La carga de corriente continua es la forma más eficaz de alimentar la batería de un vehículo eléctrico. Los científicos e ingenieros han realizado increíbles progresos. Una nueva generación de cargadores rápidos DS permite recargas aún más rápidas de hasta el 80% de la capacidad total en menos de una hora.
Esta guía ofrece una completa introducción al hardware de carga de corriente continua, incluyendo información sobre los principales métodos de carga, interfaces de carga y protocolos de comunicación.
CA frente a CC: por qué la CC gana para las flotas
Los vehículos de pasajeros y comerciales ligeros utilizan un cargador de CA enchufado a la red eléctrica. La corriente alterna se transfiere a un cargador de a bordo que la transforma en la carga de corriente continua que necesita la batería.
La solución es rentable, pequeña y ligera, pero es lenta: tarda horas en recargar completamente una batería.
En cambio, los cargadores de corriente continua suministran energía directamente a la batería, lo que garantiza una carga mucho más rápida. Por ello, la carga de CC es una solución óptima para los operadores de flotas que quieren maximizar la capacidad operativa de sus vehículos.
La tecnología de carga de corriente continua sigue evolucionando. Los cargadores de corriente continua de primera generación estaban limitados a 50kW, pero los vehículos más nuevos pueden aceptar tasas de carga mucho mayores, en algunos casos hasta 270kW.
Si a esto le sumamos las baterías de mayor tamaño instaladas en los vehículos comerciales, las ventajas son evidentes.
La carga de corriente continua significa que los vehículos pueden pasar más tiempo en la carretera y menos tiempo cargando. Como resultado, están impulsando un mañana más limpio para todos nosotros.
¿Cuáles son los principales métodos de carga de corriente continua?
Existen varios métodos de carga de corriente continua que se utilizan actualmente para cargar los vehículos de la flota, como la carga conductiva y la carga inalámbrica:
- Carga conduc tiva La carga conductiva funciona mediante una conexión manual del vehículo a la estación de carga. La corriente fluye a través de un cable (o de un pantógrafo a un cable), lo que permite una velocidad de recarga rápida con una alta eficiencia de transferencia. Es la solución de hardware más barata, pero necesita la participación manual para funcionar. La transferencia de energía es unidireccional, del cargador al vehículo. La carga conductiva puede suministrar hasta 400kW con un conector CCS de tipo 2. Sin embargo, los cargadores MW están a la vuelta de la esquina y harán que los tiempos de carga sean aún más rápidos.
- Carga inalámbrica de corriente continua: la carga inalámbrica utiliza campos magnéticos que varían en el tiempo para transferir energía. Hay dos almohadillas, una instalada en la parte inferior del vehículo (que contiene una estación de carga por inducción) y la otra en el suelo. El transmisor de tierra recibe energía para crear un campo magnético. La bobina del vehículo lo recibe y lo convierte en energía para alimentar la batería. Este principio existe desde hace más de 100 años y permite una recarga rápida sin necesidad de cables ni interacción física.
Al leer sobre soluciones de carga de CC, es posible que también lea sobre la carga bidireccional. La carga bidireccional permite que la energía fluya en dos direcciones: de la red a la batería y de la batería a la red.
La carga bidireccional puede desempeñar un papel crucial en la creación de una red inteligente, con vehículos alimentados por baterías que actúan como dispositivos de almacenamiento de energía. El proceso se gestiona mediante un software en la nube y podría ayudarnos a abordar uno de los mayores retos a los que nos enfrentamos: cómo almacenar la energía renovable.
Aunque la carga inalámbrica y bidireccional ofrece un enorme potencial de futuro, la carga conductiva es la solución más rentable a corto y medio plazo.
Hardware interior de la red de carga de CC
Las estaciones de carga de corriente continua combinan software y hardware para ofrecer una recarga rápida y segura. Estas son las partes principales de cada estación de carga de CC:
- Conexión a la red: las estaciones de carga requieren una conexión a la red sólida y estable para proporcionar la energía necesaria para la carga.
- Armarios -Los resistentes armarios metálicos deben ser impermeables (nivel de protección IP54) y aptos para su instalación en exteriores. Los armarios de Heliox, por ejemplo, están construidos para durar 15 años o más. En su interior se encuentra el hardware necesario para suministrar una carga y los elementos de seguridad, incluidos los fusibles de alta velocidad para proporcionar protección contra la sobrecorriente.
- Dispensadores - Cada estación de carga tiene un dispensador que se conecta al vehículo. Hay varias interfaces de carga de CC diferentes, que exploramos a continuación.
- Pantógrafo - Algunos vehículos de flotas más grandes, como los autobuses, utilizan un tipo particular de conector conocido como pantógrafo para la carga de oportunidad. El vehículo aparca debajo de una estación de carga y los brazos en forma de tijera descienden y se conectan a los raíles del techo del vehículo para recargar la batería. El sistema puede proporcionar una carga de alta potencia de hasta 600 kW, loque permite cargar un vehículo grande, como un autobús, en cuestión de segundos.
¿Cuáles son las principales interfaces de carga?
Existen varios tipos de interfaces de carga de corriente continua para vehículos de flota. Los cargadores deben cumplir varias normas internacionales de seguridad, como la ISO 15118 y la DIN SPEC 70121.
Existen diferencias regionales en los conectores de CC utilizados en Japón, América, China y Europa (y el resto del mundo). A continuación te explicamos cuáles son y cómo funcionan:
- CCS1 y 2 Pinout - CCS significa sistema de carga combinada. Dentro de las interfaces CCS1 y CCS2 hay clavijas que suministran una carga de CC directamente al vehículo. La distribución de pines CCS1 y 2 es utilizada principalmente por los fabricantes de automóviles de EE.UU. y Europa, pero existe un impulso para que se convierta en el estándar mundial.
- DC GB/T - Esta norma se utiliza exclusivamente en China. El protocolo está definido por la norma GB/T 27930.
- CHAdeMO - Es el estándar de carga de corriente continua utilizado en Japón.
- Tesla - Como era de esperar, Tesla ha creado su propio cargador de corriente continua, pero las cosas pueden cambiar. Para el último lanzamiento europeo del Tesla Model 3, Tesla ha optado por utilizar el estándar CCS2.
Protocolos de comunicación de carga de CC
Los cargadores de CC deben funcionar de forma inteligente para cargar y proteger la batería. Existen dos niveles de comunicación: nivel alto y nivel bajo. Las normas internacionales como la IEC 61851, la ISO 15118, la DIN 70121 y la VDV 261 proporcionan la base para el contacto entre la estación de carga y el vehículo antes y durante el proceso de carga.
Los protocolos de comunicación de bajo nivel gestionan la corriente máxima y la fase de carga. Los protocolos de alto nivel gestionan tareas más complejas, como la evaluación de la compatibilidad, la secuencia de carga, el establecimiento de límites físicos y la gestión de tarifas y pagos.
Existen tres protocolos de comunicación de alto nivel:
- Power Line Communication (PLC): es el marco de comunicación de alto nivel utilizado en CCS1 y CCS2. Utiliza una pila estándar TCP/IP (Protocolo de Control de Transmisión/Protocolo de Internet) para comunicarse.
- Caracterización de la atenuación del nivel de la señal ( SLAC) - El vehículo y la estación de carga acuerdan un identificador único basado en un proceso de solicitud-respuesta. La SLAC se utiliza en un entorno en el que varios vehículos eléctricos y estaciones de carga están interconectados, como un depósito de vehículos.
- Red de área de controladores (CAN) - La CAN está definida por la norma ISO 11898 y es una plataforma orientada a los mensajes que se utiliza para impulsar el intercambio rápido de información entre unidades de control en un entorno industrial.
Protocolos de comunicación de bajo nivel
Los cargadores inteligentes y los vehículos mantienen un intercambio constante de información mediante la modulación de ondas de pulso (PWM). El contacto está definido por varias normas acordadas internacionalmente.
La norma IEC 61851-1, creada por la Comisión Electrotécnica Internacional, se utiliza en todos los sistemas de carga conductiva de vehículos eléctricos.
Las tensiones de las señales alternan entre dos niveles para indicar el estado de carga:
- +12 V Estado A Ningún VE conectado al EVSE
- +9 V Estado B Vehículo eléctrico conectado al EVSE pero no listo para la carga
- +6 V Estado C Conectado y listo para cargar, no se requiere ventilación
- +3 V Estado D Conectado, listo para cargar, y se requiere ventilación
- +0 V Estado E Cortocircuito eléctrico a tierra en el controlador del EVSE, sin alimentación
- -12 V Estado F EVSE no está disponible
La información proporcionada define la carga máxima entregada al VE:
- Duty cycle < 3 % No charging allowed
- 3 % ≤ ciclo de trabajo ≤ 7 % Forzar el protocolo de comunicación de alto nivel según ISO 15118 o DIN 70121
- 7 % < duty cycle< 8 % No charging allowed
- 8 % ≤ duty cycle< 10 % Max. current consumption for AC charging is 6 A
- 10 % ≤ ciclo de trabajo ≤ 85 % Corriente disponible = ciclo de trabajo * 0,6 A
- 85 % < duty cycle ≤ 96 % Available current = (duty cycle - 64) * 2.5 A
- 96 % < duty cycle ≤ 97 % Max. current consumption for AC charging is 80 A
- Ciclo de trabajo > 97 % No se permite la carga
La tecnología de carga sigue cambiando, con muchas opciones y alternativas abiertas a los fabricantes. En Heliox, podemos ofrecerle una visión y un asesoramiento expertos para ayudarle a identificar el hardware de carga que necesita para alimentar su flota y acelerar su negocio. Póngase en contacto con uno de nuestros expertos.
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