la pila de combustible, el vehÍculo y el transporte
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LA PILA DE COMBUSTIBLE, EL VEHÍCULO Y EL TRANSPORTE
I CONGRESO DE LA
INGENIERÍA INDUSTRIAL
23 – 24 octubre 2012
Evolución del parque mundial
FUENTE: GM
EN 10 AÑOS SE PASARÁ DE 850 MILLONES DE VEHÍCULOS A 1.100 MILLONES CIRCULANDO POR NUESTRO PLANETA, ALCANZANDO LA CIFRA DE 2.500
MILLONES EN 2050.
GRADO DE ELECTRIFICACIÓN
VE
Baterías VEH Enchufable
Carga externa
Opción eléctrico
con mayor
autonomía
VEH Completo
Función start/stop
Freno regenerativo
Opción eléctrico
(pocos km)
VEH Medio
Función start/stop
Freno regenerativo
Apoyo eléctrico
No opción eléctrico
VEH Micro
Función start/stop
No opción
eléctrico
VE
Pila de
Combustible
PILA DE MEMBRANA POLIMÉRICA
Temperatura trabajo: 60 – 100 ºC
Rendimiento: 40 – 50%
La más leve impureza del hidrógeno provoca daños en la pila.
DISPOSICIÓN Y ESTRUCTURA DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE
VENTAJAS E INCONVENIENTES
VENTAJAS:
BAJO IMPACTO MEDIOAMBIENTAL: EMISIONES CERO EN EL PUNTO
DE USO.
RUIDO MUY REDUCIDO
NO ESTÁ SUJETA A CARNOT ELEVADO RENDIMIENTO
BAJO MANTENIMIENTO: NO PARTES MÓVILES
INCOVENIENTES:
PRODUCCIÓN Y ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO
ELEVADO COSTE DE OPERACIÓN Y FABRICACIÓN (4.000 €/kW)
PUESTA EN MARCHA MUY LENTA
TECNOLOGÍA EN FASE DE DESARROLLO
COMPORTAMIENTO DE LA PILA DE COMBUSTIBLE
Pérdidas por activación (pérdidas debidas a la reacción electroquímica) Pérdidas óhmicas (pérdidas debidas a la conducción iónica y electrónica) Pérdidas de concentración (pérdidas debidas al transporte de masa)
VEHÍCULO ELÉCTRICO HÍBRIDO DE PILA DE COMBUSTIBLE
SUBSISTEMAS DE CONTROL DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE
CONFIGURACIONES HÍBRIDAS
Un vehículo híbrido de pila de combustible (VHPC) tiene una batería o ultracondensador en paralelo con el sistema de pila de combustible.
El funcionamiento del VHPC permite un uso más eficiente de la alta densidad de energía de la pila y de la alta densidad de potencia de la batería.
Cuando la demanda de potencia es alta, como en una aceleración, las baterías proporcionan la potencia necesaria.
Cuando la demanda de potencia es baja, como en condiciones de velocidad crucero, la pila proporciona la potencia. Las baterías se recargarán durante los periodos de baja potencia.
Así pues, dependiendo de los requerimientos de potencia y de energía, la pila se podría diseñar bajo el punto de vista de velocidad crucero, y la batería para proporcionar potencias pico.
MODOS DE OPERACIÓN
PILA
MOTOR
b) PILA
MOTOR
BATERÍA
a)
BATERÍA
PILA
MOTOR
d) PILA
MOTOR
c)
ALMACENAMIENTO DEL HIDRÓGENO
COMPRIMIDO (350 bar)
LICUADO (-253 ºC)
HIDRUROS METÁLICOS
NANOTUBOS GASOLINA
REFERENCIA
H2 COMPR.
(34 – 69 MPa)
H2 LÍQUIDO
(20 K)
M. HIDRURO
FeTi (1,2%)
Energía (MJ) 664 664 664 664
Peso
Combustible
(kg)
13,9 4,7 4,7 4,7
Peso Tanque
(kg)
6,3 63,3-86 18,6 547,5
Peso Sistema
Combustible
(kg)
20,4 67,9-90,5 23,3 552
Volumen (l) 18,9 409-227 178 189,3
2 2M H MH
SEGURIDAD DEL HIDRÓGENO II
1937 HINDERBURG Experimento: M. Swain y Univ. Miami
• PRIMER vehículo de pila de combustible.
• Hidrógeno líquido subenfriado y oxígeno líquido.
• Pila de hidrógeno: Union Carbide 5KW.
• Velocidad punta: 112 Km/h.
• Autonomía: 240 km.
Vehículos de pila de hidrógeno
GM ElectroVan (1966)
2008 – VOLKSWAGEN Tiguan HyMotion
Vehículos de pila de hidrógeno
Pila: 80 KW / PEM
Fabricante: Volkswagen (HT-FC/ High Temperature)
Configuración Híbrida
Vel. Máx: 150 Km/h
Depósito H2: Gas a 700 bares
Capacidad: 3.2 Kg
Fabricante: -
Autonomía: 250 Km
Fuente: www.motordehidrogeno.net
2008 – RENAULT Scenic ZEV H2
Vehículos de pila de hidrógeno
Pila: 90 KW / PEM
Fabricante: Nissan
Configuración Híbrida
Vel. Máx: 160 Km/h
Depósito H2: Gas a 360 bares
Capacidad: 3.5 Kg
Fabricante: -
Autonomía: 350 Km
Fuente:
www.atzonline.com
2008 – GENERAL MOTORS Equinox
FCEV
Vehículos de pila de hidrógeno
Pila: 93 KW / PEM
Fabricante: GM
Configuración Híbrida
Vel. Máx: 160 Km/h
Depósito H2: Gas a 700 bares
Capacidad: 4.2 Kg
Fabricante: Quantum
Autonomía: 320 Km
Fuente:
www.atzonline.com
Mercedes B Fuel Cell (2010)
Vehículos de pila de hidrógeno
Pila PEM: 93 kW
Depósito H2: 700 bar
Capacidad: 3,7 Kg
Autonomía: 385 Km
Vehículos de pila de hidrógeno
Nissan X-TRAIL (2012)
Fuel
Type: Compressed hydrogen gas
Storage High-pressure Hydrogen tank
(35 Mpa)
Fuel Cell System
Type PEFC (Polymer Electrolyte FC)
Max. Output (kW) 90
Supplier Developed by Nissan
Battery system
Type Compact Lithium-ion battery
(laminate type)
Electric traction system
Type Coaxial motor integrated with
reduction gear
Max. power (kW) 90
Max. torque (Nm) 280
Perfomance
0-100 km (s) 10 sec
Top speed (km/h) 150
Operating range (km) Over 370 km
PROYECTO CUTE: MERCEDES CITARO
PILA PEM FULLPOWER 205 kW, CGH2 350 bar
3 AUTOBUSES, 100.832 km recorridos, 391.713 pasajeros transportados, 29.201 kg de hidrógeno empleados
RESULTADOS PROYECTO CUTE (JUNIO 2003):
PROYECTO CITYCELL: IVECO CITYCLASS
HÍBRIDO CON PILA PEM 62 kW, CGH2 350 bar
EPISOL
Pila de combustible
Marca: Ballard
Pmáx = 1.2 kW
U = 26 V @ Pmáx
Banco de ensayos
EPISOL
VISIÓN EUCAR 2030
PILA DE COMBUSTIBLE PILA DE COMBUSTIBLE
PURO ELÉCTRICO
VEHÍCULO PLUG-IN
VEHÍCULO HÍBRIDO
VEHÍCULO CONVENCIONAL
URBANO COMARCAL AUTOPISTA
MUCHAS GRACIAS
POR SU ATENCIÓN
I CONGRESO DE LA
INGENIERÍA INDUSTRIAL
José Mª López Martínez
Doctor Ingeniero Industrial