Descripción General de los Modos de Carga

La norma internacional “IEC 61851-1”, titulada “Sistema de carga conductiva de vehículos eléctricos”, desempeña un papel crucial en el establecimiento de directrices para la carga de vehículos eléctricos (EV) en todo el mundo. La norma define cuatro modos de carga que proporcionan un marco para comprender e implementar la infraestructura de carga de vehículos eléctricos.

Estos modos de carga sirven como puntos de referencia para fabricantes de estaciones de carga, empresas eléctricas y propietarios de vehículos eléctricos, lo que garantiza la compatibilidad y estandarización en sistemas de carga. Al profundizar en estos cuatro modos de carga, comprendemos de manera consistente y confiable las opciones de carga para vehículos eléctricos.

La norma internacional “IEC 61851-1” (Sistema de carga conductiva para vehículos eléctricos) define cuatro modos de carga.

• Modo 1 – Toma de corriente estándar
• Modo 2 – Toma de corriente estándar con cargador de CA para vehículos eléctricos
• Modo 3 – Equipo EV de CA conectado permanentemente a una red de suministro de CA.
• Modo 4 – Suministro de vehículos eléctricos de CC

Modos 1 a 3 hacen uso de corriente alterna (CA).

• Nivel 1 de CA, considera cargadores de CA monofásicos por debajo de 1,92 kW;
• Nivel 2 de CA, un cargador monofásico de hasta 2,4 kW; y, por último,
• Nivel 3 de CA, cargadores monofásicos de 3,6 kW, cargadores trifásicos de 22 kW o incluso 40 kW con corriente aumentada.

La carga en modo 1 carece de comunicación entre la red y el vehículo y, por lo tanto, está prohibida en la Unión Europea y en muchos otros países. El modo 2, por otro lado, requiere atención adicional. Esto se debe a que un vehículo eléctrico debe adherirse a una electrónica diseñada para proteger las baterías durante la carga. Es por eso recomendable utilizar un modo de carga adecuado para carga pública. Este modo permite una amplia comunicación entre el vehículo y el cargador, aumentando las medidas de seguridad.

Además, la potencia de los cargadores Modo 2 debe ser mayor para carga pública y, por lo tanto, es un problema de carga doméstico. La potencia limitada de cargadores de Modo 2 y 3 es asociada con tiempos de carga prolongados. Por lo tanto, estos modos se utilizan principalmente para carga nocturna en vehículos más pequeños como automóviles. Un cargador de modo 3 también puede ser utilizado para carga en terminales de autobuses eléctricos.

Modo 3, cargador de CA trifásico. EC&M (2022)

Modo 2, cargador de CA de 1 fase. Amazon (n.d.)

Modo 2, cargador de CA de 1 fase Raab, T. (n.d.)

Carga Modo 4: Carga de CC de Alta Potencia

El modo 4 utiliza un rectificador de CA/CC externo de alta potencia comparado con el inversor interno del vehículo, resultando en una mayor potencia de carga, y un tiempo de carga más corto. El control de la carga se logra a través de una amplia comunicación entre el cargador y el vehículo.

La infraestructura eléctrica que conduce al cargador debe ser independiente y estar equipada con protecciones adecuadas contra sobrecargas, cortocircuitos, diferenciales y con puesta a tierra. Aunque esta infraestructura es más extensa y costosa, permite una carga más rápida debido a la mayor capacidad de potencia del cargador. Es importante tener en cuenta que la potencia máxima de carga está limitada por la tecnología y la capacidad de la batería del vehículo. Si bien los cargadores de CC pueden entregar energía de hasta 400 kW y 1000 V, actualmente no hay vehículos que puedan aprovechar esta capacidad.

Los sistemas de carga de alta potencia permiten sesiones de carga rápidas, pueden alcanzar el 80% de la capacidad de la batería en solo 20 minutos. Estas velocidades de carga rápida son esenciales para viajes largos de automóviles o camiones, y son claves para permitir la carga de oportunidad en el transporte público.

Modo 4, cargador de corriente continua. CDE (2023)

Carga por Inducción y Pantógrafo

Además de la carga por cable, existen otras dos tecnologías de carga inalámbrica: la carga inductiva y la carga de pantógrafo.

Carga Inductiva:

La carga inductiva utiliza inductores acoplados magnéticamente para la transmisión inalámbrica. La carga inductiva podría permitir la transferencia de energía mientras el vehículo está en movimiento, creando carreteras electrificadas. Sin embargo, esta es una tecnología costosa. Es más probable que la carga inductiva se utilice en estacionamientos para eliminar la necesidad de enchufes, o en terminales de autobuses para cargarlos mientras se detienen. Esto crea puntos de carga adicionales y es factible ya que el proceso puede automatizarse sin la participación del conductor del autobús.

Carga con Pantógrafo:

La carga con pantógrafo eléctrico utiliza dos líneas catenarias posicionadas por encima de la carretera, con un mecanismo de flujo de corriente como el que se utiliza en los sistemas de catenaria de trenes. Sin embargo, los vehículos de carretera requieren dos líneas para esta disposición. Al igual que con la carga por inducción, la carga por pantógrafo se puede realizar cuando el vehículo está parado o en movimiento.

Autobús eléctrico equipado con un sistema de carga de pantógrafo. Technische Universität Wien (2018)

Tiempos de Carga de Cada Modo

La industria de la electromovilidad está trabajando en aumentar la capacidad de la batería y la autonomía del vehículo. Esto implica un aumento en tiempos de carga o en niveles de potencia del cargador, que se espera sean de 350-400 kW para el Modo 4. Estos niveles están lejos de los esperados en sectores no industrializados, equipar centrales eléctricas o estaciones de carga por lo tanto requerirá actualizar los componentes de transmisión y distribución eléctrica, y trabajar en la estabilidad de la red.

El tiempo de carga aumenta linealmente con la capacidad de la batería y disminuye linealmente con la potencia de carga. Esto significa que, para mantener un tiempo de carga constante, la velocidad de carga debe duplicarse cuando se duplica la capacidad.

Esta constante evolución en la infraestructura de carga para vehículos eléctricos ha impactado el desarrollo de las compañías eléctricas, que se involucran cada vez más en la instalación de nuevas estaciones de carga tanto en el sector público como en el privado.

De izquierda a derecha, en el siguiente diagrama, puede ver las fuentes de energía para cargar un vehículo eléctrico, que van desde la más lenta hasta la más rápida. El más lento es el enchufe doméstico y el más rápido es la estación pública de carga rápida.

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Diferencia en el tiempo de carga por fuente de carga. PEM Motion (2022)

Conclusión:

Para establecer una infraestructura de carga sólida en zonas urbanas, es esencial una variedad de opciones de carga. La carga doméstica a menudo se puede abordar adecuadamente con un Modo 2 o uno de menor potencia. Sin embargo, en las zonas urbanas donde la gente se estaciona durante periodos de tiempo más cortos, se requerirán estaciones de carga de Modo 3. Del mismo modo, los vehículos más grandes, como autobuses y camiones que se cargan en terminales, también requieren estos cargadores de modo 3 más potentes.

El tiempo de carga más corto se logra con un cargador de CC Modo 4, permitiendo la conducción de largas distancias y la carga de camiones en la carretera.

El pantógrafo y la carga inductiva permiten la carga automática bajo demanda para vehículos urbanos como autobuses, ya sea parados en una parada de autobús o moviéndose a lo largo de una ruta definida.

Referencias:

• Plataforma de Electromovilidad del Ministerio de Energía de Chile. How to characterize electric car chargers. (s.f.) Recuperado de: Link