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Claves para desarrollar una infraestructura de recarga global para coches eléctricos

HYE | 28 de marzo de 2020

Claves para desarrollar una infraestructura de recarga global para coches eléctricos.
Claves para desarrollar una infraestructura de recarga global para coches eléctricos.

La adquisición por parte de los compradores de los coche eléctricos requiere que la red de recarga vinculada, la de oportunidad y la rápida, sea tan funcional como lo es la red de gasolineras de los vehículos de combustión.

La velocidad a la que se pueden recargar los vehículos eléctricos (VE) se está convirtiendo en un aspecto diferenciador en este mercado de rápido crecimient.  Queda claro que la batería de un vehículo eléctrico es un proceso más lento que llenar el depósito de combustible para recorrer la misma distancia.

Tomando un vehículo eléctrico genérico con una capacidad de batería de 60 kWh, su recarga desde el cero al cien por cien, mediante un cable conectado a un enchufe de 13 A y 240 V, puede tardar unas veinte horas.

En la práctica, la mayoría de los dueños de vehículos eléctricos confían en cargadores especiales de pared (wallbox) instalados en el hogar o en el aparcamiento comunitario de la vivienda, que permiten recargar el vehículo a 32 A. Con este cargador, un vehículo eléctrico con una batería de 60 kWh se puede recargar en unas ocho horas y media.

Para que los vehículos eléctricos compitan en las mismas condiciones que los de combustión hay que desarrollar una infraestructura de recarga global que contribuya a democratizar esta tecnología. La nueva generación de coches eléctricos –con baterías que superan los 50 kWh de capacidad– necesita de una infraestructura de recarga que ofrezca velocidades de carga escalonadas, apropiadas para cada situación. La más básica es la vinculada, que se sitúa en la vivienda o en el trabajo y que no precisa más de 4 kW de potencia. La segunda, la recarga de oportunidad, localizada en centros de ocio y compras, debería alcanzar potencias de al menos 11 kW. Por último, la red pública de recarga rápida, que se utilizará para largos desplazamientos, debería pasar de los 50 kW –el estándar de hoy en día– hasta los 150 o los 350 kW que ya permite la tecnología.

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Recarga de oportunidad en centros comerciales.

La elección por parte de los consumidores de un vehículo eléctrico frente a uno de combustión requiere que la recarga de sus baterías sea un proceso natural, que no complique su día a día. La tecnología ya permite desarrollar baterías de alta capacidad y puntos de recarga de alta velocidad, pero el crecimiento de las ventas de estos vehículos se ve frenada por la escasa infraestructura de recarga, y esta por la escasa venta de vehículos eléctricos. Este juego del “huevo y la gallina” debe ser resuelto implementando una red pública de recarga rápida que permita viajar y encontrar puntos de recarga con la misma facilidad que gasolineras.

El crecimiento de la red de recarga

Para conocer el estado actual de la red de recarga es importante diferenciar a Tesla del resto de fabricantes. Tesla es el único fabricante que a día de hoy dispone de una red propietaria que permite a sus clientes utilizar el coche eléctrico prácticamente en las mismas condiciones que uno de combustión. Y lo ha hecho en los tres niveles. 

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Recarga vinculada en el hogar o trabajo

Ofrece un wallbox para la recarga vinculada en el hogar, con el que sus coches eléctricos recuperan durante la noche la energía necesaria para el día a día (o incluso más). En estos casos, con potencia de 3,7 a 7,3 kW, que son las que ofrecen las viviendas (en corriente alterna monofásica), es suficiente para las necesidades del dia a dia. En un segundo nivel, la red de recarga en destino o oportunidad en hoteles e instalaciones de recreo permite aumentar la potencia hasta los 11 kW (en corriente alterna trifásica) y, en pocas horas, recuperar buena parte de la autonomía. Por último, el tercer nivel son los famosos Superchargers (supercargadores), que están aumentando su potencia de carga desde los 140 kW hasta los 250 kW y permiten viajar sin problemas. Actualmente ya son más de 16.000 los instalados entre América del Norte, Europa y Asia.

Al margen de Tesla, el número de puntos de recarga está aumentando rápidamente. Según las últimas cifras del Observatorio Europeo de Combustibles Alternativos, en Europa existen 161.426 puntos de recarga públicos, de los que 136.958 son para recarga de oportunidad, capaces de alcanzar los 22 kW de potencia (corriente alterna trifásica), y el resto de “carga rápida”, aunque la mayoría de ellos no supera los 50 kW. 

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La Unión Europea (UE) necesita contar con 44 millones de vehículos eléctricos en circulación y multiplicar por 15 los puntos de recarga para el año 2030 si quiere alcanzar la neutralidad climática para 2050, según un estudio elaborado por Transport & Environment (T&E).

La organización indica que en la actualidad existen 185.000 puntos de recarga públicos en el territorio comunitario, "que son suficientes para satisfacer la flota actual pero no para el crecimiento del mercado previsto desde 2020", por lo que señala que habría que contar con cerca de 3 millones de postes de recarga para 2030 y 1,3 millones para 2025.

El informe apunta que la inversión necesaria para apoyar la expansión de la red de recarga en Europa se situará en 20.000 millones de euros en los próximos once años, lo que supone unos 1.800 millones de euros al año, tanto desde el ámbito público como el privado.

La ONG explica que se deberán priorizar los hogares y los centros de trabajo para la instalación de postes de recarga, mientras que entre el 20% y el 30% de la red de recarga de vehículos eléctricos deberá situarse en zonas con menor densidad de población.

Los datos parecen alentadores para la implantación de la movilidad eléctrica, pero los conductores necesitan conocer la infraestructura, saber utilizarla y tenerla a su disposición siempre que la necesiten.

La velocidad de recarga depende del tipo de red

La red de recarga está estructurada en varios niveles, cuya principal diferencia es si la corriente que la alimenta es alterna o continua. A nivel técnico, una batería siempre se recarga en corriente continua. Por lo tanto, cuando el punto de carga ofrece corriente alterna (monofásica o trifásica) es necesario un inversor, que forma parte de la electrónica de potencia que se incluye en el vehículo. Cuando el punto de carga ofrece corriente continua es este el que rectifica la corriente de la red. En este caso, en el vehículo, la electricidad pasa directamente a la batería sin que este tenga que realizar ninguna conversión intermedia. 

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Supercargadores de Tesla.

La carga en corriente continua puede entregar más energía porque las estaciones de carga usan circuitos de rectificación de mayor tamaño, más eficientes y mejor refrigerados. Para el propietario del punto, la elección de ofrecer corriente alterna o continua depende del coste de la instalación y de la energía. Además, es posible establecer redes de recarga distribuidas que permiten el flujo de energía bidireccional, de manera que un vehículo eléctrico puede funcionar como consumidor energético o como una fuente de energía, estabilizando la red.

En cuanto a los estándares de carga rápida, Tesla tiene patentados sus Superchargers de manera que solo pueden usarlos sus clientes. Los japoneses Nissan y Mitsubishi respaldan el estándar CHAdeMO que incluye la carga bidireccional. China, el mercado de vehículos eléctricos más grande del mundo, cuenta con el protocolo GB/T. Por su parte, Europa respalda el protocolo CCS desarrollado a través de la asociación Charging Interface Initiative (CharIN), que se encarga de definir los protocolos que controlan el proceso de carga, la señalización, la transmisión de la información del punto al usuario y, en un futuro, la estandarización de la recarga inalámbrica interoperable. El máximo exponente de la red de recarga CCS es Ionity, un consorcio de empresas formada por el Grupo BMW, Daimler, Ford Motor Company y el Grupo Volkswagen, que tiene el objetivo de construir una red de recarga de alta potencia (350 kW) a lo largo de las principales carreteras de Europa. Su red ya alcanza desde Suecia al norte de España.

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Red de recarga de alta potencia (350 kW) de Ionity.

Según las diferentes especificaciones de CharIN (DC20 y HPC30), el sistema de carga CCS puede funcionar entre voltajes de 200 y 920 V e intensidades de 1 a 40 A. Esto permite una horquilla de potencias que va desde los 3 a los 7 kW en corriente alterna monofásica, de 11 a 43 kW en alterna trifásica y desde 50 a 350 kW de potencia.

Los conectores

Para que la energía pase del punto de recarga al vehículo eléctrico, el diseño del conector es clave. El conector Tipo 1 (SAE J1772), utilizado principalmente en Asia, es un enchufe de carga de corriente alterna, solo en monofásica, que admite potencias de carga de hasta 7,4 kW. El conector Tipo 2 (Mennekes) admite carga también en alterna, monofásica y trifásica, hasta 22 kW en entornos privados, como un garaje doméstico, y hasta 43 kW en estaciones de carga públicas. 

Agregando dos contactos al Tipo 2, los enchufes CCS (Combo1 / Combo2) permiten la carga en corriente continua de hasta 350 kW. Por su parte, el conector CHAdeMO admite potencias de hasta 200 kW bajo el protocolo 1.2 y de 400 kW bajo el nuevo protocolo 2.0. En Europa, Tesla cuenta con dos conectores para la carga. En el Model S y el Model X utiliza una versión modificada del conector Tipo 2 por el que puede pasar tanto la corriente alterna como la continua. En el caso del Model 3 ha optado por incorporar el estándar CCS, con el objetivo que sus clientes puedan recargar tanto en los Supercargadores como en otras redes de recarga, lo que ha obligado a modificar estos con la inclusión de un segundo cable. En China ha seguido la misma estrategia, en este caso con el estándar GB/T. 

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Tipos de conectores.

La industria ha creado convertidores y adaptadores para permitir que los conductores puedan recargar sus coches eléctricos a partir de la mayoría de conexiones eléctricas, aunque en estos casos, las velocidades no son tan altas como las que ofrecen los conectores nativos. 

El mercado se abre para incluir nuevos actores

La industria automotriz produce cerca de 100 millones de vehículos cada año. La transición a la movilidad eléctrica está ofreciendo la oportunidad de acceder a ella a nuevos actores. Los nuevos fabricantes que están surgiendo, sobre todo en China, y la nueva estrategia basada en considerar la movilidad como un servicio en lugar de como un producto, tienen un gran potencial de expansión. 

Este escenario está creando un nuevo panorama para que los fabricantes de componentes ofrezcan sus productos e innoven en su oferta. Lograr que los dispositivos de alimentación utilizados para la rectificación de la corriente sean más eficientes, un filtrado más efectivo para amortiguar las señales espurias de alta potencia, o nuevos diseños del conector, tendría un efecto inmediato, al permitir mayor velocidad de recarga.

Empresas como AVNET, proveedor global de soluciones tecnológicas, disponen de un amplio catálogo de servicios de diseño, producción, comercialización y cadena de suministro que apoya a cada una de las fases del ciclo de vida en cada uno de sus productos.

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