Jon Asín Muñoa – jon.asin@ingeteam.com

Planetario de Pamplona, 19 de Noviembre 2010

Infraestructuras para la recarga de vehículos eléctricos

“El automóvil es un fenómeno transitorio.Yo creo en el caballo”

Kaiser Guillermo II de Alemania (1859-1941)

Introducción

¿Por qué el Vehículo Eléctrico?

El pico de Hubbert o “Peak Oil” significa el momento en que la extracción de petróleo del mundo habrá llegado a su cénit

El pico de Hubbert

¿Creen que lo hemos alcanzado ya?

Producción mundial de petroleo

147$ - Máximo histórico del barril de petróleo

Histórico de precios del barril

“La crisis financiera que estalló en 2009 fue consecuencia del aumento del precio del barril de petróleo a 147 dólares en julio del 2008”

Jeremy Rifkin – Abril 2010

Calentamiento global

Emisiones de CO2 del sector del transporte

■ Responsable del 25% de las emisiones de CO2 en 2005 en la UE

■ Las emisiones del transporte podrían llegar a ser el total permitido en el 2050

No hay una “bala de plata” – Múltiples opciones van a ser necesarias

¿Otros combustibles alternativos?

Comparativa de Emisiones de CO2

■ En España y en el resto de Europa, el VE representa una reducción efectiva de emisiones frente a los vehículos convencionales.

■ En 2016, se espera que el MCI optimizado sea un 30% más eficiente

Comparativa de emisiones entre el MCI y VE en Europa (hoy)*

Fuente: REE, IEA, Planificación de los sectores de electricidad y gas 2008-2016.

0

20

40

60

80

100

120

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180

200

MCI gasolina

(Golf)

MCI diesel

(Golf)

VE con mix

generación

UE

VE con mix

generación

España

VE con mix

generación

Italia

VE con mix

generación

Alemania

VE con mix

generación

Reino Unido

VE con

EERR

Emisiones gCO2/km

-66% Reducción de emisiones

-50% Reducción de emisiones

Cortesía de Acciona Energía

(*) : 50 a 55 % para el CC; 30 a 40 % en térmica Convencional. 92,5 % para la distribución.

(**) : Mix Energético Españoa =386 gr. CO2 por KWh en 2009 y 265 gr. CO2 / KWh en 2016

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Emisiones evitadas (tCO2)

VE asociado a EERR

VE asociado al mixgeneración

Valor del CO2 evitado a 2020

para el VE asociado a EERR:

Acumulado a 2020: 2,84 MtCO2

Acumulado a 2020: 2,64 MtCO2

Emisiones de CO2 evitadas por el VE asociado al mix de

generación o a EERR (*)

El valor del CO2 evitado por el VE, debido a los vehículos

convencionales desplazados, será de entre 26 y 100 M€ a 2020

M€ Precio CO2

28,4 10 €/tCO2

56,8 20 €/tCO2

85,2 30 €/tCO2

99,4 35 €/tCO2

1 litro de Gasolina = 2,35 Kgr. CO2

1 litro de Gasoil = 2,70 Kgr. CO2

Cortesía de Acciona Energía

Coste económico del CO2

(*) Mix energético español de 0,386 tCO2/MWh en 2009 y 0,265 en 2016 (fuente: Planificación de los sectores de electricidad y gas 2008-2016), emisiones asociadas a la generación renovable: 0 tCO2/MWh. Suponiendo 413.000 VE a 2020

Rendimiento de un VE

Gráfica de rendimiento VE vs ICE

(*) : 50 a 55 % para el CC; 30 a 40 % en térmica Convencional. 92,5 % para la distribución.

(**) : Mix Energético Españoa =386 gr. CO2 por KWh en 2009 y 265 gr. CO2 / KWh en 2016

Cortesía de Acciona Energía

3.600 MWh/año

1.000 coches

25.000 Km / año

AWP1500

1.5 MW

200.000 MWh/año

Nevada Solar One

64 MW

45.000 Coches

25.000 Km / año

55.000 Coches

25.000 Km / año

160.000 MWh/año

Biomass

25 MW

Cortesía de Acciona Energía

Energía necesaria para el VE

Ventajas de la electrificación del transporte

■ La electricidad se produce localmente y de diversas fuentes

■ Los precios de la electricidad presentan mayor estabilidad

■ El sector eléctrico tiene suficiente capacidad sobrante

■ La infraestructura principal ya existe

■ Los kilómetros eléctricos son más económicos que los de petróleo

■ Los kilómetros eléctricos son más limpios que los de petróleo

Ventajas del VE

Normativa Internacional

IEC - ISO

IEC 61851: Sistema conductivo de carga para vehículos eléctricos (VE)

■ Modo 1 de carga – AC:

Conector de red eléctrica estándar, no específico para el VE

Es necesario el uso de un DCR previo en la instalación.

Máximo 16 A por fase (3,7 – 11 kW)

NOTA: En algunos países está prohibido el modo 1 por ley (US)

■ Modo 2 de carga – AC:

Conexión del VE a un conector de red eléctrica estándar, mediante un cable especial

Cable con dispositivo electrónico intermedio, con función de Piloto de Control y DCR

Máximo 32 A por fase (7,4 – 22 kW)

■ Modo 3 de carga – AC:

Estación de recarga para uso exclusivo del VE, permanentemente conectada al suministro AC

Conector incompatible con el conector de red eléctrica estándar (5 o 7 pines para VE)

Máximo 64 A por fase (14,8 – 43 kW)

■ Modo 4 de carga – DC:

Estación de recarga para uso exclusivo del VE, permanentemente conectada al suministro AC

Cargador de baterías externo al VE, con suministro DC al mismo

Hasta 400 A (aprox 50 – 150 kW)

IEC 61851 – Modos de carga

Gráfico resumen de los 4 modos de carga según IEC 61851

IEC 61851 – Modos de carga

Seguridad

■ Las OEMS no quieren el modo 1 � No hay comprobación del conductor de

tierra

IEC 61851 – Modo 1

Seguridad

■ ¿Es fiable el enchufe Schuko para cargas diarias de 16 Amperios de 6 horas?

IEC 61851 – Modos 1 y 2

¿16 Amperios – 6 horas al día?

Piloto de Control

■ Modos 2 y 3: El hilo “Piloto de Control” se usa como regulación de la demanda

de potencia del VE por medio de la modulación de una señal PWM

IEC 61851 – Modos 2 y 3

Circuito Control piloto

Regulación corriente vs Duty

Cycle del hilo Piloto de Control

PWM – 26% = 16 Amperios

PWM – 53% = 32 Amperios

IEC 62196-2: Bases, clavijas, acopladores de vehículo y entradas de vehículo. Carga conductiva de vehículos eléctricos

■ Yazaki (JP) :

5 pines (L1, L2 / N, PE, CP, CS)

Aprobado por la SAE en la norma J1772

110V-230 V / 32 A / 7,2 kW max

Grado IP: IPXXB

■ Mennekes (DE) :

Elegido “de-facto” para conector en VE por OEMs

7 pines (L1, L2, L3, N, PE, CP, PP)

Mono o trifásica con el mismo conector

100 - 500 V / 62 A / 43 kW max

Grado IP: IPXXB

■ Scame-Schneider-Legrand (IT/FR) :

7 pines (L1, L2, L3, N, PE, CP, PP)

Mono o trifásica con el mismo conector

100 - 500 V / 32 A / 22 kW max

Grado IP: IPXXD

SC23H - Conectores

Conector único en Europa

OBJETIVO CENELEC: ¡¡¡UN SOLO CONECTOR EN EUROPA!!!

“…a single EU connector…”

Soluciones para la infraestructura de recarga de vehículos eléctricos

Carga en AC

Características

■ 2 modelos según el modo de instalación (suelo / pared)

■ Hasta 32 A por fase (Monofásica / Trifásica)

■ Identificación del usuario con tarjeta RFID o SMS

■ Medidor de energía y potencia

■ Sistema de bloqueo para impedir el acceso no autorizado al

conector y como mecanismo de retención del cable

■ Comunicación remota con un centro de control y con las

estaciones vecinas (RS-485, Ethernet, wireless, GPRS…)

■ Indicación del estado de la misma mediante señalización

luminosa y comunicación con el centro de control

■ Protección anti vandálica IK10

■ Autonomía para fallos de suministro

■ Sistema de rearme automático ante fallos

Estación de uso público - AC

Dimensiones y estética (I)

Estación de uso público - AC

Dimensiones y estética (II)

Estación de uso público - AC

Recargas locales (configuración básica)

■ Configuraciones de baja y media complejidad

■ Las estaciones de recarga se controlan a través de un servidor de

monitorización

■ El servidor ofrece información sobre el estado de los postes, una fácil integración

con el operador y los sistemas de pago, portales web, …

Infraestructura de Recarga

Instalaciones complejas

Infraestructura de Recarga

Esquema de infraestructura (MOVELE)

Infraestructura de uso público

No hay estándar previsto

Soluciones para la infraestructura de recarga de vehículos eléctricos

Carga en DC

Electrolineras

Electrolineras – servicio rápido con grandes potencias

16 - 100 kW

16 - 100 kW

22 kW

22 kW

50 kW

+ 94 kW ???

Ingecon® MS Hybrid

Esquema de conexión

■ Innovador sistema modular

■ Integración de fuentes renovables, un acumulador y un generador auxiliar

■ 30 – 120 kVA Pout trifásica

■ 380 - 430 Vac / 50 – 60 Hz salida

■ 15 - 195 kW Pin fotovoltaica (MPPT)

■ 15 - 180 kW Pin de mini-eólica

■ 30 - 120 kW Pbat cargador batería

■ Eficiencia > 96%

■ Configuración local y remota

Ingecon® MS Hybrid

Ingecon® MS Hybrid

Electrolineras

Carga a.c. 3,7 – 22 kW

Carga c.c. 50 – 100 kW

50 – 100 kW

Batería

100 kWh

Ejemplo de configuración para una electrolinera

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