La carga de vehículos eléctricos (VE) depende de la infraestructura disponible, la carga rápida de corriente continua (CC), y factores como la temperatura y el estado de carga, cruciales para optimizar la recarga y eficiencia.
Resumen
1. Importancia de la infraestructura de recarga: La velocidad de carga de un vehículo eléctrico (VE) depende en gran medida de la infraestructura de recarga disponible. Este factor es crucial para la experiencia de conducir largas distancias, ya que el tiempo de recarga puede variar significativamente.
2. Carga rápida de corriente continua (CC): Este tipo de carga, también conocida como nivel 3, permite una recarga más rápida porque la electricidad no pasa por el cargador de a bordo del vehículo, sino que se entrega directamente a la batería. La velocidad de carga está limitada por la potencia que puede aceptar la batería y la del cargador.
3. Factores que afectan la velocidad de carga: La temperatura de la batería y el estado de carga (SoC) son determinantes en la velocidad de carga. Las baterías se cargan más lentamente a medida que se acercan a su capacidad máxima y funcionan óptimamente a temperaturas específicas. Además, la gestión del sistema de la batería y los límites impuestos por el fabricante del VE también influyen en la velocidad de carga para alargar la vida útil de la batería.
Introducción
La velocidad de carga es uno de los factores que más influyen en la experiencia de conducir largas distancias con un VE (vehículo eléctrico). A diferencia de un vehículo con motor de combustión interna, el tiempo de repostaje de un VE puede variar enormemente en función del vehículo y de la infraestructura de recarga disponible.
La infraestructura de recarga es un tema candente en estos momentos en el mundo del vehículo eléctrico, en particular la UE ha incluido normas en el paquete «Fit for 55» relativas a la infraestructura de recarga [1] [2]. Sin embargo, aparte de la infraestructura, hay otro factor que desempeña un papel importante en el tiempo que se tarda en recargar, en el que nos sumergiremos en este post.
Antes de seguir adelante, es importante destacar que este post se centra en la carga rápida de corriente continua (CC), que también se denomina carga de nivel 3. Cuando se carga en CC, la electricidad no pasa por el cargador de a bordo del vehículo (que convierte la CA de la red en CC, lo que permite la carga desde cargadores de nivel 1 y 2). Esto significa que la potencia de carga del vehículo no está limitada a la potencia del cargador de a bordo, sino a la potencia que puede aceptar la batería y a la potencia del cargador.
Cargar una batería
La carga de una batería es una reacción electroquímica, en estados de carga más elevados esta reacción se produce más lentamente. Esto hace que la potencia de carga disminuya a medida que la batería se llena. La siguiente figura muestra el proceso de carga típico de una batería de iones de litio. Observe que a medida que la batería alcanza el voltaje máximo (estado de carga más alto) la corriente de carga disminuye, lo que se traduce en una disminución de la potencia de carga a medida que la batería alcanza su capacidad máxima.
[3]
Al igual que el estado de carga (SoC), la velocidad de carga de la batería depende de la temperatura de la misma. El rendimiento de la batería es óptimo a 25ºC, sin embargo para la carga lo ideal es una temperatura más alta de 32ºC [4]. Por tanto, el VE gestionará la temperatura de la batería aumentando o disminuyendo la temperatura de su pack de baterías mientras se carga (o, en el mejor de los casos, preacondicionando la batería antes de la carga).
Carga de vehículos eléctricos
Cuando se carga un VE, el sistema de gestión de la batería (BMS) define la velocidad máxima de carga, pero el fabricante del VE puede imponer límites más estrictos. Unos límites más estrictos pueden alargar la vida útil de la batería y, por tanto, aumentar la vida útil del vehículo. Aunque no para el mismo caso de uso, un ejemplo de restricción artificial de la batería más allá de los límites del BMS es la extensión de autonomía por software que Tesla ofrece para sus vehículos modelo Y [5].
La curva de carga
Los factores mencionados anteriormente se unen y le afectan a usted como cliente en la curva de carga. La curva de carga es un gráfico que representa la potencia a lo largo de una sesión de carga de un VE, la representación más común tiene la potencia de carga en el eje Y y el SoC en el eje X (las curvas de carga del Ioniq 5 LR y del Tesla model 3 LR se muestran a continuación como ejemplos). La fuente de estos gráficos, Fastned, dispone de información sobre las curvas de carga de una amplia gama de vehículos [6].
[7]
[8]
Estas curvas de carga son la clave para determinar cuánto tiempo tendrá que esperar en una estación de carga rápida, ya que la velocidad de carga anunciada del vehículo sólo representa la velocidad de carga máxima. Se puede encontrar una representación más real de las velocidades de carga interpretando esta curva de carga. Un buen ejemplo de ello es Insideevs, que además de proporcionar la curva de carga crea gráficos de velocidad media de carga (por SoC inicial y final). A continuación se muestra un ejemplo. Del 20 al 80% suele ser el punto de referencia para los tiempos y velocidades de carga, ya que la potencia de carga cae drásticamente después del 80% de SoC (como se puede observar en la curva de carga del modelo 3).
[9]
Comprender el comportamiento de carga de su VE puede ayudarle a planificar mejor sus paradas de carga y a ahorrar tiempo en las estaciones de carga. Suele ser más eficiente permanecer en la zona de carga de alta potencia, aunque ello implique añadir una parada de carga adicional al viaje.
Límites del cargador
Aparte de no tener suficiente potencia, la velocidad de la infraestructura de carga puede verse limitada por un factor bastante inesperado: el propio cable de carga. Todos los cables de carga tienen una corriente máxima para la que están clasificados, que viene determinada por el grosor del cable y, potencialmente, por la solución de refrigeración de dicho cable.
Esto plantea algunas preguntas; «¿No sería este límite el mismo para todos los vehículos?, y ¿por qué un fabricante produciría un cargador que puede proporcionar más potencia de la que el cable puede soportar?».
En la actualidad, las baterías de los vehículos eléctricos se dividen en dos arquitecturas: 400 voltios y 800 voltios. Dado que el cargador transfiere la energía al mismo voltaje que el vehículo eléctrico, el consumo de corriente a la misma potencia de carga será el doble para un vehículo eléctrico de 400 V que para uno de 800 V.
Hay que tener en cuenta que las arquitecturas de batería de 400V y 800V se utilizan como categorías, no como el voltaje nominal exacto de la batería del vehículo. El siguiente gráfico muestra la diferencia entre los voltajes nominales de todos los vehículos eléctricos disponibles en ev-database.org [10] (sólo se incluyeron los vehículos cuyo voltaje nominal figuraba en la lista).
Sólo la tensión nominal de unos pocos vehículos era realmente de 800V, los vehículos en la gama de 700V suelen agruparse en la misma categoría de 800V. El mismo razonamiento se aplica a los vehículos de 300 V en la categoría de arquitectura de 400 V.
[10]
Por Lucas Dewilde
Por Qué Importan las Curvas de Carga
Bibliografía
[1] “MEPs adopt new rules for more charging stations and greener maritime fuels | News | European Parliament.” Accessed: Jul. 02, 2024. [Online]. Available: https://www.europarl.europa.eu/news/en/press-room/20230707IPR02419/meps-adopt-new-rules-for-more-charging-stations-and-greener-maritime-fuels
[2] “EU economy and society to meet climate ambitions,” European Commission – European Commission. Accessed: Jul. 02, 2024. [Online]. Available: https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/IP_21_3541
[3] Battery University, “BU-409: Charging Lithium-ion,” Battery University. Accessed: May 21, 2024. [Online]. Available: https://batteryuniversity.com/article/bu-409-charging-lithium-ion
[4] “Ideal battery temperature? – EVcreate.” Accessed: Jul. 02, 2024. [Online]. Available: https://www.evcreate.com/ideal-battery-temperature/
[5] S. Alvarez, “Tesla to unlock extended range for vehicles affected in CA wildfires,” TESLARATI. Accessed: Jul. 02, 2024. [Online]. Available: https://www.teslarati.com/tesla-range-upgrade-ca-wildfires-elon-musk/
[6] Fastned, “How fast can my vehicle charge?,” Fastned FAQ. Accessed: Oct. 25, 2022. [Online]. Available: https://support.fastned.nl/hc/en-gb/articles/205694717-How-fast-can-my-vehicle-charge-
[7] “Hyundai,” Fastned FAQ. Accessed: Jul. 02, 2024. [Online]. Available: https://support.fastned.nl/hc/en-gb/articles/4405121276945-Hyundai
[8] “Tesla,” Fastned FAQ. Accessed: Jul. 02, 2024. [Online]. Available: https://support.fastned.nl/hc/en-gb/articles/360012178313-Tesla
[9] “2021 Tesla Model 3 LR AWD With 82 kWh Battery: Charging Analysis,” InsideEVs. Accessed: Jul. 02, 2024. [Online]. Available: https://insideevs.com/news/519382/tesla-model3-82kwh-charging-analysis/
[10] “Compare electric vehicles – EV Database.” Accessed: Jul. 02, 2024. [Online]. Available: https://ev-database.org/#sort:path~type~order=.rank~number~desc|rs-price:prev~next=10000~100000|rs-range:prev~next=0~1000|rs-fastcharge:prev~next=0~1500|rs-acceleration:prev~next=2~23|rs-topspeed:prev~next=110~350|rs-battery:prev~next=10~200|rs-towweight:prev~next=0~2500|rs-eff:prev~next=100~350|rs-safety:prev~next=-1~5|paging:currentPage=0|paging:number=10
