Estación de carga
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Para un sistema de infraestructura de estaciones de carga, consulte Red de vehículos eléctricos .
"Punto de carga" vuelve a dirigir aquí. Para la empresa, consulte ChargePoint .
Tesla Roadster siendo acusado, ciudad de Iwata, JapónMotocicleta eléctrica en una estación AeroVironment
Recarga del Nissan Leaf en Houston, TexasToyota Prius en la estación pública, San Francisco
Estaciones de carga para vehículos eléctricos :
Evcharger.jpg

Una estación de carga , también llamada cargador EV o equipo de suministro de vehículos eléctricos ( EVSE ), es un equipo que suministra energía eléctrica para cargar vehículos eléctricos enchufables (incluidos híbridos , vehículos eléctricos de vecindario , camiones, autobuses y otros).

Aunque las baterías solo se pueden cargar con energía de CC , la mayoría de los vehículos eléctricos tienen un convertidor de CA a CC a bordo que les permite enchufarlas a un tomacorriente de CA doméstico estándar. Las estaciones de carga públicas de bajo consumo y económicas también proporcionarán energía de CA, conocida como "estaciones de carga de CA". Para facilitar una carga de mayor potencia, que requiere convertidores CA a CC mucho más grandes, el convertidor está integrado en la estación de carga en lugar del vehículo, y la estación suministra energía CC ya convertida directamente al vehículo, sin pasar por el convertidor a bordo del vehículo. Estos se conocen como "estaciones de carga de CC". La mayoría de los modelos de automóviles totalmente eléctricos pueden aceptar alimentación de CA y CC.

Las estaciones de carga proporcionan conectores que cumplen con una variedad de estándares. Las estaciones de carga de CC suelen estar equipadas con varios conectores para poder alimentar una amplia variedad de vehículos.

Las estaciones de carga públicas se encuentran típicamente al lado de la calle o en centros comerciales minoristas, instalaciones gubernamentales y otras áreas de estacionamiento.

Estándares

Estación de carga con conector NEMA para AMC Gremlin eléctrica utilizada por Seattle City Light en 1973 [1]

Se han establecido múltiples estándares para la tecnología de carga para permitir la interoperabilidad entre proveedores. Están disponibles estándares para nomenclatura, alimentación y conectores. En particular, Tesla ha desarrollado tecnología patentada en estas áreas.

Nomenclatura

Terminología de estaciones de carga y vehículos

La Asociación Europea de Fabricantes de Automóviles (ACEA) ha definido los siguientes términos: [2]

  • Tomacorriente: el puerto en el equipo de suministro del vehículo eléctrico (EVSE) que suministra energía de carga al vehículo.
  • Enchufe: el extremo del cable flexible que se conecta con la toma de corriente del EVSE. En América del Norte, la toma de corriente y el enchufe no se utilizan porque el cable está conectado permanentemente al EVSE.
  • Cable: un haz flexible de conductores que conecta el EVSE con el vehículo eléctrico.
  • Conector: el extremo opuesto 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 (NEC) de 1999. NEC-1999 también definió el término "equipo de suministro de vehículo eléctrico" como el unidad "instalada específicamente con el propósito de suministrar energía desde el cableado de las instalaciones al vehículo eléctrico", incluidos los "conductores ... conectores de vehículos eléctricos, enchufes de conexión y todos los demás accesorios, dispositivos, tomas de corriente o aparatos". [3]

Voltaje y potencia

Estándares tempranos

Niveles NEC (1999) [4] : 9 
MétodoSuministro máximo
Corriente (A)Voltaje (v)Potencia (kW)
Nivel 1 (1Φ AC)121201,44
dieciséis1201,92
241202,88
Nivel 2 (1Φ AC)32208/2407,68
Nivel 3 (3Φ AC)400480192

El Consejo Nacional de Trabajo de Infraestructura de Transporte Eléctrico (IWC) fue formado en 1991 por el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica con miembros provenientes de los fabricantes de automóviles y las empresas de servicios eléctricos para definir los estándares en los Estados Unidos; [5] Los primeros trabajos de la CBI llevaron a la definición de tres niveles de carga en el Manual del Código Eléctrico Nacional (NEC) de 1999 . [4] : 9 

Según NEC-1999, el equipo de carga de Nivel 1 se conectaba a la red a través de un tomacorriente estándar NEMA 5 -20R de 3 clavijas con conexión a tierra, y se requería un interruptor de circuito por falla a tierra dentro de las 12 pulgadas (300 mm) del enchufe. El circuito de suministro requería protección al 125% de la corriente nominal máxima, por lo que, por ejemplo, el equipo de carga con una corriente continua de 16 A requería un disyuntor de 20 A. [4] : 9 

El equipo de carga de nivel 2 se cableó y sujetó permanentemente 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 una ruptura 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. [4] : 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 estaban conectados al vehículo eléctrico a través de una paleta inductiva (Magne Charge) o un conector conductor (AVCON). [4] : 10-11, 18 

El equipo de carga de nivel 3 utilizó un inversor fuera del vehículo para convertir la energía de CA de entrada en CC, que luego se suministró al vehículo. Se requería un disyuntor de 500 A (125% de la corriente de suministro máxima continua) para proteger el circuito derivado. En el momento en que se redactó, NEC-1999 anticipó que el equipo de carga de Nivel 3 requeriría que las empresas de servicios públicos actualizaran sus sistemas de distribución y transformadores. [4] : 9 

SAE

Niveles SAE J1772 (2017) [6]
MétodoSuministro máximo
Corriente (A)Voltaje (v)Potencia (kW)
AC Nivel 1121201,44
dieciséis1201,92
AC Nivel 280208–24019,2
Nivel DC 18050–100080
Nivel de CC 240050–1000400

La Sociedad de Ingenieros Automotrices ( SAE International ) define los requisitos generales físicos, eléctricos, de comunicación y de rendimiento para los sistemas de carga de vehículos eléctricos utilizados en América del Norte, como parte del estándar SAE J1772 . [7] SAE J1772 define cuatro niveles de carga, dos niveles cada uno para suministros de CA y CC; las diferencias entre 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. [7]

  • Nivel 1 de CA : se conecta directamente a un  tomacorriente residencial estándar de 120 V en América del Norte; capaz de suministrar 6–16  A (0,7–1,92  kW) dependiendo de la capacidad de un circuito dedicado.
  • Nivel 2 de CA : utiliza energía  residencial de 240 V o  comercial de 208 V para suministrar entre 6 y 80  A (1,4–19,2  kW). Proporciona un aumento significativo de la velocidad de carga con respecto a la carga de CA de nivel 1.
Corriente continua (DC)

Por lo general, aunque se denomina incorrectamente carga de "Nivel 3" según la definición anterior de NEC-1999, la carga de CC se clasifica por separado. En la carga rápida de CC, la energía de la red pasa a través de un rectificador de CA a CC antes de llegar a la batería del vehículo, sin pasar por cualquier inversor a bordo. [7] [8]

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

Los estándares adicionales publicados 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).

IEC

La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) adoptó la mayoría del estándar SAE J1772 bajo IEC 62196-1 para implementación internacional.

Modos IEC 61851-1 [9] [10] [11]
ModoEscribeSuministro máximo
Corriente (A)Voltaje (v)Potencia (kW)
11Φ ACdieciséis2504
3Φ ACdieciséis48011
21Φ AC322507,4
3Φ AC3248022
31Φ AC6325014,5
3Φ AC6348043,5
4corriente continua20040080

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

  • Modo 1 : carga lenta desde una toma de corriente normal ( CA monofásica o trifásica )
  • Modo 2 : carga lenta desde una toma de CA normal pero con alguna disposición de protección específica para EV (es decir, los sistemas Park & ​​Charge o PARVE)
  • Modo 3 : carga de CA lenta o rápida utilizando una toma de varios pines EV específica 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 suministro de vehículos eléctricos) se define en tres casos (IEC 61851-1):

  • Caso A: cualquier cargador conectado a la red (el cable de alimentación de red suele estar conectado al cargador) normalmente asociado con 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 del suministro como del vehículo, normalmente en el modo 3.
  • Caso C: estación de carga dedicada de CC. El cable de alimentación de red puede estar conectado permanentemente a la estación de carga como en el modo 4.

Tesla

En América del Norte, los vehículos Tesla utilizan un puerto de carga patentado; para cumplir los requisitos de la UE sobre puntos de recarga, [12] los vehículos Tesla vendidos allí están equipados con un puerto CCS Combo 2. Cualquiera de los puertos tomará una carga rápida de 480 V CC a través de su red de Tesla Superchargers . Dependiendo de la versión del Supercargador, la potencia se suministra a 72, 150 o 250 kW, correspondientes a los niveles CC 1 y 2 de SAE J1772. Para un Tesla Model S , un sobrealimentador puede agregar alrededor de 275 km (170 millas) de alcance en aproximadamente 30 minutos. [13] En abril de 2018, Tesla informó 1.210 estaciones de sobrealimentación. [14]

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 energía más alta 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 CharIN en marzo de 2018, el nuevo estándar que se estaba desarrollando originalmente se llamaba Carga de alta potencia para vehículos comerciales (HPCCV), [15] más tarde se renombró como Sistema de carga de megavatios (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  MW. La propuesta exige que los puertos de carga MCS sean compatibles con los cargadores CCS y HPC existentes. [dieciséis]El grupo de trabajo publicó requisitos agregados en febrero de 2019, que exigían límites máximos de 1000  V CC (opcionalmente, 1500  V CC) y 3000  A continuo. [17]

Se seleccionó un diseño de conector en mayo de 2019 [15] 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. [18] Se espera que los requisitos y las especificaciones finales del conector se publiquen a fines de 2021. [19]

Con el apoyo de Portland General Electric , el 21 de abril de 2021 Daimler Trucks North America inauguró "Electric Island", la primera estación de carga de vehículos pesados, frente a su sede en Portland, Oregon. La estación es capaz de cargar ocho vehículos simultáneamente, y las bahías de carga están dimensionadas para acomodar tractocamiones. Además, el diseño es capaz de acomodar  cargadores de más de 1 MW una vez que estén disponibles. [20] Una empresa de nueva creación, WattEV, anunció planes en mayo de 2021 para construir una estación de carga / parada de camiones con 40 puestos en Bakersfield, California; a plena capacidad, proporcionaría una  potencia de carga combinada de 25 MW, extraída parcialmente de una matriz solar en el lugar y almacenamiento de baterías. [21]

Conectores

Conectores de carga comunes
IEC tipo 1 / SAE J1772 de entrada (a la izquierda); Salida patentada Tesla02 (centro); Salida de conector IEC Tipo 2 (derecha)

Los conectores comunes incluyen Tipo 1 (Yazaki) , Tipo 2 (Mennekes) , Tipo 3 (Scame) , CCS Combo 1 y 2 , CHAdeMO y Tesla. [22] [23] Muchos tipos de enchufes estándar se definen en IEC 62196-2 (para alimentación de CA) y 62196-3 (para alimentación de 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 persianas 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: (reservado)
    • 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
(DE, Reino Unido) Tipo 3 (IT, FR; ahora en desuso)
 



Tipo 1 ( SAE J1772 )
Tipo 2 ( GB / T 20234.2)
CA trifásica
(62196.2)
Tipo 2 ( SAE J3068 )		N / A
CC
(62196,3)
EE ( CCS Combo 1)
FF ( CCS Combo 2)
AA ( CHAdeMO )
BB ( GB / T 20234.3)

ChaoJi  (planeado)

La carga CCS CC requiere comunicaciones Powerline (PLC). Se agregan dos conectores en la parte inferior de las entradas del vehículo Tipo 1 o Tipo 2 y enchufes de carga para suministrar corriente CC. Estos se conocen comúnmente como conectores Combo 1 o Combo 2. La elección de las entradas de estilo normalmente se estandariza por país, por lo que los cargadores públicos no necesitan adaptarse a cables con ambas variantes. Generalmente, Norteamérica usa entradas de vehículos estilo Combo 1, mientras que la mayor parte del resto del mundo usa Combo 2.

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

El conflicto más amplio entre los conectores CHAdeMO y SAE Combo, lo vemos como un obstáculo para el mercado durante los próximos años que debe resolverse. [24]

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: inductivo Magne-charge gen2 SPI ("paleta pequeña"), derecha: conductor 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 de 2000, como el GM EV1 , Ford Ranger EV y Chevrolet S-10 EV, prefirieron el uso de EVSE de nivel 2 (AC monofásico), como se define. bajo 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. [4] : 10–11 

Las paletas Magne Charge estaban disponibles en dos tamaños diferentes: una paleta más antigua y más grande (utilizada para el EV1 y S-10 EV) y una paleta más nueva y más pequeña (utilizada para el Toyota RAV4 EV de primera generación , pero compatible con versiones anteriores de la paleta grande). vehículos a través de un adaptador). [25] Se requirió que la paleta más grande (introducida en 1994) acomodara un puerto de carga de entrada de vehículo refrigerado por líquido; la paleta más pequeña (introducida en 2000) interconectada con una entrada enfriada por aire. [26] [27] : 23  SAE J1773, que describe los requisitos técnicos para el acoplamiento inductivo de paletas, se emitió por primera vez en enero de 1995, con otra revisión publicada en noviembre de 1999. [27] : 26 

La influyente Junta de Recursos del Aire de California adoptó el conector conductor como su estándar el 28 de junio de 2001, basado en costos más bajos y durabilidad, [28] y la paleta Magne Charge fue descontinuada en marzo siguiente. [29] En ese momento existían tres conectores conductores, 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). [27] : 22 El conector a tope y clavija de Avcon admitía carga de Nivel 2 y Nivel 3 (CC) y se describió 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, convirtiéndolo en el estándar de facto para los Estados Unidos. [27] : 25   [30] IWC recomendó el conector de tope Avcon para Norteamérica, [27] : 22  basado en pruebas ambientales y de durabilidad. [31] Tal como se implementó, el conector Avcon usó 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, Ground, Clean Data ground, DC +, DC-). [32]En 2009, J1772 había adoptado el conector redondo de clavija y manguito (Yazaki) como su implementación estándar, y el conector de tope Avcon rectangular se volvió obsoleto. [33]

Tiempo de carga

BYD e6 . Recarga en 15 minutos al 80 por ciento
Solaris Urbino 12 eléctrico, bus eléctrico a batería , estación de carga inductiva

El tiempo de carga depende básicamente de la capacidad de la batería, la densidad de potencia y la potencia de carga. Cuanto mayor sea la capacidad, más carga puede contener la batería (análoga al tamaño del tanque de combustible). Una mayor densidad de potencia permite que la batería acepte más carga / unidad de tiempo (el tamaño de la abertura del tanque). Una mayor potencia de carga suministra más energía por unidad de tiempo (análogo al caudal de una bomba). Una desventaja importante de cargar a altas velocidades es que también sobrecarga más la red eléctrica . [34]

La Junta de Recursos del Aire de California especificó un objetivo para calificar como un vehículo de cero emisiones : agregar 200 millas (300 km) en menos de 15 minutos. La intención era cumplir con las expectativas de repostaje de los conductores de motores de combustión interna .

El tiempo de carga se puede calcular como: [35]

La potencia de carga efectiva puede ser menor que la potencia de carga máxima debido a las limitaciones de la batería o el sistema de gestión de la batería , las pérdidas de carga (que pueden llegar al 25% [36] ) y varían con el tiempo debido a los límites de carga aplicados por un controlador de carga .

Capacidad de la batería

La capacidad útil de la batería de un vehículo eléctrico de primera generación, como el Nissan Leaf original, era de unos 20  kWh, lo que le daba una autonomía de unos 160 km. 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, y este último con una duración de unos 480 km (300 millas). Los vehículos híbridos enchufables suelen tener una capacidad de aproximadamente 3 a 20  kWh, con una duración de 20 a 80 kilómetros (15 a 50 millas).

Conversión de CA a CC

Las baterías se cargan con corriente continua. Para cargar con la energía de CA suministrada por la red eléctrica, los vehículos eléctricos tienen un pequeño convertidor de CA a CC integrado en el vehículo. El cable de carga suministra energía CA desde la pared, y el vehículo convierte esta energía en CC internamente y carga su batería. Los convertidores integrados en la mayoría de los vehículos eléctricos suelen admitir velocidades de carga de hasta 6 a 7  kW, suficiente para la carga nocturna. Esto se conoce como "carga de CA". Para facilitar la recarga rápida de los vehículos eléctricos,  se necesita una potencia mucho mayor (50–100 kW +). Esto requiere un convertidor de CA a CC mucho más grande que no es práctico de integrar en el vehículo. En cambio, la conversión de CA a CC la realiza la estación de carga y la alimentación de CC se suministra directamente al vehículo, sin pasar por el convertidor incorporado. Esto se conoce como " Carga rápida DC ".

Tiempo de carga para 100  km de autonomía en un Tesla Model S Long Range según EPA (111  MGPe / 188  Wh / km) [37]
ConfiguraciónVoltajeActualPoderTiempo de cargaComentario
CA monofásica120  V12  A1,44  kW13  horasÉsta es la potencia continua máxima disponible de un circuito estándar de 120  V 15  A de EE. UU. / Canadá
CA monofásica230  V12  A2,76  kW6,8  horasÉsta es la potencia continua máxima disponible de un receptáculo CEE 7/3 ("Schuko") en un  circuito nominal de 16 A
CA monofásica240  V30  A7,20  kW2,6  horasLímite máximo común de estaciones de carga de CA públicas utilizadas en América del Norte, como ChargePoint CT4000
CA trifásica400  V16  A11,0  kW1,7  horasLímite máximo de una  estación de carga de CA trifásica europea de 16 A
CA trifásica400  V32  A22,1  kW51  minutosLímite máximo de una  estación de carga de CA trifásica europea de 32 A
corriente continua400  V125  A50  kilovatios22  minutosEstación de carga de CC de potencia media típica
corriente continua400  V300  A120  kilovatios9  minutosPotencia típica de un Tesla V2 Tesla Supercharger

La seguridad

Un autobús eléctrico Sunwin en Shanghai en una estación de carga
Una estación de carga de autobuses eléctricos de batería en Ginebra , Suiza.

Las estaciones de carga generalmente son accesibles para múltiples vehículos eléctricos y están equipadas con mecanismos de detección de corriente o conexión para desconectar la energía cuando el EV no se está cargando.

Los dos tipos principales de sensores de seguridad:

  • Los sensores de corriente monitorean la energía consumida y mantienen la conexión solo mientras la demanda está dentro de un rango predeterminado. [ cita requerida ]
  • Los cables de los sensores proporcionan una señal de retroalimentación como la especificada por los esquemas SAE J1772 e IEC 62196 que requieren conexiones de enchufe de alimentación especiales (de múltiples clavijas).

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

Estaciones de carga públicas

Más información sobre el desarrollo coordinado de estaciones de carga en una región por parte de una empresa o gobierno local: red de vehículos eléctricos
Señales de la estación de carga pública
Señal de tráfico de EE. UU.
Signo internacional de dominio público

Los recorridos más largos requieren una red de estaciones de carga públicas. Además, son fundamentales para los vehículos que carecen de acceso a una estación de carga domiciliaria, como es habitual en las viviendas plurifamiliares. 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 ).

Es posible que las estaciones de carga no necesiten mucha infraestructura nueva en los países desarrollados, menos que entregar un nuevo combustible a través de una nueva red. [38] Las estaciones pueden aprovechar la red eléctrica ubicua existente . [39]

Las autoridades públicas, las empresas comerciales y algunos de los principales empleadores ofrecen estaciones de carga para abordar las barreras de alcance. Las opciones incluyen postes de carga simples para uso en la carretera, gabinetes de carga para lugares de estacionamiento cubiertos y estaciones de carga totalmente automatizadas integradas con equipos de distribución de energía. [40]

En diciembre de 2012 , se instalaron alrededor de 50.000 puntos de recarga no residenciales en EE. UU., Europa, Japón y China. [41] En agosto de 2014 , se instalaron unos 3.869 cargadores rápidos CHAdeMO, 1.978 en Japón, 1.181 en Europa, 686 en Estados Unidos y 24 en otros países. [42]

Asia / Pacífico

En diciembre de 2012 , Japón tenía 1381 estaciones de carga rápida de CC públicas, el mayor despliegue de cargadores rápidos del mundo, pero solo alrededor de 300 cargadores de CA. [41] En diciembre de 2012 , China tenía alrededor de 800 puntos públicos de carga lenta y no tenía estaciones de carga rápida. [41]

En septiembre de 2013 , 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 AC) establecidas en ambas ciudades; existen redes más pequeñas en otras ciudades capitales. [43]

  • Parque de carga público en Alemania

  • Prototipo de vehículos eléctricos Renault Laguna modificados que se cargan en las estaciones de carga Project Better Place en Ramat Hasharon , Israel, al norte de Tel Aviv

  • REVAi / G-Wiz i cargando desde una estación en la calle en Londres

  • Punto de recarga de coches en Escocia

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 a 37 millas), y un mayor densidad en áreas urbanas. [44] [45] [46]

En noviembre de 2012 , se habían instalado unas 15.000 estaciones de carga en Europa. [47]

En marzo de 2013 , Noruega tenía 4.029 puntos de carga y 127 estaciones de carga rápida de CC. [48] Como parte de su compromiso con la sostenibilidad medioambiental, el gobierno holandés inició un plan para establecer más de 200 estaciones de carga rápida ( CC ) en todo el país para 2015. El despliegue lo llevarán a cabo ABB y la startup holandesa Fastned , con el objetivo de proporcionar al menos una estación cada 50 km (31 millas) para los 16 millones de habitantes de los Países Bajos. [49] Además de eso, la fundación E-laad instaló alrededor de 3000 puntos de recarga públicos (lentos) desde 2009. [50]

En comparación con otros mercados, como China, el mercado europeo de automóviles eléctricos se ha desarrollado lentamente. Esto, junto con la falta de estaciones de carga, ha reducido el número de modelos eléctricos disponibles en Europa. [51] 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 respaldarán el despliegue de la infraestructura de la estación de carga con un total de 200 millones de euros. [51]

Norteamérica

En agosto de 2018 , 800.000 vehículos eléctricos y 18.000 estaciones de carga funcionaban en los Estados Unidos, [52] frente a 5.678 estaciones de carga públicas y 16.256 puntos de carga públicos en 2013. [53] [54] Para julio de 2020, Tesla había instalado 1.971 estaciones. (17.467 enchufes). [55]

En agosto de 2019, en los EE. UU., Hay 2,140 estaciones de carga CHAdeMO (3,010 enchufes), 1,888 estaciones de carga SAE CCS1 (3,525 enchufes) y 678 estaciones Tesla Supercharger (6,340 enchufes), según los datos de combustibles alternativos del Departamento de Energía de EE. UU. Centrar. [56]

Las áreas más frías como Finlandia, algunos estados del norte de EE. UU. Y Canadá tienen alguna infraestructura para receptáculos de energía pública provistos principalmente para uso de calentadores de bloque . Aunque sus disyuntores evitan grandes consumos de corriente para otros usos, pueden utilizarse para recargar vehículos eléctricos, aunque sea lentamente. [57] En los lotes públicos, algunos de estos enchufes solo se encienden cuando la temperatura desciende por debajo de -20  ° C, lo que limita aún más su valor. [58]

En 2017, Tesla otorgó a los propietarios de sus autos Model S y Model X 400  kWh de crédito Supercharger , [59] aunque esto varió con el tiempo. El precio varía entre $ 0.06–0.26 / kWh en los Estados Unidos. [60] Los supercargadores Tesla solo pueden utilizarse en vehículos Tesla.

Hay otras redes de carga disponibles para todos los vehículos eléctricos. La red Blink tiene estaciones de carga de CA y CC y cobra precios separados para miembros y no miembros. Sus precios oscilan entre $ 0.39–0.69 / kWh para miembros y $ 0.49–0.79 / kWh para no miembros, dependiendo de la ubicación. [61] La red ChargePoint tiene cargadores gratuitos y cargadores pagados que los conductores activan con una tarjeta de membresía gratuita. [62] Los precios se basan en tarifas locales. Otras redes pueden aceptar efectivo o una tarjeta de crédito.

Sudamerica

En abril de 2017, YPF , la empresa petrolera estatal de Argentina , informó que instalará 220 estaciones de carga rápida para vehículos eléctricos en 110 de sus estaciones de servicio en territorio nacional. [63]

Proyectos

Artículo principal: Red de vehículos eléctricos
Estación de carga inalámbrica
Detalle del dispositivo de carga inductivo inalámbrico

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

La EV Plug Alliance [64] es una asociación de 21 fabricantes europeos que propuso una norma IEC y un estándar europeo para enchufes y enchufes. Los miembros ( Schneider Electric , Legrand, Scame, Nexans, etc.) afirmaron que el sistema era más seguro porque usaban contraventanas. El consenso previo fue que las normas IEC 62196 e IEC 61851-1 ya han establecido la seguridad al hacer que las partes no estén activas cuando se pueden tocar. [65] [66] [67]

Cambio de batería

Una estación de intercambio (o conmutación) de batería permite a los vehículos cambiar una batería descargada por una cargada, eliminando el intervalo de carga. El cambio de batería es común en aplicaciones de montacargas eléctricos . [68]

Historia

El concepto de un servicio de batería intercambiable se propuso ya en 1896. Fue ofrecido por primera vez entre 1910 y 1924, por Hartford Electric Light Company , a través del servicio de batería GeVeCo, para camiones eléctricos. El propietario del vehículo compró el vehículo, sin batería, a General Vehicle Company (GeVeCo), de propiedad parcial de General Electric . [69] La energía se compró a Hartford Electric en forma de batería intercambiable. Tanto los vehículos como las baterías se diseñaron para facilitar un intercambio rápido. El propietario pagó 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 operó en Chicago para los propietarios de automóviles Milburn Electric. [70] Se implementó un sistema de reemplazo rápido de baterías para dar servicio a 50 autobuses eléctricos en los Juegos Olímpicos de Verano de 2008 . [71]

The SunRay y Caballito de camino a Micronesia para una conferencia sobre el calentamiento global.

En 1993 [72] Suntera desarrolló un vehículo eléctrico de dos asientos y tres ruedas llamado SUNRAY, que venía con un cartucho de batería que se cambiaba en minutos en una estación de intercambio de baterías. En 1995, Suntera agregó una motoneta. [73] Posteriormente, la empresa pasó a denominarse Transportes Eléctricos Personales [74] (PET). Después de 2000, la empresa desarrolló un autobús eléctrico. En 2004, el vehículo eléctrico de tres ruedas de la compañía ganó el primer lugar en la carrera de vehículos eléctricos American Tour De Sol de 5 días de duración, [75] antes de cerrar en 2006.

Better Place , Tesla y Mitsubishi Heavy Industries consideraron enfoques de interruptores de batería. [76] [77] Un factor de complicación fue que el enfoque requiere modificaciones en el diseño del vehículo.

En 2013, Tesla anunció un servicio de estación de carga patentado. Se concibió una red de estaciones Tesla Supercharger para admitir tanto el intercambio de baterías como la carga rápida . [78] [79] Tesla más tarde se centró exclusivamente en las estaciones de carga rápida. [80]

Beneficios

Se reclamaron los siguientes beneficios para el cambio de batería:

  • "Repostar" en menos de cinco minutos. [81] [82]
  • Automatización: el conductor puede permanecer en el coche mientras se cambia la batería. [83]
  • El conductor no posee baterías, lo que transfiere los costos y los gastos generales de gestión a la empresa de la estación. [84]
  • Los subsidios de las empresas de cambio podrían reducir los precios sin involucrar a los propietarios de vehículos. [85]
  • Las baterías de repuesto podrían participar en los servicios de energía del vehículo a la red . [ cita requerida ]

Proveedores

La red Better Place fue el primer intento moderno del modelo de cambio de batería. El Renault Fluence ZE fue el primer automóvil capaz de adoptar este enfoque y se ofreció en Israel y Dinamarca. [86]

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 duró cinco minutos. [81] [87] Better Place se declaró en quiebra en Israel en mayo de 2013. [88] [89]

En junio de 2013, Tesla anunció su plan para ofrecer cambio de batería. Tesla demostró que un cambio de batería con el Model S tomó poco más de 90 segundos. [82] [90] Elon Musk dijo que el servicio se ofrecería entre 60 y 80 dólares a precios de junio de 2013. La compra del vehículo incluyó un paquete de baterías. Después de un cambio, el propietario podría regresar más tarde y recibir su paquete de baterías completamente cargado. Una segunda opción sería mantener la batería intercambiada y recibir / pagar la diferencia de valor entre la original y la de reemplazo. No se anunció el precio. [82] En 2015, la empresa abandonó la idea por falta de interés de los clientes. [91]

  • Una estación de conmutación de baterías Better Place en Israel

  • Cargador rápido DC EV de Delta instalado en Nueva Zelanda.

  • Estación de intercambio de baterías para vehículos comerciales ligeros en Eslovaquia

  • Carga de una batería eléctrica LKW de Voltia

Otros proveedores de servicios de intercambio de baterías incluyen Gogoro , Delta Electronics , BattSwap, [ cita requerida ] y Voltia. [92] [93] NIO tiene 131 estaciones de intercambio en China. [94] Un sistema de intercambio de baterías con una  batería de 2 MWh en cada contenedor de 20 pies que alimenta una barcaza de canal convertida comenzó a operar en los Países Bajos en 2021. [95] [96]

Crítica

Ver también: hardware abierto

Las soluciones de intercambio de baterías fueron criticadas por ser propietarias. Al crear un monopolio con respecto a la propiedad de las baterías y las tecnologías protegidas por patentes, las empresas dividen el mercado y reducen las posibilidades de un uso más amplio del intercambio de baterías. [97]

Sitios

Un cargador Ather Grid EV en un parque en Bangalore , India

Las estaciones de carga se pueden colocar dondequiera que haya energía eléctrica y estacionamiento adecuado. A partir de 2017 , las estaciones de carga habían sido criticadas por ser inaccesibles, difíciles de encontrar, fuera de servicio y lentas; lo que ralentiza la adopción de vehículos eléctricos. [98] A partir de 2018, algunas estaciones de servicio ofrecían estaciones de carga para vehículos eléctricos. [99] A partir de 2021, además de las estaciones domésticas, las estaciones públicas se habían ubicado a lo largo de las carreteras, en los centros comerciales, hoteles, instalaciones gubernamentales y en los lugares de trabajo. A partir de 2021, las residencias eran, con mucho, el lugar de carga más común. [100] Las estaciones de carga domésticas generalmente carecen de autenticación de usuario y medición separada, y pueden requerir un circuito dedicado. [101] Algunos cables de carga portátiles (EVSE) se pueden montar en la pared.

Las estaciones de carga pública pueden cobrar una tarifa u ofrecer un servicio gratuito basado en promociones gubernamentales o corporativas. Las tarifas de carga varían desde tarifas residenciales de electricidad hasta muchas veces más altas; la prima suele ser por la conveniencia de una carga más rápida. Por lo general, los vehículos se pueden cargar sin la presencia del propietario, lo que permite que el propietario participe en otras actividades. [102] Los sitios incluyen centros comerciales, paradas de descanso en autopistas, estaciones de tránsito, oficinas gubernamentales, etc. [103] [104] Normalmente, se utilizan enchufes de CA Tipo1 / Tipo2 . La carga móvil implica otro vehículo que lleva la estación de carga al vehículo eléctrico, la energía se suministra a través de un generador de combustible (generalmente gasolina o diésel) o una batería grande. Usos de carga inalámbricaalfombrillas de carga inductiva que se cargan sin una conexión por cable y se pueden empotrar en puestos de estacionamiento o incluso en carreteras.

Tecnologías relacionadas

Red inteligente

Una red inteligente es aquella que puede adaptarse a las 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 que el operador controle la recarga. [105] Los escenarios de vehículo a red permiten que la batería del vehículo suministre a la red durante los períodos de máxima demanda. Esto requiere comunicación entre la red, la estación de carga y el vehículo. SAE International está desarrollando estándares relacionados. Estos incluyen SAE J2847 / 1. [106] [107] ISO e IEC están desarrollando normas similares conocidas como ISO / IEC 15118.

Energía renovable

Ver también: vehículo con carga solar

Las estaciones de carga suelen estar conectadas a la red, que en la mayoría de las jurisdicciones depende de centrales eléctricas de combustibles fósiles . Sin embargo, la energía renovable se puede utilizar para reducir el uso de energía de la red. Nidec Industrial Solutions tiene un sistema que puede funcionar con la red o con fuentes de energía renovables como la fotovoltaica. [ cita requerida ] En 2009, SolarCity comercializó sus sistemas de energía solar para instalaciones de carga. La compañía anunció una única estación de demostración en asociación con Rabobank en la autopista 101 entre San Francisco y Los Ángeles. [108]

Varios Chevrolet Volt 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. [109] [ verificación fallida ]

En 2012, Urban Green Energy presentó la primera estación de carga de vehículos eléctricos impulsada por viento del mundo, la Sanya SkyPump. El diseño presenta una  turbina eólica de eje vertical de 4 kW emparejada con una GE WattStation. [110]

En 2021, Nova Innovation presentó la primera estación de carga de vehículos eléctricos directamente desde las mareas. Lanzamiento del primer cargador para vehículos eléctricos impulsado por energía de las mareas del mundo en Shetland

Ver también

  • Máquina de carga automatizada
  • Cargador de batería
  • Acoplamiento directo
  • ECOtalidad
  • Batería de vehículo eléctrico
  • Red de vehículos eléctricos
  • Carga inductiva
  • GridPoint
  • Estación de servicio
  • IAV
  • Lista de proyectos de almacenamiento de energía
  • Carga magnética
  • OpenEVSE
  • Pantógrafos y colectores de bajos
  • Estacionar y cargar
  • Energía sin enchufe
  • Identificación por radiofrecuencia RFID
  • Carreteras solares
  • Vehículo solar
  • luz de la calle

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enlaces externos

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