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Homologar en España.. el gran paso.

Muchas de las inquietudes de nuestros visitantes y aficionados a la conversión de vehículos a eléctricos son las homologaciones. Lo primero que debemos saber es que aunque la gran parte de las conversiones siguen un patrón común, si bien, las certificaciones para cada una de las reformas que se hace son distintas, ya que puede o no afectar un determinado aspecto regulado por una directiva.

Por ejemplo: Todos los vehículos que se conviertan deberán de llevar un banco de baterías, pero puede que uno necesite un banco pequeño, de 70Kg de baterías, que pueda ir en el maletero, sin contacto alguno con el habitáculo de pasajeros y donde no se haya modificado el chasis ni la distribución máxima de masas por eje. Mientras que otro sea de 250kg, y cambie la distribución máxima por eje permitida para ese modelo en particular. En este caso, puede que uno necesite una simple certificación de que el bloque de baterías no excede la distribución máxima, mientras que el otro deba de llevar un ensayo adicional, según el laboratorio lo requiera.

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Esto es solo un ejemplo para hacer saber, que cada conversión es un mundo, y que mientras unas conversiones pueden necesitar unas certificaciones y por tanto unos ensayos, otras no. Por lo que es necesario analizar exhaustivamente cada conversión, diseñarla teniendo en mente la homologación y las reformas a hacer, y como regla general podemos aconsejar que se toque o manipule el vehículo lo menos posible, que se mantengan los pesos preestablecidos por el fabricante, intentar poner un motor de potencia similar, etc.

Hay unos cambios clásicos que siempre se tendrán en cuenta a la hora de certificar la reforma:

Sustitución del motor de combustión por uno eléctrico, como ejemplo se muestra una ilustración de la reforma a nuestro prototipo usando un Reanult Twingo.

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Eliminación del deposito de combustible.

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Adición de un banco de baterías.

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Este es un ejemplo de las modificaciones clásicas, aunque normalmente se hacen muchas mas, el paso de cables de alta tensión, la eliminación del alternador, la adición de una bomba de vacío para el sistema de freno, y todas y cada una de estas reformas necesita ser certificada en España por un laboratorio competente y designado por el ministerio de Industria.

Veamos entonces que nos encontramos a la hora de la verdad.

Introducción a los procedimientos y legislación española.

Toda pequeña o mediana empresa que necesite trabajar con normativa, sin ser esto su día a día, sabe que es una labor compleja, tediosa y muchas veces algo confusa.

La legislación debería definir procesos, procedimientos, requisitos, derechos y deberes, pero de una manera inteligible para aquéllos a los que está dirigida: los ciudadanos.

Cuando comenzamos a buscar la legislación relacionada con esta materia, elektrun fue descubriendo poco a poco el entresijo de textos legales que aplican. Por supuesto, muchos de ellos son antiguos, y por necesidad se han ido renovando, el problema es que las menciones a textos ya derogados son constantes. La única opción para no perderse al final es hacerse un mapa:

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Por fin llegamos al RD 866/2010, que se encarga de la tramitación de reformas realizadas a los vehículos después de su matriculación. Este es nuestro caso. En este RD se tipifican las reformas, que más tarde son desarrolladas y concretadas en el Manual de Reformas. Por fin vemos la luz, pero en realidad, es sólo el principio. Este manual de reformas, lista todas las reformas consideradas de importancia en cada uno de los tipos de vehículos tipificándolas en lo que llama Códigos de Reforma, indicando las normativas o Actos Reglamentarios a aplicar para su tramitación, el tipo de aplicación de los mismos, documentación necesaria así como pruebas específicas en la inspección técnica si las hubiere.

En cuanto a la documentación, tenemos tres puntos clave: proyecto técnico, certificado de conformidad de servicio técnico de reformas autorizado y certificado del taller que ha realizado la reforma. ¡No parece muy complicado!

¿Y por qué decimos que llegar al Manual de Reformas es sólo el principio? Porque este documento remite a la legislación europea en vigor. Cuando ya nos habíamos acostumbrado al BOE, entramos en el EUR-Lex! De nuevo decenas de normativas, muchas de ellas en proceso de actualización.

Uno de los mayores inconvenientes aparece al ser estas normativas las que se aplican en la fabricación de nuevos vehículos. Fueron creadas para asegurar que los vehículos fabricados en Europa cumplen una serie de requisitos en cuanto a seguridad y medio ambiente se refiere principalmente. Partimos de un supuesto diferente al nuestro: no somos fabricantes de vehículos, simplemente queremos transformar algunas de las características de un vehículo ya existente. Esto hace que no siempre sea trivial aplicar los requisitos a nuestro caso, y que otras no esté claro si en realidad hay que hacerlo. Por supuesto estamos de acuerdo en que hay que asegurar que la reforma no actúe en detrimento de la seguridad.

Este inconveniente se hace más patente cuando la práctica de la transformación de vehículos en España no está muy extendida. En realidad se pueden contar los coches que han sido transformados y legalizados. Esto implica que los organismos oficiales y de consulta no siempre sean capaces de darte la información correcta, porque no se han visto en la tesitura anteriormente y tampoco saben cómo proceder. Hablan de homologación de un vehículo cuando en realidad no queremos homologar, sino certificar la reforma para poder obtener un permiso de circulación. En última instancia es lo mismo, legalizar el vehículo para su circulación, pero entendemos que el segundo debería ser un proceso más ¿sencillo? Como anécdota, cuando comenzamos a pedir presupuestos a los servicios técnicos de reformas autorizados, nos incluyeron entre las pruebas a realizar un test de choque.

Bien, de los tres documentos clave, el certificado de conformidad es el más difícil de obtener. No porque sea compleja su obtención, sino por la falta de claridad y el alto presupuesto necesario. De nuevo, nos tratan como fabricantes, pero no lo somos: ¿cómo vamos a plantearnos legalizar la reforma si los test necesarios para obtener el certificado de conformidad cuestan del orden de 30000€ (según IDIADA)? Un mero test y un trámite, cuyo coste debía ser simbólico para fomentar y favorecer la transformación de vehículos es el obstáculo mayor encontrado en todo el proceso. ¿La burocracia frena el avance tecnológico? Nos han explicado que el test de compatibilidad electromagnética es complejo, y el equipo necesario muy caro, pero, ¿tanto?

 

Conclusiones.

Es obvio que una reglamentación y normativas hacen falta para cualquier conversión o modificación de vehículos, no solo para asegurar la seguridad sino para asegurar la estandarización y uniformidad en las modificaciones. Paradójicamente, lo que se ha hecho con estas normativas, produce justamente el efecto contrario, la desinformación y la no uniformidad en los procedimientos, en los precios y en las normativas. Donde unos laboratorios te pueden exigir un proyecto firmado otros no, mientras que la normativa pueda exigirlo o no.

Por otro lado las normativas no están actualizadas a la tecnología vigente. Como ejemplo, podemos referirnos al reglamento 100, donde hace un exhaustivo hincapié en el estándar de nivel de H2 producido por el banco de baterías, cuando hoy en día , en la industria No se usan baterías de plomo que son las que generan este H2.

Los precios, son desorbitados. ¿Qué ocurriría si cada dueño de un vehículo tuviera que pagar 15000€ para pasar la ITV?. Pues que no habría apenas vehículos en las carreteras y la industria automovilística desaparecería. Y hacemos la pregunta al revés, ¿Qué ocurriría si para homologar la conversión de un vehículo hubiese que ir a la estación de ITV más cercana y costara 60€ ¿. Pues que la flota de vehículos eléctricos crecería muy muy rápidamente.

La desinformación es total, si cada empresa ha de hacer el trabajo de ingeniería legal que hemos tenido que hacer nosotros, elektrun, para conseguir saber las pasos y los procedimientos para homologar una reforma de esta categoría, es muy difícil que los talleres y pequeñas empresas de ingeniería puedan empezar a trabajar en esta industria.

Entendemos que en otros países de la UE este trámite se hace en un solo sitio o estación ITV, cuesta muchísimo menos y es más rápido. Sería el equivalente de llevar el vehículo a la ITV, dejarlo varios días y recogerlo una vez pasados todos los ensayos y firmados los certificados necesarios.

 

Esto sería un resumen de la situación actual para certificar/homologar este tipo de reformas.

  • Inconvenientes
    • Son muy caras. (de 1500€ a 8000€ por ensayo)
    • Falta de información en distintas organizaciones.
    • Lentas (INTA puede darte cita para 3 o 4 meses)
    • Falta de organismos competentes
    • Falta de estándares al público (diferentes precios, ensayos)
    • Falta de infraestructuras (1 camara CEM, INTA)
  • Deseos
    • Deben ser más baratas o subvencionadas
    • Rapidas y eficientes (tipo ITV)
    • Estandarización y simplificación del proceso.
    • Re-utilizar Homologaciones tipo
    • Organismo especializado en conversiones eléctricas
    • Facilidades para pequeñas empresas, talleres y autónomos en la conversión a vehículos eléctricos.
  • Incentivos
    • Ayudas económicas para los ensayos en laboratorios a pequeñas empresas y autónomos.
    • Incentivar homologaciones tipo. (gratuitas por ejemplo. Si una homologación tipo se concede gratuitamente a cambio de ser pública y que cualquier otra empresa la pueda usar, esto haría una explosión de conversiones eléctricas inmediatas.)
    • Eliminación o bajada de impuestos a vehículos convertidos. (no solo reduces la huella de CO2 sino que reciclas un vehículo y evitas producir otro)
    • Ayudas a las nuevas empresas de conversión. Una empresa pequeña como la nuestra podría producir un vehículo eléctrico cada 6 días (+ 6 meses de certificación/homologación). Si se incentivan estas empresas, se está incentivando el vehículo eléctrico más sostenible, que es el que se convierte, no el que se fabrica.

 

Nota al lector: En este documento detallamos como ingenieros y no como juristas, nuestra experiencia a la hora de conseguir la certificación/homologación de este tipo de reformas en España.

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La telemetría confirmó buenas noticias.

El proyecto Elektrun, fuimos al circuito de velocidad de Cartagena con el prototipo (El Twingo Eléctrico), donde pudimos usar la pista por un buen rato. Queremos agradecer a la organización del circuito por este gesto y por su ayuda.

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Decidimos conducir sin parar, usando una corriente constante, y así poder analizar como se veían afectados otros aspectos del prototipo (nuestro Twingo eléctrico), como autonomía, temperaturas, rpms, etc.

 

Debido a la cantidad de curvas que tiene el circuito, no pudimos mantener una corriente estable, pero pudimos monitorizarla y este fue el resultado.

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Pudimos ver una media de 120 amperios que salían de la batería la mayor parte del tiempo, asi como unos 210 amperios del controlador.

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Todo este tiempo consumimos unos 3,3Kw, que es un impresionante 46% del total de la capacidad.

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Pero, ¿Cómo afectó el test al resto de los componentes?.  Bueno, pudimos notar que el controlador se calentaba un poco, lo que nos llevó a pensar en un sistema de refrigeración adicional. Vimos un pico de 72ºC, que es un poco el límite de una temperatura saludable, así que estamos trabajando en un sistema que disipe la temperatura del radiador mas rápido.

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El motor también se calentó un pelín, pero dentro de una temperatura sana, entre 40ºC y 50ºC, por tanto, ningún problema, por ahora.

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También estuvimos intentando mantener el motor a unas revoluciones estables de 2500rpm, que es la velocidad recomendada por el fabricante para obtener el máximo par. El haber conducido con el ratio de rpms mas eficiente también son buenas noticias. Así que, la telemetría salió bien en el circuito de Cartagena.

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Y por tanto, aquí tenéis un pequeño resumen en vídeo de los ensayos. Si queréis un trabajo profesional similar para vuestro proyecto, contactad con: Tecnoformavictor.aldaya@tecforma.com

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Bateries the big deal

Las baterías, el gran asunto.

El mundo de las baterías está en un cambio constante en esta época, con el coche eléctrico que empieza a despegar, nuevo almacenamiento de energía eléctrica, super condensadores y el nuevo personaje, el grafeno.

Las baterías de plomo, las AGM o las de gel son ya algo del pasado. Estamos ahora en el presente con las de Li-ion y yendo al futuro con las de Li-aire.

La necesidad de viajes más largos, tiempos de carga rápidos y mejor rendimiento son ya obligatorios en vehículos eléctricos, y cada vez más, estas necesidades son un tema importante en vehículos eléctricos.

Aire fresco, por venir.

Hasta ahora, la tecnología mas clara en baterías ha sido la litio-ion. Pero, desde hace tiempo, una nueva tecnología basada en aire esta siendo el principal interés para fabricantes e investigadores de vehículos eléctricos. Las nuevas baterías de Li-aire prometen tener una densidad de energía 10 veces mayor que la de sus primas de Li-ion. IBM lanzo el proyecto 500, cuyo objetivo era poder hacer 500 millas con una sola carga usando un coche familiar. Usando estas nuevas baterías. Aunque esto ya lo consiguió el Instituto Metron (Eslovenia) con tecnología LiFePo4.

Li-air cells

La manera en que funciona una celda de li-aire es que usan una cátodo de carbono barato (en vez de cobalto), y una molécula de oxigeno pivota por el cátodo, de ahí su nombre. Pero esto es todavía teoría debido a los grandes retos a superar, como el ánodo, en estas baterías es puro litio metálico, que provee gran cantidad de energía pero se inflama con la presencia de agua u otros contaminantes.

Tal era el reto, que tanto IBM como JCESR (Centro de investigación de almacenamiento de energía) han dado un paso atrás en el desarrollo de Li-aire, y IBM se ha inclinado a favor de la tecnología litio – sodio.

Li-Na cells

 

Pero con todos estos cambios, nuevos desarrollo continúan, y en la química del metal sigue habiendo novedades, en particular baterías de aluminio – aire. Una empresa israelí (Phinergy), anuncia haber resuelto los problemas de corrosión y recarga con un catalizador basado en plata. Dicen haber construido un prototipo de vehículo eléctrico con un rango de 1600kms usando baterías Aluminio-aire. No-obstante, estas baterías no pueden ser recargadas eléctricamente y se tienen que rellenar de agua.

Huele a azufre.

Las celdas de litio – azufre son otra vía de investigación en densidad de energía que podría solucionar los problemas de los vehículos eléctricos en un futuro próximo. Esta nueva tecnología tiende a resolver los problemas de ciclos de vida y estabilidad de las baterías. Basadas en electrodos de carbón, se dice que podrían adelantar al tecnología de litio-aire.

 

Li-S cells

Muchos estudios y laboratorios, desde el Imperial College a la empresa alemana Bosch, se están volcando en el desarrollo de Li-S (azufre), afirman que será la 4º generación de baterías, con expectativas de hasta 400kms de rango en la próxima década. Científicos del Laboratorio Lawrence Berkeley (California) han introducido el óxido de grafeno en las celdas de Li-S con ningún deterioro en 1500 ciclos de carga.

Otros investigadores del ETH de Zúrich están trabajando en celdas de sodio-ion, afirmando que serán más baratas que las de Li-ion, con dos grandes inconvenientes y es que pesan tres veces más y tienden a perder capacidad cuando no se usan.

Litio – ion están aquí para quedarse.

A pesar de todo el desarrollo en el campo del almacenamiento de energía, una cosa esta clara, la mayoría de los vehículos eléctricos actualmente usan li-ion, y el hecho de que fabricantes están ofreciendo precios más baratos E INCLUSO Tesla está montando una planta de baterías de litio, hace pensar que a largo plazo esta tecnología esta aquí para quedarse.

Li-ion cells

 

Desarrolladores de Li-ion como Bosch, GS Yuasa y Mitsubishi afirman que todavía se pueden reducir los precios a la mitad y doblar su capacidad, lo que haría los vehículos eléctricos más cercanos a todos los consumidores.

Hay también muchos avances que prometen con el carbono, pero la distancia entre los laboratorios y las fábricas es demasiado grande para dejar de producir celdas de Li-ion para vehículos eléctricos.

graphene cells

Tal y como publica la revista “Electric & Hybrid Vehicle Technology International” en su edición de Julio del 2014 sobre el carbono:

“¿El verdadero asunto?.  Un nuevo tipo de batería basada en carbono, que podría ser el que cambiara el juego de los vehículos eléctricos, ha sido lanzada por una empresa japonesa llamada Ryden. Afirman que tiene la misma densidad eléctrica que las de Li-ion, pero con un ciclo de vida infinitamente mayor, y mucho más seguras. Las baterías de Ryden están hechas de una química más compleja donde el ánodo y el cátodo están hechos de carbono. 

dual carbon cells

En cuanto a rendimiento, no solo estas celdas aguantan más de 4 voltios, sino que los tiempos de carga son 20 veces más rápidos que los diseños actuales de Li-ion. En términos de producción, los procesos de fabricación pueden ser fácilmente modificados para las demandas futuras, y la provisión de materiales esta también asegurada ya que el único material activo es el carbono. Los ciclos de carca pueden ser mayores de 3000 y los peligros de fuego desaparecen ya que tiene una diferencia térmica muy pequeña en lo sestados de carga. Finalmente, Ryden, afirma que las baterías se pueden cargar y descargar al 100%, y serian igualmente 100% reciclables. En el futuro, piensan reemplazar el carbono de origen mineral, por origen natural, como por ejemplo de algodón, queriendo controlar el tamaño de los cristales de carbón en la producción del mismo.

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Que coches son mejores para convertir a eléctricos.

Existen cientos de miles de coches ahí fuera listos para ser convertidos. Los mejores coches para convertir a eléctricos son los coches pequeños y antiguos. Cuanto más antiguo sea el coche, menos componentes electrónicos tendrá y más fácil será la conversión.

Como las baterías siguen siendo el punto más importante en un proyecto de conversión, en cuanto al peso y al coste, la única manera de minimizar esto es instalando las menos baterías posibles, y esto se consigue hoy día convirtiendo un coche que necesite poca potencia para rodar, por tanto necesitara menos baterías.

Otra ventaja de esta filosofía es el coste financiero del proyecto. Un coche antiguo siempre costara menos, que el mismo equivalente con dos años de antigüedad. El Mini es la excepción que confirma la regla, pero oye, es un Mini.

Aquí hay algunos ejemplos o coches antiguos perfectos para convertir, con los precios aproximados en el mercado de coches usados.

o    Renault twingo

 

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o    Fiat Punto

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o    Citroën AX

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32_Citroen_AX_price
o    Ford Ka

 39_Ford_ka

39_Ford_ka_price
o    Mini

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33_mini_price
o    Nissan Micra

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34_nissan_micra_price

o    Open Corsa

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35_Open_Corsa_price
o    Peugeot 205

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o    Seat Ibiza

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37_Seat_Ibiza_price
o    Volkswagen Polo

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La placa adaptadora

Uno de los aspectos más importantes en la conversión es como conectar la caja de cambios al nuevo motor eléctrico. Esto se hace normalmente con una placa adaptadora que ajusta en ambas caras de la caja de cambios y el nuevo motor.

Esta placa se tiene que diseñar y fabricar con una muy alta precisión, ya que la geometría de la transmisión puede peligrar si hubiera errores. Hay fabricantes que venden ya placas terminadas y probadas. La otra opción costaría más tiempo, pero puede ser más barata, y es diseñarla uno mismo. Este ha sido mi caso, ya que hasta ahora nadie ha hecho la conversión, o lo ha hecho público, de un Reanult Twingo.

Así que decidí diseñarla yo mismo, y dar al tornero un diseño de la placa en si.

La placa tiene que estar fabricada de un material que sea duro, ligero y barato. El aluminio es el equilibrio perfecto en estas 3 variables, por eso el 99% de las placas adaptadoras se hacen en aluminio.

El grosor de la placa depende del par y la potencia del motor eléctrico. Para un motor de 14 Kw me recomendaron una placa de 17mm, pero el tornero solo disponía de100 mm y 20 mm (Una paradoja trabajando al lado de Alcoa), así que opte por la de 20mm, esto no añadiría mucho más peso y si que mejoraría la fuerza que tendría la conexión.

Empecé por desmontar la caja de cambios y haciendo una plantilla basada en una foto de frente.

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Después de tener una plantilla adecuada, la edite con un programa de manipulación de fotografía (The Gimp) para tener la silueta.

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Una vez obtenida la silueta, empecé a coger medidas desde el centro a los huecos para los tornillos, entre ellos también, y así, para tener las medidas reales.

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Este es un procedimiento que necesita tener cero margen de error, así que recomiendo usar un buen calibre para ello. Una vez todas las medidas hechas (chequéalas dos y tres veces), dibuje la plantilla en un programa de 2D CAD (LibreCAD), y trace bastantes líneas de referencia al centro y entre ellas.

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Después, cuando termine de dibujar todos los círculos para los tornillos, medí dentro del paquete CAD 2D todas las líneas y las compare con las medidas reales. Y… sorpresa, obtuve varios errores.

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Seguidamente, cheque de Nuevo las medidas reales y sus posiciones en la plantilla 2D, imprimí un acopia a tamaño real en papel  para comprobar que todos los huecos coincidían perfectamente, asi que le di casi luz verde al diseño.

Le lleve el diseño final al tornero y le pedí que me hiciera un aplantilla de 1mm de espesor de chapa solo para probar los tornillos. Tienen una enorme cortadora tipo plotter capaz de cortar aluminio de 2cm como si fuera mantequilla.

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Así que probé la plantilla de chapa de 1mm y ajustaba como un guante. Solo uno de los huecos de 8mm tenia un desvió (unos 0.5 mm), el resto ajustaban perfectos. Así que le di luz verde 100% y le pedí al tronero hacer la misma en chapa de 20 mm de aluminio. Aunque tardo un poco porque estaban sin material, finalmente me la fabricaron y conecta la caja de cambios con el motor eléctrico a las mil maravillas.

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La bomba de vacío y los frenos

La bomba de vacío y los frenos.

Todos los coches usan un sistema de frenado con servo frenos y por tanto este sistema ha de ser mantenido igual en un vehículo convertido a eléctrico. Al aumentar un poco más el peso si el coche se carga de baterías, los frenos deberían mantener la misma potencia de frenado o más. Piensa que el “freno motor” que se usa cuesta abajo en un vehículo eléctrico no funciona, o al menos tanto como con el motor de gasolina si el motor eléctrico está  diseñado para usar freno regenerativo.

Si el coche fuera mucho más pesado tras la conversión, entonces incluso se deberían instalar discos de freno mayores.

La diferencia del sistema de frenos en un coche eléctrico, no es ya el sistema de frenado en sí, sino el sistema con el cual se hace el vacío al reforzador del freno, que en un coche eléctrico se ha de hacer con una bomba de vacío.

Una bomba de vacío es lo mismo que un compresor de aire, pero con las válvulas cambiadas para absorber aire en vez de expulsarlo. En un coche normal el nivel de presión de vacío son 16” a 18” Hg (pulgadas de mercurio), que son unos 54.000 Pa (pascales) o N/m2 (Newton/ m2), por tanto este nivel de presión de vacío es el que debería tener la bomba de vacío que se instale.

Bombas de vacío eléctricas se encuentran en algunos coches diésel como Volvo y camionetas cuyos motores de gasoil no proveen tanto nivel de presión. Estas bombas funcionan a 12V y suelen consumir una corriente de unos 6 o 7 amperios. Nunca hay que usar las bombas de vacío que se usan para los cierres centralizados de los coches, ya que tienen un nivel muy bajo de vacío, insuficiente para un sistema de frenado.

11_reservoirA veces una frenada larga puede gastar la presión inducida en el circuito, con lo que hasta que la bomba vuelva a meter esa presión habrán pasado unos segundos. Para evitar esta situación se puede instalar un depósito de vacío (que paradoja, un deposito que almacena vacío…jaja) entre el reforzador de frenado y la bomba, para mantener un extra de presión de vacío. Cuanto más grande sea el depósito, mayor será la capacidad de frenado, es decir se podrá frenar durante mas segundos sin que vuelva la bomba a generar mas vacío.

 

 

 

12_sensor_vacioPara que este sistema de depósito funcione, tiene que haber un sensor que mantenga el nivel de presión de vacío siempre por encima de un valor dado, en nuestro caso 15” Hg. Estos sensores tienen asociado una válvula que abre y cierra el circuito para que la bomba siga manteniendo ese nivel de presión.

El freno de mano o freno de estacionamiento debe no obstante seguir funcionando al margen de la conversión en el sistema de frenos así como el freno regenerativo si el motor que se instale lo admite.

 

13_bomba_vacioLa bomba de vacío y componentes de la foto, son muy populares en conversiones en Estados Unidos (bomba SSBC), y las bombas marca Hella. Yo solicite una de EEUU por 200$ más 60$ de gastos de envío. La sorpresa es que cuando la recibí, después de pagar 90€ de impuestos aduaneros, descubrí que era Made in Spain, fabricada totalmente en Navarra y re-importada a España.