Cualquier infraestructura de carga debe adaptarse al comportamiento típico de los usuarios durante los viajes largos, ofreciendo una proporción adecuada entre el tiempo de conducción y las paradas para descansar. La nueva generación de coches eléctricos, alimentados por baterías de más de 60 kWh de capacidad, permiten autonomías que, en circunstancias normales, están por encima de los 400 kilómetros con cada carga. Para viajar con ellos a distancias superiores son necesarios los nuevos cargadores ultrarrápidos, que funcionarán con potencias de hasta 350 kW. Estos son capaces de recuperar la capacidad completa de la batería en 15 o 20 minutos, lo que supone, en la práctica, igualar los tiempos de parada que actualmente se realizan para repostar con los vehículos de combustión.
Las estaciones de carga de corriente continua actuales funcionan generalmente a 400 V, logrando alcanzar potencias de carga máxima de entre 50 kW y 120 kW, lo que equivale a una parada de, como mínimo, 40 minutos para recuperar 400 kilómetros. Varios estudios realizados a partir de las respuestas de los consumidores citan esta circunstancia como uno de los principales inhibidores del crecimiento de la movilidad eléctrica. Por ello existen numerosas iniciativas para aumentar la potencia de carga y reducir los tiempos de espera.
El voltaje, el principio básico de la carga ultrarrápida
La potencia de salida de una estación de carga puede aumentarse incrementando el voltaje o la intensidad de salida. Si se mantiene el voltaje en 400 V es necesario aumentar la intensidad. Sin embargo la capacidad para soportar el aumento de esta en los pines situados en el conector restringiría la potencia de salida a aproximadamente 100 kW. En estas condiciones, se tardarían más de 40 minutos en lograr recuperar la energía necesaria para recorrer 400 kilómetros.
Si bien este tiempo de espera supone una importante reducción sobre los actuales, sigue estando lejos de las expectativas de los usuarios. Por ello la solución técnica más apropiada es aumentar el voltaje de salida, manteniendo la intensidad. Si se dobla el voltaje hasta los 800 voltios, el tiempo de recarga para lograr 400 kilómetros de autonomía puede reducirse a entre 15 y 20 minutos sin variar los pines del conector.
Porsche Turbo Charging
Porsche es uno de los abanderados de la elevación del voltaje en las estaciones de carga. Tanto es así que ha tomado este principio físico para todo el sistema eléctrico del Taycan. Su primera estación de carga ultrarrápida equipada con cargadores de 800 V se encuentra en el Parque Tecnológico Berlin-Adlershof. Cuenta con cuatro plazas de aparcamiento para clientes que están equipadas con la tecnología de carga de Porsche. De esos cuatro puestos, dos cuentan con el sistema Porsche Turbo Charging a 800 V desarrollado por Porsche Engineering Services.
La tecnología Porsche Turbo Charging se ha integrado en la red Ionity.
Porsche utiliza el conector del sistema de carga combinada CCS capaz de ofrecer los 800V a uno de los puestos o dividir 400 V a cada uno de ellos. Con 400 V, un coche eléctrico tipo puede cargar 400 km en un tiempo de entre 40 y 80 minutos. Si se eleva el voltaje hasta los 800 V, el tiempo de carga se reduce a menos de 20 minutos.
Porsche tiene la intención de utilizar esta primera estación como una instalación de prueba con la que acumulará la experiencia necesaria antes de extender la tecnología a otros Centros Porsche. También se instalarán en la red europea de carga Ionity, de la que es uno de los miembros más activo. En Estados Unidos, Porsche instalará esta carga ultrarrápida en sus 189 concesionarios. Además no limitará su uso únicamente a los sus coches eléctricos, sino que podrá ser usada por cualquier modelo del mercado.
El Porsche Taycan puede cargar sus baterías en 15 minutos.
Oliver Blume CEO de Porsche, ha dicho que "están en contacto con otros fabricantes y proveedores para construir una red de carga rápida. Todos tienen la misma necesidad. Ya tenemos el concepto técnico claro". Según el directivo, el sistema puede incluso funcionar con los vehículos de Tesla, que disponen de un conector propietario para la carga rápida derivado del CCS, a través de un adaptador. En esta primera instalación la carga será gratuita e incluirá una aplicación móvil con toda la información sobre el proceso.
Volkswagen y Mercedes han confirmado que sus nuevos vehículos eléctricos podrán cargarse inicialmente a niveles de potencia de 150 KW para una carga rápida. Y prevén que en un futuro lograrán alcanzar los 300 kW.
ABB Terra HP Charge
Cuanto mayor sea el número de fabricantes que adopten el sistema de 800 V mayor deberá ser la expansión de la red para atender las necesidades de los consumidores. Esto es exactamente lo que pretende hacer ABB con su sistema Terra HP High Power Charge. Los equipos Terra HP tienen la capacidad de cargar a voltajes de 400V y 800V, logrando 200 kilómetros de autonomía en tan solo ocho minutos.
ABB Terra HP Charge.
Para lograr los 150 kW de potencia, un punto de carga Terra HP puede cargar a una intensidad de 375 A y un voltaje de 400 V. La tecnología Dynamic DC es capaz de compartir la energía con un segundo punto, permitiendo la carga de dos coches eléctricos de forma simultánea a través de un incremento en la intensidad hasta los 500 A y la potencia a 350 kW. Los equipos incorporan cables de carga refrigerados para disipar el calor generado estas grandes intensidades. Un protocolo de optimización dinámica de la carga distribuye la potencia a los vehículos en función de la red y de las necesidades de estos.
Terra HP ofrece además los servicios Ability Abected de ABB, capaces de conectar fácilmente cargadores a oficinas, plataformas de pago o redes inteligentes. Incluye además diagnósticos remotos y actualizaciones de software por OTA que minimizan el tiempo de inactividad y mantienen los bajos costes de mantenimiento.
Uno de los proyectos de infraestructura de recarga más ambiciosos de Estados Unidos, Electrify America, instalará los equipos de ABB en 100 establecimientos de la cadena Walmart situados en 34 estados durante el próximo año. En total, invertirá 2.000 millones de dólares en la instalación de infraestructura y la realización de campañas informativas en los próximos 10 años.
DC Express Plus de ChargePoint
Otro operador que está optando por una red de carga ultrarrápida es ChargePoint. Su solución DC Express Plus podrá admitir una potencia de salida de hasta 400 kW con voltajes de carga entre 200 y 1000 V, que incluye la posibilidad de recargar vehículos de 400 V y 800 V.
DC Express Plus de ChargePoint.
ChargePoint ofrece a los operadores de carga diseñar su infraestructura a largo plazo, desarrollándola de forma incremental, sin necesidad de aumentar la inversión inicial y ajustándose a las necesidades del mercado. DC Express Plus distribuye de manera inteligente la potencia entre los vehículos según el estado de carga de cada batería (SoC) y la tasa de carga máxima instantánea. Cada uno de los coches se carga lo más rápido posible, haciendo un uso eficiente de la energía disponible en cada ubicación.
La arquitectura ChargePoint Express Plus consta de tres bloques modulares que pueden configurarse para cumplir con los requisitos de cualquier operador, pudiendo ser instalados gradualmente a medida que aumenta la demanda de carga.
Continental All Charge
La carga rápida hoy en día deja mucho que desear en términos de facilidad de uso. La estación de carga puede estar equipada con carga lenta en corriente alterna (CA) o, si ofrece recarga rápida en corriente continua (CC), puede que no se adapte al estándar que incorpora el vehículo. Continental proporciona la interoperabilidad con diferentes tecnologías de carga utilizando una solución basada en el estándar disponible en los vehículos con su cargador AllCharge.
Continental All Charge.
Su tecnología es capaz de cargar en CA y CC, utilizando un solo conector y sin que el usuario tenga que pensar que sistema va a utilizar para la recarga. En el caso de tratarse de CA, esta fluye desde la estación de carga, a través del motor eléctrico, hasta el inversor, donde se convierte en corriente CC de la que se alimenta la batería. En el caso de la CC, la corriente de de carga fluye directamente hasta la batería.
El sistema permite cargar un vehículo en cualquier estación de carga, hasta 800 V y 350 kW. Al mismo tiempo proporciona 230 V de alimentación en CA para su uso a bordo de forma que la batería del vehículo también se puede usar para alimentar dispositivos eléctricos móviles.
Ricardo, Fisker EMotion y las baterías de electrolito sólido
En 2019 está previsto el lanzamiento del Fisker EMotion, un nuevo coche eléctrico basado en tecnología de 800 voltios desarrollada por Ricardo. La asociación de las dos empresas ha creado un cargador ultrarrápido de 800 V, un paquete de baterías de 800 V y un tren motriz basado en un eje electrificado. Con tan solo 9 minutos de carga se logran recuperar 200 kilómetros de autonomía.
Fisker EMotion.
El EMotion estará equipado con una batería de 145 kWh, suministrada por LG Chem, que funciona a 800 V y 145 kWh que le dota de una autonomía de 644 km por carga. Inicialmente se anunció que la batería sería de electrolito sólido, pero esta tecnología no estará lista para el momento del lanzamiento. Fisker confía en que sí se incorporará a principios de la próxima década, permitiendo un paquete de baterías mucho más pequeños, mayor autonomía y tiempos de recarga reducidos.
Conclusiones
Todos estos ejemplos demuestran que elevar el voltaje de una estación de carga a 800 V logra una reducción significativa en los tiempos de carga. Los avances en la química de las baterías también ayudarán a ajustarlos al perfil de los viajes de larga distancia.
Además, adoptar un enfoque holístico del diseño del sistema, desde la conexión a la red hasta la toma de carga con una topología bien planificada, también puede lograr ahorros significativos en los componentes. Según Porsche, que ha realizado una comparación de costes específicos, la infraestructura de carga de alta potencia puede ser significativamente más económica que la infraestructura de carga rápida de 400V disponible en la actualidad.
