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