- Equipo de suministro de vehículos eléctricos (EVSE)
- Cargadores y estaciones de carga a bordo
- Tipos de estaciones de carga para vehículos eléctricos (EVSE)
- Tipos de conectores de carga para vehículos eléctricos
- Estación de carga EVSE AC - Cargadores de nivel 1 y nivel 2
A medida que el mundo se está preparando para desencadenar una revolución de los vehículos eléctricos, sigue siendo cierto que la tasa de adaptación es lenta. Los vehículos eléctricos (VE) a pesar de ser un modo de transporte más ecológico, fluido y económico, todavía no parecen ser prácticos. La razón son dos palabras, costo y ecosistema. Actualmente, los vehículos eléctricos tienen un precio sustancialmente similar al de los automóviles de gasolina, lo que los convierte en una opción menos importante para los compradores; se espera que el avance en la tecnología de baterías y los esquemas gubernamentales reduzcan el costo de los vehículos eléctricos en el futuro.
La segunda parte sería que no existe un ecosistema adecuado para que los compradores usen un vehículo eléctrico sin muchas molestias. Con “Ecosystem” me refiero a las estaciones de carga para cargar su EV cuando se queda sin batería. Imagínese usar un vehículo de gasolina cuando no tiene estaciones de servicio en su ciudad y el único lugar donde puede recargar es su casa, además de que necesitará un mínimo de 6-8 horas para cargar un vehículo eléctrico típico. Muchas empresas como Tesla, EVgo, punto de carga, etc. ya han reconocido este problema al instalar estaciones de carga en todo el país. Con países como Holanda, que prometió renunciar al motor de gasolina para 2035, es seguro que las carreteras del futuro serán reemplazadas por vehículos eléctricos en lugar de motores de combustión interna y muchas estaciones de carga de vehículos eléctricos aparecerán a nuestro alrededor.
Pero, ¿cómo funcionan las estaciones de carga para vehículos eléctricos ? ¿Puede una sola estación de carga cargar todo tipo de vehículos eléctricos? ¿Cuáles son los tipos de cargadores de vehículos eléctricos ? ¿Qué protocolos se siguen para los cargadores de vehículos eléctricos? En este artículo analizaremos la respuesta a todas estas preguntas y también entenderemos qué constituye una estación de carga de vehículos eléctricos y los subsistemas que la sustentan. Antes de continuar, debe leer sobre las baterías que se usan en los vehículos eléctricos y cómo funciona el sistema de gestión de baterías dentro del vehículo eléctrico.
Equipo de suministro de vehículos eléctricos (EVSE)
Los equipos que constituyen una estación de carga de vehículos eléctricos se denominan colectivamente como equipos de suministro de vehículos eléctricos (EVSE). El término es más popular y se refiere únicamente a las estaciones de carga. Algunas personas también se refieren a él como ECS, que significa estación de carga eléctrica.
Un EVSE está diseñado y fabricado para cargar un paquete de baterías utilizando la red para la entrega de energía; estos paquetes de baterías pueden estar presentes en un vehículo eléctrico (EV) o en un vehículo eléctrico enchufable (PEV). La alimentación, el conector y el protocolo de estos EVSE variarán en función de su diseño, que analizaremos en este artículo.
Cargadores y estaciones de carga a bordo
Antes de entrar en las estaciones de carga, es importante comprender qué hay dentro del EV y a qué parte se conectará el cargador. La mayoría de los vehículos eléctricos de hoy en día vienen con un cargador integrado (OBC) y el fabricante también proporciona un cargador junto con el vehículo. El cliente puede utilizar estos cargadores junto con el cargador de a bordo para cargar su vehículo eléctrico desde la toma de corriente de su casa tan pronto como lo lleve a casa. Pero estos cargadores son muy básicos y no vienen con funciones avanzadas y, por lo tanto, normalmente tomaría alrededor de 8 horas cargar un vehículo eléctrico típico.
Tipos de estaciones de carga para vehículos eléctricos (EVSE)
Las estaciones de carga se pueden clasificar en dos tipos, estación de carga de CA y estación de carga de CC.
Una estación de carga de CA, como su nombre lo indica, proporciona energía de CA desde la red al EV, que luego se convierte en CC utilizando el cargador integrado para cargar el vehículo. Estos cargadores también se denominan cargadores de nivel 1 y nivel 2 y se utilizan en lugares residenciales y comerciales. La ventaja de una estación de carga de CA es que el cargador de a bordo regulará el voltaje y la corriente según sea necesario para el EV, por lo que no es obligatorio que la estación de carga se comunique con el EV. La desventajaes su baja potencia de salida lo que aumenta el tiempo de carga. En la imagen de abajo se muestra un sistema de carga de CA típico. Como podemos ver, la CA de la red se suministra directamente a OBC a través de EVSE, la OBC luego la convierte a CC y carga la batería a través del BMS. El cable piloto se usa para detectar el tipo de cargador conectado al EV y establecer la corriente de entrada requerida para el OBC. Discutiremos más sobre esto más adelante.
Una estación de carga de CC obtiene la energía de CA de la red y la convierte en voltaje de CC y la usa para cargar el paquete de baterías directamente pasando por alto el cargador integrado (OBS). Estos cargadores normalmente emiten un alto voltaje de hasta 600 V y una corriente de hasta 400 A, lo que permite que el vehículo eléctrico se cargue en menos de 30 minutos en comparación con las 8-16 horas del cargador de CA. Estos también se denominan cargadores de nivel 3 y comúnmente se conocen como cargadores rápidos de CC (DCFC) o súper cargadores. La ventaja de este tipo de cargador es su rápido tiempo de carga mientras que la desventaja es su compleja ingenieríadonde necesita comunicarse con EV para cargarlo de manera eficiente y segura. A continuación se muestra un sistema de carga de CC típico, como puede ver, el EVSE proporciona CC directamente al paquete de baterías sin pasar por el OBS. El EVSE está dispuesto en pilas para proporcionar alta corriente, una sola pila no podrá proporcionar alta corriente debido a las limitaciones del interruptor de alimentación.
Normalmente, los cargadores de Nivel 1 están diseñados para uso residencial, estos son los cargadores que proporcionan los fabricantes junto con el EV que se pueden usar para cargar el EV a través de tomas de corriente estándar de la casa. Por lo tanto , funcionan con suministro de CA monofásico y pueden producir entre 12 A y 16 A y tardan aproximadamente 17 horas en cargar un EV de 24kWH. Un cargador de nivel 1 no tiene mucho papel en las estaciones de carga.
El cargador de nivel 2 se proporciona como una actualización para el cargador de nivel 1; puede instalarse en la casa, a pedido especial, siempre que la casa tenga una fuente de alimentación de fase dividida o también se puede usar en estaciones de carga públicas / comerciales. Estos cargadores pueden proporcionar hasta 80 A de corriente de salida debido a su alto voltaje de entrada y pueden cargar un EV en 8 horas. El cargador de nivel 3 o los súper cargadores están diseñados solo para estaciones de carga públicas. Requieren entrada de CA polifásica de la red y consumen más de 240 kW, casi 10 veces más que una unidad de aire acondicionado típica en nuestro hogar. Por lo tanto, estos cargadores requieren un permiso especial de la red para funcionar.
Se considera que los cargadores de nivel 2 y 3 son más eficientes que el cargador de nivel 1 ya que la conversión de CA / CC y CC / CC tiene lugar en el EVSE. Debido al enorme tamaño y complejidad de los cargadores de Nivel 2 y Nivel 3, no se pueden construir dentro de un EV, ya que aumentaría el peso y reduciría la eficiencia del EV.
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Tipo de estación de carga |
Nivel del cargador |
Voltaje y corriente de suministro de CA |
Poder del cargador |
Es hora de cargar un paquete de baterías de 24 kWH |
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Estación de carga de CA |
Nivel 1: residencial |
Monofásico - 120 / 230V y ~ 12 a 16A |
~ 1,44 kW a ~ 1,92 kW |
~ 17 horas |
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Estación de carga de CA |
Nivel 2 - Comercial |
Fase dividida: 208/240 V y ~ 15 a 80 A |
~ 3,1 kW a ~ 19,2 kW |
~ 8 horas |
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Estación de carga DC |
Nivel 3 - Supercargador |
Monofásico: 300 / 600V y ~ 400A |
~ 120 kW a ~ 240 kW |
~ 30 minutos |
Tipos de conectores de carga para vehículos eléctricos
Al igual que los europeos operan a 220 V 50 Hz y los estadounidenses operan a 110 V 60 Hz, los vehículos eléctricos también tienen diferentes tipos de conectores de carga según el país en el que se fabrican. Esto ha provocado confusión entre los fabricantes de ESVE, ya que no pueden universalizarse fácilmente para todos los vehículos eléctricos. Las principales clasificaciones de conectores para cargadores de CA y cargadores de CC se indican a continuación.
Tomas de carga de CA para vehículos eléctricos:
Entre los tres, el tipo más común de toma de carga de CA es la toma JSAE1772 que es popular en América del Norte. Como puede ver, el enchufe / conector tiene múltiples conexiones, los tres pines anchos son para Fase, Neutro y Tierra, mientras que los dos pines pequeños se usan para la comunicación entre el Cargador y el EV (Interfaz Piloto), discutiremos más sobre esto más adelante. El Mennekes o VDE-AR-E se utiliza en Europa para el sistema de carga de CA trifásico y, por lo tanto, puede generar una alta potencia de hasta 44kW. El Le-Grand también es un enchufe similar con obturador de seguridad para evitar que entren residuos en el enchufe de carga. De acuerdo con las normas técnicas, solo se sugiere el uso de los enchufes HSAE 1772 y VDE-AR-E en todos los cargadores de CA del futuro.
Tomas de carga de CC para vehículos eléctricos:
En el lado del cargador de CC, tenemos el enchufe del cargador CHAdeMO, que es el tipo de enchufe más popular. Fue introducido por Japón y pronto adaptado por Francia y Corea. Hoy en día, la mayoría de los vehículos eléctricos como el Nissan Leaf, Kia, etc.tienen este tipo de enchufes. El enchufe tiene dos pines anchos para los rieles de alimentación de CC y pines de comunicación para el protocolo CAN. Como sabemos, los cargadores de CC de nivel 3 no utilizan el cargador de a bordo y, por lo tanto, deben proporcionar el voltaje y la corriente necesarios para el paquete de baterías del EV por sí mismos. Esto se hace estableciendo un enlace de comunicación (enlace piloto) a través del protocolo de red de área de control (CAN) con el BMS del paquete de baterías. Luego, el BMS le indica al cargador que comience el proceso de carga, lo monitorea y luego solicita al cargador que detenga la carga.
Los autos Tesla tienen su propio tipo de cargadores llamados súper cargadores y, por lo tanto, tienen su propio tipo de conectores como se muestra arriba. Pero venden un adaptador que puede convertir su puerto para cargarlo con cargadores CHAdeMO o CSS. El cargador CDD es otro enchufe de cargador popular que combina los tipos de cargadores de CA y CC. Como puede ver en la imagen, el cargador está dividido en dos segmentos para admitir CC y CA. Puede admitir CAN y Power Line Communication (PLC) y se utiliza ampliamente en automóviles europeos como Audi, BMW, Ford, GM, Porsche, etc. Puede admitir una salida de CC de hasta 400 kW y una salida de CA de 43 kW.
Estación de carga EVSE AC - Cargadores de nivel 1 y nivel 2
La estación de carga de nivel 1 y nivel 2 simplemente tiene que suministrar energía de CA al cargador de a bordo en un vehículo eléctrico que luego se encargaría del proceso de carga; esto podría verse a primera vista. Pero tienen la responsabilidad de probar la cantidad correcta de energía de la red según lo requiera el paquete de baterías EV comunicándose a través del cable piloto. Los subsistemas presentes en una estación de carga de CA típica representada en el documento de capacitación de TI se muestran a continuación.
Los cargadores de Nivel 1 tienen una corriente de salida máxima de 16 A debido a las limitaciones de las tomas de corriente domésticas, mientras que los cargadores de Nivel 2 pueden proporcionar hasta 80 A cuando funcionan con suministro trifásico. Tanto los cargadores de CA de nivel 1 como los de nivel 2 normalmente utilizan conectores de enchufe estándar SAEJ1772.
Como puede ver, la línea de alimentación de CA (L1 y L2) está conectada al conector J1772 a través de un relé. Este relé se cerrará para comenzar el proceso de carga y se abrirá cuando se complete la carga. La comunicación de la señal piloto se utiliza para detectar el estado de la batería y el sistema de procesamiento del host decide cuánta energía se debe suministrar al cargador de a bordo. Discutiremos