Carga de vehículos eléctricos

Tanto los vehículos eléctricos de batería (BEV) como los híbridos enchufables (PHEV) dependen de baterías para su funcionamiento. Estas se recargan al conectar el vehículo a una red eléctrica mediante un cargador. Sin embargo, la carga varía según el tipo de corriente y las características del cargador y del vehículo. Actualmente, existen diversos tipos de cargadores, cada uno con ventajas y desventajas, que se adaptan a las necesidades de los usuarios. La conexión se puede realizar de diferente manera según los equipos que se utilicen. En esta sección se comentan estos aspectos y cómo impactan en los tiempos de carga.

La carga de los vehículos eléctricos (VE) será diferente según el tipo de corriente a la que se conecta (corriente alterna o continua), las características propias del cargador y del vehículo. La carga puede ser realizada en el domicilio, en el lugar de trabajo o estudio, en cargadores ubicados en la vía pública, en lugares de acceso público (como supermercados, shoppings, hospitales, centros educativos, etc.), y también existe la carga rápida en ruta. Actualmente hay varios tipos de cargadores de VE, cada uno con sus ventajas y desventajas, que se adaptarán en mayor o menor medida a las necesidades de cada usuario. A continuación se describen las principales características de los sistemas de carga para VE. 

 

Carga de vehículos eléctricos

Los cargadores eléctricos son dispositivos que permiten alimentar con corriente eléctrica los VE para recargar sus baterías. Generalmente los cargadores realizan una conversión y adecuación de la energía eléctrica de la red a la que se conectan, para cargar la batería de manera correcta y segura. Al conjunto de los elementos de conexión a la red eléctrica para el sistema de alimentación de los VE normalmente se los conoce con la sigla SAVE, por Sistema de Alimentación de Vehículos Eléctricos. 

 

Carga en corriente continua versus carga corriente alterna

Antes de hablar sobre la carga en corriente alterna o en corriente continua, es útil definir brevemente ambos tipos de corriente. La corriente alterna (AC) es la corriente que proviene de la red eléctrica y es a la que se conectan todos los dispositivos eléctricos del hogar. La corriente continua (DC) es un tipo de corriente cuyo valor es constante en el tiempo y es la que proporciona cualquier clase de pila o batería, por lo que es el tipo de corriente que utiliza la batería del vehículo. 

Las baterías de los VE solo entregan y almacenan energía en DC y, dado que los cargadores eléctricos siempre se alimentan de un suministro en AC, para cargar la batería del VE es necesaria una etapa de conversión de corriente en la que se pase de AC a DC. Esta conversión de corriente puede realizarse internamente dentro del vehículo o dentro del cargador. Cuando se realiza dentro del vehículo, el cable de salida del cargador entregará potencia en AC. Este tipo de carga se conoce como carga en corriente alterna

Por otro lado, cuando la conversión se realiza en el propio cargador, este ya entrega potencia en DC a su salida, por lo que este tipo de carga se conoce como carga en corriente continua. El tipo de corriente que se utilice tendrá impacto en la velocidad de carga, así como también en las condiciones de la batería a largo plazo.

Una ventaja de la carga en AC es que los cargadores tienen un tamaño reducido, son más sencillos de instalar y tienen un costo menor, debido a que en este tipo de carga la etapa de conversión de corriente AC/DC se tiene en el interior del vehículo. Su desventaja es incrementar el costo del vehículo (principalmente en los de gran porte, como buses, o en aplicaciones que requieren carga en alta potencia). Además, los cargadores en AC suelen ser lentos, debido a que manejan bajos niveles de potencia. 

Por otra parte, en la carga en DC se ahorra peso y espacio en el vehículo, dado que la etapa de conversión de corriente AC/DC se encuentra en el cargador y no en el vehículo. Además contar con el equipo de conversión internamente le permite a este tipo de cargadores alcanzar potencias más elevadas y, por lo tanto, velocidades de recarga mayores. Como desventaja, el tamaño y el costo de estos cargadores es mayor, y requieren implementar protocolos de seguridad altamente estrictos que minimicen las posibilidades de accidentes eléctricos en la instalación y operación de estos cargadores, ya que trabajan con niveles altos de tensión.  

 

Carga del VE en Corriente Continua y en Corriente Alterna

La imagen expresa la carga del VE en corriente continua y en corriente alterna

 

Alternativa corriente continua

  • El convertidor AC/DC se encuentra en el cargador externo al vehículo.
  • La carga se hace directo a la batería del vehículo.
  • Equipos más robustos, con alto nivel de tecnología, con costos más elevados.
  • Tótem.
  • Recomendados para vía pública, uso intensivo o carga rápida en ruta.

 

  • Convertidor AC/DC.
  • Batería.

 

Alternativa corriente alterna

  • El convertidor AC/DC se encuentra incorporado en el vehículo.
  • Equipos de tamaño reducido, costos menores.
  • Tótem o wallbox o cable.
  • Recomendados para carga domiciliaria, carga nocturna, o carga de varias horas.

 

  • Convertidor AC/DC.
  • Batería.

 

Casos de carga

Los casos de carga refieren a la conexión entre el punto de carga y el vehículo eléctrico. 

 

Caso de conexión A

Es la conexión de un VE al punto de carga utilizando un cable de carga, unido en un extremo permanentemente al VE y en el otro extremo con enchufe.

Modo de carga

 

Caso de conexión B

Conexión de un VE al punto de carga utilizando un cable de carga extraíble, equipado en un extremo con enchufe y en el otro extremo con conector de carga del VE.

Modo de carga

Caso de conexión C

Conexión de un VE al punto de carga utilizando un cable de carga, unido en un extremo permanentemente al punto de carga y en el otro extremo equipado con conector de carga del VE. 

Modo de carga

 

 

Casos de conexión

Caso conexión  A  

Lado fuente: Schuko.

Lado vehículo: ΝA.

 

Caso conexión B  

 Lado fuente: Schuko.

 Lado vehículo: Conector VE.

 

Caso conexión B  

Lado fuente: Conector VE.

Lado vehículo: Conector VE.

 

Caso conexión C

Lado fuente: NA.

Lado vehículo Conector: VE.

 

Modos de carga

Existen cuatro modos de carga para los VE, según el tipo de conexión, el nivel de potencia, el sistema de comunicación y las características de seguridad, entre otros aspectos.

 

Modo 1: enchufe estándar no dedicado

Modo de carga en AC en que la conexión se realiza desde un enchufe doméstico estándar, no industrial (enchufe Schuko) y sin intercambio de información entre vehículo y punto de carga. Es el modo de carga más simple y de menor costo. Este modo puede corresponder a los casos de conexión A o B.

Se clasifica como de carga lenta debido a la baja potencia de carga; el tiempo de carga dependerá, además, de la capacidad de la batería. 

Este modo no es recomendable para BEV cuando existe incertidumbre en el estado de la instalación eléctrica desde donde se toma la energía. No obstante, se puede utilizar como carga de emergencia. 

Su uso está más indicado para la recarga de vehículos de menor porte, como bicicletas, ciclomotores o triciclos. 

 

 

 

Modos de Carga

 

Modo 2: enchufe no dedicado con protección y control incorporado en el cable

Este modo se realiza también con enchufe estándar (Schuko). A diferencia del modo 1, la conexión al VE se realiza a través de un cable con control de carga del vehículo incorporado que cuenta con sistema de seguridad y protecciones. Este modo evita una mala conexión del vehículo a la red, activando o desactivando la recarga. Este modo puede corresponder a los casos de conexión A o B.

Generalmente se trata de carga domiciliaria, que, si bien es lenta, se puede realizar por la noche, cuando el vehículo no se utiliza por un largo período, aprovechando las tarifas doble y triple horario.  

 

Modo 3: enchufe dedicado

En este modo de carga, el vehículo eléctrico se conecta al cargador, que puede ser de pared o del tipo poste, mediante un cable especial. 

El cargador es el que contiene el equipamiento de control inteligente que se encarga de gestionar la seguridad y el proceso de carga en conjunto con el control del vehículo. Permite, entre otras cosas, verificar que la conexión se haya realizado correctamente; el enchufe permanece sin tensión y, cuando el vehículo está correctamente conectado, se energiza. 

En este modo el nivel de control de la carga es muy alto y necesita menos de la mitad del tiempo que los anteriores para conseguir una carga completa. 

Se recomienda tanto en estacionamientos de larga estadía como en hogares. Este modo puede corresponder a los casos de conexión A, B o C.

 

Modo 4: cargador externo

El tiempo de carga dependerá de la capacidad de recibir energía que tenga el vehículo (batería y circuito de carga). Poseen un alto nivel de control de carga y la conexión enchufable está solo del lado del vehículo, ya que el cable se encuentra integrado al lado de la infraestructura; es decir, corresponde únicamente al caso de conexión C.

Es el modo de carga utilizado en cargadores rápidos de vía pública y en lo que normalmente se denomina “electrolineras”, ya que se transfieren potencias de carga elevadas y los cargadores requieren mayor infraestructura. Son también los de mayor costo. 

 

Comparativo de modos de carga

 

Comparativo de modos de carga

Modo1: lenta

Casos de conexión: A o B. 

Corriente: AC.

Nivel de comunicación: sin comunicación.

Nivel de seguridad: depende de la instalación eléctrica de la que se toma la energía.

Potencia: <= 3,7kW.

 

Modo 2: lenta

Casos de conexión: A o B. 

Corriente: AC.

Nivel de comunicación: comunicación básica.

Nivel de seguridad: mínima; depende de la instalación eléctrica, pero existe comprobación de la conexión a tierra.

Potencia: <=7,4 kW monofásica y <=22 kW trifásica.

 

Modo 3: semirrápida, standard semirrápida y rápida

Casos de conexión: A, B o C.

Corriente: AC DC.

Nivel de comunicación: alto, que permite control de carga.

Nivel de seguridad: mayor, porque el gabinete del cargador tiene protecciones incorporadas.

Potencia: P<22kW*.

 

Modo 4: rápida y superrápida

Casos de conexión: C.

Corriente: AC DC.

Nivel de comunicación: alto, que permite control de carga.

Nivel de seguridad: mayor, porque el gabinete del cargador tiene protecciones incorporadas.

Potencia:22 kW<=P.

 

Decidir cuál es el cargador óptimo depende de cuál sea el uso y los recursos económicos disponibles. 

El modo de carga 3, junto al modo 2, son los de uso más extendido, ya que presentan mejores condiciones de seguridad y control y requieren una inversión no tan elevada como la que se necesita para el modo 4. 

Para vehículos que se utilizan solamente en un determinado horario y luego permanecen un tiempo estacionados, será una opción más lógica elegir un cargador lento de los modos 2 o 3. 

Por otro lado, en el caso de vehículos que tengan un uso intensivo durante todo el día y no dispongan de un tiempo prolongado para realizar la carga, será más adecuado utilizar cargadores rápidos de los modos 3 o 4, que permitan cargar un gran porcentaje de la batería en poco tiempo.

 

Tipos de conectores

Los fabricantes de vehículos eléctricos eligen el tipo de conector según las normativas y el mercado. En Uruguay, se deben cumplir con las normas UNIT 1234-2020 para solicitar la admisión.

Cuando se habla de tipo de conectores, se hace referencia a la ficha específica utilizada en la conexión del cable de carga al VE. Existen varios tipos y los fabricantes de VE deciden cuál usar, en función de las normas y necesidades del mercado de destino donde los comercializan. 

Si bien no hay un estándar único, y es deseable no establecer restricciones en una industria que está comenzando y cuya tecnología cambia rápidamente, pueden identificarse algunos beneficios de adoptar un sistema de conexión de VE a la red eléctrica normalizado. Entre los beneficios se encuentran:

  • lograr el desarrollo del parque automotor eléctrico de forma segura y ordenada,  
  • reducir problemas de conexión para los usuarios,
  • lograr mayor acceso a la red de carga y mejor despliegue de interoperabilidad y,
  • alinear la planificación de las decisiones de inversión pública y privada en todo el territorio.

 

Tipos de conectores (gráfica)

https://lh7-us.googleusercontent.com/mrIL4AO2TiETA7nMlTDCgANVvgSZ9PX6ToFhoX2Sf9MywFuSMQG75aHS4cO0cnnUGKlFP5E8rZc-FfvzRfZ9kh3Movks-57dS3_ATtpNYmnxvfY_EOrCrPTRRMSjXSqu8UUUjHnIQuoXIkbhG91SObw

                    América del Norte       Japón         Unión Europea y resto de mercados   China   Todos los mercados excepto Unión Europea

AC                   J1772 (Tipo1)      J1772 (Tipo1)            Mennekes (Tipo 2)                    GB/T          Tesla

DC                       CCS1               CHAdeMO                    CCS2                                    GB/T          Tesla

 

En Uruguay todos los conectores deberán cumplir con lo establecido por la norma UNIT 1234-2020 o presentar la norma de origen y su traducción oficial ante las autoridades competentes, MIEM y URSEA, para solicitar su admisión. 

 

Tiempos de carga

En términos generales, cuánto mayor sea la potencia del cargador, menor será el tiempo de carga del vehículo. Otros aspectos que afectan el tiempo de carga son: la capacidad y el tipo de batería, los sistemas de control de carga del vehículo y la cantidad de vehículos conectados.

Esto origina distintos escenarios posibles, en los que la potencia de carga estará limitada en un caso por el vehículo y en otro caso, por el propio cargador. Por ejemplo, si un vehículo que acepta una potencia de carga de hasta 22 kW se conecta a un cargador rápido de 120 kW, la potencia de carga estará limitada por el vehículo, que no aprovechará toda la potencia que el cargador puede entregar y tardará lo mismo que si se hubiese conectado a un cargador de 22 kW. 

Por otro lado, si un vehículo que acepta carga rápida de hasta 120 kW se conecta a un cargador de 22 kW, la potencia de carga estará limitada por el cargador y no se aprovechará la capacidad para aceptar carga que tiene el vehículo.

Además, muchos cargadores tienen más de una salida que posibilita conectar más de un vehículo a un mismo SAVE. Esto aumentará el tiempo de carga, ya que al conectar más de un vehículo, la potencia se reparte entre ellos. Por ejemplo, si se cuenta con un SAVE de 120 kW que tiene dos salidas, al conectar un VE la carga se realizará a 120 kW, pero al conectar un segundo vehículo, la potencia máxima a la que podrán cargar cada uno de ellos se dividirá generalmente en partes iguales, y entregará 60 kW a cada uno.

 

Tiempos de carga (al 80% de la capacidad) según potencia disponible

Capacidad de energía de la batería en kWh

 

                                                                 Potencia disponible en el cargador  kW

Capacidad de energía                                                  AC                                                               DC     

de la batería en kWh                2.2 kW    3.5 kW    7 kW     11 kW    22 kW      43 kW        50 kW       175 kW

     24 kWh                                 11 h        5.5 h       3,5 h     1,5 h      50 min     25 min       20 min       7 min

     30 kWh                                 14 h        7 h          3 h        2 h         1 h           30 min       30 min       8 min

     40 kWh                                 18 h        9 h          4,5 h     3 h         3 h           45 min       40 min      11 min

     53 kWh                                 24 h        12 h        6h         3h          4 h           1h              50 min      15 min

     85 kWh                                 39 h        19 h        9,5 h     3h          6 h           1,5 h          1,3 h         23 min

     90 kWh                                 41 h        20 h        10 h      3 h         6,5 h        1,5 h          1,5 h         25 min

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