A medida que los consumidores buscan comprar vehículos eléctricos (VE), la cantidad de tiempo que se tarda en cargar un VE sigue influyendo en sus decisiones de compra. Hoy en día, la forma más rápida de cargar un VE es la carga rápida de corriente continua (CC) de alta potencia. La carga rápida de CC difiere de la carga de corriente alterna (CA) y requiere consideraciones específicas por parte de los fabricantes de equipos originales a la hora de diseñar los componentes clave de la arquitectura eléctrica de un vehículo, como las tomas de carga.
Las opciones de carga más lentas (CA de nivel 1 y CA de nivel 2) utilizan CA, que es como se suministra normalmente la electricidad de la red eléctrica en general, y es como se suministra la energía a los hogares. Las velocidades de carga de CA pueden variar de 12 A a 80 A, según la norma SAE J1772 en Norteamérica, mientras que las velocidades de carga en otros lugares varían en función de las normas regionales, como IEC 62196 o GB/T 20234. Cuando los propietarios de VE cargan sus vehículos en casa, conectan un cargador de VE a la toma de carga del vehículo, y el cargador de a bordo del VE convierte la CA en CC para cargar la batería.
La carga rápida de CC es el método más común de carga en las estaciones de carga públicas comerciales. Las estaciones convierten la corriente alterna de la red en corriente continua, de modo que cuando un conductor enchufa su VE, la corriente continua fluye directamente a su batería. Existen dos niveles de carga rápida de CC según la norma J1772: Nivel 1 de CC para velocidades de carga de hasta 80 A, y Nivel 2 de CC (comúnmente conocido como carga de Nivel 3) para velocidades de hasta 500 A.
La diferencia de tiempo entre la carga de CA y la carga rápida de CC es espectacular. La potencia de salida para la carga de CA de nivel 1 a 12 A y 120 V CA podría ser de hasta 1,4 kW, mientras que la carga de CA de nivel 2 a 80 A y 240 V ofrece hasta 19,2 kW. En teoría, se tardaría entre cinco y seis horas en cargar completamente una batería de 100 kWh, incluso utilizando el nivel de potencia más alto de carga de CA, 19,2 kW. En cambio, con la carga rápida de CC a 500 A y 400 VCC, la misma batería de 100 kWh tardaría teóricamente unos 30 minutos en alcanzar su plena capacidad. Estos tiempos de carga se reducirán aún más con los avances en la tecnología de las baterías, las actualizaciones a la arquitectura de 800 V y las mejoras en la infraestructura de carga.
Consideraciones
Hay varios factores que pueden afectar a la velocidad de carga rápida de CC, como los siguientes:
- Limitaciones del paquete de baterías: Cada batería de VE tiene una tasa de aceptación específica, medida en kilovatios, que refleja la rapidez con la que puede almacenar energía eléctrica. Por ejemplo, si un cargador rápido de CC tiene una potencia nominal de 150 kW, pero la batería del vehículo sólo puede aceptar hasta 100 kW, sin duda tardará más en cargarse. El índice de aceptación de la batería puede variar en función de varios factores, como la química, el diseño, el tamaño y la antigüedad de la batería. Muchos fabricantes de equipos originales están tratando de actualizar la arquitectura de sus baterías de 400 V a 800 V para maximizar los índices de aceptación y reducir la duración de la carga.
- Temperatura: Las temperaturas ambientales extremas, tanto frías como calientes, pueden reducir la velocidad de carga o incluso impedir que la batería acepte una carga.
- Estado de carga: En general, la tasa de aceptación de la batería de un VE es mayor cuando la batería se encuentra en un estado de carga (SoC) bajo y disminuye a medida que la batería se acerca a su SoC máximo. La mayoría de los VE siguen un perfil de corriente definido por el que el ritmo de carga se ralentiza significativamente a medida que el vehículo se acerca a la carga completa, sobre todo una vez que alcanza el 80%, para reducir el riesgo de sobrecarga y dañar la batería.
- Limitaciones de la infraestructura de carga: La mayoría de las estaciones de carga rápida de CC del mercado actual tienen velocidades de carga máximas de entre 200 A y 300 A aproximadamente. Aunque el número de estaciones de carga rápida de CC de 500 A está creciendo, son caras y complicadas de instalar.
- Generación de calor: Debido a su elevada corriente, la carga rápida de CC genera calor en todo el sistema de carga del VE -desde el cargador del VE hasta la entrada, y desde los cables de alta tensión hasta las conexiones de la batería y la propia batería- y ese calor debe gestionarse. Normas como J1772 e IEC 62196 especifican un límite máximo de temperatura de funcionamiento de 90 °C en la interfaz entre el cargador y la toma de corriente para garantizar unas condiciones seguras al tacto para los consumidores que utilizan el dispositivo. Si la temperatura se acerca a ese límite, la velocidad de carga tendrá que disminuir, por lo que la gestión y supervisión de esa interfaz es clave para el rendimiento de la carga.
Para los fabricantes de equipos originales, el reto consiste en proporcionar una entrada de carga que sea lo suficientemente flexible como para adaptarse tanto a la carga de CA como a las opciones de carga rápida de CC en todas las regiones, que sea capaz de detectar y disipar el calor y que tenga un diseño que facilite el mantenimiento.
Las tomas de carga modulares de Aptiv están equipadas con una avanzada tecnología de detección de temperatura que puede realizar un seguimiento preciso de las temperaturas y transmitir esa información al sistema en tiempo real. Las tomas pueden utilizar sistemas de refrigeración pasiva que aprovechan las barras colectoras, o sistemas de refrigeración activa que llevan refrigerante líquido a una placa fría cerca de los terminales o a las barras colectoras adyacentes a las clavijas para extraer el calor.
Aptiv colabora estrechamente con los fabricantes de equipos originales para resolver sus problemas, diseñando tomas de carga y arneses de carga de última generación que satisfagan sus requisitos de velocidad de carga, refrigeración, orientación física y flexibilidad entre regiones, todo ello con la perspectiva de sistema completo y el alcance global de Aptiv, lo que garantiza la compatibilidad con las estaciones de carga rápida de CC ubicadas en todo el mundo.