Baterias para buses electricos: Caracteristicas, riesgos y ventajas

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

[email protected] Alée [email protected]

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


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





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


CONFERENCES 2012

FUENTESFUENTES CONSUMOSCONSUMOSMATRIZ ENERGÉTICA DE CHILE: Anchos proporcionales a Energía demandada


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 DESDE ESTANQUE HASTA RUEDAS


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

,


¿COMO FUNCIONAN LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS?

Baterías

Electrónica de Potencia

VEMotor Eléctrico

Cargador de baterías


VEHICULOS ELECTRICOS

LO MECANICO VERSUS LO ELECTRICO


VEHICULO DE COMBUSTION INTERNA VERSUS ELECTRICO


OFERTA DE VEHICULOS ELÉCTRICOS


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 ..?

¡¡EQUIVALE A MAS DE 20 MIL NOTEBOOKS!!¡¡EQUIVALE A MAS DE 20 MIL NOTEBOOKS!!

BATERÍAS, DISEÑO Y ALCANCES

CELDAS (PILAS) Y BATERIAS


EL PACK O BATERIA DE UN BUS ELECTRICO

CELDAS MODULO

EMPAQUETAMIENTO

PACK

>100 CELDAS


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


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


FUTURO DE LAS BATERIAS DE ION LITIO


FUTURO DE LAS BATERIAS DE ION LITIO (DENSIDAD)


FUTURO DE LAS BATERIAS DE ION LITIO (PRECIOS)

US$390

US$130


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]


BATERÍAS, ASPECTOS DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO

MANEJO TERMICO


MANEJO TERMICO


USO OPTIMO DE OPERACIÓN BATERIAS DE LITIO .


EFECTOS DEL MAL USO


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%.


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


EL CONTEXTO DE LA ELECTROMOVILIDAD


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


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 [email protected]

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