"Aspectos a considerar en la tecnología de Buses Eléctricos" - Jaime Alée - Universidad de Chile - DTPM
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"Aspectos a considerar
en la tecnología de Buses
Eléctricos”
Jaime Alée – Universidad de Chile
jalee@ing.uchile.cl
Agosto, 2017
www.centroenergía.cl
Conversión de Energía, Almacenamiento y Electromovilidad
Aspectos a considerar en la tecnología de Buses Eléctricos
EVOLUCIÓN DEL TRANSPORTE ELÉCTRICO
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Aspectos a considerar en la tecnología de Buses Eléctricos
VEHÍCULO DE COMBUSTIÓN INTERNA VERSUS FULL ELÉCTRICO
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Aspectos a considerar en la tecnología de Buses Eléctricos
¿CÓMPONENTES DE LOS VEHÍCULOS ELÉCTRICOS?
Baterías
Electrónica
de
Potencia
VE
Motor
Eléctrico
Cargador
de baterías
Ignacio Polanco CE U Chile
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Aspectos a considerar en la tecnología de Buses Eléctricos
SISTEMAS DE CARGA
Compensación de tamaño y costo de batería (rango) versus dependencia de instalaciones de cargadores en la ruta
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Aspectos a considerar en la tecnología de Buses Eléctricos
EL PRINCIPAL DESAFÍO TECNOLÓGICO ES … LA BATERÍA
BUS ELECTRICO
CONSUMO ENERGETICO DE ELECTRICIDAD
UNA SEMANA 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 POCOS MINUTOS ..?
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Aspectos a considerar en la tecnología de Buses Eléctricos
**QUÍMICA DE BATERÍAS Y TENDENCIAS**
Co • CICLOS DE CARGA
• DENSIDAD ENERGETICA
LCO
Región de alta estabiliad
Reversibilidad
Alta capacidad
NCM 1-1-1
NCM 5-2-3 +
Seguridad NCM 4-2-4 Capacidad NCA
NCM 6-2-2
NCM 8-1-1 Estabilidad
LMO
Mn Ni
Región de bajo costo
NCM: la batería más popular hoy en día
Evolución tecnológica
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Aspectos a considerar en la tecnología de Buses Eléctricos
EL PACK O BATERÍA DE UN BUS ELÉCTRICO
CELDAS MODULO
EMPAQUETAMIENTO PACK
>100 CELDAS
Evolución tecnológica
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Aspectos a considerar en la tecnología de Buses Eléctricos
**EFECTO DE TEMPERATURA EN BATERÍAS**
Vida Calendario Ciclo de Vida
Impacto de la
Altas temperaturas disminuyen la vida
Temperatura
Voltaje / SOC DOD
Un voltaje más bajo es mejor para la
Impacto La vida de ciclo tiene una elación
vida de la batería. Las celdas no se
SOC / DOD fuerte con la profundidad de
almacenan a SOC completo antes de
descarga: cuanto más bajo es el
ser ensambladas en un paquete de
DOD, más larga es la vida de ciclo.
baterías
USABC / metas 15 años PHEV 1000 a 80% DOD, 1600 a 50% DOD,
DoE 10 años BEV 2670 a 30% DOD
Complejidades de la batería
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Aspectos a considerar en la tecnología de Buses Eléctricos
ADQUISICIÓN DE FLOTA - CAMBIO TECNOLÓGICO
La adquisición de una flota de buses eléctricos no es sólo una decisión de compra de
buses , sino que la opción por una tecnología muy distinta a lo tradicional , la cual es
emergente con muchas posibilidades de evolución.
El cambio tecnológico
es muy relevante y
no debe tomarse a la
ligera..
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FACTORES A CONSIDERAR
RIESGO/FACTOR EFECTOS POTENCIALES MITIGACIÓN(*)
RIESGO DE EVOLUCIÓN Obsolescencia, soporte, Contrato de evolución
Sobre tecnología
TECNOLÓGICA ACELERADA depreciación acelerada tecnológica
Contrato de protección
RIESGO DE PRODUCCIÓN O
Sobre Proveedor Plazos, soporte, M&A, quiebra empresarial innovación
FINANCIERO
temprana
RIESGO DE Error en la evaluación por
Evaluación técnica y pruebas
Sobre Capex & Opex RENTABILIDAD DE LA desconocimiento sutilezas
rigurosas
OPERACIÓN tecnologías emergentes
RIESGO DE INCAPACIDAD DE
Sobre Soporte post Incapacidad de proveer servicio Contrato de riesgo compartido
CUMPLIR CONTRATO DE
venta necesario y a tiempo tecnología emergente
CONCESION
Modalidad elegida puede
Sobre modalidad de RIESGO DE ATADURA VS Evaluación rigurosa de
comprometer futuro
transferencia MINIMIZAR RIESGOS escenarios técnico-económicos
impredecible
(*) la terminología es propia y representa un tipo de acción representativa de mitigación.
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FACTORES A CONSIDERAR
Tecnología ofrecida
Homologación tecnológica
Actualización tecnológica
TECNOLOGÍA Pruebas de aceptación en Fábrica
Personalización
Seguridad
Experiencia y reputación del Proveedor
PROVEEDOR Capacidad de producción y entrega
Capacidad Financiera
Precio total de la Unidad
CAPEX Y OPEX Costo de Mantención y Garantías
Pruebas de aceptación locales
Servicios Locales o Regionales
SOPORTE POST VENTA Instalaciones de mantención regionales
Entrenamiento local
Estandarización de mejoras
Segundo uso baterías
MODALIDAD DE TRANSFERENCIA Financiamiento o arriendo o leasing (total/parcial)
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FACTORES A CONSIDERAR
Tecnología ofrecida
Homologación tecnológica
Actualización tecnológica
TECNOLOGÍA Pruebas de aceptación en Fábrica
Personalización
Seguridad
Experiencia y reputación del Proveedor
PROVEEDOR Capacidad de producción y entrega
Capacidad Financiera
Precio total de la Unidad
CAPEX Y OPEX Costo de Mantención y Garantías
Pruebas de aceptación locales
Servicios Locales o Regionales
SOPORTE POST VENTA Instalaciones de mantención regionales
Entrenamiento local
Estandarización de mejoras
Segundo uso baterías
MODALIDAD DE TRANSFERENCIA Financiamiento o arriendo o leasing (total/parcial)
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TECNOLOGÍA OFRECIDA
• Arquitectura de la celda y química empleada
En un bus eléctrico, es • Modularidad y acceso a servicios a la batería
necesario analizar el diseño • Localización del motos o motores
• Sistemas de control y automatización
técnico y la tecnología de • Certificación y estandarización del proveedor de celdas
baterías ofrecida para entender • Soporte de capacitación y transferencia tecnológica
si existe riesgo de • Manuales y personal de soporte técnico disponible
• Tipo de necesidad de carga y propiedad de protocolos
obsolescencia acelerada • Necesidades especiales de instalaciones de carga
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HOMOLOGACIÓN TECNOLÓGICA
En un bus eléctrico, sin normas
estándares a nivel mundial, hay
• Certificaciones en los grandes mercados (japon, Usa, Europa)
versiones para Europa, para • Certificación de batería y proveedor
EEUU, para países del tercer
mundo, etc
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**NORMAS DE ESPECIFICACIÓN**
TESLA P100D 2017
Batería 100 KWh
CICLO DE HOMOLOGACION
Europa (NEDC) EEUU (EPA)
613 kms de autonomía 503 kms de autonomía
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EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA
En un bus eléctrico, es prácticamente
seguro que sus versiones de baterías,
de inteligencia computacional y de • Garantía de upgrade de partes claves
diseño cambiarán varias veces en los • Devaluación asegurada
próximos 10 años . Todas ellas • Opción de re-compra
mejorarán la performance del • Precio especial de renovación
• Riesgo compartido
vehículo.
• Seguro de soporte por X años
Ello implica obsolescencia
tecnológica, soporte incierto y
eventual desvalorización acelerada.
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**RIESGO EVOLUCIÓN TECNOLÓGICA ACELERADA**
6 AÑOS
NISSAN LEAF 2012 NISSAN LEAF 2018
AÑO 2012 2016 2018 Todo por la Ciencia C13 2012
AUTONOMIA 130 kms 200 kms 420 kms
BATERÍA 24 KWh 30 KWh 80KWh
PRECIO US$ 32-34 32-34 32-36
NOVEDAD autónomo https://youtu.be/wt0Nq-72DcQ
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PRUEBAS EN FÁBRICA
Hay que desarrollar un
• Diseño de protocolo
protocolo de inspección y • Generar equipo de inspección y pruebas
pruebas en fábrica para la • On the job training
primera unidad a fin de • Especificar condiciones de aceptación
• Fechas y procesos de pruebas
verificar cumplimiento de
especificaciones
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PERSONALIZACIÓN
Condiciones propias de
Santiago (alto desnivel) • Especificaciones especiales
• Modelamiento
requiere algunas mejoras en las • Sensores especiales
baterías (W-E) so riesgo de • Supervisión on line
sobredimensión o rápido
deteriorio
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**RANGO DE USO EN ELECTROMOVILIDAD**
Comparación de rango en distintas
pruebas de campo
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**FACTORES QUE AFECTAN LA AUTONOMÍA**
• Efectividad del conductor al usar la inercia del vehículo
• MODO DE CONDUCCIÓN • Pericia en el uso del freno regenerativo
30% del consumo energético • Tacto del acelerador
• CLIMA • Gradiente térmico entre Temperatura exterior y de
confort interna
• OROGRAFÍA • Cuanto mayor sea el desnivel en el recorrido, y a mayor
porcentaje de pendiente, el consumo energético será
mayor.
https://www.fenercom.com/pdf/publicaciones/Guia-del-Vehiculo-Electrico-II-fenercom-2015.pdf
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SEGURIDAD
• Análisis de seguridad
• Certificaciones estándares y rigor/calidad de las mismas
Las baterías son elementos • Entrenamiento ante accidentes
delicados que pueden ser • Calidad de manuales y protecciones
peligrosos ante choques o
siniestros por desorden público
, igualmente el sistema eléctrico
debe ser protegido para trabajo
de mantención
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**TEST Y ESTÁNDARES - BATERÍAS EN APLICACIONES AUTOMOTRICES**
Renewable and Sustainable Energy Reviews
A review of international abuse testing standards and regulations for lithium ion batteries in electric and hybrid electric vehicles
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FACTORES A CONSIDERAR
Tecnología ofrecida
Homologación tecnológica
Actualización tecnológica
TECNOLOGÍA Pruebas de aceptación en Fábrica
Personalización
Seguridad
Experiencia y reputación del Proveedor
PROVEEDOR Capacidad de producción y entrega
Capacidad Financiera
Precio total de la Unidad
CAPEX Y OPEX Costo de Mantención y Garantías
Pruebas de aceptación locales
Servicios Locales o Regionales
SOPORTE POST VENTA Instalaciones de mantención regionales
Entrenamiento local
Estandarización de mejoras
Segundo uso baterías
MODALIDAD DE TRANSFERENCIA Financiamiento o arriendo o leasing (total/parcial)
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EXPERIENCIA Y REPUTACIÓN DEL PROVEEDOR
En un proveedor de buses • Obtención de evidencias
eléctricos, no hay un registro o • Condiciones y reputación de la fábrica
referencias de clientes • Garantías de sustentabilidad de la empresa
• Verificar fábrica y capacidad de producción
suficientes , salvo proyectos • Análisis estratégico
pilotos o clientes cautivos del • Garantía del país
país fabricante. • Inventario en operación
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FACTORES A CONSIDERAR
Tecnología ofrecida
Homologación tecnológica
Actualización tecnológica
TECNOLOGÍA Pruebas de aceptación en Fábrica
Personalización
Seguridad
Experiencia y reputación del Proveedor
PROVEEDOR Capacidad de producción y entrega
Capacidad Financiera
Precio total de la Unidad
CAPEX Y OPEX Costo de Mantención y Garantías
Pruebas de aceptación locales
Servicios Locales o Regionales
SOPORTE POST VENTA Instalaciones de mantención regionales
Entrenamiento local
Estandarización de mejoras
Segundo uso baterías
MODALIDAD DE TRANSFERENCIA Financiamiento o arriendo o leasing (total/parcial)
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PRECIO DE LA UNIDAD
En un Bus eléctrico el precio • Precio básico
• Precio opcionales
tiene letras chicas debido a la • Precio puesta en servicio (training, capacitación, etc)
incerteza tecnológica, la poca • Precio batería según rango
experiencia y a las expectativas • Precio instrumentación y elementos ad-hoc
• Precio repuestos elementos claves
del usuario. • Precio instalación de sistema(s) de carga
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COSTOS DE MANTENCIÓN Y GARANTÍAS
En un Bus eléctrico el principal
problema es la falla/reparación del • Garantía de la Batería y condiciones
• Opción de reposición de partes y piezas de la batería
sistema de baterías (alto porcentaje • Opciones locales de reposición
del costo del bus) , sus sistemas • Costo de repuestos de rápido acceso
computacionales (necesidades • Costo de personal y equipamiento local operador
expertas) e instrumentos de taller • Costo de instrumental
además de la rápida obsolescencia • Entrenamiento y personal
tecnológica • Acceso a planos y manuales
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**LETRA CHICA EN GARANTÍAS**
Garantía de baterías +
• El Rango de uso de la batería es un 80% o menos (ventana de uso): 10%-90%
• La batería tiene un límite de ciclos de vida (cargas completas) antes que se esté bajo
el límite superior . Bajo éste nivel, la batería se considera inútil para el uso en el
vehículo 80%
• Los rangos pueden llegar a ser 3000 ciclos o mas en un bus (3.000 cargas)
Las Garantías tienen letras chicas, normalmente se expresan en Kms y/ tiempo: -
• Garantizan la caída de rango por desgaste en el tiempo más allá de un limite (p.ej si el
rango cae más de un 40% en el periodo)
• Limitan el tiempo sin cargar a un máximo de meses.
• Uso en climas fríos desgasta más la batería
• Normalmente están asociadas a un rango inferior al máximo (Garantizan un rango en
kms inferior al nominal)
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FACTORES A CONSIDERAR
Tecnología ofrecida
Homologación tecnológica
Actualización tecnológica
TECNOLOGÍA Pruebas de aceptación en Fábrica
Personalización
Seguridad
Experiencia y reputación del Proveedor
PROVEEDOR Capacidad de producción y entrega
Capacidad Financiera
Precio total de la Unidad
CAPEX Y OPEX Costo de Mantención y Garantías
Pruebas de aceptación locales
Servicios Locales o Regionales
SOPORTE POST VENTA Instalaciones de mantención regionales
Entrenamiento local
Estandarización de mejoras
Segundo uso baterías
MODALIDAD DE TRANSFERENCIA Financiamiento o arriendo o leasing (total/parcial)
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**CADENA DE SERVICIOS CLAVES PARA BUSES ELÉCTRICOS**
100
90
Electricidad
80
Diseño
70
Quimica
60
Título del eje
IoT
Computación
50
Mecánica Electricidad
Electrónica
40
Electricidad
30 Mecanica
20
10 Mecánica
0
Bus Diesel Bus Electrico
ESPECIALIDADES QUE PARTICIPAN EN EL DISEÑO Y MANTENCIÓN DE BUSES
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**CADENA DE SERVICIOS CLAVES PARA BUSES ELÉCTRICOS**
• BATERÍAS
• ELECTRÓNICA DE POTENCIA
• ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA • MICRO-REDES Y DISTRIBUCIÓN ELECTRICA
• CARGADORES ELECTRICOS
• MOTORES ELECTRICOS
• SENSORES
• SISTEMAS COMPUTACIONALES AUTOMOTRICES
• SOFTWARE
• TECNOLOGIAS DE INFORMACIÓN • SISTEMAS DE MODELAMIENTO
• ANALISIS DE DATOS
• ESTRUCTURA
• MECÁNICA • SISTEMA DE SUSPENSION, FRENOS, ETC
• CHASIS Y DIRECCIÓN
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FACTORES A CONSIDERAR
Tecnología ofrecida
Homologación tecnológica
Actualización tecnológica
TECNOLOGÍA Pruebas de aceptación en Fábrica
Personalización
Seguridad
Experiencia y reputación del Proveedor
PROVEEDOR Capacidad de producción y entrega
Capacidad Financiera
Precio total de la Unidad
CAPEX Y OPEX Costo de Mantención y Garantías
Pruebas de aceptación locales
Servicios Locales o Regionales
SOPORTE POST VENTA Instalaciones de mantención regionales
Entrenamiento local
Estandarización de mejoras
Segundo uso baterías
MODALIDAD DE TRANSFERENCIA Financiamiento o arriendo o leasing (total/parcial)
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FINANCIAMIENTO/ARRIENDO/LEASING TOTAL/PARCIAL
Es posible transferir riesgos si
• Costo del financiamiento
el operador arrienda el bus con • Condiciones en cada caso
todo el soporte incluido. Otra • Costos de mantención serán aumentados
opción es arrendar la batería y • Cliente cautivo
• Análisis estratégico
comprar el resto del bus. Todo • Indicadores de calidad back to back
ello tiene ventajas y • Buses de respaldo
desventajas
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**SEGUNDO USO PARA BATERÍAS**
Servicio Evaluación de
Automotriz baterias
SEGUNDO USO
Fabricación Reutilización
Segunda
Reciclaje
aplicación de uso
http://www.nrel.gov/transportation/energystorage/use.html
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**MODELO INDIO ARRIENDO BATERIAS**
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ADQUISICIÓN DE FLOTA - CAMBIO TECNOLÓGICO
La adquisición de una flota de buses eléctricos no es sólo una decisión de compra de
buses , sino que la opción por una tecnología muy distinta a lo tradicional , la cual es
emergente con muchas posibilidades de evolución.
El cambio tecnológico
es muy relevante y
no debe tomarse a la
ligera..
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