceptos básicos.
Vehículo híbrido (HEV)
Aquel que cuenta con al menos dos propulsores alimentados con combustibles p pdiferentes. Por extensión, vehículo con un motor eléctrico y otro de combustión.y
Vehículo híbrido enchufable (PHEV)
Aquel vehículo híbrido que cuenta con la Aquel vehículo híbrido que cuenta con la posibilidad de recargar la parte eléctrica a partir de la redpartir de la red.
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2. Introducción a los vehículos eléctricos. Definición y conceptos básicos
Vehículo de pila de combustible.
Vehículo de combustión de H2. Motor térmico alimentado con H2 No es Motor térmico alimentado con H2. No es
eléctricoVehículo eléctrico alimentado por pila de Vehículo eléctrico alimentado por pila de combustible
Es aquel vehículo eléctrico cuya batería se Es aquel vehículo eléctrico cuya batería se sustituye por una pila de combustible
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Curso de Introducción al Vehículo Eléctrico
3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Motor Eléctrico Motor eléctrico DC
Es el encargado de mover el vehículo, al igual que haría el motor térmico.
No es comparable directamente con el motor térmico en términos de potencia absolutapotencia absoluta, eficiencia y prestaciones. La potencia nominal puede ser duplicada e incluso triplicada en cortos periodos de tiempoperiodos de tiempo
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Motores de Corriente C í
Motores de Corriente AlContínua
SerieAlterna
Asíncrono Shunt o Sepex
Compound Síncrono
Compound Pancake Brushless
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Motor DC Serie:I d id d d i d t t d iInducido y devanado inductor conectados en serie
Extraordinario para tracción. Altas potencias y pares
No apto para frenado regenerativoNo apto para frenado regenerativo
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Motor DC Shunt o SepEx:I d id d dInducido y devanado inductor conectados en paralelo o totalmenteparalelo o totalmente independientes.
Menores Menores potencias que el Serieel Serie
Apto para frenadofrenado regenerativo
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Motor DC Imanes P L b biPermanentes. Las bobinas del estator son sustituidas por imanes permanentespor imanes permanentes
Pequeñas potenciaspotencias
Diseño tipo tarta o “Pancake”
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Motor DC sin escobillas “b hl ”“brushless”.
No son propiamente motores DC. Tampoco AC
Frecuentemente usados para accionamiento directo a la rueda
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Motor AC
Mayor eficiencia globlal pero menor eficiencia pico
MenorMenor posibilidad de sobrecargasob eca ga
Regen
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Tipos de Motor Eléctrico Corriente Alterna
Motor AC Asíncrono Rotor Jaula de Ardilla Rotor Jaula de Ardilla Rotor Bobinado
M t AC Sí Motor AC Síncrono Rotor liso Polos salientes
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Ventajas motor eléctrico Vs. Combustión
Par máximo a 0 rpmRendimiento estable a distintos rangos Rendimiento estable a distintos rangos
Posibilidad sobrecargas Escaso o nulo mantenimiento Nulo ruido o vibraciones Nulo ruido o vibraciones
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
El controlador es un dispositivo o conjunto de dispositivos para governar,conjunto de dispositivos para governar, de manera predeterminada las prestaciones de un motor eléctrico. Un pcontrolador puede incluir un método, manual o automático para arrancar y yparar el motor, seleccionar el sentido de giro, regular o limitar la velocidad de giro, regular o limitar el par y proteger al motor de sobreesfuerzos.
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Control de motores DC.
SCR, control mediante tiristores
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Control SCR
SCR, control mediante tiristores. Alimentación AC de un motor DC Se rectifica Alimentación AC de un motor DC. Se rectifica
la onda y el disparo del tiristor indica cuánto de la onda original pasa al motor, controlando, de esta manera, su potencia.
Muy utilizado en control de equipos de muy y q p yalta potencia (locomotoras, barcos...)
No utilizado en Vehículos al ser la fuente DCNo utilizado en Vehículos al ser la fuente DC
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Control de motores DC.
PWM, control del ancho de pulso
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Esquema conexión controlador motor series DC
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Esquema conexión controlador motor SepEx DC
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Esquema conexión controlador motor PM DC
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Control de motores AC.
Generaión de corriente alterna a partir de corriente contínua
Control de ondas de tensión / intensidad.
Estrategias de control AC
Variación de frecuencia Control vectorialControl vectorial
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Ejemplo de controlador instalado en vehículo
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
El frenado regenerativo
Principio de reversibilidad de la máquina eléctrica. Transformación en generacióng
No es posible en motor serie DCP it l l t í 15% d Permite alargar la autonomía un 15% de media.
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Motor DC serie frenado regenerativo
Bobinados de rotor y estator en serie. Motor no excitado si no hay alimentacióny
Colector “calado” con avance para aumentar eficienciaaumentar eficiencia
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico. Motor eléctrico. Resumen
Motor DC Motor AC
Mayor potencia y relación nominal-pico
Mejor eficiencia global
Producen frenadoEscobillas salvo brusless
DC Serie no es capaz de
Producen frenado regenerativo
Mas costosos de adquisiciónDC Serie no es capaz de producir frenado regenerativo
Mas costosos de adquisición y control
No requieren mantenimientoEn general, sencillos de
controlar. Robustos
No requieren mantenimiento
“Escuela Europea”
“Escuela Americana”
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Batería
Dispositivo que almacena energía eléctrica mediante procesos electroquímicosp q
Procesos Red-OxT d b t í t d l t d Todas baterías constan de electrodos (ánodo y cátodo) y electrolito. Se clasifican en función de estosen función de estos
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Un poco de historia...
1800. Volta inventa la pila
1860 Aparece la batería de
1970. Se comienza a comercializar la batería de 1860. Aparece la batería de
Plomo-Ácido
1899 Aparece la batería de
Li, con distintas formulaciones en el cátodo
1899. Aparece la batería de Ni-Cd
1903 Edison patenta la pila
1989. Aparece en el mercado la primera batería Ni-Mh
1903. Edison patenta la pila Ni-Fe
1912 Comienza la
1996. Se lanza al mercado la primera batería Li-Po
1912. Comienza la experimentación con pilas de Litio
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Características tecnológicas de las baterías
Voltaje nominalCapacidad Vs Velocidad de descarga Capacidad Vs. Velocidad de descarga
Profundidad de descarga Intensidad máxima de carga y descarga Vida estimada Vida estimada Caida de tensión en servicio
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Voltaje nominal
Se conoce como valor nominal a la diferencia de potencial entre bornes.p
Derivada del potencial redoxEl l l d i i f i El valor real puede ser superior o inferior, en función del estado de carga. De hecho, la diferencia de potencial real es la manerala diferencia de potencial real es la manera mas directa de medir el estado de carga de la bateríala batería.
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Capacidad Vs. Velocidad de descarga
Capacidad, Ah. Amperios-horaVigilar en que tabla de tiempo se da la Vigilar en que tabla de tiempo se da la capacidad. Normalmente es c20 (20 horas de descarga o incluso c100) Una bateríade descarga o incluso c100). Una batería de 100 Ah C100 puede dar 1 A durante 100 h pero no 100 A durante 1h Valor100 h, pero no 100 A durante 1h. Valor tabuladoLA VELOCIDAD DE DESCARGA AFECTA LA VELOCIDAD DE DESCARGA AFECTA A LA CAPACIDAD EFECTIVA DE LA BATERÍABATERÍA
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Profundidad de descarga
Cantidad de energía usada respecto de la nominal entre recargasg
Siempre menor 100% y típica 70-80%L f did d d d f t La profundidad de descarga afecta negativamente a la vida de la batería. Mayor profundidad menor vidaMayor profundidad = menor vida.
Algunas baterías presentan efecto memoria
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Intensidad máxima de carga y descarga
Relacionado con la capacidadC10 → descarga en 10 horas pero C10 → descarga en 10 horas, pero
1C → carga/descarga a una tasa similar a l id d ( i 100 Ah d d 100la capacidad (si 100 Ah, descarga de 100 A)
Típicamente se carga a 0,1-0,5 C y se descarga como máximo a 3C.
No cualquier batería sirve para cualquier aplicación. Dimensionado por C, no por Ahp p , p
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Vida estimada
Totalmente dependiente de los parámetros Totalmente dependiente de los parámetros anterioresL id fi 20% d é did d La vida se refiere a un 20% de pérdida de capacidad
De 100 a >10.000 ciclos en función de la tecnología y uso.
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Batería de Plomo-Acido
Electrodos de plomoElectrolito disolución de H2SO4 al 33% Electrolito disolución de H2SO4 al 33%
Son las baterías mas baratas y extendidas Baja densidad de energía Corta expectativa de vida ( 500-800 ciclos) Corta expectativa de vida ( 500 800 ciclos)
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Baterías de Plomo AGM (absorved glass material)
Variación de las baterías de Pb-Acido en las que el electrolito está empapado en q p puna matriz de fibra de vidrio.Son baterías selladas que no desprenden Son baterías selladas que no desprenden H2, al recombinarse internamente.
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Baterías de Plomo GEL
Variación de las baterías de Pb-Acido en las que el electrolito se encuentra en forma qde Gel. Son baterías selladas que no desprenden Son baterías selladas que no desprenden H2, al recombinarse internamente.Mejores características que AGM Mejores características que AGM
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Ventajas AGM-GEL (VRLA) frente a PB-Acido
Plomo puro el los electrodos, y mas fino por no tener que soportar su propio peso gracias a la construcción sandwich
No se derraman
Mejor densidad de energíaMejor densidad de energía
Mayor velocidad de descarga posible
Sin mantenimiento
Funcionamiento a bajas temperaturas, especialmente GELj p , p
Resistente a vibraciones
Montaje en c alq ier posiciónMontaje en cualquier posición69
3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Baterías de Níquel
– 1899, Waldemar Junger inventa la batería de Niquel-CadmioNiquel Cadmio
● Electrodos de Niquel (A)-Cadmio (K) con un electrolíto de hidróxido de potasio (KOH)electrolíto de hidróxido de potasio (KOH)
– Junger y mas tarde Edison, investigan la tit ió d l C d i Hisustitución del Cadmio por Hierro.
– Años 70. Desarrollo de las baterías Ni-H para ptecnología espacial. Derivan en las baterías Ni-MH cuya comercialización a gran escala y gcomienza a finales de los 80
1
3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Ventajas de las baterías ● Inconvenientesbase Ni frente al plomo
● Mejor capacidad● Extremadamente pesadas
y voluminosasj p
● Vida extremadamente larga
P d
y
● Mayor producción de H2 que otras baterías
● Pueden permanecer descargadas o sobrecargarse sin daño
que otras baterías
● Carga y descarga extremadamente lentassobrecargarse sin daño extremadamente lentas
● Baja eficiencia de ciclo
● Mantenimiento
● Reltivamente alta● Reltivamente alta autodescarga
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Ejemplo características baterías NI-Fe (Ironcore)
3
3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Baterias Ni-Cd ● DesventajasMejor capacidad y vida que
las de plomo
j
Efecto memoria
C tp
Baja resistencia interna, permiten descargas a tasas
Coste
Uso del Cadmio, altamente permiten descargas a tasas altas
Muy buen comportamiento
contaminante
Prácticamente erradicadas y Muy buen comportamiento frente a maltrato y abuso
ysustituidas por NiMH
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● NiMH ● Usada ampliamente en la
● Alta densidad volumétrica
Alta capacidad
actualidad en vehículos híbridos
● Alta capacidad carga/descarga. Hasta 20C ● Usada en los VE de los 90
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Baterías de Litio
● Multitud de combinaciones, en la práctica sólo se usan ampliamente dosp
– Li-Po, o lítio polímero● Especialmente usada en pequeños dispositvos
(teléfonos, gps, etc)
– LiFePO4, o Li-ion de manera genérica● Especialmente utilizado en vehículos eléctricosp
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Ventajas baterías de Li ● Inconvenientes
● Alta capacidad (>4 x Pb)
Bajo peso (¼ Pb)
● Coste elevado
No se pueden descargar o● Bajo peso (¼ Pb)
● Larga vida (incluso >3000 i l )
● No se pueden descargar o sobrecargar mas allá de unos valores, o se provocaciclos) unos valores, o se provoca su destrucción
Pueden presentar● Pueden presentar distorsión dimensional en la carga-descargag g
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Curva de carga típica bateria Litio
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Otros desarrollos baterías de Litio
● Li-Aire. Uno de las mas prometedoras líneas de investigación actual, en las que el cátodo es el propio g q p poxígeno ambiental. Posibilidad de gran reducción de peso, con el consiguiente aumento de la densidad energética, i l 100 b l j l t lincluso 100 veces sobre los mejores valores actuales
● Reformulaciones de LiFePO4.
– A123D K kh– Dow Kokham
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Otros desarrollos de baterías
● Baterías de sales fundidas (Zebra)
Funcionan a 270 300ºC● Funcionan a 270-300ºC●
Baterías de electrolito intercambiable ZnBr
S bi d l l t lit t d● Se recargan cambiando el electrolito gastado por regenerado → recarga en “gasolinera”
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Es el dispositivo encargado de suministrar energía eléctrica en cantidad y calidad a las bateríascalidad a las baterías
● Específicos para cada tipo d b t íde batería
● Incluso “inteligentes” y con comunicación con el resto de elementos del vehículo
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Funciones del cargador
Suministrar CARGA a la batería– Suministrar CARGA a la batería– Optimizar la tasa de carga (ESTABILIZAR)– Detectar cuando parar (TERMINAR)
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Tipos de cargadores
SencilloFl t ióFlotaciónTemporizadoInteligenteP l (i l l i )Pulso (incluso pulso inverso)
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Cargador inteligente
●
Monitoriza constantemente la tensión, la intensidad y el tiempo de carga y lo compara conforme unas curvas
d i l l t l d t tiprecargadas o incluso realza un control adaptativo en funcion de consignas.
●
Distintos mapas (tensión-intensidad-tiempo) de carga en f ió d l ti d b t ífunción del tipo de batería.
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Características constructivas de los cargadores
– Método de control de la tensión aplicadaEfi i i– Eficiencia
– Corriente de arranque– Cos FI
C lid d d t ió d lid– Calidad de tensión de salida– ...
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Estandarización del enchufe de carga.
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
Í (EL MONITOR DE BATERÍA O BMS (BATTERY MANGEMENT SYSTEM)
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Una batería está compuesta por asociaciones en serie y/o paralelo de distintos elementos individuales
● Hay que procurar mantener todos los elementos con el y q pmismo estado de carga (voltaje) para conseguir un funcionamiento adecuado de la batería.
● Antiguamente, cargas de igualación
Especialmente sensibles son las baterías Li no se pueden● Especialmente sensibles son las baterías Li, no se pueden sobrecargar ni descargar → destrucción del elmento.
Control individualizado de cada elemento bms● Control individualizado de cada elemento → bms
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Funciones del BMS
– Vigilar que la tensión entre bornes de CADA ELEMENTO no supere un valor máximo ni caigaELEMENTO no supere un valor máximo ni caiga por debajo del valor mínimo.S i C D– Supervisar Carga y Descarga.
– Avisar y si procede interrumpir procesoy p p p– IGUALAR los valores de carga de cada una de
las celdas que componen la bateríalas celdas que componen la batería– Adicionalmente pueden efectuar control de
t t d t d d idtemperatura y de estado de carga y vida.– Fisicamente incluye el BMS y el controlador
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Tipos de BMS
– PasivoCuando el valor de voltaje llega a un valor fijado el● Cuando el valor de voltaje llega a un valor fijado, el bms bypassea la celda
A ti– Activo● Cuando el valor de voltaje llega a un valor fijado,
activa una derivación. Igualación.
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Tipos de BMS
– DistribuidoUn módulo para cada celda un único cable de● Un módulo para cada celda, un único cable de conexión con el controlador
C t li d– Centralizado● Un único modulo central con conexiones a cada celda
– ModularVarios módulos centralizados● Varios módulos centralizados
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Estrategias de control e igualación
Top balancing Cargar todas las celdas por igual– Top balancing. Cargar todas las celdas por igual hasta el mismo punto.
– Bottom balancing Descargamos todas lasBottom balancing. Descargamos todas las celdas hasta el mismo punto
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Habitualmente los cables se calculan por la intensidad máxima que han de soportar, con una caida típica máxima 3%. Se redondea al inmediatamente superior en tabla
● La sección es igual a la potencia por dos veces la longitud● La sección es igual a la potencia por dos veces la longitud dividido por la caida de tendión que quieres, la tensión de alimentación y 56 si es de cobre )
S (P*2L)/V*CaidaV*56 xxx mm2● S= (P*2L)/V*CaidaV*56= xxx mm2
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Características principales
– Cables secciones importantesCOLOR NARANJA C difi d l– COLOR NARANJA. Codificado como color para cables de alta tensión en vehículos
– Cables ultraflexibles– Generalmente apantallados para evitar– Generalmente apantallados para evitar
propagación interferencias electromagnéticas
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Contactor
● Corte de la alimentación principalp p
● Seleccionado en función de la intensidad nominal,la intensidad nominal, máxima y de desconexión
Ver hoja con características● Ver hoja con características
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Resistencia de precarga en paralelo con los terminales del contactor
●
– Precargar los condensadores del controladorE it l i d i t id d ió j d bid– Evita el pico de intensidad a conexiónj debido a condensadores totalmente descargados. “inrush current”
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Fusibles
Dimensionados para soportar las corrientes– Dimensionados para soportar las corrientes máximas.
– Similares considerarciones a instalaciones eléctricas convencionales
– Corriente máxima menor a la de ruptura del contactorcontactor
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Interruptores inerciales
No especifico EV pero en● No especifico EV, pero en EV actúa abriendo contactor principalcontactor principal
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Bomba eléctrica de vacío asistencia frenado
● Mantener la asistencia al frenado original
● Arranque y paro por● Arranque y paro por interruptor de vacío
Con o sin reservorio● Con o sin reservorio
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Climatización del vehículo
● Se hace preciso instalar una fuente de calor alternativa al desaparecer la refrigenerción del motorp g
– Resistencias– Calentadores de agua eléctricos– Sistemas bomba de calor– Calefactores auxiliares gas/gasolina/gasóleo– PROGRAMABLES– Consumen energía bat. Pral salvo los deConsumen energía bat. Pral salvo los de
combustión 50
3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Aire acondicionado
– Motor eléctrico auxiliar acoplado a compresorC ífi ti f i ífi– Compresor específico tipo frigorífico
– Soluciones bomba de calor en f: COP>1, con el objeto de disminuir el gasto en climatización.
– Programable– Programable
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Dirección asistida
– Bomba eléctro-hidráulica auxiliarhidráulica auxiliar.
– Actualmente tili dutilizada
ampliamente en hí l tá dvehículos estándar
para ahorro étienergético
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3. Elementos constructivos exclusivos del vehículo eléctrico
● Conversor DC/DC
● Alimenta a la batería 12V para alimentar los servicios pauxiliares.
● Reemplaza al alternador● Reemplaza al alternador
● Potencia típica a partir 250W250W
● Carga y mantiene batería principal que es la queprincipal, que es la que suministra los picos de cargacarga.
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Curso de Introducción al Vehículo Eléctrico
4 Situación actual del vehículo eléctrico4. Situación actual del vehículo eléctrico
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4. Situación actual del vehículo eléctrico
● ACCESOA CATÁLOGO OFICIAL MOVELE:
● http://movele.ayesa.es/movele2/muestraVehiculos.php#
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4. Situación actual del vehículo eléctrico
VISION MERCADO ACTUALTRANSFORMACIONES VEHÍCULOS COMBUSTIÓN
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4. Situación actual del vehículo eléctrico
● Opción emergente debido a la escasa oferta de vehículo nuevo.
● Solución a endurecimiento de legislación medioambientalg
● Vehículos clásicos / usos especiales
R t fitti fl t ti● Retrofitting flotas cautivas
● Homologación posible vía reforma de importancia
● Ver brevemente el manual de reformas.
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4. Situación actual del vehículo eléctrico
● Ayudas directas a la compra
● Se destinan 72 millones de euros a ayudas a adquisición de vehículos eléctricos. El Gobierno subvencionará hasta el 25% del precio de venta con un máximo de 6000€, que incluye las baterías. Estas ayudas van destinadas tanto a t i f t hí l i d t i lturismos como furgonetas, vehículos industriales y autobuses eléctricos. La solicitud de la ayuda se realizará a través de los gestores de ventas (concesionarios) Lastravés de los gestores de ventas (concesionarios). Las solicitudes serán atendidas por orden de presentación hasta el 30 de noviembre de 2011.
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4. Situación actual del vehículo eléctrico
● Gestor de carga
● Aparece la figura del gestor de carga como “vendedor” de electricidad, pudiendo ser empresas eléctricas o cualquier p p qparticular (revendedor). Pongamos como ejemplo aparcamientos de comunidades, Centros Comerciales… i d i ibl t i d llsiendo previsible que este negocio se desarrolle como una
actividad secundaria. Este es quizás el mejor punto de las medidas ya que seguramente provoque la instalación demedidas ya que seguramente provoque la instalación de más puntos de recarga.
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4. Situación actual del vehículo eléctrico
● Tarifa de acceso Supervalle
● Como medida complementaría a la anterior, se crea un nuevo periodo de discriminación horaria para las horas de p pmenor demanda de energía eléctrica del sistema. Ahora el valle comprende desde la 1 de la madrugada a las 7 de la
ñ Al t if d t t lmañana. Al ser una tarifa de acceso, tanto los consumidores en el mercado libre, como los acogidos a tarifa de último recurso (TUR) podrán optar a ella y disfrutartarifa de último recurso (TUR) podrán optar a ella y disfrutar de un mejor precio de venta del kWh.
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4. Situación actual del vehículo eléctrico
● Ayudas adicionales
– Exencion de aparcamiento ORA en cudades como Madrid Sevilla Pamplonacomo Madrid, Sevilla, Pamplona...
– Ayudas regionales adicionales, incluida la t f ió (N V l i )transformación (Navarra, Valencia... )
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5. Futuro del V.E.
● Aumento progresivo de la autonomía en f:
– Desarrollo baterías (Li-Air parece el desarrollo mas prometedor)mas prometedor)
– Desarrollo de baterías de electrolito recambiable– Estaciones de intercambio tipo Betterplace– Restricciones ambientales al vehículo– Restricciones ambientales al vehículo
convencionalR t i i i d fi lid d– Restricciones recarga privada - fiscalidad
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Curso de Introducción al Vehículo Eléctrico
6. Caso práctico. Cálculo y selección de p ycomponentes de un vehículo eléctrico
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6. Caso práctico. Cálculo y selección de componentes de un vehículo eléctrico
● Recopilación de necesidades del cliente
– AutonomíaP t i– Prestaciones
– Tipo de uso (urbano-periurbano-autovía)( )– Recopilación datos vehículo
E t di d i bilid d té i– Estudio de viabilidad técnica
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6. Caso práctico. Cálculo y selección de componentes de un vehículo eléctrico
● Diseño preliminar según ratios
– Comprobación pesos y volúmenesC b ió t i– Comprobación prestaciones
– Recálculo– Afino
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6. Caso práctico. Cálculo y selección de componentes de un vehículo eléctrico
● Energía necesaria para mover un vehículo
– Resistencia aerodnámica.½ ρ S Cx V^2● ½ ρ·S·Cx· V^2
● P=F·V
– Resistencia de rodadura● Cr·N (Cr usualmente 0,03, rueda sobre asfalto.)( , , )
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6. Caso práctico. Cálculo y selección de componentes de un vehículo eléctrico
– Variaciones de energía debidas a la aceleracióng● Aumento energía cinética. ½ · m · V^2
Variaciones de energía debidas al cambio de– Variaciones de energía debidas al cambio de cota. m·g·h o F = m·g·pendiente
– F·V = Potencia.– P·t = EnergíaP t Energía
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6. Caso práctico. Cálculo y selección de componentes de un vehículo eléctrico
● Dimensionado motor
– Potencias según cálculoV l id d d i– Velocidad de giro
– Velocidad máxima– Pendiente superable en funcion del desarrollo
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6. Caso práctico. Cálculo y selección de componentes de un vehículo eléctrico
● Dimensionado sistema baterías
– TipologíaC id d– Capacidad
– Volumen– Peso
Di t ib ió– Distribución– Comprobación energía real disponiblep g p
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6. Caso práctico. Cálculo y selección de componentes de un vehículo eléctrico
● Cálculos auxiliares
– Reparto pesosDi i d bl– Dimensionado cables
● Recálculo prestaciones en f: del peso del conjunto mas ocupantes.
– Comprobación cumple condiciones máximas p pfichta técnica
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6. Caso práctico. Cálculo y selección de componentes de un vehículo eléctrico
● RESUMEN PROCESO CÁLCULO:
– Recopilación de datosCál l d id d– Cálculo de necesidades
– Dimensionamiento inicial– Recálculo de comprobación según datos calculo
inicialinicial
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