Avances tecnológicos en vehículos eléctricos. Documento elaborado por ERF para Ecotendencias Cosmocaixa 2015.

1. La innovación se mueve conLa innovación se mueve con
electricidad
Febrero de 2015
Avances tecnológicos en vehículos eléctricos
Concepto, elaboración de contenidos y diseño

2. Contenido
Los retos tecnológicos de la movilidad eléctrica 3Los retos tecnológicos de la movilidad eléctrica
Baterías
3
4
Modalidades de recarga
Tracción mecánica
11
18Tracción mecánica
Para saber más 20
18
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 2

3. L t t ló iLos retos tecnológicos
de la movilidad eléctrica
Los vehículos eléctricos no
constituyen sólo un cambio
tecnológico sino que conllevan un
cambio de paradigma de la
Retos tecnológicos
BATERÍAS
MODALIDAD DE
RECARGA
TRACCIÓN
MECÁNICAcambio de paradigma de la
movilidad. La implantación del vehículo
eléctrico debe hacer frente tanto a retos
tecnológicos como a retos sociales y
económicos o de mercado
BATERÍAS RECARGA MECÁNICA
Tecnologías innovadoras comercializadas en loseconómicos o de mercado.
En el caso de los retos tecnológicos,
los grandes adelantos se centran en la
resolución de las limitaciones técnicas
Tecnologías innovadoras comercializadas en los
últimos 3-4 añosHOYHOY
resolución de las limitaciones técnicas
y económicas entorno a les baterías,
las modalidades de recarga y la
tracción mecánica.
Retos sociales y económicos
Tecnologías emergentes y de futuroFUTUROFUTURO
A través de tecnologías innovadoras
comercializadas en los últimos 3-4
años y tecnologías emergentes y de
futuro, el vehículo eléctrico se
Retos sociales y económicos
Rentabilidad en base al sobrecoste inicial del vehículo.
Oferta de vehículos y puntos de recarga.
Reconversión del sector del automóvil y de otros sectores
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 3
futuro, el vehículo eléctrico se
convertirá en una opción de movilidad
viable, competitiva y más sostenible.
Reconversión del sector del automóvil y de otros sectores
auxiliares.

4. BateríasBaterías
Capacidad, autonomía y recarga
¿Cuántos km puedo
recorrer con un
vehículo eléctrico sin
necesidad de recarga?
¿Cómo almacenar la energía
eléctrica
del vehículo sin limitar sus
prestaciones?
¿Cómo cargar la batería
para que no suponga una
pérdida de tiempo y de
comodidad para el usuario?
AUTONOMÍA
• Volumen y peso
CAPACIDAD
• Capacidad de carga
RECARGA
p
• Volumen y peso
• Eficiencia
• Capacidad de
almacenaje
• Nuevos tipos de
batería
p g
• Potencia pico
• Densidad energética
• Durabilidad
• Coste
• Materiales y
reciclabilidad de los
• Tipos de conector
• Diseño
• Acceso a estaciones
de recarga
• Ciclos de recarga
La innovación tecnológica permitirá avanzar paralelamente en la resolución de estos tres aspectos,
íntimamente relacionados entre sí, donde las baterías se convierten en la pieza central.
reciclabilidad de los
componentes
, p
Baterías más ligeras, con menos tiempo de recarga y con una mayor capacidad de almacenaje
de energía; permitirán más autonomía y recargas más rápidas y distribuidas.
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 4

5. Baterías
Tipología Ventajas Inconvenientes
Baterías
Tecnologías actuales y emergentes
De manera genérica, las familias de
baterías se clasifican en:Tipología Ventajas Inconvenientes
Ácido/Plomo Económicas Requieren mantenimiento
Peso elevado
Necesitan rodaje
baterías se clasifican en:
• Baterías en medio acuoso ácido
(baterías de plomo), o alcalino
(baterías de níquel-cadmio,
níquel-hidruro metálico -Ni-MH)
• Baterías en medio orgánico en
Gel de plomo Económicas
No tienen mantenimiento
Peso elevado
Necesitan rodaje
Níquel/Cadmio (NiCd) Económicas
No tienen mantenimiento
Tienen efecto memoria
fase líquida (ión de litio, litio-
fosfato)
• Baterías en medio polímero
(litio/metal polímero).
En aplicaciones industriales y de
Níquel/Metal (NiMH) Económicas
No tienen mantenimiento
Tienen efecto memoria
Iones de litio (LiIon) No tienen efecto memoria
Mayor densidad de energía por
l
Precio elevado
En aplicaciones industriales y de
sistemas de transporte, las baterías
basadas en el litio están
substituyendo rápidamente las de
ácido-plomo y las de níquel-hidruro
metálico (Ni-MH).
peso y volumen
Polímeros de litio No tienen efecto memoria
Máxima densidad de energía por
peso y volumen
Precio elevado
Polímeros de Densidad energética muy elevada Aún en fase de investigación
Baterías
comercializadas en
los últimos 3-4 años
HOYHOY
Polímeros de
Grafeno
Densidad energética muy elevada
Larga vida útil
Aún en fase de investigación
Ocupan demasiado volumen,
limitando la autonomía
Supercondensadores Respuesta dinámica rápida
Alta eficiencia del ciclo
Baja toxicidad de los materiales
Aún en fase de investigación
El voltaje varía con la energía
almacenada
Baterías en fase de
investigación y
desarrollo
FUTUROFUTURO
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 5
Baja toxicidad de los materiales
usados
almacenada
Fuente: Elaboración propia a partir de Espacio compra verde. Vehículos eléctricos. Club EMAS.

6. BateríasBaterías
Mejorar la autonomía,
una constante en la historia del vehículo eléctrico
El año 1891 W. Morrison fabricó uno de los
primeros vehículos eléctricos de los Estados
Unidos de América con un motor de 4 CV queUnidos de América, con un motor de 4 CV que
podía transportar 10 personas a una velocidad de
32 km/h y contaba con una autonomía de 80 km.
Ciento veinte años después en el 2010 seCiento veinte años después, en el 2010, se
obtuvieron autonomías de 200-250 km.
Actualmente ya se comercializan modelos de
coches eléctricos con autonomías superiores a
los 400 kmlos 400 km.
¿Cuándo conduciremos vehículos eléctricos con
autonomías de 800‐1.000 km?
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 6

7. BateríasBaterías
Autonomía de los principales modelos de
coches eléctricos en el mercado
HOYHOY
Tesla Modelo S
435 km
BYD E6
280 k
Volkswagen e-Golf
Nissan LEAF
BMW i3
190 km
280 km
Kia Soul
210 km
Nissan eNV200
170 km
Ford Focus Electric
Renault Fluence ZE
Renault Zoé
200 km
Volkswagen e-Up!
Renault Kangoo ZE
160 km Citroën C-Zero / Peugeot ion:
150 km
Smart Fortwo ED: 135 km
Renault Twizy: 100 km
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 7

8. Baterías
Les baterías de polímeros de litio basan su
Baterías
Polímeros de litio
FUTUROFUTURO
Les baterías de polímeros de litio basan su
funcionamiento en cuatro componentes básicos: un
colector de corriente; un cátodo compuesto por óxido
de vanadio, carbón y polímero; un electrolito (POE:
polioxiatileno y sales de litio); y un ánodo de litiopolioxiatileno y sales de litio); y un ánodo de litio
metálico. Su autonomía puede llegar a los 400 km.
Quién: LG Chemical CO y Renault. Aparentemente
se está desarrollando para Tesla y General Motors.
Cuándo: 2016.
El modelo de coche Kia Soul EV de Kia Motors ya cuenta
con esta tecnología. Dispone de celdas de polímeros de
litio con cátodos de Níquel, Cobalto y Manganeso.
HOYHOY
Con una densidad energética elevada de 200 Wh/kg y
una autonomía de 210 km, este vehículo ya se
encuentra en el mercado.
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 8

9. Baterías
Estas baterías tienen una densidad energética muy
Baterías
Polímeros de grafeno
FUTUROFUTURO
Estas baterías tienen una densidad energética muy
elevada, una vida útil que dobla la de las baterías de
ión litio, una recarga de 8 minutos, son un 77% más
baratas que las anteriores, y con una posible
autonomía de 800 1 000 km Su principalautonomía de 800-1.000 km. Su principal
inconveniente es que ocupan demasiado volumen,
de modo que en la mayoría de coches la autonomía
real estaría limitada a 500 o 600 km.
Quién: Graphenano, empresa española que produce
grafeno industrial desde 2012; la Universidad de
Córdova; y Grabat Energy, otra empresa española
que fabricará las celdas de batería.
Cuándo: 2017-2018. El grafeno
El grafeno es carbono puro, pero con una estructura
química diferente (es lo que se conoce como alotropía).
Es uno de los nuevos materiales más prometedores deEs uno de los nuevos materiales más prometedores de
este siglo. Desde que fue descubierto el año 2004,
descubrimiento que supuso el Premio Nobel de Física
unos años después, se han realizado diferentes trabajos
de investigación para su aplicación en baterías y
supercondensadores.
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 9

10. Baterías
Nuevo sistema de capacidad llamado Electrical Energy Storage
Baterías
Supercondensadores
FUTUROFUTURO
Nuevo sistema de capacidad llamado Electrical Energy Storage
Units (EESU), que se basa en la aplicación de
supercondensadores; que permite suministrar energía para un
coche pequeño con una autonomía de 450 km. Se trata de un
sistema basado en cerámicas y fabricado con técnicas de
Una revolución en el sector de la
electromovilidad:
Reducir el peso,
minimizar el tiempo de recarga,
sistema basado en cerámicas y fabricado con técnicas de
circuitos integrados, adhiriendo granos de polvo de cristal de
titanato de bario (con muy alta permitividad) sobre la cerámica.
Quién: EEStor, Cedar Park, Texas.
incrementar la durabilidad,
reducir los materiales tóxicos y
¡obtener una autonomía de más de
450 km!
Cuándo: No se ha demostrado aún su viabilidad. Existe cierto
escepticismo entre los expertos. Supercondensador
EESU
NiMH Plomo
ácido
Iones de
litio
Peso (kg/libra) 135/300 780/1716 1660/3646 340/752
Un supercondensador es un condensador
eléctrico que incrementa su capacidad de
almacenaje de energía a través de placas
rugosas de materiales como el carbono o
el grafeno, a escala nanométrica,.
Peso (kg/libra) 135/300 780/1716 1660/3646 340/752
Volumen (litros/pulgada cúbica) 74.5/4541 293/17,881 705/43,045 93.5/5697
Ratio de autodescarga 0.02%/30 días 5% / 30 días 1% / 30 días 1% / 30 días
Tiempo de recarga del 100% 3-6 min > 3.0 h 3-15 h > 3.0 h
R d ió d l i l d id Ni M l d El d M l d
Mientras que otros sistemas, como las
baterías convencionales, tienen una
respuesta lenta, tanto para disponer de
energía (sea arrancada fuerte o subida)
como para captarla (frenada); los
supercondensadores tienen una respuesta
Reducción del ciclo de vida en
función del tiempo que no se
usa la batería
Ninguna Muy elevado Elevado Muy elevado
Materiales tóxicos Ninguno Sí Sí Sí
Efecto de la temperatura sobre
la capacidad de almacenaje
Negligible Elevado Muy elevado Elevado
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 10
supercondensadores tienen una respuesta
dinámica muy rápida. Comparativa de características de baterías de supercondensadores com otras baterías.
Fuente: adaptación y traducción a partir de información de Wikipedia.
la capacidad de almacenaje

11. Modalidades de recargaModalidades de recarga
Rápida, lenta, nocturna
HOYHOY
Sabías que...
• Ahora se puede recargar el 65% de las baterías de un coche eléctrico
en 15 minutos (rápida) o en 8 horas en el caso de ser un coche y 4
horas cuando se trata de una moto (lenta).
L d d t 300 t d (150 t )• La red de recarga cuenta con 300 puntos de recarga (150 para motos)
en la vía pública en Barcelona (unos 320 en toda Cataluña).
• La recarga nocturna favorece una mejor gestión del sistema eléctrico,
además de potenciar el aprovechamiento de energías renovables,
sobre todo de la eólica.
• Por cada 100 km de autonomía, la recarga supone un coste medio de
1,6 €!
Carga rápida
Carga semirápida
Carga lenta
Vehículos Tesla
Compatible con todas las marcas
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 11
Tipología y tiempo de recarga.
Fuente: Plataforma LIVE Tipo de conectores de vehículo eléctrico.
Fuente: ICAEN

12. Modalidades de recargaModalidades de recarga
Cargador ultrarápido
HOYHOY
Estaciones de recarga ultrarápida de baterías de
120 kW de potencia en corriente alterna, que
permiten cargar en 20 minutos la mitad de la
batería de los coches Modelo S de Tesla,
obteniendo en estos 20 minutos más de 200 km de
autonomía.
El sistema, llamado “Supercharger”, es gratuito
para los propietarios de dicho modelo de coche.
Quién y dónde: Tesla Por todo el mundo yaQuién y dónde: Tesla. Por todo el mundo ya
existeixen 377 estaciones,135 de les cuales se
encuentran en Europa, con un total de 2.030
puntos de recarga. Se prevé que a lo largo del
2015 los supercargadores de Tesla lleguen a2015 los supercargadores de Tesla lleguen a
España.
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 12
Estaciones de Supercharger en Asia (izquierda), en Estados Unidos (centro) y en Europa (derecha). Año: 2015.
Fuente: Tesla.

13. Modalidades de recarga
Red de estaciones dónde se pueden cambiar las
Modalidades de recarga
Intercambio rápido de batería
FUTUROFUTURO
Red de estaciones dónde se pueden cambiar las
baterías del modelo Tesla Model S y obtener así
una batería completamente cargada. El
intercambio se realiza en un tiempo máximo de 3
minutos pero ya se está trabajando en reducirlo aminutos, pero ya se está trabajando en reducirlo a
90 segundos o menos.
Quién y dónde: Tesla. Actualmente, Tesla está
realizando una prueba piloto de esta tecnología
con sus clientes, en una única estación ubicada
entre Los Ángeles y San Francisco (Harris
Ranch).
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 13

14. Modalidades de recarga
Sustituir las baterías eléctricas por una
Modalidades de recarga
Carrocería recargable
FUTUROFUTURO
Sustituir las baterías eléctricas por una
carroceria recargable con una combinación de
materiales innovadores: fibra de carbono, resina de
polímero, nanomateriales y supercondensadores
estructuralesestructurales.
La carrocería (suelo, techo, puertas y capó)
almacena energía y se recarga a través de la
frenada regenerativa o al conectarse a una red
eléctrica. Con esta tecnología innovadora se
reduce el peso de vehículo en un 15% y se
consigue una autonomía en la carrocería de 130
km.
Quién: Volvo Car Group, en colaboración con el
Imperial College of London.
Cuándo: Prueba experimental después de 3 años
de investigación.
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 14

15. Modalidades de recargaModalidades de recarga
Sin cables por inducción
Sistema de recarga sin cables combinado con un
sistema inteligente de aparcamiento dirigido a
FUTUROFUTURO
sistema inteligente de aparcamiento, dirigido a
vehículos eléctricos o híbridos enchufables. Este
sistema permite cargar la batería del coche mientras
éste se halla estacionado, con un proceso de recarga
muy simplemuy simple.
La recarga se realiza mediante una tecnología de
resonancia magnética o inducción, que transmite la
electricidad resultante de los cambios de intensidad del
campo magnético entre una bobina situada en el suelo
del aparcamiento y otra en el vehículo que recibe la
carga. Sus ventajas son:
El 80% de la batería se carga en 15 minutos (elg (
100% en 25-30 minutos).
La gran versatilidad de la estación de carga.
Se considera un buen sistema para flotas de
transporte (autobuses que se recargan en las
CIRCE (Centro de Investigación de Recursos y
Consumos Energéticos de la Universidad de Zaragoza)transporte (autobuses que se recargan en las
paradas, por ejemplo).
Quién: Toyota.
g g )
y Endesa también trabajan en esta tecnología. Aunque
su implantación todavía resulta compleja y se está
trabajando en la recarga en marcha de vehículos, como
es el caso de autobuses en Málaga.
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 15
Cuándo: Se encuentra en periodo de pruebas en
Japón.

16. Modalidades de recargaModalidades de recarga
Metrolinera
Consiste en realizar una carga rápida de la batería del
FUTUROFUTURO
Consiste en realizar una carga rápida de la batería del
coche mediante la energía excedente de la frenada de
los trenes.
El acumulador de Siemens SITRAS SES, instalado
en una estación de metro, es una pieza clave. Su
función básica es el almacenaje de energía cinética
generada por los trenes durante los ciclos de frenada y
la devolución de esta energía almacenada
posteriormente.
La carga se realiza en 20 minutos.
La metrolinera se situa en la calle Doctor Esquerdo,
48, en Madrid: / SINC
Quién: Train2Car, proyecto Innpacto del Ministerio de
Economía y Competitividad. Aplicado en Metro
Madrid.
Cuando: Se encuentra en fase de prueba piloto. El sistema es pionero. SolamenteCuando: Se encuentra en fase de prueba piloto. p
existe un programa piloto similar
en California.
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 16

17. Modalidades de recargaModalidades de recarga
Trole y cable aéreo para buses
Busbaar Gran cargador que permite la carga completa
FUTUROFUTURO
Busbaar. Gran cargador que permite la carga completa
de los autobuses en 3 minutos mediante trole y cable
aéreo. Se está trabajando también en el Trukbaar,
dirigido a camiones de recogida de la basura.
Esta tecnología se utiliza en flotas de autobuses que
tienen dos motores eléctricos, conectados al eje
trasero, y un gran pack de baterías de litio con una
capacidad total de 100 kWh. Cuenta también con un
motor diesel que funciona como eléctrico en el caso que
las baterías se queden sin carga suficiente.
Quién: Opbrid empresa española con sede enQuién: Opbrid, empresa española con sede en
Granada, conjuntamente con el fabricante de autobuses
Hybricon.
Cuando: Se encuentra en fase de prueba en Umea,
Suecia.
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 17

18. Tracción mecánicaTracción mecánica
Vehículos eléctricos de autonomía Extendida
HOYHOY
Los vehículos eléctricos de autonomía
Extendida son vehículos eléctricos de batería
que incluyen un motor de combustión interna
secundario que funciona como un generadorsecundario que funciona como un generador
eléctrico que recarga las baterías cuando éstas
se descargan en exceso. Ésto permite
garantizar la plena autonomía del vehículo,
incluso en el caso de no disponer de ningúnincluso en el caso de no disponer de ningún
enchufe de recarga en miles de km.
Quién: Los modelos de coches eléctricos Opel Esquema de funcionamiento de un vehículo eléctrico de autonomía
Extendida Fuente: www ibil es
Ampera y BMW i3 REX.
El vehículo BMW i3 REX cuenta con una
autonomía de 170 km en modo eléctrico, pero
también incluye un motor complementario de 2
Extendida. Fuente: www.ibil.es
¿Y los coches híbridos enchufables?
Los coches híbridos enchufables disponen cada vez
más de mayor autonomía en modo eléctrico lo quetambién incluye un motor complementario de 2
cilindros (motor de moto BMW) y un pequeño
depósito de gasolina de 9 litros, que permite
cargar completamente de nuevo la batería
cuando ésta se descarga.
más de mayor autonomía en modo eléctrico, lo que
permite eliminar las emisiones contaminantes en su
circulación por ciudades. Entre los vehículos que
ofrecen 50 km o más en modo eléctrico encontramos
los modelos Audi A3 e-tron, Volkswagen Golf GTE o
Mitsubishi Outlander P-HEV, vehículos comercializados
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 18
cuando ésta se descarga. ,
en los últimos dos años a precios equivalentes a otros
modelos de su gama.

19. Tracción mecánicaTracción mecánica
Ruedas con tracción aislada
FUTUROFUTURO
Proyecto VEUREE. El motor eléctrico que se incorpora a cada una de las cuatro ruedas es de tipo
axial, de rotor plano, lo que permite reducir sustancialmente su dimensión y aumentar su potencia. El
nuevo vehículo eléctrico será capaz de maximizar la eficiencia energética, consiguiendo que cada
rueda actúe como propulsora. De este modo, se elimina la pérdida de energía a través de los trenesrueda actúe como propulsora. De este modo, se elimina la pérdida de energía a través de los trenes
mecánicos que se produce con el sistema clásico de tracción.
Cuándo: Durante el 2015.
Quién: Grupo de investigación MCIA del Campus de la UPC en Terrassa, conjuntamente cong j
investigadores del Centro Tecnológico de Manresa. La plataforma la fabricará la empresa TC
Technologies y en la iniciativa participan también el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial
(CDTI), la Benemérita Universidad de Puebla (BUAP-México), el Consejo Nacional de Ciencia y
Tecnología (CONACYT) de México y la empresa filial española de la multinacional suiza Infranor.
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 19

20. Recarga rápida por inducción Endesa
Para saber más...
Recarga rápida por inducción. Endesa.
http://www.endesa.com/es/conoceendesa/lineasnegocio/principalesproyectos/Endesayelvehiculoelectrico
Plan Director de Movilidad de la Región Metropolitana de Barcelona 2013-2018. Eje 8. Promover la eficiencia
energética y el uso de combustibles limpios. Servicio de movilidad del ATM.
http://www atm cat/web/pdf/ca/ dir pdm estudis/desplegament eix8/files/desplegament eix8 pdfhttp://www.atm.cat/web/pdf/ca/_dir_pdm_estudis/desplegament_eix8/files/desplegament_eix8.pdf
Everest Project. http://www.c-e-int.co.uk/pages/everest_237745.cfm
Proyecto VEUREE. http://veuree.goplek.com/
Proyecto Train2Car. Metro Madrid.
http://www.metromadrid.es/es/conocenos/proyectos_en_marcha/Proyectos_IDi/Proyecto06/
Opbrid Fast Charge Station for Urban Buses. https://www.youtube.com/watch?v=l7gWDUrTAqg
Diagnosis y perspectivas del vehículo eléctrico en Cataluña. Joan Pallisé (coord.). Informe del CADS 10. Generalitat
de Catalunya. 2010.
http://www.ecotendenciascosmocaixa.org/documents/12603/17023/Diagnosi_perpectives_vehículo_electric.pdf
Espacio compra verde. Vehículos eléctricos. Club EMAS.
http://www.clubemas.cat/mm/file/jornades/jornada%20CV%202009/fitxaCVvehículoselectrics.pdf
Coches eléctricos en el mercado con mayor autonomía. http://www.1cocheelectrico.es/coches-electricos-y-autonomía/y p y
Evolución histórica del vehículo eléctrico. Endesa. http://www.endesavehiculoelectrico.com/vehiculo-electrico/el-
vehiculo/historia
La innovación se mueve con electricidad. Avances tecnológicos en vehículos eléctricos 20