Capítulo 2: Conceptos del Vehículo...

21
H2 Training Manual 31.08.2012 © ... - For requests: [email protected] 1 Seite 1 www.h2training.eu Capítulo 2: Conceptos del Vehículo Alternativo Este capítulo da una visión general de los principios de funcionamiento y conceptos de propulsión alternativa y presenta ejemplos de coches. Se centra en vehículos de pila combustible. www.h2training.eu Contenidos 1. Introducción: las leyes de emisiones españolas y estadounidenses 2. Motores de Combustión Interna (MCI) Motores diesel y gasolina Motor rotatorio (Motor Wankel) 3. Unidades híbrido Híbrido suave Híbrido pleno Híbrido enchufables 4. Unidades eléctricas Baterías Pilas combustible 5. Vehículos de pila combustible Tipos y conceptos de coches Componentes Eficacia Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Parte 5

Transcript of Capítulo 2: Conceptos del Vehículo...

Page 1: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 1

Seite 1

www.h2training.eu Capítulo 2: Conceptos del Vehículo Alternativo

Este capítulo da una visión general de los principios de funcionamiento y conceptos de propulsión alternativa

y presenta ejemplos de coches. Se centra en vehículos de pila combustible.

www.h2training.eu

Contenidos

1. Introducción: las leyes de emisiones españolas y estadounidenses

2. Motores de Combustión Interna (MCI)

Motores diesel y gasolina

Motor rotatorio (Motor Wankel)

3. Unidades híbrido

Híbrido suave

Híbrido pleno

Híbrido enchufables

4. Unidades eléctricas

Baterías

Pilas combustible

5. Vehículos de pila combustible

Tipos y conceptos de coches

Componentes

Eficacia

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Page 2: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 2

Seite 2

www.h2training.eu

EURO estándars de emisión

Motor gasolina Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6

Aplicación Junio 1992 Ene.1996 Ene.2000 Ene.2005 Sept.2009 Sept.2014

CO [mg/km] 3160 2200 2300 1000 1000 1000

HC [mg/km] X X 200 100 100 100

HC + NOx [mg/km] 1130 500 X X X X

NOx [mg/km] X X 150 80 60 60

NMHC* [mg/km] X X X X 68 68 X: no valor crítico, *NMHC: no-Metano-Hidrocarbonos

Gasolina (emisiones en mg/km)

Diesel (emisiones en mg/km)Fuente: Aigle/Krien/Marz2007, 19

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Motor diesel Euro 1 Euro 2 Euro 3 Euro 4 Euro 5 Euro 6

Aplicación Junio 1992 Ene.1996 Ene.2000 Ene.2005 Sept.2009 Sept.2014

CO [mg/km] 2720 100 640 500 500 500

HC + Nox [mg/km] X 700/ 900* 560 300 230 170

NOx [mg/km] X X 500 250 180 80

PM [mg/km] 140 80/ 100* 50 25 5 5 X: no valor crítico, *Valores más altos para la introducción en el mercado de motores de encendido directo

Fuente: Aigle/Krien/Marz2007, 19

I

www.h2training.eu

EURO estándares de emisión: Óxidos de Nitrógeno y Partículas

180

80

500

250

606080

150

0

100

200

300

400

500

600

Euro 31.1.2000

Euro 4 1.1.2005

Euro 51.9.2009

Euro 61.9.2014

NO

x [

mg

/km

]

Diesel Benzin

50

25

5 55 5

180

80

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Euro 11.6.92

Euro 21.1.96

Euro 31.1.00

Euro 4 1.1.05

Euro 51.9.09

Euro 61.9.14

Per

ikel

PM

[m

g/k

m]

Diesel

DI-Benzin

Oxidos Nitrógeno

Partículas

Fuente:Aigle/Krien/Marz2007,72

Fuente:Aigle/Krien/Marz2007,77

OxN y Partículas son amenazas para la salud.

En especial se sospecha que las nano partículas (NP) son peligrosas.

Los motores diesel emiten muchos mas OxN y NP que los motores de gasolina.

Los filtros para partículas y tratamientos posteriores de escapes de OxN son necesarios para un diesel “limpio”.

Restricciones para coches diesel más viejos en áreas urbanas. (directriz de la UE en asunto particular)

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

Page 3: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 3

Seite 3

www.h2training.eu

Acta de emisiones bajas de California

California tiene la ley de emisiones más fuerte en de todo el mundo.

California afirma tener una cuota de mercado del 4% de Vehículos de Emisión Cero (ZEV)

Vehículos híbridos y de gas natural pueden ser acreditados.

ZEV son sólo vehículos de pila combustible y de batería.

Nota 1: No hay límite para CO2

Nota 2: ¡La producción de un combustible produce emisiones!

LEV - Vehículos de Emisión BajaULEV – Ultra Baja E. VSULEV - Super Ultra Baja E. V.EZEV – Equivalente Cero E. V.PZEV1 - Parcial Cero E. V.ZEV – Vehículos de Emisión Cero

Data: Aigle/Krien/Marz 2007, 24own Illustration

0

10

20

30

40

50

LEV ULEV SULEV EZEV PZEV1 ZEV

Em

isio

nes

[m

g/k

m]

NOx NMOG

HCHO PMParte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

www.h2training.eu

Visión General de los Combustibles

Los combustibles de la izquierda son usados en motores diesel. (diesel-ICE)

Los combustibles de la derecha son compatibles con motores gasolina (Otto-ICE)

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Fuente:Aigle/Krien/Marz2007, 43

B

Page 4: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 4

Seite 4

www.h2training.eu

Motores de Combustión Interna (ICE)Principio

Invención en 1876

Primer motor de ciclo de cuatro tiempos desarrollado por Nikolaus August Otto

Primer automóvil en 1886

Desarrollado por Gottfried Daimler y Carl Benz

Principio de los cuatro tiempos:

Admisión

Compresión

Expansión

Escape

Tipos de motor

Motor diesel (autoencendido)

Motor OttoNikolaus Otto Rudolph Diesel

Fuente: Wikipedia 2007

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Source: WBZU 2007

Gases de escape

Válvula de escape

Pistón

Cilindro

Biela

Cigüeñal

Dirección de rotación

Válvula de admisión

Bujía

Mezcla aire-carburante

Segmentos de Pistón

B

www.h2training.eu

Un ejemplo: DaimlerChrysler BlueTec.¿El Diesel más limpio jamás conocido?

Motor diesel V6

Cilindrada: 2987 ccm

Potencia máxima : 154 kW

Par máximo: 526 Nm

Consumo: 7,0 Liter/km

Autonomía: 1200 km

Velocidad máxima: 250 km/h

Aceleración 0-100 km/h: 6.6 sec

NOx postratamiento de los gases de escape (DeNOx)

Coste: 39.780 EUR

Mercedes E320 BluetecIntroducción en mercado US en 2007,(Permiso en 45 Estados)

Part e1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Discusión: ¿el futuro de los motores diesel?Tecnología Establecida frente a tracciones alternativas

B

Page 5: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 5

Seite 5

www.h2training.eu

El Hidrógeno ICE –Una unidad convencional con un nuevo combustible El diseño de un motor H2 es similar

al de un motor gasolina.

Las diferencias resultan de las especificaciones del hidrógeno y medidas constructivas son necesarias para evitar petardeos.

Los coches con un H2-ICE son considerados como PZEV en California.

Las emisiones de NOx ocurren porque el nitrógeno está en el gas de combustión.

El H2-ICE es menos eficiente que los de pila combustible.

BMW planea probar 100 coches con un H2-ICE en 2008 (Hybrogen7)

Hydrogen7 from BMWFuente: BMW 2006

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Debate: La mayoría de los fabricantes consideran el hidrógeno en combinación con las pilas combustibles como el concepto de futuro. ¿Por qué BMW se centra en los H2-ICE? B

www.h2training.eu

Rotation-Engine: Principio

Primer motor en 1954:

Felix Wankel

Primera adopción

Audi Ro80 (until 1977)

Principio de los cuatro tiempos

Pero: un pistón rotatorio es usado en lugar de un pistón linear.

Ventaja principal:

Diseño compacto

Felix Wankel

Fuente: HyCar 2006

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Toma de aire

Escape de gases

Eje excéntrico

Boquilla inyectora H2 Conectada eléctricamente

B

Page 6: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 6

Seite 6

www.h2training.eu

Un ejemplo: Mazda´s RX-8 Hidrógeno REEl último “signo de vida” del motor de Wankel?

Dos motores rotatorios

Bivalente: Gasolina e Hidrógeno (CGH2)

Cilindrada: 2x654ccm (1.308ccm)

Maxima potencia motor: Max. potencia gasolina: 154 kW

Max potencia Hidrógeno: 80 kW

Par motor gasolina: 222 Nm

Hidrógeno:140 Nm

Depósito Hidrógeno: 110 Litros (@350 bar)

Depósito gasolina 61 Litros

Autonomía: Hidrógeno: 100 km

Gasolina: 549 km

Velocidad máxima 170 km/h (H2 mode)

Peso: 1460 kg

Precio: prototipo de coche

Mazda-RX8Fuente: Mazda 2006

Part 1

Part 2

Part 3

Part 4

Part 5

B

www.h2training.eu

Coches Híbridos

Invención en 1902

Ferdinand Porsche

Primer vehículo producido en masa en 1997

Toyota Prius

Hoy:

Toyota vendió cientos de miles de coches del modelo “Prius II” en todo el mundo. Principalmente en US y Japón (ver gráfico)

La mayoría de los fabricantes de coches desarrollan coches híbridos hoy.

Idea base:

Apoyo del motor de combustión por un motor eléctrico.

Almacenaje de energía eléctrica en baterías, ej. energía de arranque

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Fuente: Manager-Magazin 2005

B

Page 7: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 7

Seite 7

www.h2training.eu

Coches Híbridos: Principios y conceptos

Diferentes formas de coches híbridos

Micro-Híbridos: electric start&stop automatic

Híbridos Suaves: recuperación de energía de frenado

Los híbridos plenos pueden conducirse en modo eléctrico

Diferente estructura de tracción

Híbridos Paralelos

Híbridos en Serie

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Fuente: Aigle/Marz 2007, 65B

www.h2training.eu

Híbridos Paralelos y en Serie

En un sistema paralelo el ICE y el motor eléctrico pueden transmitir el poder a la transmisión. Ventaja principal: ambas

tracciones pueden ser usadas simultáneamente.

En un híbrido en serie el ICE funciona como generador para producir energía eléctrica. Sólo el motor eléctrico conduce la transmisión. Ventaja principal: e ICE puede

siempre funcionar con una buena eficacia

En sistemas mezclados, llamados sistemas paralelos-en serie, ambas ventajas pueden ser combinadas. Fuente: Bady 2000

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

Page 8: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 8

Seite 8

www.h2training.eu

Un ejemplo: Toyota PriusUna historia de éxito hecha en Japón Motor de combustión: motor Otto de 4

cilindros

Cilindrada:1497 ccm

Potencia Nominal: 57 kW

Torque Nominal : 115 Nm (@ 4000 U/min)

Motor Eléctrico: motor Synchron AC

Potencia Nominal: 50 kW

Par Nominal : 400 Nm (@ 1200 U/min)

Batería: Ni-MH

Consumo: 4,3 Litros

Autonomía: 1050 km

Depósito: 45 Litros

Velocidad Máxima: 170 km/h

Aceleración 0-100km/h: 10,9 sec.

Peso: 1400 kg

Emisiones-CO2: 104 g/km

Precio: 24.070*

Fuente: Toyota 2006

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Toyota Prius

B

www.h2training.eu

Vehículos Eléctricos

Vehículo Eléctrico von TrouveFuente: Elektroauto-Tipp 2006

Primer coche eléctrico en 1881:

Gustav Trouve

Un vehículo eléctrico fue el primer coche que alcanzó una Velocidad Máxima de 100 km/h en 1889

Tipos de Baterías:

Acumulador de plomo

Nuevos tipos de baterías

Tipos de motor eléctrico:

Corriente directa (dc)

Corriente alterna (ac)

Los motores eléctricos tienen altos rendimientos y una buena fuerza del motor a revoluciones bajas.

Part 1Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

Page 9: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 9

Seite 9

www.h2training.eu

Visión general de Baterías de Tracción Acumuladores de plomo

Tecnología común, pero la densidad de energía es demasiado baja.

Autonomía limitada, las baterías son demasiado pesadas.

Los coches sólo desempeñan un papel en ciertos segmentos de mercado (p. ej. Como coche para la ciudad)

Nuevas tecnologías de baterías

Níquel-cadmio, Níquel e Hidruro Metálico, Litio-Ion

Solo la densidad de energía de las baterías de Litio-Ion es suficiente para alcanzar una autonomía adecuada. El coche eléctrico sale del segmento de mercado.

Problemas: Costes, seguridad y duración

Fuente: Aigle/Marz 2006, 77

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

I

www.h2training.eu

Un ejemplo: Mitshubishi Lancer Evolution:Baterías de Ión-Litio y motores adosados a las ruedas Cuatro motores adosados a las

ruedas sincrónicos

Max. Potencia: 50 kW

Max. Par: 518 Nm

Baterías: Ión-Litio Capacidad 95 AH

Voltaje descarga: 336V

Energía Nominal : 32 kWh

Autonomía: 250 km

Velocidad máxima: 180 km/h

Peso:1590 kg

Emisiones-CO2: 0 (local)

Precio: Prototipo.

Producción en serie prevista para 2010

Mitsubishi Lancer Evolution

Fuente: Mitsubishi 2005

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

Page 10: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 10

Seite 10

www.h2training.eu

El Tesla Roadster

6831 baterías recargables de Ión-Litio son utilizadas en el Tesla

Tiempo de carga de las baterías: 3,5 horas

La duración de la vida de las baterías es suficiente para 100.000 millas (160.900 Km)

Nuevo Rendimiento con baterías de Ión-Litio!

Source: Umweltbrief 2007

B

www.h2training.eu

Coches de Pila Combustible

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Page 11: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 11

Seite 11

www.h2training.eu

Historia de los Vehículos-H2

1807: Primer H2-ICE por Francois Isaac de Rivaz 1839: Descubrimiento de la función principal de la pila combustible

por Sir William Grove 1860: motor de gas de 1 cilindro por Jean Joseph Etienne Lenoir.

Producción de H2 por electrolisis a bordo del coche. 1875 - 1890: Desarrollo del motor de combustión interna de cuatro

tiempos para combustibles líquidos por Otto, Benz and Daimler. 1933: Combustión de H2 con reformado de amoníaco a bordo by

Nosk Hybdro 1967: Primer coche eléctrico impulsado por pila combustible por

General Motors. 1970: Primera pila combustible – vehículo de batería híbrida (Austin

A40) aprobado para uso en carretera. Karl Kordesch 1970-1990: Continuación del desarroolo de los H2-ICE.

Especialmente en Japón por Musashi Desde1990: Desarrollo sistemático de unidades de pila combustible

por Mercedes-Benz, Toyota, Opel, Audi, Honda und Ford 1994: Transportador de pila combustible Necar1 por

DaimlerChrysler Desde 2000: Pruebas de mercado con Vehículos-FC (pila

combustible) 2003: Pruebas de mercado con 60 “A-Klasse” impulsados por pila

combustible por DaimlerChrysler (60 coches en todo el mundo) 2006: El gobierno alemán invierte 500 Mio. euros durante más de

diez años para la introducción en el mercado de los vehículos de pila combustible.

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

www.h2training.eu

Introducción: Vehículos-FC (pila combustible)Tipos de pilas combustibles

Fuente: Jörissen/Garche 200,17. Aportaciones propias.

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

I

Page 12: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 12

Seite 12

www.h2training.eu

Introducción: Características de los tipos de pila combustible

AFCPEFC / DMFC

PAFC MCFC SOFC

Temperatura baja alta

Catalizador puro menos puro

Especificación del Gas

limpiomenos limpio

Eficacia de la pila baja alta

Complejidad del sistema

alta baja

Tiempo de arranque

inmediato alto

Dinámica alta baja

<100°C Up to 1000°C

Platino metal

4-5.0 H2CnHm

40-50% 50-60%

Sistema de ReformaRef. Interna

Segundos Horas

Fuente: ilustración propia

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

I

www.h2training.eu

¿Qué tipo para cada aplicación ?

Cargas contínuas

Unidad-CHP para uso industrial

Plantas de carga base

Regla de oro:

Cargas dinámicas

Vehículos-FC (pila recargable)

Unidades-Mini CHP para uso doméstico

Aplicaciones portátiles

Neutralización de picos, UPS

PEFC

(DMFC)

PAFC

MCFC

SOFC

Pero: ¡No hay regla sin excepción !

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

Page 13: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 13

Seite 13

www.h2training.eu

Conceptos de vehículos de pila combustible

DaimlerChrysler desarrolló un prototipo (Necar5) con un reformador de metanol a bordo.

Daimler paró sus actividades y siguió el concepto del Hidrógeno.

La mayoría de los fabricantes se centran en almacenaje de hidrógeno directo.

La mayoría de los vehículos utilizan gas de hidrógeno comprimido. Puede ser comprimido hasta 350 bares. En un futuro cercano depósitos de 700 bares estarán disponibles.

El hidrógeno líquido es almacenado en tanques de criógeno. El hidrógeno se licua a menos 253°C

Fuente: Aigle/Marz 2006, 85

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

www.h2training.eu

Principales componentes de un H2-FCV

1: Motor eléctrico2: Sistema de pila combustible3: Tanques de alta presión 4: Batería de alto voltaje

A-Klasse de pila combusible de DaimlerChryler Fuente: Stauch 2005

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

Page 14: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 14

Seite 14

www.h2training.eu

Flujo de energía en un Vehículo de Pila Combustible

En un coche de combustible la energía química del H2 es convertida en energía eléctrica.

Un ICE convierte la energía térmica del combustible en energía mecánica (proceso-Carnot)

Comparada con el proceso-Carnot la conversión electroquímica es más eficaz.

Fuente: Los Alamos 1999, 5

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

www.h2training.eu

Vehículos de Pila Combustible de Metanol (NECAR V)

Especificaciones del Sistema Procesador de Combustible

Combustible: Metanol (CH3OH) Índice de flujo de H2: 60 Nm³/h Eficacia 86% Tiempo de arranque 1 minuto Arranque a bajo 0°C posible Ratio de disminución 1:40 Dinamica1.5 segundos (parado-90% carga) Coste estimado por unidades: $1,750 @ 100,000

unidades/año. $3,550 @ 10,000 unidades/año Dimensiones 800x260x320 mm Volumen / peso 65 lt/ 95 kg

Especificaciones del Sistema de Pila Combutible Potencia del sistema de pila combustible 75 kW el,bruto/

60 kW el,neto Emisiones <SULEV Volumen / peso 332 lt/ 385 kg Eficacia neta del sistema> 40 %

Fuente: Tillmetz/Benz 2006

Fuente: Tillmetz/Benz 2006

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

Page 15: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 15

Seite 15

www.h2training.eu

Gráfico de Flujo de un Metanol FCV

Fuente: Los Alamos 1999, 16

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

www.h2training.eu

La Pila de Células de Combustible (Ballard)

Impresionantes logros técnicos en los últimos años.

Ballard es el productor de pilas para coches más conocido a nivel mundial.

Los obstáculos son los costes, la duración y el arranque-frío. Pero es sólo un “pequeño” vacío para el rendimiento de la actual ICE.

Ballard MK902 Light Duty (LD)

Ballard MK902 Heavy Duty (HD)

Data: Budd 2006, 14-17, ilustración propia

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

Page 16: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 16

Seite 16

www.h2training.eu

Sistema de Pila Combustible XcellsisTMHY-80

Sistema electrónico de potencia

Bomba refrigerante

Módulo del sistema

Pila combusible (80 kW)

Sistema electrónico de control

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Fuente: Tillmetz/Benz 2006

B

www.h2training.eu

Sistema de depósito para Gas Hidrógeno Comprimido (CHG)

CGH2: hidrógeno gaseoso comprimido.

Presión 35–70 MPa y temperatura ambiente.

Normalmente 2 o 3 contenedores pueden ser colocados en un coche. En autobuses pueden colocarse hasta 8 contendores.

La autonomía oscila de 200km (350 bar) a 500 km (700 bar)

Fuente: Helmolt/Eberle 2007, 837

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

Page 17: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 17

Seite 17

www.h2training.eu

Sistema de Depósito para hidrógeno líquido (LH2)

Temperatura de funcionamiento de entre 20 y 30 K y 0.5 al max 1 MPa presión Problema: inevitable flujo principal a través de

Conducción Térmica Convección Radiación Térmica

Un eficiente súper aislamiento de vacío multicapa es necesario (aproximadamente 40 capas de láminas de metal)

Pérdidas de ebullición tras varios días. La energía para licuar el hidrógeno consume el 30% de la energía química

almacenada.

Fuente: Helmolt/Eberle 2007, 838

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Part 5

B

www.h2training.eu

Un ejemplo: DaimlerChryslers f-cell

Motor asíncrono de Tres Fases

Potencia Nominal: 65 kW

Torque Nominal : 210 Nm

Sistema de pila combustible

PEFC Ballard Mark 902

Potencia Nominal: 85 kW

Baterías:

NiMh 20kW

Depósito

CGH2@350bar: 1,8 kg

Consumo: equivalente Diesel 4,2

Autonomía: 160 km

Velocidad máxima: 145 km/h

Aceleración: 16 sec

Costes: Prototipo

Pruebas de mercado de 60 coches desde 2002

F-cell DaimlerChrysler

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

¡Sólo agua! B

Page 18: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 18

Seite 18

www.h2training.eu

GM´s Chevrolet Equinox Célula Combustible

Tracción eléctrica 73 kw motor asíncrono de 3 fases. 94 kw

max

Torque Nominal 320 Nm

Sistema de Célula Combustible Pila: 440 celdas, 93 kW

NiMH batería 35 kW

Vida operativa: 2.5 years, 80.000km

Temperatura operativa: -25 to +45°C

Almacenaje de combustible 3 CGH2 contenedores

70 MPa

4.2. kg hidrógeno

Rendimiento Aceleración: 0-100 km/h in 12s

Velocidad máxima 160 km/h

Autonomía de funcionamiento 320 km

Peso: 2010 kg

Fuente: Helmolt/Eberle 2007, 842

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

www.h2training.eu

Comparación de Eficiencia y Emisiones-CO2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 50 100 150 200

[ Efic

ienc

ia (

%)

]

Tracción Hidrógeno FC Zafira (HydroGen3) Diesel Zafira (motor X20DTL)

1. Gear2. Gear

3. Gear

4. Gear

5. Gear

Eficiencia Media (Ciclo de Conducción Europeo): Eficiencias: 36 % / 22 %Emisiones-CO2 (directas): 0 g/km / 177 g/km

[ Km/h ]

Fuente: Hermann/Winter 2003

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

Page 19: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 19

Seite 19

www.h2training.eu

Eficiencia Global de los coches FC (ejemplo DC)

100 % l H2

37,7 % eficiencia global del depósito a la rueda

62,2 % FC-potencia 37,8 % Calor

45,8 % Potencia Convertidor 16,4 % auxiliares

37,7 % Rueda8,1 % convertidor,motor, velocidad,diferencial

Data: Lamm 2002

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

B

www.h2training.eu

Autobuses de Pila Combustible

DaimlerChryslers “Citaro-Bus” basados en la tecnología de la célula combustible.

27 Citaro buses fueron probados de 2003 a 2005 en 9 ciudades europeas.

Tecnología de Pila de Ballard:

Dos módulos “MK902 Heavy Duty“ con 300 kW

Sistema de depósito

9 CGH2-contenedores con 350 bar pueden almacenar 1845 litros

Autonomía

De 200 a 250 kilómetros

Velocidad máxima

approx. 80 kilómetrosFuente: Fuel Cell Bus Club 2004

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Bus de pila Combustible “Citaro“

B

Page 20: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 20

Seite 20

www.h2training.eu

H2 Estaciones de Servicio – en todo el mundo

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

299 estaciones de servicio en todo el mundo !Fuente: H2stations.org by LBST (LBST 2007)B

www.h2training.eu

H2 Estaciones de Servicio – Europa

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

Fuente: H2stations.org by LBST (LBST 2007)B

Page 21: Capítulo 2: Conceptos del Vehículo …profesores.sanvalero.net/~arnadillo/Documentos/Apuntes/... · 2016-08-29 · posteriores de escapes de OxN son necesarios ... Gases de escape

H2 Training Manual 31.08.2012

© ... - For requests: [email protected] 21

Seite 21

www.h2training.eu

Fuentes IAigle, Thomas; Marz, Lutz (2007a): Automobilität und Innovation. Versuch eine interdisziplinären

Systematisierung. Discussion Paper SPIII 2007-102. Wissenschaftszentrum für Sozialforschung Berlin

Aigle, Thomas; Krien, Philipp; Marz, Lutz (2007): Die Evaluations-Matrix. Ein Tool zur Bewertung antriebs- und kraftstofftechnologischer Innovationen in der Automobilindustrie. Discussion Paper SPIII 2007-105. Wissenschaftszentrum für Sozialforschung Berlin

Bady, Ralf (2000): Hybrid-Elektrofahrzeuge – Strukturen und Entwicklungen. Vortrag, 6. Symposium Elektrische Straßenfahrzeug. Technische Akademie Esslingen.

Budd, Geoff (2006): A fuel cell bus project for Europe – Lessons learned from a fuel cell perspektive. Vortag, CUTE-Abschlusskonferenz. 22.5.2006, Hamburg.

BMW (2006a): Der BMW Hydrogen 7 – eine neue Ära der Mobilität. Pressemitteilung, Internet: www.7-forum.com/news/Der-BMW-Hydrogen-7-eine-neue-Aera-der-Mo-1285.html. Zugriff: 10.10.2006

Fuel Cell Bus Club (2004) Background Information / Fuel Cell Technology / New Generation of Buses Internet: /www.fuel-cell-bus-club.com/index.php?module=pagesetter&func=viewpub&tid=1&pid=116. zugriff: 17.12.2007

Helmolt von, Rittmar; Eberle, Ulrich (2007): Fuel cell vehicles: Status 2007. In: Journal of Power Sources, 165 (2007), S. 833-845

Herrmann, M.; Winter, U.: Fuel Cells 2003, 3, No. 3, 141 ff

HyCar (2006): Der Wasserstoff-Wankelmotor. Informationsseiten über Wasserstofffahrzeuge von Jürgen Kern. Internet: www.hycar.de/wankel.htm. Zugriff: 04.10.06

Jörissen, Ludwig; Garche, Jürgen (2000): Brennstoffzellen für den Fahrzeugantrieb. In: Wengel, Jürgen; Schirmeister, Elna (Hg.): Innovationsprozess vom Verbrennungsmotor zur Brennstoffzelle – Chancen und Risiken für die baden-württembergische Industrie. Abschlussbericht. Karlsruhe, Februar 2000, S. 13-48.

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5

www.h2training.eu

Fuentes II

Lamm, Arnold (2006): PEM-BZ-Systeme für den mobilen Einsatz. Vortrag, DaimlerChrysler Forschungszentrum Ulm. Internet: www.sfb374.uni-stuttgart.de/rv_02_03/PEM_Brennstoffzelle_Lamm.pdf. Zugriff: 06.11.2006

LBSt (2007): Hydrogen filling stations worldwide. Internet: www.h2stations.org

Los Alamos (1999): Fuel Cells. The green Power.

Manager-Magazin (2005): Hybridautos – Der Airbag-Effekt. Artikel, Internet: www.manager-magazin.de/unternehmen/artikel/0,2828,373740,00.html. Zugriff: 22.10.2006

Mitshubishi (2005): Mitsubishi Motors to drive forward development of next-generation EVs - Colt EV test car uses in-wheel motors & lithium-ion batteries. Pressemitteilung, Internet: http://media.mitsubishi-motors.com/pressrelease/e/corporate/detail1269.html. Zugriff: 02.11.2006

Stauch, Thorsten (2005): Präsentation Technik F-Cell. Vortrag, Praxis-Seminar Wasserstoff-betriebene Fahrzeuge, Weiterbildungszentrum Brennstoffzelle. 27.1.2005, Ulm.

Tillmetz, Werner; Benz, Uwe (2006): Methanol Fuel Cell Power Train. Vortrag. European Biofuel Congress, 17.Oktober 2006, Essen

Toyota (2006): Seriell-paralleles Hybridsystem - Fluss der Systemenergie. Schaubild, Internet: www.hybridsynergydrive.com/de/series_parallel.html. Zugriff: 22.10.2006

Umweltbrief (2007): Tesla - ein Elektro-Roadster aus USA. Internet: www.umweltbrief.de/neu/html/aktuell.html#Tesla-Elektro-Roadster. Zugriff: 17.12.2007

Parte 1

Parte 2

Parte 3

Parte 4

Parte 5