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B t í b lé t iB t í b lé t iBaterías para buses eléctricosCaracterísticas , Riesgos y VentajasBaterías para buses eléctricosCaracterísticas , Riesgos y Ventajas
jalee@pcil.clJaime Alée G.jalee@pcil.cl
Mayo 17, Bogotáwww.pcil.cl
WHO ARE WE?
The CIL project is an initiative of the Energy Center ofthe School of Physical Sciences and Mathematics,University of Chile, SQM, Lithium and MarubeniRockwood who came together to found in November2010 a project to create a center for research anddevelopment focused on lithium‐ion batteries as a wayof creating value for the country’s science and industry.g y y
CIL coordinates R & D projects related to its mission byproviding funding, assistance in intellectual property,PMO (project management office), dissemination,networking and administrative support.
Company ‐ University : Original association Model
The Chairman of the Board is the Dean of the Facultyand there are two representatives of each privatecompany, represented by the highest executive level.
WHAT ARE WE DOING?
We choice a non focus growth because gwe should be as a "hot iron surface" where ideas, i i i tiinniciatives , innovation and entrepeneursnot be quiet and must be alerts all the time.
INDICE DE TEMAS A TRATAR
1. EL CONTEXTO ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE
2 COMO FUNCIONA UNA BATERIA2. COMO FUNCIONA UNA BATERIA
3. EFICIENCIA ENERGÉTICA
4. VEHICULOS ELECTRICOS
5. TECNOLOGÍAS HÍBRIDAS Y ELÉCTRICAS EN BUSES
6. BATERIAS, DISEÑO Y ALCANCES
7. BATERIAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
8. LA VISIÓN
LA ERA DEL CAMBIO CLIMÁTICO & ENERGÉTICO
EL CONTEXTO ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE
COMO SE USA LA ENERGÍA
Oil
Gas CoalWind WaterNuclearOILOIL
ERNCERC
El i iCOAL
ElectricityGAS
EL CONTEXTO ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE
FUENTES PRIMARIAS DE ENERGIA
Leña Petróleo Gas Carbón Nuclear ERNCHidro
5% 2%36% 24% 8,5% 0,5%24%
Calor Transporte, Calor, cocinar
Calor, cocinar Generación GeneraciónGeneraciónCalor,
cocinar
Usos principales
Generación electricidad
cocinar, Generación electricidad
cocinar, generación electricidad
Generación electricidad
Generación electricidad
Generación electricidad
EL CONTEXTO ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE
ENERGIAS EN EL CONSUMO FINAL
Leña Petróleo Gas Carbon Electricidad
5% 22%48% 20% 5%5% 22%48% 20% 5%
Calor, TransporteEmpresas, Calor,
cocinar
Usos principales
Transporte, industria
Calor, cocinar Calor, cocinar hogares, industria
EL CONTEXTO ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE
CONFERENCES 2012
FUENTESFUENTES CONSUMOSCONSUMOSMATRIZ ENERGÉTICA DE CHILE: Anchos proporcionales a Energía demandada
EL CONTEXTO ENERGIA Y MEDIO AMBIENTE
COMO SE TRANSFORMA LA ENERGÍA
COMO FUNCIONA UNA BATERIA
ACUMULACION DE ENERGIA (EL CICLO DE UNA BATERIA)
31
42
5
6
5
6
Ignacio Polanco CE U Chile
COMO FUNCIONA UNA BATERIA
EFICIENCIA DE LA ENERGÍA EN UN AUTO BASADO EN PETROLEO
EFICIENCIA ENERGÉTICA
EFICIENCIA ENERGETICA
EFICIENCIA ENERGÉTICA
EFICIENCIA DESDE ESTANQUE HASTA RUEDAS
EFICIENCIA ENERGÉTICA
EFICIENCIA DESDE ESTANQUE HASTA RUEDAS (no solo un tema energético)
TIPO DE VEHÍCULOConsumo energía[Wh/km][ / ]
E-auto 149Oil-auto 723E-Bus 1.035
4,8 VECES MAS EFICIENTE
3,3 VECES MAS EFICIENTE
Concepto eficiencia energética
Oil -Bus 3.472E-BIKE 10
energética
US$ 1,16 /lt Diesel ColombiaPrecio electricidad [US$/kCal] 0,00021878
Concepto precio unidad energética
1,75 veces mas caro
Precios finales al consumidor
US$ 1,16 /lt Diesel ColombiaUS$ 1,31 /lt Diesel ChileUS$ 0,01 /lt Diesel Venezuela
Precio electricidad [US$/kCal] 0,00021878Precio diesel [US$/kCal] 0,00012615
,
EFICIENCIA ENERGÉTICA
¿COMO FUNCIONAN LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS?
Baterías
Electrónica de Potencia
VEMotor Eléctrico
Cargador de baterías
Ignacio Polanco CE U Chile
VEHICULOS ELECTRICOS
LO MECANICO VERSUS LO ELECTRICO
VEHICULOS ELECTRICOS
VEHICULO DE COMBUSTION INTERNA VERSUS ELECTRICO
VEHICULOS ELECTRICOS
OFERTA DE VEHICULOS ELÉCTRICOS
VEHICULOS ELECTRICOS
VENTAJAS Y DESVENTAJAS A NIVEL DE BUSES CON RESPECTO A MOTORES DIESEL CONVENCIONALES (2012)
HIBRIDOHIBRIDO ELECTRICOELECTRICO GAS DUALGAS DUAL
COSTO INVERSION 30% MAS ALTO EL DOBLE 10% MAS ALTO‐COSTO OPERACION 20% MENOR LA MITAD 5% MENOR
COSTO MANTENCION 10% MAYOR 30% MENOR 5% MAYOR
++
RANGO DE ALCANCE CON UN ESTANQUE
30% SUPERIOR LA MITAD 30% SUPERIOR
VELOCIDAD DE CARGA IGUAL 45 MIN (qc) IGUAL=‐
VELOCIDAD DE CARGA (q )
DISPONIBILIDAD DE PUNTOS DE CARGA
IGUAL UBICUA MUCHO MENOR
+EMISION GEI Y OTROS (EURO 6) SIMILAR MENOR SIMILAR+
TECNOLOGIAS HIBRIDAS Y ELECTRICAS EN BUSES
EL PROBLEMA ES ….. LA BATERIA
BUS DIESEL BUS ELECTRICO
CONSUMO ENERGETICO DE PETROLEO EN DOS DIAS EQUIVALENTE AL CONSUMO
CONSUMO ENERGETICO DE ELECTRICIDADEN SIETE DIAS EQUIVALENTE AL CONSUMO
Ó
DOS DIAS EQUIVALENTE AL CONSUMO ELECTRICO DE UNA CASA EN UN AÑO.
EN SIETE DIAS EQUIVALENTE AL CONSUMO ELECTRICO DE UNA CASA EN UN AÑO.
HAY QUE ALMACENAR EN LA BATERIA DEL BUS PARA UN DIA DE OPERACIÓN EL EQUIVALENTE AL CONSUMO DE CASI DOS MESES DE UNA CASA
COMO HACER UNA BATERIA DE ESAS CARACTERISTICAS QUE SEA ECONOMICA, QUE SEA LIVIANA, QUE SEA SEGURA, QUE SE CARGUE EN 10 MINUTOS ..?
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BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES
CELDAS (PILAS) Y BATERIAS
BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES
EL PACK O BATERIA DE UN BUS ELECTRICO
CELDAS MODULO
EMPAQUETAMIENTO
PACK
>100 CELDAS
BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES
EJERCICIO….
UN BUS ELECTRICO CONSUME 1.000 Wh/Km (Como un calefactor de casa) PARA CIRCULAR 300 KMS DEBERIA REQUERIR 300.000 Wh
CONSULTA: REQUIERO QUE PESE MENOS DE 800 KGS, ¿CUAL DEBERIA SER LA DENSIDAD CO SU QU O QU S OS 800 GS, ¿CU S SENERGETICA O WH/KG?
CALCULO : 300.000 Wh/800 Kg 375 Wh/kg
CONSULTA: UNA BATERIA DE PLOMO ACIDO TIENE UNA DENSIDAD DE 40 Wh/Kg, SI CONSTRUYO LA BATERIA CON BATERIAS DE ESTE TIPO, CUANTO PESARIAN?
CALCULO : 300.000 Wh/40 Wh/Kg 7 500 kg/ / g 7.500 kg
CONSULTA: UNA BATERIA DE ION LITIO TIENE UNA DENSIDAD DE 130 Wh/Kg, SI CONSTRUYO LA BATERIA CON BATERIAS DE ESTE TIPO, CUANTO PESARIAN?
CALCULO : 300.000 Wh/130 Wh/Kg 2.300 kg
BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES
OPINION Y DISCUSION….
Dato LA INDUSTRIA DE BATERIAS TIENE COMO OBJETIVO LLEGAR AL 2020 CON UNABATERIA DE 250 Wh/Kg y un costo de US$ 250 /KWh. Una versión similar pero máseconómica US$ 120/Kwh sólo tendría una vida útil de la mitad de tiempo de laeco ó ca US$ 0/ só o te d a u a da út de a tad de t e po de aanterior.
Ordene en base su prioridad y criterio las siguientes opciones y justifiqueOrdene en base su prioridad y criterio las siguientes opciones y justifique
a) Obtener una autonomía del bus de 300 kms con una batería. (Eso implica una batería de 85 KWh que pesaría 1.200 Kg y un costo de US$ 21.000 )
b) Obtener una autonomía del bus de 150 kms con una batería (Eso implica una batería de 43 KWh que pesaría 600 Kg y un costo de US$ 10.500 )
c) Usar la batería más económica en la opción a) , es decir con un costo de US$ 10.000d) Usar la batería más económica en la opción b), es decir con un costo de US$ 5.250
Nota: El costo actual es de US$ 600/KWh
BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES
FUTURO DE LAS BATERIAS DE ION LITIO
BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES
FUTURO DE LAS BATERIAS DE ION LITIO (DENSIDAD)
BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES
FUTURO DE LAS BATERIAS DE ION LITIO (PRECIOS)
US$390
US$130
BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES
SEGURIDAD Y MANTENIMIENTO
VoltajeVoltaje para: Piel Seca Piel Húmeda
Muerte [V] 33000 1000Muerte [V] 33000 1000
Fibrilación Ventricular [V] 16500 500
Problemas respiratorios [V] 5300 176
1.5[V]1.5[V] 12[V] a 24[V]12[V] a 24[V] 110[V] a 220[V]110[V] a 220[V] 300[V] a 600[V]300[V] a 600[V] 200[V] a 500[kV]200[V] a 500[kV]
Ignacio Polanco CE U Chile
BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
MANEJO TERMICO
BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
MANEJO TERMICO
BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
USO OPTIMO DE OPERACIÓN BATERIAS DE LITIO .
BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
EFECTOS DEL MAL USO
BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
GARANTIAS
• EN GENERAL LAS GARANTIAS CUBREN UN RANGO DE KILOMETROS Y/AÑOS LO QUE SECUMPLA PRIMEROCUMPLA PRIMERO.
• EXISTEN PRACTICAS QUE ROMPEN LA GARANTIA, COMO ES DEJAR LA BATERIA SINCARGAR DURANTE UN TIEMPO PROLONGADO.
• CONVIENE DEJAR EL BUS CARGADO DURANTE LA NOCHE, OPTIMAMENTE EN UN 50%.
BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
EL FAMOSO THERMAL RUNAWAY (FUGA TÉRMICA)
CALENTAMIENTO INDIVIDUAL DE UNA CELDA DEBIDO A UN CORTOCIRCUITO INTERNO, SOBRECARGA, FUERA DEL RANGO
ESTABLECIDO O RANGO DE CORRIENTE EXCESIVO
LA CELDA CALIENTA LAS DE SU ALREDEDOR
DISMINUYE LA RESISTENCIA CON LA ALTA TEMPERATURA, FEEDBACK POSITIVO
BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
EL CONTEXTO DE LA ELECTROMOVILIDAD
BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
SISTEMAS DE CARGA DE BATERIAS
TIPO POTENCIA EMPALME
CORRIENTES TIEMPO DE CARGA 80KWh
PROBLEMAS
SUPERCARGADORES 100 KW 100 A 0,5 HORA COSTOSOS, SEGURIDAD
CARGADORES RAPIDOS 50 KW 50 A 0,8 HORA COSTOSOS, SEGURIDAD
CARGADORES NIVEL 2 10 KW 12 A 4 HORAS LENTOS, NO ESTANDARES
CARGADORES LENTOS 4 KW 6 A 8 HORAS MUY LENTOSCARGADORES LENTOS 4 KW 6 A 8 HORAS MUY LENTOS
Se sugiere una política de carga bien graduada. El uso excesivo de cargadores rápidosSe sugiere una política de carga bien graduada. El uso excesivo de cargadores rápidos limita la vida útil de las baterías. Un buena graduación debe optimizar el plan de operaciones de flota
BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
EL FUTURO‐ EJERCICIO
1. En base a lo indicado en la presentación, que dificultades visualiza en el uso de autobuses híbridos o eléctricos en 7 años más (2020) ?
2. Que beneficios usted visualiza en el uso de la tecnología basada en la electricidad para el transporte?
3. Como le afecta este cambio de paradigma en cuanto a su crecimiento profesional?
4. Si los problemas aún no resueltos en la baterías se solucionaran, ud confía en un mundo que no dependa del petróleo?
í ó5. Que oportunidades para su país visualiza en las innovaciones tecnológicas que se avecinan con estas tecnologías?
6. Hoy, el 84% de la energía proviene del petróleo, carbón y gas, que a su vez representan el 70% de l ó d d f d ó b d b é dla emisión de gases de efecto invernadero. La razón es que son abundantes y baratos. Crée usted que en el futuro esas fuentes energéticas tendrán penalizaciones por el efecto colateral que producen en la sociedad?
LA VISIÓN
Una frase para pensar…
La sustentabilidad del mundo de vuestros hijos, dependerá de que el transporte , (que consume el 40% de la energía del
mundo) principalmente el público use mundo) , principalmente el público, use energías renovables no convencionales , como el sol, el agua, el aire, el viento y el como el sol, el agua, el aire, el viento y el
calor de los volcanes…
Y no es sólo un slogan, es literal…
LA VISIÓN
Una invitación para soñar…
LA VISIÓN
Una invitación para soñar …
LA VISIÓN
Jaime Alée Gjalee@pcil.clwww.pcil.cl
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