�Grupo de Trabajo �Vehículos Eléctricos� � �Instituto de Ingeniería Eléctrica�Facultad de Ingeniería�Universidad de la República – UDELAR

Grupo de investigación especializado en vehículos eléctricos creado en 2016, el cual desarrolla proyectos de innovación, investigación y docencia en relación a la movilidad eléctrica e infraestructura de recarga.

​

��El grupo cuenta con un laboratorio para ensayos de baterías de vehículos eléctricos, el cual permite realizar ensayos e investigaciones sobre celdas y pack de baterías, supercondensadores y BMS, entre otros.

Áreas de Trabajo:

• Tecnología del vehículo eléctrico y sus baterías
• Vehículos eléctricos y su vínculo con la red eléctrica
• Aspectos tarifarios y de mercado
• Normativa y reglamentación

Actividades Específicas:

• Estudio de la Tecnología*:
• Características tecnológicas de los vehículos híbridos y eléctricos.
• Tipos y tendencias en baterías y otros almacenadores.
• Simulación de vehículos eléctricos.
• Vehículos eléctricos conectados a la red (V2G).
• Contamos con un laboratorio de última generación para ensayos de baterías de vehículos eléctricos.

Ensayos para baterías de vehículos eléctricos

• Estudios de la afectación del SOC, SOH, vida útil
• Modelado eléctrico y termodinámico de baterías
• Segunda vida de vehículos eléctricos
• Ciclos de conducción aplicados a baterías
• Ensamblaje de packs de baterías de litio-ion y otras tecnologías

Actividades Educativas:

• Cursos técnicos para talleristas: “Alta tensión en vehículos eléctricos”.
• Cursos técnicos para estudiantes de UTU – Desafío ECO Uy 2019.
• Curso anual de actualización y posgrado “Vehículos híbridos, eléctricos y a hidrógeno” co-dictado con especialistas de la Universidad Politécnica de Madrid – UPM.
• Curso “Tecnologías, operación y aplicación del almacenamiento de energía en sistemas eléctricos” co-dictado con CIEMAT, España.
• Curso “Hidrógeno como vector energético”, con especialista de UCLM y CNH2, España.

Actividades Educativas:

Proyectos de fin de carrera dirigidos:

• Desarrollo de software para el modelado de los VEs incorporando aspectos asociados a los ciclos de conducción y la degradación de la batería.
• Diseño y construcción de un Sistema de Alimentación de Vehículo Eléctrico (SAVE) de 7 kW en AC, el cual fue declarado de interés ministerial.
• Diseño y construcción de Batería de Segunda Vida que desarrolló e implementó una metodología para analizar el potencial de reutilización de un cierto de grupo de celdas. �

​

Proyectos de fin de carrera:

Proyectos y convenios:

ANII:

• Adquisición de equipamiento para el laboratorio para el ensayo de baterías.
• Segunda Vida de baterías de vehículos eléctricos.

Intendencia de Montevideo:

• Red eléctrica de Alumbrado Público para el uso de infraestructura de recarga.
• Retrofitting de un camión Diesel a eléctrico.

UTE:

• Estudios vinculados a la conexión de los VEs a la red eléctrica (V2G).
• Desarrollo de estaciones de recarga para vehículos eléctricos (FING-FARQ).�

​

Publicaciones académicas:

• Capacity correction factor for li-ion batteries: influence of the discharge rate / Journal of Energy Storage, 2019
• Scale simulation of battery performance for electric vehicles / International Journal of Vehicle Systems Modelling and Testing, 2020
• An evaluation of the actual electric vehicles charging infrastructure in Uruguay and possible designing approaches / IEEE T&D LA 2020
• Application of Statistical Method to Determine Lithium Battery Capacity for Electric Vehicles /  Journal of Automobile Engineering and Applications , 2020
• Segunda Vida de Celdas de LiFePO4 Provenientes de un Vehículo Eléctrico /  IBEMOB 22, 2022

​

Colaboración interinstitucional:

• Universidad Politécnica de Madrid – Instituto Universitario de Investigación del Automóvil (INSIA)
• Universidad Complutense de Madrid
• FEIBIM – Federación Iberoamericana de Ingeniería Mecánica
• UNIT – Instituto Uruguayo de Normas Técnicas
• RIEMOV – Red Internacional de Electromovilidad
• Universidad de Castilla-La Mancha

Integrantes:

Dr. Ing. Mario Vignolo - Responsable del Grupo de Investigación - mario.vignolo@gmail.com

Ing. Federico Arismendi - Docente e Investigador - farismendi@fing.edu.uy

​

Ing. Juan Carriquiry – Docente e Investigador - jpcarriquiry@fing.edu.uy

​

Ing. Federico Calvello – Docente e Investigador - ing.federico.calvello@gmail.com

​

​

¡Muchas gracias!

Temas

• Introducción al almacenamiento de energía
• Tecnologías de almacenamiento
• Almacenamiento de energía en baterías de Litio
• Funcionalidades (Arbitraje de energía y peak shaving)
• Casos de uso: ERNC y Redes Radiales
• Marco Normativo
• Almacenamiento bajo baterías de segundo uso
• Simulaciones Virtualbatt
• Introducción a los SAVEs
• Componentes
• Experiencia de diseño y fabricación en el IIE.
• Protocolos de comunicación

​

​

Almacenamiento de Energía

Introducción a los sistemas de almacenamiento

Funcionalidades

Fuente: Book Energy Storage: Fundamentals, Materials and Applications. Robbert. A. Huggins. 2016. ISBN 978-3-319-21238-8

Comportamiento ante eventos transitorios

Funcionalidades

Fuente: Book Energy Storage: Fundamentals, Materials and Applications. Robbert. A. Huggins. 2016. ISBN 978-3-319-21238-8

Tecnologías de Almacenamiento

Fuente: https://ease-storage.eu/wp-content/uploads/2015/10/EASE-EERA-recommendations-Roadmap-LR.pdf

Diagrama de Ragone

Fuente: https://energystorage.org/why-energy-storage/technologies/

Modo de conexión

Fuente: https://www.researchgate.net/figure/An-exemplified-implementation-of-the-BESS-aided-renewable-energy-supply-solution-for-the_fig1_357148057

Modo de conexión

Dimensionamiento

Componentes de un BESS

Convertidores electrónicos de potencia

Funcionalidades

Fuente: https://rmi.org/insight/economics-battery-energy-storage/

Funcionalidades

Fuente: https://minenergia.cl/wa.minenergia.cl/cache/blob_documento_28692

Implementación de proyectos a nivel internacional

Fuente: http://www.energystorageexchange.org/projects/data_visualization/

Funcionalidades

Fuente: http://www.energystorageexchange.org/projects/data_visualization/

Costos y performance

Fuente: https://ease-storage.eu/wp-content/uploads/2015/10/EASE-EERA-recommendations-Roadmap-LR.pdf

Ejemplo de proyecto operativo

Almacenamiento para Suscritores�Reglamento de UTE Baja Tensión (Capitulo 29)

Antecedentes

En el año 2020 el Poder ejecutivo aprobó el decreto 27/2020, el cual permite a los suscritores incorporar Instalaciones de Acumulación de Energía.

​

​

​

Autorízase a los Suscritores conectados a la Red de Distribución de Baja Tensión, a generar energía eléctrica a partir de una instalación de baterías que opere en paralelo y que no inyecten energía a la red del Distribuidor.

https://www.impo.com.uy/bases/decretos/27-2020

El capítulo 29 del RBT define las condiciones que debe cumplir el suscritor para la instalación tanto de la IG como de la IA para BT y para MT existe la Resolución UTE R21.-42 del 28 de enero de 2021 que establece los requisitos de conexión en ese caso.

Acumulación de Energía Distribuida

• Función V2G

​

​

El reglamento actual permite V2G?

• El capítulo 29 del RBT expresa lo siguiente en el punto 8.1
• “Requerimientos para la instalación de Conversores, paneles fotovoltaicos y baterías.”

​

​

Baterías de segundo uso

Fuente: https://elektroautomatik.com/es/industria/reciclaje-de-baterias/segunda-vida/

Modelado del Estado de Salud (SOH)

Tesis de grado: Modelado y simulación de baterías en autos eléctricos . Virtualbatt

Modelado del SOH

Diagrama de implementación del software desarrollado en el marco de un proyecto de fin de carrera para modelar el comportamiento del SOH de una batería utilizada en un vehículo eléctrico en base a un determinado ciclo de conducción.

Tesis de grado: Modelado y simulación de baterías en autos eléctricos . Virtualbatt

Modelado del SOH

Modelado del SOH

Estudios realizados en el IIE

• Objetivos proyecto segunda vida:
• Desarrollar un método de prueba para identificar las celdas reutilizables de un paquete de baterías desafectado de un vehículo eléctrico.
• Estudiar la viabilidad de la reutilización y segunda vida de las baterías de vehículos eléctricos.
• Construir un paquete de baterías de segunda vida (PBSV), a partir de celdas EV usadas.

​

Tests realizados:

Se basaron en la norma IEC 62660-1:2018 "Celdas secundarias de iones de litio para la propulsión de vehículos eléctricos de carretera - Parte 1: Pruebas de rendimiento" y el Manual de prueba de baterías de vehículos eléctricos de USABC.

1^°. Ensayo de capacidad estática:

Objetivo: medir la capacidad de la celda (Ah) bajo una descarga a corriente constante.

Procedimiento:

i. Cargar la celda de acuerdo con la información del fabricante (cc-cv).

ii. Descargar la celda a C/3 hasta la tensión de corte.

iii. Calcular la capacidad según la norma IEC 62660-1:2018, conteo de Coulombios (Ah)

19 celdas aprobaron el test, entregando más del 95% de la capacidad nominal.

No aprueba Arpueba

Proyecto ANII FSE_S_2020_1_165336

Resultados de los ensayos:

● Static capacity test: La batería incorporada entregó 48,8 Ah.

● Power test: La batería construida completó la prueba de potencia sin exceder los límites de voltaje de cada celda, entregando un total de 48,5 Ah.

Static capacity test.

Power test.

Proyecto ANII FSE_S_2020_1_165336

¿Donde es posible tomar acciones en el proceso de degradación de la batería?

Sistemas de Alimentación para Vehículos Eléctricos (SAVE)

Modos de carga

Modo 1

Modo 2

Modo 3

Modo 4

Infraestructura de recarga

Tipos de conectores:

​

​

Tipo 2 - Mennekes

CCS- Combo

Tipo 1 – SAE J1772

CHAdeMO

Tipo 3 – SCAME

GB/T Standard

Infraestructura de carga proyectada

​

Existen más de 200 puntos de carga tanto de UTE como de empresas privadas.

El 85% son en AC , mientras que el restante 15% es en DC (cargas superiores a los 50 kW)

Fabricación de un SAVE en el IIE

Proyecto de fin de carrera decretado de interés Ministerial por el MIEM

Diseño y fabricación de un SAVE

Protocolos de comunicación

OCPP

https://www.openchargealliance.org/

Open Charge Point Protocol

Controlar el proceso de carga

Integración de varios sistemas

Resumen

• La implementación de un sistema de Almacenamiento de Energía trae consigo beneficios técnicos asociados a recorte de potencia, arbitraje de energía e inversiones evitadas en infraestructura eléctrica.
• A su vez, es posible implementar esquemas que provengan de un uso anterior, reduciendo el impacto ambiental de su producción y reduciendo los costos.
• Con el fin de que esos procesos se incrementen es necesario disponer de mayor información sobre la operación en el primer uso.
• Los sistemas de carga permiten automatizar los procesos y obtener información relevante a la hora de planificar los recambios de baterías en el mediano y largo plazo.
• En el IIE en conjunto con otros equipos técnicos (GIIE e IMPI), nos encontramos trabajando prácticamente en todos los eslabones de esta cadena: Baterías, VE y SAVEs para generar mayor información y soluciones sobre este tema.

Muchas gracias.

Ing. Federico Arismendi�mail: farismendi@fing.edu.uy