Estación de carga
Instalación para carga de vehículos eléctricos

Estaciones de carga para vehículos eléctricos :

Una estación de carga , también conocida como punto de carga , punto de recarga o equipo de suministro de vehículos eléctricos ( EVSE ), es un dispositivo de suministro de energía que suministra energía eléctrica para recargar vehículos eléctricos enchufables (incluidos vehículos eléctricos de batería , camiones eléctricos , autobuses eléctricos , vehículos eléctricos de barrio y vehículos híbridos enchufables ).

Existen dos tipos principales de cargadores para vehículos eléctricos: estaciones de carga de corriente alterna (CA) y estaciones de carga de corriente continua (CC). Las baterías de los vehículos eléctricos solo se pueden cargar con electricidad de corriente continua, mientras que la mayor parte de la electricidad de la red eléctrica se suministra desde la red eléctrica como corriente alterna. Por este motivo, la mayoría de los vehículos eléctricos tienen un convertidor de CA a CC integrado, comúnmente conocido como "cargador de a bordo" (OBC). En una estación de carga de CA, la energía de CA de la red se suministra a este cargador de a bordo, que la convierte en energía de CC para recargar la batería. Los cargadores de CC proporcionan una carga de mayor potencia (que requiere convertidores de CA a CC mucho más grandes) al integrar el convertidor en la estación de carga en lugar del vehículo para evitar restricciones de tamaño y peso. Luego, la estación suministra energía de CC directamente al vehículo, sin pasar por el convertidor de a bordo. La mayoría de los modelos de automóviles eléctricos modernos pueden aceptar energía de CA y CC.

Las estaciones de carga ofrecen conectores que cumplen con una variedad de estándares internacionales. Las estaciones de carga de CC suelen estar equipadas con múltiples conectores para cargar varios vehículos que utilizan estándares competitivos.

Estaciones de carga públicas

Área de estacionamiento de Fred Meyer

Las estaciones de carga públicas suelen encontrarse en la calle o en centros comerciales, instalaciones gubernamentales y otras áreas de estacionamiento. Las estaciones de carga privadas suelen encontrarse en residencias, lugares de trabajo y hoteles.

Normas

Se han establecido múltiples estándares para la tecnología de carga con el fin de permitir la interoperabilidad entre proveedores. Existen estándares para la nomenclatura, la potencia y los conectores. Tesla desarrolló tecnología propia en estas áreas y comenzó a construir su red de carga en 2012. [1]

Nomenclatura

Diagrama esquemático que define la conexión entre la estación de carga (equipo de alimentación del vehículo eléctrico) y el vehículo eléctrico. Se presenta en formato de silueta, con colores para distinguir entre los cinco términos definidos.
Terminología de estaciones de carga y vehículos

En 2011, la Asociación Europea de Fabricantes de Automóviles (ACEA) definió los siguientes términos: [2]

  • Toma de corriente: el puerto en el equipo de suministro de energía del vehículo eléctrico (EVSE) que suministra energía de carga al vehículo.
  • Enchufe: extremo del cable flexible que se conecta a la toma de corriente del EVSE. La toma de corriente y el enchufe no se utilizan en América del Norte porque el cable está conectado de forma permanente.
  • Cable: un conjunto flexible de conductores que conecta el EVSE con el vehículo eléctrico
  • Conector: el extremo del cable flexible que interactúa con la entrada del vehículo.
  • Entrada del vehículo: el puerto del vehículo eléctrico que recibe energía de carga.

Los términos "conector de vehículo eléctrico" y "entrada de vehículo eléctrico" se definieron previamente de la misma manera en el Artículo 625 del Código Eléctrico Nacional de los Estados Unidos (NEC) de 1999. El NEC de 1999 también definió el término "equipo de suministro de energía para vehículos eléctricos" como la unidad completa "instalada específicamente con el propósito de suministrar energía desde el cableado de las instalaciones hasta el vehículo eléctrico", incluidos "conductores... conectores de vehículos eléctricos, enchufes de conexión y todos los demás accesorios, dispositivos, tomas de corriente o aparatos". [3]

Tesla, Inc. utiliza el término estación de carga para referirse a la ubicación de un grupo de cargadores y el término conector para referirse a un EVSE individual. [4]

Voltaje y potencia

Normas tempranas

El Consejo de Trabajo de Infraestructura de Transporte Eléctrico Nacional (IWC) fue formado en 1991 por el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica con miembros provenientes de fabricantes de automóviles y empresas eléctricas para definir estándares en los Estados Unidos; [6] el trabajo inicial del IWC condujo a la definición de tres niveles de cobro en el Manual del Código Eléctrico Nacional (NEC) de 1999. [5] : 9 

Según el Código Eléctrico Nacional (NEC) de 1999, los equipos de carga de nivel 1 (tal como se define en el manual del NEC pero no en el código) se conectaban a la red a través de un tomacorriente eléctrico estándar NEMA 5-20R de 3 clavijas con conexión a tierra, y se requería un interruptor de circuito por falla a tierra a una distancia de 12 pulgadas (30 cm) del enchufe. El circuito de suministro requería protección al 125 % de la corriente nominal máxima; por ejemplo, los equipos de carga con una corriente continua nominal de 16  amperios ("amps" o "A") requerían un disyuntor de 20 A. [5] : 9 

El equipo de carga de nivel 2 (según se define en el manual) estaba cableado y fijado de forma permanente en una ubicación fija según NEC-1999. También requería conexión a tierra y protección contra fallas a tierra; además, requería un enclavamiento para evitar el arranque del vehículo durante la carga y un disyuntor de seguridad para el cable y el conector. Se requería un disyuntor de 40 A (125% de la corriente de suministro máxima continua) para proteger el circuito derivado. [5] : 9  Para mayor comodidad y una carga más rápida, muchos de los primeros vehículos eléctricos preferían que los propietarios y operadores instalaran equipos de carga de nivel 2, que se conectaban al vehículo eléctrico a través de una paleta inductiva ( Magne Charge ) o un conector conductor ( Avcon ). [5] : 10–11, 18 

Los equipos de carga de nivel 3 utilizaban un rectificador fuera del vehículo para convertir la corriente alterna de entrada en corriente continua, que luego se suministraba al vehículo. En el momento de su redacción, el manual del NEC de 1999 preveía que los equipos de carga de nivel 3 exigirían que las empresas de servicios públicos actualizaran sus sistemas de distribución y transformadores. [5] : 9 

SAE

La Sociedad de Ingenieros Automotrices ( SAE International ) define los requisitos físicos, eléctricos, de comunicación y de rendimiento generales para los sistemas de carga de vehículos eléctricos utilizados en América del Norte, como parte de la norma SAE J1772 , desarrollada inicialmente en 2001. [8] SAE J1772 define cuatro niveles de carga, dos niveles para cada suministro de CA y CC; las diferencias entre los niveles se basan en el tipo de distribución de energía, los estándares y la potencia máxima.

Corriente alterna (CA)

Las estaciones de carga de CA conectan los circuitos de carga a bordo del vehículo directamente al suministro de CA. [8]

  • Nivel 1 de CA  : se conecta directamente a un tomacorriente norteamericano estándar de 120 V; capaz de suministrar entre 6 y 16  A (0,7 y 1,92  kilovatios o "kW") según la capacidad de un circuito dedicado.
  • Nivel 2 de CA : utiliza 240  V (monofásica) o 208  V (trifásica) para suministrar entre 6 y 80  A (1,4–19,2  kW). Proporciona un aumento significativo de la velocidad de carga en comparación con la carga de nivel 1 de CA.
Corriente continua (CC)

La carga de CC, comúnmente denominada, aunque incorrectamente, carga de "nivel 3" según la antigua definición NEC-1999, se clasifica por separado en la norma SAE. En la carga rápida de CC, la energía de CA de la red pasa a través de un convertidor de CA a CC en la estación antes de llegar a la batería del vehículo, sin pasar por ningún convertidor de CA a CC a bordo del vehículo. [8] [9]

  • Nivel 1 de CC : suministra un máximo de 80  kW a 50–1000  V.
  • Nivel CC 2 : suministra un máximo de 400  kW a 50–1000  V.

Las normas adicionales publicadas por SAE para la carga incluyen SAE J3068 (carga de CA trifásica, utilizando el conector Tipo 2 definido en IEC 62196-2 ) y SAE J3105 (conexión automatizada de dispositivos de carga de CC).

CEI

En 2003, la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) adoptó la mayoría de la norma SAE J1772 bajo IEC 62196-1 para su implementación internacional.

La IEC define alternativamente la carga en modos ( IEC 61851-1 ):

  • Modo 1 : carga lenta desde una toma eléctrica convencional (CA monofásica o trifásica )
  • Modo 2 : carga lenta desde una toma de CA normal pero con algún dispositivo de protección específico para vehículos eléctricos (es decir, los sistemas Park & ​​Charge o PARVE)
  • Modo 3 : carga de CA lenta o rápida utilizando un conector multipines EV específico con funciones de control y protección (es decir, SAE J1772 e IEC 62196-2 )
  • Modo 4 : Carga rápida de CC mediante una interfaz de carga específica (es decir, IEC 62196-3 , como CHAdeMO )

La conexión entre la red eléctrica y el "cargador" (equipo de alimentación del vehículo eléctrico) se define mediante tres casos (IEC 61851-1):

  • Caso A: cualquier cargador conectado a la red eléctrica (el cable de alimentación de red suele estar unido al cargador) normalmente asociado a los modos 1 o 2.
  • Caso B: un cargador de vehículo a bordo con un cable de alimentación de red que se puede desconectar tanto de la red como del vehículo (normalmente modo 3).
  • Caso C: Estación de carga dedicada de CC. El cable de alimentación de red puede estar conectado de forma permanente a la estación de carga como en el modo 4.

Sistemas de control de acceso a datos de Tesla

El sistema de carga norteamericano (NACS) fue desarrollado por Tesla, Inc. para su uso en los vehículos de la empresa. Siguió siendo un estándar patentado hasta 2022, cuando Tesla publicó sus especificaciones. [13] [14] El conector es físicamente más pequeño que el conector J1172/CCS y utiliza los mismos pines para la funcionalidad de carga de CA y CC.

A partir de noviembre de 2023, los fabricantes de automóviles Ford , General Motors , Rivian , Volvo , Polestar , Mercedes-Benz , Nissan , Honda , Jaguar , Fisker , Hyundai , BMW , Toyota , Subaru y Lucid Motors se han comprometido a equipar sus vehículos norteamericanos con conectores NACS en el futuro. [15] [16] [17] La ​​startup automotriz Aptera Motors también ha adoptado el estándar de conector en sus vehículos. [18] Otros fabricantes de automóviles, como Stellantis y Volkswagen, no han hecho ningún anuncio. [19]

Para cumplir con los requisitos de la Unión Europea (UE) sobre puntos de recarga, [20] los vehículos Tesla vendidos en la UE están equipados con un puerto CCS Combo 2.  Tanto el puerto de América del Norte como el de la UE aceptan carga rápida de 480 V CC a través de la red de Superchargers de Tesla , que utilizan conectores de carga NACS y CCS de diversas formas. Dependiendo de la versión del Supercharger, la potencia se suministra a 72, 150 o 250 kW, correspondiendo el primero al nivel 1 de CC y el segundo y el tercero al nivel 2 de CC de SAE J1772. En el cuarto trimestre de 2021, Tesla informó de 3.476 ubicaciones de supercarga en todo el mundo y 31.498 cargadores de supercarga (unos 9 cargadores por ubicación de media). [4]

Desarrollo futuro

Se está desarrollando una extensión del estándar de carga rápida CCS DC para automóviles eléctricos y camiones ligeros, que proporcionará una carga de mayor potencia para vehículos comerciales grandes ( clase 8, y posiblemente también 6 y 7 , incluidos los autobuses escolares y de tránsito). Cuando se formó el grupo de trabajo Charging Interface Initiative e. V. (CharIN) en marzo de 2018, el nuevo estándar que se estaba desarrollando originalmente se llamó High Power Charging (HPC) for Commercial Vehicles (HPCCV), [21] posteriormente rebautizado como Megawatt Charging System (MCS). Se espera que MCS funcione en el rango de 200-1500  V y 0-3000  A para una potencia máxima teórica de 4,5  megavatios (MW). La propuesta exige que los puertos de carga MCS sean compatibles con los cargadores CCS y HPC existentes. [22] El grupo de trabajo publicó los requisitos agregados en febrero de 2019, que exigían límites máximos de 1000  V CC (opcionalmente, 1500  V CC) y 3000  A de clasificación continua. [23]

En mayo de 2019 se seleccionó un diseño de conector [21] y se probó en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) en septiembre de 2020. Trece fabricantes participaron en la prueba, que verificó el acoplamiento y el rendimiento térmico de siete entradas de vehículos y once conectores de cargador. [24] Los requisitos y especificaciones finales del conector se adoptaron en diciembre de 2021 como versión 3.2 del conector MCS. [25] [26] : 3 

Con el apoyo de Portland General Electric , el 21 de abril de 2021 Daimler Trucks North America inauguró la "Isla Eléctrica", la primera estación de carga de vehículos pesados, frente a su sede en Portland, Oregón. La estación es capaz de cargar ocho vehículos simultáneamente y los compartimentos de carga están dimensionados para acomodar tractocamiones . Además, el diseño es capaz de acomodar  cargadores de más de 1 MW una vez que estén disponibles. [27] Una empresa emergente, WattEV, anunció planes en mayo de 2021 para construir una parada/estación de carga para camiones con 40 puestos en Bakersfield, California. A plena capacidad, proporcionaría una  potencia de carga combinada de 25 MW, extraída parcialmente de un conjunto solar in situ y de un almacenamiento de baterías. [28]

Conectores

Conectores de carga comunes

Los conectores comunes incluyen el Tipo 1 (Yazaki) , el Tipo 2 (Mennekes) , CCS Combo 1 y 2 , CHAdeMO y Tesla. [29] [30] [31] Muchos tipos de enchufes estándar se definen en IEC 62196-2 (para alimentación suministrada por CA) y 62196-3 (para alimentación suministrada por CC):

  • Tipo 1: acoplador de vehículo de CA monofásico: especificaciones de enchufe automotriz SAE J1772/2009
  • Tipo 2: acoplador de vehículo de CA monofásico y trifásico: especificaciones de enchufe VDE-AR-E 2623-2-2 , SAE J3068 y GB/T 20234.2
  • Tipo 3: acoplador de vehículo de CA monofásico y trifásico equipado con obturadores de seguridad – propuesta de EV Plug Alliance
  • Tipo 4: Acopladores de carga rápida de CC
    • Configuración AA: CHAdeMO
    • Configuración BB: GB/T 20234.3
    • Configuraciones CC/DD: (reservadas)
    • Configuración EE: CCS Combo 1
    • Configuración FF: CCS Combo 2
Diseños de conectores enumerados en IEC 62196-2 y -3

Fuente de alimentación		Estados Unidosunión EuropeaJapónPorcelana
CA monofásica
(62196.2)
Tipo 1 ( SAE J1772 )
Tipo 2 [a] [b]

Tipo 1 ( SAE J1772 )
Tipo 2 ( GB/T 20234.2 ) [c]
Corriente alterna trifásica
(62196.2)
Tipo 2 ( SAE J3068 )		—
CC
(62196.3)
EE ( Combinación CCS 1)
FF ( Combo CCS 2) [b]
AA ( CHAdeMO ) [b]
BB ( GB/T 20234.3 ) [a]

ChaoJi  (planeado)
Notas
  1. ^ ab En la India, los vehículos de "baja potencia" con voltajes de batería de tracción inferiores a 100 V CC utilizan los estándares Bharat EV Charger. Para la carga de CA (230 V, 15 A/10 kW máximo), el estándar Bharat EV Charger AC-001 aprueba el conector de tres pines IEC 60309. Para la carga de CC (48–72+ V, 200 A/15 kW máximo), el estándar Bharat EV Charger DC-001 correspondiente aprueba el mismo conector utilizado en China (GB/T 20234.3). [33]
  2. ^ abc Para los vehículos de alta potencia, India ha adoptado en gran medida estándares globales: conector IEC 62196 Tipo 2 para carga de CA (≥22 kW) y CHAdeMO y CCS Combo 2 para carga de CC (≥50 kW). [32]
  3. ^ Aunque GB/T 20234.2 es físicamente capaz de soportar energía trifásica, la norma no incluye su uso.

La carga CCS de CC requiere comunicación por línea eléctrica (PLC). Se agregan dos conectores en la parte inferior de las entradas de vehículos de tipo 1 o tipo 2 y los enchufes de carga para suministrar corriente CC. Estos se conocen comúnmente como conectores Combo 1 o Combo 2. La elección del estilo de las entradas normalmente se estandariza por país, de modo que los cargadores públicos no necesitan adaptar cables con ambas variantes. Por lo general, América del Norte utiliza entradas de vehículos de estilo Combo 1, mientras que la mayor parte del resto del mundo utiliza Combo 2.

El estándar CHAdeMO es el preferido por Nissan , Mitsubishi y Toyota , mientras que el estándar SAE J1772 Combo es respaldado por GM , Ford , Volkswagen , BMW y Hyundai . Ambos sistemas cargan al 80 % en aproximadamente 20 minutos, pero son incompatibles. Richard Martin, director editorial de la firma consultora y de marketing de tecnologías limpias Navigant Research, afirmó:

El conflicto más amplio entre los conectores CHAdeMO y SAE Combo lo vemos como un obstáculo para el mercado durante los próximos años y es necesario resolverlo. [34]

Conectores históricos

Estaciones de carga públicas en un estacionamiento cerca del Aeropuerto Internacional de Los Ángeles . Se muestran dos  estaciones de carga de CA de 6 kW obsoletas (izquierda: inductiva Magne-charge gen2 SPI ("paleta pequeña"), derecha: conductiva EVII ICS-200 AVCON).

En los Estados Unidos, muchos de los vehículos eléctricos que se comercializaron por primera vez a fines de la década de 1990 y principios de la década de 2000, como el GM EV1 , el Ford Ranger EV y el Chevrolet S-10 EV , preferían el uso de EVSE de nivel 2 (CA monofásica), según se define en NEC-1999, para mantener una velocidad de carga aceptable. Estos EVSE estaban equipados con un conector inductivo ( Magne Charge ) o un conector conductor (generalmente AVCON ). Los defensores del sistema inductivo fueron GM, Nissan y Toyota; DaimlerChrysler, Ford y Honda respaldaron el sistema conductor. [5] : 10–11 

Las paletas Magne Charge estaban disponibles en dos tamaños diferentes: una paleta más grande y antigua (usada para el EV1 y el S-10 EV) y una paleta más nueva y más pequeña (usada para el Toyota RAV4 EV de primera generación , pero compatible con versiones anteriores de vehículos con paletas grandes a través de un adaptador). [35] La paleta más grande (introducida en 1994) era necesaria para acomodar un puerto de entrada de carga de vehículo refrigerado por líquido; la paleta más pequeña (introducida en 2000) interactuaba con una entrada refrigerada por aire. [36] [37] : 23  SAE J1773, que describía los requisitos técnicos para el acoplamiento de paletas inductivas, se publicó por primera vez en enero de 1995, con otra revisión publicada en noviembre de 1999. [37] : 26 

El influyente California Air Resources Board adoptó el conector conductor como su estándar el 28 de junio de 2001, basándose en menores costos y durabilidad, [38] y la paleta Magne Charge se suspendió en marzo del año siguiente. [39] Existían tres conectores conductores en ese momento, nombrados según sus fabricantes: Avcon (también conocido como butt-and-pin, utilizado por Ford, Solectria y Honda); Yazaki (también conocido como pin-and-sleeve, en el RAV4 EV); y ODU (utilizado por DaimlerChrysler). [37] : 22  El conector butt-and-pin de Avcon admitía carga de Nivel 2 y Nivel 3 (CC) y se describía en el apéndice de la primera versión (1996) de la práctica recomendada SAE J1772; la versión de 2001 trasladó la descripción del conector al cuerpo de la práctica, convirtiéndola en el estándar de facto para los Estados Unidos. [37] : 25  [40] IWC recomendó el conector a tope Avcon para Norteamérica, [37] : 22  basándose en pruebas ambientales y de durabilidad. [41] Tal como se implementó, el conector Avcon utilizó cuatro contactos para el Nivel 2 (L1, L2, Piloto, Tierra) y agregó cinco más (tres para comunicaciones en serie y dos para alimentación de CC) para el Nivel 3 (L1, L2, Piloto, Com1, Com2, Tierra, Tierra de datos limpios, CC+, CC−). [42] Para 2009, J1772 había adoptado en cambio el conector redondo de clavija y manguito (Yazaki) como su implementación estándar, y el conector a tope rectangular Avcon quedó obsoleto. [43]

Tiempo de carga

El tiempo de carga depende de la capacidad de la batería, la densidad de potencia y la potencia de carga. [44] Cuanto mayor sea la capacidad, más carga puede contener la batería (de forma análoga al tamaño de un tanque de combustible). Una mayor densidad de potencia permite que la batería acepte más carga por unidad de tiempo (el tamaño de la abertura del tanque). Una mayor potencia de carga suministra más energía por unidad de tiempo (de forma análoga al caudal de una bomba). Una desventaja importante de la carga a altas velocidades es que también agrega tensión a la red eléctrica principal . [45]

La Junta de Recursos del Aire de California especificó un alcance mínimo de 150 millas para calificar como un vehículo de cero emisiones y especificó además que el vehículo debería permitir una carga rápida. [46]

El tiempo de carga se puede calcular como: [47]

Tiempo de carga (h) = Capacidad de la batería (kWh) Potencia de carga (kW) {\displaystyle {\text{Tiempo de carga (h)}}={\frac {\text{Capacidad de la batería (kWh)}}{\text{Potencia de carga (kW)}}}}

La potencia de carga efectiva puede ser menor que la potencia de carga máxima debido a limitaciones de la batería o del sistema de gestión de la batería , pérdidas de carga (que pueden ser de hasta un 25 % [48] ) y variar con el tiempo debido a los límites de carga aplicados por un controlador de carga .

Capacidad de la batería

La capacidad utilizable de la batería de un vehículo eléctrico de primera generación, como el Nissan Leaf original, era de unos 20 kilovatios-hora (kWh), lo que le daba una autonomía de unas 100 mi (160 km). [ cita requerida ] Tesla fue la primera empresa en introducir vehículos de mayor autonomía, lanzando inicialmente su Model S con capacidades de batería de 40 kWh, 60 kWh y 85 kWh, siendo este último de unos 480 km (300 mi). [ 49 ] Los vehículos híbridos enchufables actuales suelen tener una autonomía eléctrica de 15 a 60 millas. [ 50 ]     

Conversión de CA a CC

Las baterías se cargan con corriente continua. Para cargarlas con la corriente alterna suministrada por la red eléctrica, los vehículos eléctricos tienen un pequeño convertidor de corriente alterna a corriente continua integrado en el vehículo. El cable de carga suministra corriente alterna directamente desde la red eléctrica y el vehículo convierte esta corriente en corriente continua internamente y carga su batería. Los convertidores integrados en la mayoría de los vehículos eléctricos suelen admitir velocidades de carga de hasta 6-7  kW, suficientes para la carga durante la noche. [51] Esto se conoce como "carga de corriente alterna". Para facilitar la recarga rápida de los vehículos eléctricos,  se necesita una potencia mucho mayor (50-100+ kW). [ cita requerida ] Esto requiere un convertidor de corriente alterna a corriente continua mucho más grande que no es práctico para integrar en el vehículo. En cambio, la conversión de corriente alterna a corriente continua la realiza la estación de carga y la corriente continua se suministra directamente al vehículo, sin pasar por el convertidor integrado. Esto se conoce como carga rápida de corriente continua.

Tiempo de carga para 100 km (62 millas) de autonomía en un Tesla Model S Long Range 2020 según EPA (111 MPGe / 188 Wh/km) [52]  
ConfiguraciónVoltajeActualFuerzaTiempo de cargaComentario
Corriente alterna monofásica120  voltios12  A1,44  kW13  horasEsta es la potencia continua máxima disponible en un circuito estándar de EE. UU./Canadá de 120  V y 15 A. 
Corriente alterna monofásica230  V16  A3,68  kW5,1  horasEsta es la potencia continua máxima disponible desde un receptáculo CEE 7/3 ("Schuko") en un  circuito con clasificación de 16 A.
Corriente alterna monofásica240  voltios30  A7,20  kW2,6  horasLímite máximo común de las estaciones de carga de CA públicas utilizadas en América del Norte, como ChargePoint CT4000
Corriente alterna trifásica400  voltios16  A11,0  kW1,7  horasLímite máximo de una  estación de carga de CA trifásica europea de 16 A
Corriente alterna trifásica400  voltios32  A22,1  kW51  minutosLímite máximo de una  estación de carga de CA trifásica europea de 32 A
corriente continua400  voltios125  A50  kW22  minutosEstación de carga de CC de potencia media típica
corriente continua400  voltios300  A120  kW9  minutosPotencia típica de un Supercargador Tesla V2 de Tesla

Seguridad

Las estaciones de carga suelen ser accesibles para varios vehículos eléctricos y están equipadas con mecanismos de detección de corriente o conexión para desconectar la energía cuando el vehículo eléctrico no se está cargando.

Los dos tipos principales de sensores de seguridad:

Los cables sensores reaccionan más rápidamente, tienen menos partes que pueden fallar y posiblemente sean menos costosos de diseñar e implementar. [ cita requerida ] Sin embargo, los sensores actuales pueden usar conectores estándar y pueden permitir a los proveedores monitorear o cobrar por la electricidad realmente consumida.

Estaciones de carga públicas

Señales de estaciones de carga públicas

Los viajes más largos requieren una red de estaciones de carga públicas. Además, son esenciales para los vehículos que no tienen acceso a una estación de carga en el hogar, como es común en las viviendas multifamiliares. Los costos varían mucho según el país, el proveedor de energía y la fuente de energía. Algunos servicios cobran por minuto, mientras que otros cobran por la cantidad de energía recibida (medida en kilovatios-hora). En los Estados Unidos, algunos estados han prohibido el uso de la carga por kWh. [53]

Las estaciones de carga pueden no necesitar mucha infraestructura nueva en los países desarrollados, menos que suministrar un nuevo combustible a través de una nueva red. [54] Las estaciones pueden aprovechar la red eléctrica ubicua existente . [55]

Las autoridades públicas, las empresas comerciales y algunos empleadores importantes ofrecen estaciones de carga para abordar una serie de barreras. Las opciones incluyen postes de carga simples para uso en la carretera, cabinas de carga para lugares de estacionamiento cubiertos y estaciones de carga completamente automatizadas integradas con equipos de distribución de energía. [56]

En diciembre de 2012 [actualizar], se habían desplegado alrededor de 50.000 puntos de carga no residenciales en EE. UU., Europa, Japón y China. [57] En agosto de 2014 [actualizar], se habían desplegado unos 3.869 cargadores rápidos CHAdeMO, 1.978 en Japón, 1.181 en Europa y 686 en Estados Unidos, y 24 en otros países. [58] En diciembre de 2021, el número total de estaciones de carga de vehículos eléctricos públicos y privados era de más de 57.000 en Estados Unidos y Canadá juntos. [59] En mayo de 2023, había más de 3,9 millones de puntos de carga públicos de vehículos eléctricos en todo el mundo, y Europa tenía más de 600.000, y China a la cabeza con más de 2,7 millones. [60] Estados Unidos tenía más de 138.100 puntos de carga para vehículos eléctricos enchufables (VE). En enero de 2023, S&P Global Mobility estimó que Estados Unidos tiene alrededor de 126.500 estaciones de carga de nivel 2 y 20.431 de nivel 3, además de otros 16.822 Supercargadores Tesla y cargadores de destino Tesla. [61]

Asia/Pacífico

En diciembre de 2012 [actualizar], Japón tenía 1.381 estaciones públicas de carga rápida de CC, el mayor despliegue de cargadores rápidos del mundo, pero solo alrededor de 300 cargadores de CA. [57] En diciembre de 2012 [actualizar], China tenía alrededor de 800 puntos públicos de carga lenta y ninguna estación de carga rápida. [57]

En septiembre de 2013 [actualizar], las redes de carga pública más grandes de Australia estaban en las ciudades capitales de Perth y Melbourne , con alrededor de 30 estaciones (7  kW CA) establecidas en ambas ciudades; existen redes más pequeñas en otras ciudades capitales. [62]

Europa

En diciembre de 2013, Estonia era el único país que había completado el despliegue de una red de carga de vehículos eléctricos con cobertura nacional, con 165 cargadores rápidos disponibles a lo largo de las carreteras a una distancia máxima de entre 40 y 60 km (25 y 37 mi), y una mayor densidad en las zonas urbanas. [63] [64] [65]


En noviembre de 2012, se habían instalado alrededor de 15.000 estaciones de carga en Europa. [66] En marzo de 2013, Noruega tenía 4.029 puntos de carga y 127 estaciones de carga rápida de CC. [67] Como parte de su compromiso con la sostenibilidad ambiental, el gobierno holandés inició un plan para establecer más de 200 estaciones de carga rápida ( CC ) en todo el país para 2015. El despliegue estará a cargo de ABB y la startup holandesa Fastned , con el objetivo de proporcionar al menos una estación cada 50 km (31 mi) para los 16 millones de residentes de los Países Bajos. [68] Además de eso, la fundación E-laad instaló alrededor de 3000 puntos de carga públicos (lentos) desde 2009. [69]

En comparación con otros mercados, como China, el mercado europeo de coches eléctricos se ha desarrollado lentamente. Esto, junto con la falta de estaciones de carga, ha reducido el número de modelos eléctricos disponibles en Europa. [70] En 2018 y 2019, el Banco Europeo de Inversiones (BEI) firmó varios proyectos con empresas como Allego, Greenway, BeCharge y Enel X. Los préstamos del BEI apoyarán el despliegue de la infraestructura de estaciones de carga con un total de 200 millones de euros. [70] El gobierno del Reino Unido declaró que prohibirá la venta de vehículos nuevos de gasolina y diésel para 2035 para un cambio completo hacia vehículos de carga eléctrica. [71]

América del norte

En octubre de 2023, hay 69.222 estaciones de carga, incluidas las estaciones de carga rápida de nivel 1, nivel 2 y CC, en Estados Unidos y Canadá. [72]

En octubre de 2023, en EE. UU. y Canadá, hay 6.502 estaciones con conectores CHAdeMO , 7.480 estaciones con conectores SAE CCS1 y 7.171 estaciones con conectores del Sistema de Carga Norteamericano (NACS) de Tesla, según el Centro de Datos de Combustibles Alternativos del Departamento de Energía de EE. UU. [72].

En agosto de 2018 [actualizar], había 800.000 vehículos eléctricos y 18.000 estaciones de carga en funcionamiento en los Estados Unidos, [73] frente a las 5.678 estaciones de carga públicas y los 16.256 puntos de carga públicos de 2013. [74] [75] En julio de 2020, Tesla había instalado 1.971 estaciones (17.467 enchufes). [76]

Las zonas más frías de los estados del norte de Estados Unidos y Canadá cuentan con cierta infraestructura para tomas de corriente públicas destinadas principalmente a calentadores de bloque . Aunque sus disyuntores evitan grandes consumos de corriente para otros usos, se pueden utilizar para recargar vehículos eléctricos, aunque de forma lenta. [77] En los estacionamientos públicos, algunas de estas tomas de corriente se encienden solo cuando la temperatura desciende por debajo de los -20  °C, lo que limita aún más su valor. [78]

A partir de finales de 2023, una cantidad limitada de Supercargadores Tesla comenzarán a abrirse a vehículos que no son Tesla mediante el uso de un adaptador CCS integrado para los Supercargadores existentes. [79]

Existen otras redes de carga disponibles para todos los vehículos eléctricos. Redes como Electrify America , EVgo , ChargeFinder y ChargePoint son populares entre los consumidores. Electrify America tiene actualmente 15 acuerdos con varios fabricantes de automóviles para que sus vehículos eléctricos utilicen su red de cargadores o proporcionen tarifas de carga con descuento o carga gratuita, incluidos Audi , BMW , Ford , Hyundai , Kia , Lucid Motors , Mercedes , Volkswagen y más. Los precios generalmente se basan en tarifas locales y otras redes pueden aceptar efectivo o una tarjeta de crédito.

En junio de 2022, el presidente de Estados Unidos, Biden, anunció un plan para una red nacional estandarizada de 500.000 estaciones de carga de vehículos eléctricos para 2030 que serán independientes de las marcas de vehículos eléctricos, las empresas de carga o la ubicación en los Estados Unidos. [80] Estados Unidos proporcionará 5.000 millones de dólares entre 2022 y 2026 a los estados a través del Programa de Fórmula de Infraestructura Nacional de Vehículos Eléctricos (NEVI) para construir estaciones de carga a lo largo de las principales carreteras y corredores. [81] Uno de esos corredores propuestos, llamado Greenlane, planea establecer una infraestructura de carga entre Los Ángeles, California y Las Vegas, Nevada. [82] Sin embargo, para diciembre de 2023, no se había construido ninguna estación de carga. [83]

África

Cargador inalámbrico para vehículos eléctricos de BMW en Johannesburgo , Sudáfrica

Hasta ahora , ElectroSA, con sede en Sudáfrica, y otros fabricantes de automóviles como BMW , Nissan y Jaguar han podido instalar 80 cargadores para vehículos eléctricos en todo el país. [84]

Sudamerica

En abril de 2017 YPF , la petrolera estatal de Argentina , informó que instalará 220 estaciones de carga rápida para vehículos eléctricos en 110 de sus estaciones de servicio en el territorio nacional. [85]

Proyectos

Los fabricantes de automóviles eléctricos, los proveedores de infraestructura de carga y los gobiernos regionales han firmado acuerdos y emprendimientos para promover y proporcionar redes de vehículos eléctricos de estaciones de carga públicas.

La EV Plug Alliance [86] es una asociación de 21 fabricantes europeos que propuso una norma IEC y un estándar europeo para enchufes y tomas de corriente. Los miembros ( Schneider Electric , Legrand, Scame, Nexans, etc.) afirmaron que el sistema era más seguro porque utilizan obturadores. El consenso previo era que las normas IEC 62196 e IEC 61851-1 ya habían establecido la seguridad al hacer que las piezas no estuvieran activas cuando se las pudiera tocar. [87] [88] [89]

Cargadores para el hogar

NEMA 14-50 240 voltios 50 amperios

Más del 80% de la carga de vehículos eléctricos se realiza en casa, generalmente en un garaje. [90] En América del Norte, la carga de nivel 1 se conecta a una toma de corriente estándar de 120 voltios y proporciona menos de 5 millas de autonomía por hora de carga.

Para abordar la necesidad de una carga más rápida, las estaciones de carga de nivel 2 se han vuelto más comunes. Estas estaciones funcionan a 240 voltios y pueden aumentar significativamente la velocidad de carga, brindando hasta más de 30 millas de autonomía por hora. Los cargadores de nivel 2 ofrecen una solución más práctica para los propietarios de vehículos eléctricos, especialmente para aquellos que tienen mayores requisitos de kilometraje diario.

Las estaciones de carga se pueden instalar utilizando dos métodos principales: conexiones cableadas a la caja del panel eléctrico principal o mediante un cable y un enchufe conectados a un receptáculo de 240 voltios. Una opción popular para este último es el receptáculo NEMA 14-50. Este tipo de tomacorriente proporciona 240 voltios y, cuando se conecta a un circuito de 50 amperios, puede soportar una carga a 40 amperios según el código eléctrico de América del Norte. Esto se traduce en una fuente de alimentación de hasta 9,6 kilovatios, [91] lo que ofrece una experiencia de carga más rápida y eficiente.

Cambio de batería

Una estación de intercambio de baterías permite que los vehículos intercambien un paquete de baterías descargado por uno cargado, eliminando así el intervalo de carga. El intercambio de baterías es común en las aplicaciones de carretillas elevadoras eléctricas . [92]

Historia

El concepto de un servicio de baterías intercambiables fue propuesto ya en 1896. Fue ofrecido por primera vez entre 1910 y 1924, por Hartford Electric Light Company , a través del servicio de baterías GeVeCo, que prestaba servicio a camiones eléctricos. El propietario del vehículo compraba el vehículo, sin batería, a General Vehicle Company (GeVeCo), en parte propiedad de General Electric . [93] La energía se compraba a Hartford Electric en forma de batería intercambiable. Tanto los vehículos como las baterías estaban diseñados para facilitar un intercambio rápido. El propietario pagaba un cargo variable por milla y una tarifa de servicio mensual para cubrir el mantenimiento y el almacenamiento del camión. Estos vehículos cubrieron más de 6 millones de millas.

A partir de 1917, un servicio similar funcionó en Chicago para los propietarios de automóviles Milburn Electric. [94] 91 años después, se implementó un sistema de reemplazo rápido de baterías para dar servicio a 50 autobuses eléctricos en los Juegos Olímpicos de Verano de 2008. [95]

Better Place , Tesla y Mitsubishi Heavy Industries consideraron enfoques de cambio de batería. [96] [97] Un factor que complicó el proceso fue que el enfoque requiere modificaciones en el diseño del vehículo.

En 2012, Tesla comenzó a construir una red patentada de Supercargadores Tesla de carga rápida . [1] En 2013, Tesla anunció que también apoyaría el intercambio de paquetes de baterías. [98] Se construyó una estación de intercambio de demostración en Harris Ranch y funcionó durante un breve período de tiempo. Sin embargo, los clientes prefirieron ampliamente utilizar los Supercargadores, por lo que el programa de intercambio se canceló. [99]

Beneficios

Se obtuvieron los siguientes beneficios por el cambio de batería:

  • "Repostar" en menos de cinco minutos. [100] [101]
  • Automatización: El conductor puede permanecer en el coche mientras se cambia la batería. [102]
  • Los subsidios a las empresas de cambio podrían reducir los precios sin involucrar a los propietarios de los vehículos. [103]
  • Las baterías de repuesto podrían participar en los servicios de energía del vehículo a la red . [104]

Proveedores

Una estación de intercambio de baterías de Nio en un aparcamiento de Pekín

La red Better Place fue el primer intento moderno de aplicar el modelo de cambio de baterías. El Renault Fluence ZE fue el primer automóvil que adoptó este enfoque y se ofreció en Israel y Dinamarca. [105]

Better Place inauguró su primera estación de intercambio de baterías en Israel, en Kiryat Ekron , cerca de Rehovot , en marzo de 2011. El proceso de intercambio tomó cinco minutos. [100] [106] Better Place se declaró en quiebra en Israel en mayo de 2013. [107] [108]

En junio de 2013, Tesla anunció su plan de ofrecer intercambio de baterías . Tesla demostró que un intercambio de batería con el Model S tomó poco más de 90 segundos. [101] [109] Elon Musk dijo que el servicio se ofrecería a alrededor de US$60 a US$80 a precios de junio de 2013. La compra del vehículo incluía un paquete de baterías. Después de un intercambio, el propietario podría regresar más tarde y recibir su paquete de baterías completamente cargado. Una segunda opción sería quedarse con la batería intercambiada y recibir/pagar la diferencia de valor entre la original y la de reemplazo. El precio no fue anunciado. [101] En 2015, la compañía abandonó la idea por falta de interés del cliente. [110]

En 2022, el fabricante de automóviles de lujo chino Nio había construido más de 900 estaciones de intercambio de baterías en China y Europa, [111] frente a las 131 de 2020. [112]

Sitios

Coche conectado a un cargador de vehículos eléctricos sobre una plaza de aparcamiento

A diferencia de las estaciones de servicio , que deben ubicarse cerca de caminos por los que los camiones cisterna puedan ingresar cómodamente, las estaciones de carga teóricamente pueden ubicarse en cualquier lugar con acceso a energía eléctrica y estacionamiento adecuado .

Los lugares privados incluyen residencias, lugares de trabajo y hoteles. [113] Las residencias son, con diferencia, el lugar de carga más común. [114] Las estaciones de carga residenciales suelen carecer de autenticación de usuario y de medidores independientes, y pueden requerir un circuito dedicado. [115] Muchos vehículos que se cargan en residencias simplemente utilizan un cable que se enchufa a una toma de corriente doméstica estándar. [116] Estos cables pueden montarse en la pared. [ cita requerida ]

Se han instalado estaciones de servicio públicas a lo largo de las carreteras, en centros comerciales, hoteles, instalaciones gubernamentales y en lugares de trabajo. Algunas gasolineras ofrecen estaciones de carga para vehículos eléctricos. [117] Algunas estaciones de carga han sido criticadas por ser inaccesibles, difíciles de encontrar, estar fuera de servicio y ser lentas, lo que frena la adopción de vehículos eléctricos. [118]

Las estaciones de carga públicas pueden cobrar una tarifa u ofrecer un servicio gratuito en función de promociones gubernamentales o corporativas. Las tarifas de carga varían desde tarifas residenciales para la electricidad hasta tarifas mucho más altas. La prima suele ser por la comodidad de una carga más rápida. Los vehículos normalmente se pueden cargar sin la presencia del propietario, lo que permite al propietario participar en otras actividades. [119] Los sitios incluyen centros comerciales, áreas de descanso de autopistas , estaciones de tránsito y oficinas gubernamentales. [120] [121] Normalmente, se utilizan enchufes de CA tipo 1 / tipo 2 .

La carga inalámbrica utiliza alfombrillas de carga inductiva que se cargan sin conexión por cable y pueden instalarse en plazas de aparcamiento o incluso en carreteras.

La carga móvil implica otro vehículo que acerca la estación de carga al vehículo eléctrico; la energía se suministra a través de un generador de combustible (normalmente gasolina o diésel) o una batería grande.

Un sistema de recarga de electricidad en alta mar llamado Stillstrom, que será lanzado por la naviera danesa Maersk Supply Service , dará a los barcos acceso a energía renovable mientras están en el mar. [122] Al conectar los barcos a la electricidad generada por parques eólicos marinos , Stillstrom está diseñado para reducir las emisiones de los barcos inactivos. [122]

Red inteligente

Una red inteligente es una red eléctrica que puede adaptarse a condiciones cambiantes limitando el servicio o ajustando los precios. Algunas estaciones de carga pueden comunicarse con la red y activar la carga cuando las condiciones son óptimas, como cuando los precios son relativamente bajos. Algunos vehículos permiten al operador controlar la recarga. [123] Los escenarios de vehículo a red permiten que la batería del vehículo abastezca a la red durante períodos de demanda máxima. Esto requiere comunicación entre la red, la estación de carga y el vehículo. SAE International está desarrollando estándares relacionados. Estos incluyen SAE J2847/1. [124] [125] ISO e IEC están desarrollando estándares similares conocidos como ISO/IEC 15118 , que también proporcionan protocolos para el pago automático.

Energía renovable

Los vehículos eléctricos pueden funcionar con fuentes de energía renovables, como la eólica, la solar, la hidroeléctrica, la geotérmica, el biogás y algunas fuentes hidroeléctricas de bajo impacto. Las fuentes de energía renovables suelen ser menos costosas, más limpias y más sostenibles que las fuentes no renovables, como el carbón, el gas natural y la energía derivada del petróleo. [126]

Las estaciones de carga se alimentan con lo que sea que funcione en la red eléctrica, que puede incluir petróleo, carbón y gas natural. Sin embargo, muchas empresas han estado haciendo avances hacia la energía limpia para sus estaciones de carga. A partir de noviembre de 2023, Electrify America ha invertido más de $5 millones para desarrollar más de 50 estaciones de carga de vehículos eléctricos (VE) alimentadas con energía solar en las zonas rurales de California, incluidas áreas como el condado de Fresno. Estas estaciones resilientes de Nivel 2 (L2) no están vinculadas a la red eléctrica y brindan a los conductores de áreas rurales acceso a la carga de VE a través de recursos renovables. Se espera que el proyecto Solar Glow 1 de Electrify America, una iniciativa de energía solar de 75 megavatios en el condado de San Bernardino, genere 225.000 megavatios-hora de electricidad limpia al año, suficiente para abastecer a más de 20.000 hogares. [127] [128]

Los Supercargadores y los Cargadores de Destino de Tesla funcionan principalmente con energía solar. Los Supercargadores de Tesla tienen marquesinas solares con paneles solares que generan energía para compensar el uso de electricidad. Algunos Cargadores de Destino tienen paneles solares montados en marquesinas o en tejados cercanos para generar energía. A partir de 2023, la red global de Tesla era 100 % renovable, lo que se logró mediante una combinación de recursos in situ y una contrapartida renovable anual.

Varios Chevrolet Volts en una estación de carga parcialmente alimentada con paneles solares en Frankfort, Illinois

La estación de carga E-Move está equipada con ocho paneles solares monocristalinos, que pueden suministrar 1,76  kW de energía solar. [129]

En 2012, Urban Green Energy presentó la primera estación de carga de vehículos eléctricos impulsada por energía eólica del mundo, la Sanya SkyPump. El diseño incluye una  turbina eólica de eje vertical de 4 kW acoplada a una WattStation de GE. [130]

En 2021, Nova Innovation presentó la primera estación de carga para vehículos eléctricos del mundo que funciona directamente con energía maremotriz. [131]

Tecnologías alternativas

A lo largo de un tramo de la autopista E20 en Suecia , que une Estocolmo , Gotemburgo y Malmö , se ha colocado una placa bajo el asfalto que interactúa con los coches eléctricos, recargando un receptor de bobina electromagnética .

Esto permite una mayor autonomía del vehículo y reduce el tamaño del compartimento de la batería. Está previsto que la tecnología se implemente a lo largo de 3.000 km de carreteras suecas. [132] El primer tramo de carretera electrificado de Suecia, y el primero permanente del mundo, [133] conecta el área de Hallsberg y Örebro . La finalización de las obras está prevista para 2025. [134]

Véase también

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Estaciones de carga de vehículos eléctricos .

Proyectos comerciales:

Referencias

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