La carga rápida en corriente continua ha convertido en realidad la posibilidad de viajar en un vehículo eléctrico siempre y cuando se cuente con una infraestructura de recarga adecuada. Pero los tiempos de recarga que ofrecen las estaciones actuales no son suficiente para responder a las exigencias de los consumidores. La tecnología está logrando que esta operación se aproxime cada vez más al tiempo que se tarda en rellenar un tanque de combustible. La recarga ultrarrápida es ya una realidad tecnológica a la espera de que los vehículos se adapten a ella para multiplicarse en las carreteras.
Un poco de historia
En 1900, los coches eléctricos constituían aproximadamente un tercio de todos los vehículos que circulaban por las escasas carreteras de Estados Unidos. Incluso el pionero del automovilismo, Henry Ford, compró uno para su esposa Clara antes de desarrollar su propia versión experimental. Sin embargo, 10 años después, el interés y la inversión en los vehículos de gasolina se habían consolidado, y cuando arrancó la producción en serie comenzó a reducirse el coste por vehículo, convirtiendo a los vehículos de combustión en los reyes de la carretera.
Porsche Egger-Lohner C.2 Phaeton de 1900.
A finales de la década de 1950, cuando el progreso en los viajes espaciales estimuló los avances en las tecnologías de las baterías y sus procesos de recarga, los vehículos eléctricos comenzaron a llamar de nuevo la atención de la industria. En ese momento, la autonomía máxima por cada carga de la batería se estimaba en torno a los 65 a 80 kilómetros a una velocidad máxima de aproximadamente 65 km/h. Además, la recarga tenía que realizarse inevitablemente en un conector privado, puesto que no existían puntos públicos para realizar esta operación, lo que descartaba cualquier tipo desplazamiento improvisado o viaje de largo recorrido.
Hoy, 70 años después, la autonomía de los vehículos eléctricos ha mejorado considerablemente siendo lo habitual alcanzar más de 300 kilómetros y existiendo algunos modelos que alcanzan los 500 kilómetros. Este logro en la tecnología de las baterías, no sería muy útil si no fuese por el importante avance de las redes de recarga de vehículos eléctricos que se están expandiendo rápidamente (y también de forma muy desigual) por los distintos países del mundo. Los tiempos de carga se han reducido a tan solo 20 a 30 minutos en los que se logran recuperar hasta 400 kilómetros de autonomía.
La tecnología de la recarga
Son los avances en la tecnología de los cargadores rápidos, que emplean corriente continua para introducirla en las baterías, los que realmente están ofreciendo una segunda oportunidad a los vehículos eléctricos. Dos son los desarrollos en el diseño de los cargadores rápidos en corriente continua que más han contribuido a la reducción de los tiempos de recarga. Las que se dirigen a controlar las altas temperaturas que se producen en los cables y conectores y las que disminuyen la intensidad de corriente aumentando el voltaje.
Estación de recarga rápida de EVgo en union City.
Así, por ejemplo, se están empezando a popularizar los cables de carga refrigerados por líquido que admiten potencias de más de 150 kW con voltajes de 400-480 V. Muchos de estos cargadores ofrecen hoy en día solamente 50 kW, la máxima que admitían hasta un año los coches eléctricos del mercado, que exigen 80 minutos para recuperar 400 kilómetros de autonomía. Sin embargo, la mayoría de los coches eléctricos que han llegado este año o los próximos que tienen previsto su desembarque, admitirán potencias de 100-125 kW, lo que reducirá a menos de la mitad el tiempo necesario para recuperar esa autonomía.
El tiempo de recarga
Si bien estos tiempos de recarga empiezan a aproximarse al tiempo que se tarda en rellenar un depósito medio de combustible (y con él más de 600 kilómetros de autonomía en muchos casos), todavía no es suficiente. Por lo tanto, un cambio a un voltaje más alto es inevitable en la búsqueda de lograr tiempos de reabastecimiento comparables.
Físicamente, la potencia eléctrica responde a la simple ecuación matemática de la ley de Ohm, P = V x I (P: Potencia en kilovatios , V: Voltaje en voltios, I: intensidad en amperios). La energía, que es la unidad física en la que se mide la capacidad de la batería, requiere la intervención del tiempo, de modo que E = P x t (E: energía en kilovatios-hora, t: tiempo en segundos).
Una simple operación matemática dice que el tiempo t = E / (V x I) . A mayor intensidad, mayor diámetro necesitamos en el cable de recarga y mayor es el calentamiento que sufre. Por lo tanto, manteniendo este parámetro fijo e incrementando el voltaje se logra reducir el tiempo de recarga para lograr recuperar la misma energía. Con un voltaje de 800 V la carga puede reducirse teóricamente a unos 15 minutos.
Ionity
Los cargadores de Ionity, un consorcio impulsado por los grupos alemanes BMW, Daimler, Volkswagen y Ford, al que se ha unido recientemente el grupo Hyundai-Kia, trabajan a voltajes de 800 V, ofreciendo una potencia de 350 kW. Su objetivo es establecer una red de carga rápida en Europa que contaría con 2.400 puntos, repartidos en 400 estaciones. En el pasado IAA 2019 de Frankfurt, la compañía presentó su última estación de carga de vehículos eléctricos capaz de alcanzar los 350 kW de potencia en corriente continua que, según el consorcio, proporcionará a los vehículos eléctricos compatibles una autonomía de 350 kilómetros en 10 minutos.
estación de recarga de Ionoty en Pallejà (Barcelona).
Diseñadas por Tritium, una empresa con sede en Australia, las nuevas unidades son el resultado de un programa de desarrollo de 18 meses en el que el socio de diseño de Ionity, Designworks, llevó a cabo una intensa investigación con los usuarios para hacer que la experiencia de carga sea más cómoda, segura y menos problemática.
Con 2,6 m de altura, el nuevo cargador de alta potencia de Ionity y presenta una Interfaz hombre-máquina (HMI) avanzada que ofrece la información y las instrucciones a través de una de una pantalla, en siete opciones de idioma. Un anillo de luz led multifuncional llamado The Halo, muy visible, que permite identificar estas instalaciones directamente desde la carretera comunica la disponibilidad de los cargadores dependiendo de su color, además de proporcionar iluminación a los conductores que cargan sus vehículos por la noche. También cambia de color según va aumentando la carga de la batería del vehículo que está conectado a él.
Según Michael Hajesch, CEO de Ionity, el diseño de productos con visión de futuro, soluciones de iluminación innovadoras, facilidad para el manejo del cable de carga e, interfaz de usuario digital y avanzada harán que la carga de un vehículo eléctrico sea cada vez más más fácil y asegura para los clientes.
Repsol e Ibil
En octubre, Repsol instaló en Vizcaya, en la estación de servicio Ugaldebieta, la instalación de recarga para vehículos eléctricos de mayor potencia de Europa, capaz de ofrecer en sus cuatro puntos de carga rápida CCS hasta 400kW de potencia. La compañía trabaja en estos momentos en el desarrollo de una decena de proyectos de estaciones de recarga rápida en toda España, que se sumarán a las 35 con las que ya cuenta en sus estaciones de servicio, y también de ultrarrápida, que se instalarán en Madrid, Cataluña y Aragón en los próximos meses. Además la petrolera forma parte de Ibil junto al EVE (Ente Vasco de Energía), una red de recarga con más de 1.700 puntos, de los que 230 son de acceso público.
Repsol ha inaugurado la estación de recarga más potente del mundo en Vizcaya.
China y Japón
Actualmente, el sistema de carga combinada (CCS) ha sido adoptado por los fabricantes de automóviles de Corea del Sur, América del Norte y Europa. Admite hasta 400 A y continua a 1.000 V, lo que supone un tope de 400 kW de potencia, aunque varias compañías fabrican cargadores CCS que pueden alcanzar hasta 500 A.
El proyecto conjunto China-Japón ChaoJi (que significa "super" en chino) está trabajando hacia un nuevo estándar para estaciones de carga rápida en corriente continua. El desarrollo está en las manos de la Asociación CHAdeMO y del operador de servicios públicos de la red estatal de China. Los estándares de carga rápida japonés, CHAdeMO y chino, GB/T comparten más del 90% de la infraestructura global de carga rápida, sobre todo gracias al gran volumen y dimensiones del mercado chino. Ambas buscan un nuevo diseño de conector común para futuros vehículos eléctricos que se convierta en un estándar en ambos países.
Comparativa de especificaciones de sistemas de carga ultrarrápida.
La especificación propuesta ofrece una potencia más elevada que la del estándar CCS. Los 900 kW se logran a partir de 1.500 V y 600 A. Unas cifras comparables con las especificaciones del estándar CHAdeMO 2.0 actualizado el año pasado que admite 400A a hasta 1.000V lo que representa 400 kW de potencia. Por su parte, la actualización del estándar de carga GB/T DC chino, que se lanzará en 2020 admite 250 A y hasta 750V, es decir, 188 kW de potencia.
Tesla
La capacidad de potencia está limitada por los pines del conector que se puede mejorar significativamente enfriando, además del cable, el enchufe de carga, aumentando la potencia del cargador hasta alcanzar el punto en el que la recarga de esos 400 kilómetros sea cosa de menos de 20 minutos. Una patente solicitada recientemente por Tesla sugiere que el fabricante de automóviles eléctricos ha encontrado una manera de mejorar aún más el diseño del cable de alimentación refrigerado por líquido.
Imágenes de la patente del nuevo conector refrigerado por líquido de Tesla.
En 2017, durante la presentación del Tesla Semi, el camión totalmente eléctrico del fabricante californiano, su CEO, Elon Musk, afirmó que podría recargar hasta 640 km en 30 minutos gracias a una red de Megachargers . Ni Musk ni Tesla proporcionaron las especificaciones de estos equipos durante la presentación del vehículo. En marzo de este año, Tesla puso en marcha los primeros Supercharger V3, que alcanzan una potencia máxima de 250 kW, permitiendo recuperar 25 kilómetros de autonomía por cada minuto de carga, es decir, algo más de 16 minutos para recuperar los 400 kilómetros, muy por encima de la potencia de salida que la red de Supercargadores V2 de la compañía, que en ese momento tiene una potencia de alrededor de 150kW.
Conclusiones
A medida que aumenta la capacidad de las baterías y se reducen los tiempos de recarga caen las dos barreras que más preocupan a los conductores a la hora de decidirse por un vehículo eléctrico. Estos avances, ya convertidos en realidad, son un buen augurio para los fabricantes que deben trabajar para cumplir con los nuevos estándares de emisiones.