La innovació es mou amb l'electricitat

La innovació es mou amb electricitatAvenços tecnològics en vehicles elèctrics

Febrer de 2015

Concepte, elaboració de continguts i disseny

ContingutsEls reptes tecnològics de la mobilitat elèctrica 3Els reptes tecnològics de la mobilitat elèctrica

Bateries

3

4

Modalitats de recàrrega

Tracció mecànica

11

18Tracció mecànica

Per saber-ne més 20

18

La innovació es mou amb electricitat. Avenços tecnològics en vehicles elèctrics 2

El t t lò iEls reptes tecnològics de la mobilitat elèctricaEls vehicles elèctrics no constitueixennomés un canvi tecnològic sinó quecomporten un canvi de paradigma dela mobilitat La implantació del vehicle

Reptes tecnològics

BATERIES MODALITAT DE RECÀRREGA

TRACCIÓ MECÀNICAla mobilitat. La implantació del vehicle

elèctric ha de fer front tant a reptestecnològics com a reptes socials ieconòmics o de mercat.

BATERIES RECÀRREGA MECÀNICA

Tecnologies innovadores comercialitzades elsEn el cas dels reptes tecnològics, elsgrans avenços se centren en laresolució de les limitacions tècniquesi econòmiques entorn les bateries,

Tecnologies innovadores comercialitzades els darrers 3-4 anys

i econòmiques entorn les bateries,les modalitats de recàrrega i latracció mecànica.

Mitjançant tecnologies innovadores Reptes socials i econòmics

Tecnologies emergents i de futur

Mitjançant tecnologies innovadorescomercialitzades els darrers 3-4 anysi tecnologies emergents i de futur, elvehicle elèctric esdevindrà una opció demobilitat viable, competitiva i més

Reptes socials i econòmicsRendibilitat atenent el sobrecost inicial del vehicle.Oferta de vehicles i punts de recàrrega.Reconversió del sector de l’automòbil i d’altres sectors


mobilitat viable, competitiva i méssostenible.

Reconversió del sector de l automòbil i d altres sectors auxiliars.

BateriesBateriesCapacitat, autonomia i recàrrega

Quants km puc recórrer amb un vehicle elèctric

sense necessitat de recàrrega?

Com emmagatzemar l’energia elèctrica

del vehicle sense limitar les seves prestacions?

Com carregar la bateria perquè no suposi una pèrdua de temps i de

comoditat per a l’usuari?

AUTONOMIACAPACITAT• Capacitat de càrrega

RECÀRREGA

p

• Volum i Pes• Eficiència• Capacitat

d’emmagatzematge• Nous tipus de bateria

• Capacitat de càrrega• Potència pic• Densitat energètica• Durabilitat • Cost• Materials i reciclabilitat

• Tipus de connector• Disseny• Accés a estacions de

recàrrega• Cicles de recàrrega

La innovació tecnològica permetrà avançar paral·lelament en la resolució d’aquests tres aspectes, íntimament relacionats entre sí, on les bateries esdevenen la peça central.

• dels components

Bateries més lleugeres, amb menys temps de recàrrega i amb més capacitat d’emmagatzematge d’energia; permetran més autonomia i recàrregues més ràpides i

distribuïdes.


Bateries

Tipologia Avantatges Desavantatges

BateriesTecnologies actuals i emergents

De manera genèrica les famílies deTipologia Avantatges Desavantatges

Àcid/Plom Econòmiques Requereixen mantenimentPes elevatNecessiten rodatge

De manera genèrica, les famílies de bateries es classifiquen en:

• Bateries en medi aquós àcid (bateries de plom), o alcalí (bateries de níquel-cadmi, níquel-hidrur metàl·lic -Ni-MH) g

Gel de plom EconòmiquesNo tenen manteniment

Pes elevatNecessiten rodatge

Níquel/Cadmi (NiCd) EconòmiquesNo tenen manteniment

Tenen efecte memòria

• Bateries en medi orgànic en fase líquida (ió de liti, liti-fosfat)

• Bateries en medi polímer (liti/metall polímer).

En aplicacions industrials i de

Níquel/Metall (NiMH) EconòmiquesNo tenen manteniment

Tenen efecte memòria

Ions de liti (LiIon) No tenen efecte memòriaMés densitat d’energia per pes i

Preu elevat

En aplicacions industrials i de sistemes de transport, les bateries basades en el liti estan substituint ràpidament les d’àcid-plom i les de níquel-hidrur metàl·lic (Ni-MH).

g p pvolum

Polímers de liti No tenen efecte memòriaMàxima densitat d’energia per pesi volum

Preu elevat

P lí d G fè D it t èti lt l d E f d

Bateriescomercialitzades en els darrers 3-4 anys

Polímers de Grafè Densitat energètica molt elevadaLlarga vida útil

Encara en fase de recercaOcupen massa volum, limitant l’autonomia

Supercondensadors Resposta dinàmica ràpidaAlta eficiència del cicleB i t i it t d l t i l t

Encara en fase de recercaEl voltatge varia amb l'energia

t d

Bateries en fase de recerca i

desenvolupament


Baixa toxicitat dels materials emprats emmagatzemada

Font: Elaboració pròpia a partir de Espai compra verda. Vehicles elèctrics. Club EMAS.

BateriesBateriesMillorar l’autonomia, una constant en la història del vehicle elèctric

L’any 1891 W. Morrison va fabricar un dels primervehicles elèctrics dels Estats Units d’Amèrica, ambun motor de 4 CV que podia transportar 10un motor de 4 CV que podia transportar 10persones a una velocitat de 32 km/h i gaudia d’unaautonomia de 80 km.

Cent vint anys després en el 2010 es van assolirCent vint anys després, en el 2010, es van assolirautonomies de 200-250 km. En l’actualitat ja escomercialitzen models de cotxes elèctrics ambautonomies superiors als 400 km.

Quan conduirem vehicles elèctrics amb autonomies de 800‐1.000 km?


BateriesBateriesAutonomia dels principals models de cotxes elèctrics en el mercat

Tesla Model S 435 km

BYD E6280 k

Volkswagen e-GolfNissan LEAF

BMW i3190 km

280 km

Kia Soul210 km

Nissan eNV200170 km

Ford Focus ElectricRenault Fluence ZE

Renault Zoé200 km

Volkswagen e-Up!Renault Kangoo ZE

160 km Citroën C-Zero / Peugeot ion: 150 kmRenault Twizy: 100 kmSmart Fortwo ED: 135 km


Bateries

Les bateries de polímers de liti basen el seu

Bateries Polímers de liti

Les bateries de polímers de liti basen el seufuncionament en quatre components bàsics: uncol·lector de corrent; un càtode compost per òxid devanadi, carbó i polímer; un electròlit (POE: polioxiatilè isals de liti); i un ànode de liti metàl·lic La sevasals de liti); i un ànode de liti metàl lic. La sevaautonomia pot arribar als 400 km.Qui: LG Chemical CO i Renault. Aparentment s’estàdesenvolupant per a Tesla i General Motors.Quan: 2016.

El model de cotxe Kia Soul EV de Kia Motors, ja comptaamb aquesta tecnologia. Disposa de cel·les de polímersde liti amb càtodes de Níquel, Cobalt i Manganès.

Amb una densitat energètica elevada de 200 Wh/kg iuna autonomia de 210 km, aquest vehicle ja es troba almercat.


Bateries

Aquestes bateries tenen una densitat energètica molt

Bateries Polímers de grafè

Aquestes bateries tenen una densitat energètica moltelevada, una vida útil que dobla la de les bateriesd’ió liti, una recàrrega de 8 minuts, són un 77% mésbarates que les anteriors, i amb una possibleautonomia de 800 1 000 km El seu principalautonomia de 800-1.000 km. El seu principaldesavantatge és que encara ocupen massa volum,de manera que en la majoria de cotxes l’autonomiareal estaria limitada a 500 o 600 km.Qui: Graphenano, empresa espanyola que produeixgrafè industrial des de 2012; la Universitat deCórdoba; i Grabat Energy, una altra empresaespanyola que fabricarà les cel·les de bateria.Quan: 2017-2018.

El grafè

El grafè és carboni pur, però amb una estructura químicadiferent (és el que s'anomena al·lòtrop). És un dels nous

t i l é t d d' t l Dmaterials més prometedors d'aquest segle. Des que esva descobrir el 2004, descobriment que va suposar elPremi Nobel de Física uns anys després, s'han realitzatdiferents treballs de recerca per a la seva aplicació enbateries i supercondensadors.


Bateries

Nou sistema de capacitat anomenat Electrical Energy Storage

Bateries Supercondensadors

Nou sistema de capacitat anomenat Electrical Energy StorageUnits (EESU), que es basa en l’aplicació de supercondensadors;que permet subministrar energia per a un cotxe petit amb unaautonomia de 450 km. Es tracta d’un sistema basat enceràmiques i fabricat amb tècniques de circuits integrats adherint

Una revolució en el sector de l’electromobilitat:

Reduir el pes, minimitzar el temps de recàrrega, ceràmiques i fabricat amb tècniques de circuits integrats, adherint

grans de pols de cristall de titanat de bari (amb molt altapermitivitat) sobre la ceràmica.Qui: EEStor, Cedar Park, Texas.

incrementar la durabilitat, reduir els materials tòxics i

Obtenir una autonomia de més de 450 km!

Quan: No s’ha demostrat encara la seva viabilitat. Existeix certescepticisme entre els experts.

SupercondensadorEESU

NiMH Plom àcid Ions de liti

Pes (kg/lliura) 135/300 780/1716 1660/3646 340/752Un supercondensador és un condensador elèctric que incrementa la seva capacitat d’emmagatzematge d’energia mitjançant plaques rugoses de materials com el carboni o el grafè, a escala nanomètrica,.

Pes (kg/lliura) 135/300 780/1716 1660/3646 340/752

Volum (litres/polzada cúbica) 74.5/4541 293/17,881 705/43,045 93.5/5697

Rati d’autodescàrrega 0.02%/30 dies 5% / 30 dies 1% / 30 dies 1% / 30 dies

Temps de recàrrega del 100% 3-6 min > 3.0 h 3-15 h > 3.0 h

R d ió d l i l d id C M lt l t El t M lt l t

Mentre altres sistemes, com les bateries convencionals, tenen una resposta lenta, tant per disposar d’energia (sigui arrancada forta o pujada) com per captar-la (frenada); els supercondensadors tenen una resposta

Reducció del cicle de vida en funció del temps que no es fa servir la bateria

Cap Molt elevat Elevat Molt elevat

Materials tòxics Cap Sí Sí Sí

Efecte de la temperatura sobre la capacitat d’emmagatzematge

Negligible Elevat Molt elevat Elevat


p pdinàmica molt ràpida.

Comparativa de característiques de bateries de supercondensadors amb d’altres bateries. Font: adaptació i traducció a partir d’informació de la Wikipedia.

la capacitat d emmagatzematge

Modalitats de recàrregaModalitats de recàrrega Ràpida, lenta, nocturna

Sabies que...

• Ara es pot recarregar el 65% de les bateries d’un cotxe elèctric en 15minuts (ràpida) o en 8 hores per cotxe i 4 hores per moto (lenta).

• La xarxa de recàrrega compta amb 300 punts de recàrrega (150 per aLa xarxa de recàrrega compta amb 300 punts de recàrrega (150 per amotos) a la via pública a Barcelona (uns 320 a tot Catalunya).

• La recàrrega nocturna afavoreix una millor gestió del sistema elèctric, amés de potenciar l’aprofitament d’energies renovables, sobretot del’eòlica.

• Per cada 100 km d’autonomia, la recàrrega suposa un cost mitjà de 1,6€!


Tipus i temps de recàrrega. Font: Plataforma LIVE Tipus de connectors de vehicle elèctric.Font: ICAEN


Estacions de recàrrega ultraràpida de bateries a

Modalitats de recàrrega Carregador ultraràpid

Estacions de recàrrega ultraràpida de bateries a120 kW de potència en corrent altern, quepermeten carregar en 20 minuts la meitat de labateria dels cotxes Model S de Tesla, obtenint enaquests 20 minuts més de 200 km d’autonomiaaquests 20 minuts més de 200 km d autonomia.El sistema, anomenat “Supercharger”, és gratuïtper als propietaris de l’esmentat model de cotxe.Qui i on: Tesla. Arreu del món ja existeixen 377Qui i on: Tesla. Arreu del món ja existeixen 377estacions, de les quals 135 a Europa, amb un totalde 2.030 punts de recàrrega. Es preveu que al llargdel 2015 els supercarregadors de Tesla arribin aEspanya.Espanya.


Estacions de Supercharger a Àsia (esquerra), a Estats Units (centre) i a Europa (dreta). Any: 2015.Font: Tesla.


Xarxa d’estacions on es poden canviar les bateries

Modalitats de recàrrega Intercanvi ràpid de bateria

Xarxa d estacions on es poden canviar les bateriesdel model Tesla Model S i obtenir així una bateriacompletament carregada. L’intercanvi es fa en untemps màxim de 3 minuts, però ja s’està treballanten reduir lo a 90 segons o menysen reduir-lo a 90 segons o menys.Qui i on: Tesla. Actualment, Tesla està fent unaprova pilot d’aquesta tecnologia amb els seusclients, en una única estació ubicada entre LosAngeles i San Francisco (Harris Ranch).



Substituir les bateries elèctriques per una

Modalitats de recàrrega Carrosseria recarregable

Substituir les bateries elèctriques per unacarrosseria recarregable amb una combinacióde materials innovadors: fibra de carboni, resinade polímer, nanomaterials i supercondensadorsestructuralsestructurals.La carrosseria (terra, sostre, portes i capó)emmagatzema energia i es recarrega mitjançantla frenada regenerativa o en connectar-se a unaxarxa elèctrica. Amb aquesta tecnologiainnovadora es redueix el pes de vehicle en un15% i s’aconsegueix una autonomia en lacarrosseria de 130 km.

Qui: Volvo Car Group, en col·laboració ambl’Imperial College of London.Quan: Prova experimental després de 3 anysde recerca.


Modalitats de recàrregaModalitats de recàrrega Sense cables per inducció

Sistema de recàrrega sense fils combinat amb unSistema de recàrrega sense fils combinat amb unsistema intel·ligent d’aparcament, dirigit a vehicleselèctrics o híbrids endollables. Aquest sistema permetcarregar la bateria del cotxe mentre aquest es trobaestacionat amb un procés de recàrrega molt simpleestacionat, amb un procés de recàrrega molt simple.La recàrrega es realitza mitjançant una tecnologia deressonància magnètica o inducció, que transmetl’electricitat resultant dels canvis d’intensitat del campmagnètic entre una bobina situada en el terra del’aparcament i una altra en el vehicle que rep lacàrrega. Els seus avantatges són:

El 80% de la bateria es carrega en 15 minuts (elg (100% en 25-30 minuts).La gran versatilitat de l’estació de càrrega.Es considera un bon sistema per a flotes de transport

(autobusos que es recarreguen en les parades perCIRCE (Centro de Investigación de Recursos yConsumos Energéticos de la Universidad de Zaragoza) i(autobusos que es recarreguen en les parades, per

exemple).

Qui: Toyota.

g g )Endesa també treballen en aquesta tecnologia. La sevaimplantació, però, encara resulta complexa, i s’estàtreballant en la recàrrega en marxa de vehicles, com ésel cas d’autobusos a Màlaga.


yQuan: Es troba en període de proves al Japó.

Modalitats de recàrregaModalitats de recàrrega Metrolinera

Consisteix en realitzar una càrrega ràpida de la bateriaConsisteix en realitzar una càrrega ràpida de la bateriadel cotxe mitjançant l’energia excedent de la frenadadels trens.L'acumulador de Siemens SITRAS SES, instal·lat enuna estació de metro, és una peça clau. La seva funcióbàsica és l'emmagatzematge d'energia cinèticagenerada pels trens durant els cicles de frenada i ladevolució d'aquesta energia emmagatzemadaposteriorment.La càrrega es realitza en 20 minuts.

La metrolinera se situa en el carrer Doctor Esquerdo, 48, a Madrid: / SINC

Qui: Train2Car, projecte Innpacto del Ministerid’Economia i Competitivitat. Aplicat a Metro Madrid.Quan: Es troba en fase de prova pilot.

El sistema és pioner. Noméspexisteix un programa pilot similar

a Califòrnia.


Modalitats de recàrregaModalitats de recàrrega Tròlei i cable aeri per a busos

Busbaar Gran carregador que permet la càrregaBusbaar. Gran carregador que permet la càrregacomplerta dels autobusos en 3 minuts mitjançant tròlei icable aeri. S’està treballant també en el Trukbaar, dirigita camions de recollida de la brossa.Aquesta tecnologia s’utilitza en flotes d’autobusos quetenen dos motors elèctrics, connectats a l’eix dedarrere, i un gran pack de bateries de liti amb unacapacitat total de 100 kWh. Compta també amb unmotor diesel que funciona com a generador elèctric en elcas que les bateries es quedin sense càrrega suficient.

Qui: Opbrid empresa espanyola amb seu a GranadaQui: Opbrid, empresa espanyola amb seu a Granada,conjuntament amb el fabricant d’autobusos Hybricon.Quan: Es troba en fase de prova a Umea, Suècia.


Tracció mecànicaTracció mecànicaVehicles Elèctrics d’Autonomia Estesa

Els Vehicles Elèctrics d’Autonomia Estesa sónvehicles elèctrics de bateria que porten un motorde combustió interna secundari que funcionacom un generador elèctric que recarrega lescom un generador elèctric que recarrega lesbateries quan aquestes es descarreguen enexcés. Això permet garantir la plena autonomiadel vehicle, fins i tot en el cas de no disposar decap endoll de recàrrega en milers de km.cap endoll de recàrrega en milers de km.

Qui: Els models de cotxes elèctrics Opel Esquema de funcionament d’un Vehicle Elèctric d’Autonomia EstesaFont: www ibil esAmpera i BMW i3 REX.

El vehicle BMW i3 REX compta amb unaautonomia de 170 km en mode elèctric, peròtambé duu un motor complementari de 2

Font: www.ibil.es

I els cotxes híbrids endollables?

Els cotxes híbrids endollables disposen cada vegadade més autonomia en mode elèctric cosa que permettambé duu un motor complementari de 2

cilindres (motor de moto BMW) i un petit dipòsitde gasolina de 9 litres, que permet carregarcompletament de nou la bateria quan esdescarrega.

de més autonomia en mode elèctric, cosa que permeteliminar les emissions contaminants en la sevacirculació per dins de ciutats. Entre els vehicles queofereixen 50 km o més en mode elèctric trobem l'AudiA3 e-tron, el Volkswagen Golf GTE o el MitsubishiOutlander P-HEV, vehicles comercialitzats els darrers


descarrega. ,dos anys a preus equivalents a d'altres models de laseva gamma.

Tracció mecànicaTracció mecànicaRodes amb tracció aïllada

Projecte VEUREE. El motor elèctric que s’incorpora a cadascuna de les quatre rodes és de tipus axial,de rotor pla, la qual cosa permet reduir-ne substancialment la dimensió i augmentar-ne la potència. Elnou vehicle elèctric serà capaç de maximitzar l’eficiència energètica, fent que cada roda actuï com apropulsora. D’aquesta manera, s’elimina la pèrdua d’energia a través dels trens mecànics que té llocpropulsora. D aquesta manera, s elimina la pèrdua d energia a través dels trens mecànics que té llocamb el sistema clàssic de tracció.

Quan: Al llarg del 2015.Qui: Grup de recerca MCIA del Campus de la UPC a Terrassa, conjuntament amb investigadorsj gdel Centre Tecnològic de Manresa. La plataforma la fabricarà l’empresa TC Technologies i en lainiciativa hi participen també el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI), la BeneméritaUniversidad de Puebla (BUAP-Mèxic), el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) deMèxic i l’empresa filial espanyola de la multinacional suïssa Infranor.


Recàrrega ràpida per inducció Endesa

Per a saber-ne més...Recàrrega ràpida per inducció. Endesa. http://www.endesa.com/es/conoceendesa/lineasnegocio/principalesproyectos/Endesayelvehiculoelectrico

Pla Director de Mobilitat de la Regió Metropolitana de Barcelona 2013-2018. Eix 8. Promoure l’eficiència energètica i l’ús de combustibles nets. Servei de Mobilitat de l’ATM. http://www atm cat/web/pdf/ca/ dir pdm estudis/desplegament eix8/files/desplegament eix8 pdfhttp://www.atm.cat/web/pdf/ca/_dir_pdm_estudis/desplegament_eix8/files/desplegament_eix8.pdf

Everest Project. http://www.c-e-int.co.uk/pages/everest_237745.cfm

Projecte VEUREE. http://veuree.goplek.com/

Projecte Train2Car. Metro Madrid. http://www.metromadrid.es/es/conocenos/proyectos_en_marcha/Proyectos_IDi/Proyecto06/

Opbrid Fast Charge Station for Urban Buses. https://www.youtube.com/watch?v=l7gWDUrTAqg

Diagnosi i perspectives del vehicle elè ctric a Catalunya. Joan Pallisé (coord.). Informe del CADS 10. Generalitat de Catalunya. 2010. http://www.ecotendenciascosmocaixa.org/documents/12603/17023/Diagnosi_perpectives_vehicle_electric.pdf

Espai compra verda. Vehicles elèctrics. Club EMAS. http://www.clubemas.cat/mm/file/jornades/jornada%20CV%202009/fitxaCVvehicleselectrics.pdf

Cotxes elèctrics en el mercat amb major autonomia. http://www.1cocheelectrico.es/coches-electricos-y-autonomia/j p y

Evolución histórica del vehículo eléctrico. Endesa. http://www.endesavehiculoelectrico.com/vehiculo-electrico/el-vehiculo/historia


La innovació es mou amb l'electricitat

Automotive

Transcript of La innovació es mou amb l'electricitat