¿Cómo ajustan las estaciones de carga rápida la velocidad de carga?

Si alguna vez se detuvo en una estación de carga rápida con un automóvil eléctrico muerto o moribundo, solo para enchufarlo y ver la pantalla del cargador saltar de 150 kW a 80 kW un minuto después, probablemente se habrá preguntado: ¿por qué cambia la velocidad? Como proveedor de estaciones de carga rápida, recibo esta pregunta todo el tiempo de nuevos propietarios de vehículos eléctricos, transeúntes curiosos e incluso de otros propietarios de negocios que buscan instalar su propia infraestructura de carga. La verdad es que la velocidad de carga rápida no es fija: es un vaivén dinámico entre la estación, su automóvil e incluso factores externos como el clima y la demanda de la red. Analicemos cómo funciona esto y por qué es importante para cualquiera que confíe enCarga rápida para vehículos eléctricospara mantener sus viajes en marcha.

Primero, comencemos con el actor más importante en este baile: el sistema de administración de batería de su vehículo eléctrico, o BMS. Piense en el BMS como el cerebro de su batería. Su trabajo es monitorear cada celda de la batería: temperatura, estado de carga (SOC), voltaje e incluso cuánta corriente puede manejar cada celda de manera segura en un momento dado. Cuando se conecta a un cargador rápido, el BMS y la propia unidad de control del cargador (a menudo llamada unidad de control de energía o PCU) tienen una conversación rápida utilizando un protocolo estándar como CCS o CHAdeMO. Este chat no es negociable: le dice al cargador: "Oye, mi batería puede consumir X cantidad de energía en este momento; no me des más que eso o correré el riesgo de sobrecalentarme o dañar las celdas".

Por ejemplo, cuando llega a una estación con la batería completamente vacía, el BMS le indicará al cargador que la batería está lista para recibir toda su potencia, digamos 350 kW, lo cual es común en los vehículos eléctricos de largo alcance más nuevos. Es por eso que los nuevos propietarios de vehículos eléctricos a menudo se sorprenden cuando pasan del 0% al 50% en 10 minutos. Pero una vez que la batería alcanza alrededor del 80% de SOC, la química cambia. Las baterías de iones de litio se cargan más rápido cuando hay un alto flujo de iones desde el cátodo al ánodo, pero una vez que el ánodo está casi completamente saturado con iones, no puede aceptar tantos sin correr el riesgo de enchaparse en litio, un proceso en el que el metal de litio se acumula en el ánodo, lo que puede causar cortocircuitos con el tiempo. Para evitar esto, el BMS le dice al cargador que restablezca la energía. De repente, ese cargador de 350 kW bombea 100 kW y el 20% restante de la carga tarda 20 o 30 minutos en lugar de 10. Eso no es un defecto del cargador: es el BMS que protege la batería a largo plazo. Es por eso que cualquiera que busque una infraestructura confiable y escalable debería consultarEstaciones de carga rápida para coches eléctricosDiseñado para funcionar con una amplia gama de protocolos de comunicación BMS.

A continuación: el hardware y el diseño del cargador. No todos los cargadores rápidos son iguales y su capacidad para ajustar la velocidad sobre la marcha depende de cómo estén construidos. La mayoría de los cargadores rápidos públicos modernos son cargadores rápidos de CC (DCFC), que pasan por alto el cargador integrado de su automóvil y envían corriente directa directamente a la batería; esto es lo que permite las altas velocidades en las que todos confiamos. Pero incluso el DCFC más potente tiene límites y solo puede entregar energía tan rápido como sus componentes internos puedan manejar. Por ejemplo, un cargador de 50 kW está limitado por sus módulos de potencia, sistema de refrigeración y cableado a solo 50 kW en su punto máximo. Pero incluso un cargador de 150 kW no descargará 150 kW en cada automóvil que se conecte. Su PCU está programada para ajustar la potencia de salida en tiempo real en función de las señales que recibe del BMS, pero también de su propia capacidad de hardware. Si la temperatura interna del cargador sube demasiado (por ejemplo, porque ha estado funcionando a 150 kW sin parar durante tres horas a una temperatura de 95 grados), reducirá la energía para evitar el sobrecalentamiento y los daños. Es por eso que a veces verás un cargador que debería ser capaz de alcanzar altas velocidades funcionando más lentamente en los sofocantes días de verano: se está protegiendo a sí mismo y, a su vez, a tu automóvil.

Para aquellos que prefieren cargar en casa, se aplica la misma lógica, aunque a niveles de potencia más bajos. Acargador casero 50kwfunciona con su BMS para ajustar la velocidad, pero dado que la carga en el hogar a menudo se realiza durante la noche cuando no necesita tanto la velocidad, estos cargadores generalmente priorizan la eficiencia sobre la potencia máxima. Todavía se ajustan: si su BMS dice que su batería está fría, es posible que entreguen menos energía hasta que la batería se caliente, para evitar daños. Si la red está experimentando una demanda máxima (por ejemplo, una calurosa tarde de verano cuando todo el mundo tiene CA), el cargador de su hogar también podría reducir ligeramente la energía para evitar ejercer una presión adicional sobre la red local. Es por esoPuntos de carga en casaLos dispositivos diseñados con funcionalidad de red inteligente se están volviendo más populares: pueden coordinarse con las empresas de servicios públicos para ajustar la velocidad de carga según las necesidades de la red, lo que a menudo le permite cargar más barato durante las horas de menor actividad y, al mismo tiempo, mantener la batería en buen estado.

Los factores externos también juegan un papel importante en la rapidez con la que las estaciones de carga ajustan su velocidad, y uno de los más subestimados es la temperatura. Las baterías son delicadas: no se cargan bien cuando están demasiado frías o demasiado calientes. En temperaturas bajo cero, los iones de litio se mueven mucho más lento, por lo que incluso si su BMS está listo para aceptar alta potencia, la reacción química no puede seguir el ritmo. Como resultado, el BMS limitará la velocidad de carga para evitar daños. Por eso, en medio de un frío día de invierno, es posible que notes que tu cargador rápido solo entrega la mitad de su potencia habitual durante los primeros 10 minutos de carga. Por el contrario, si la batería está demasiado caliente, como después de conducir 30 minutos en la carretera con una temperatura de 100 grados, el flujo de iones puede volverse inestable, por lo que el BMS ralentizará la carga hasta que la batería se enfríe. Algunos cargadores rápidos avanzados también tienen preacondicionamiento de batería integrado, que calienta o enfría la batería antes de que comience la carga utilizando energía de la red. Si se acerca a un cargador público con una batería fría, el cargador podría retrasar el pico de potencia durante unos minutos para llevar la batería a su temperatura óptima (alrededor de 20-25 °C) antes de aumentar la velocidad, lo que le permitirá ahorrar tiempo a largo plazo.

La demanda de la red es otro factor externo clave, especialmente para las estaciones públicas de carga rápida. Las empresas de servicios públicos suelen cobrar más por la electricidad durante las horas pico (normalmente al mediodía y primeras horas de la noche) y, para evitar saturar la red, muchos operadores de estaciones de carga instalan cargadores que pueden ajustar la producción de energía en función de la capacidad de la red. Por ejemplo, si una red local solo puede admitir 1 MW de potencia para un grupo de cargadores y hay 10 DCFC, cada uno con capacidad de 150 kW, el sistema de gestión de la red asignará energía de forma dinámica. Si sólo se carga un coche, puede obtener los 150 kW completos. Si dos automóviles se conectan al mismo tiempo, el sistema dividirá la potencia disponible (digamos, 100 kW cada uno), de modo que ninguno de los dos se quede sin hambre y la red no se sobrecargue. Esta es una de las principales razones por las que los cargadores públicos modernos son más inteligentes que los modelos más antiguos; pueden comunicarse no solo con su automóvil, sino también con la red local para ajustar la velocidad en tiempo real, asegurando que la carga sea eficiente para todos. Como proveedor deEstación de carga rápida pública de CCsoluciones, diseñamos nuestras unidades con módulos de gestión de red integrados que hacen que este ajuste dinámico sea fluido, para que los operadores no tengan que preocuparse de que las limitaciones de la red afecten la velocidad de carga de sus clientes.

También es importante acabar con un mito común: un cargador de mayor potencia no siempre es más rápido. Un cargador de 350 kW es tan rápido como la batería puede aceptar energía. Si el BMS de su vehículo eléctrico solo puede manejar 100 kW en un estado de carga determinado, conectarlo a un cargador de 350 kW solo le proporcionará 100 kW como máximo, sin importar cuán potente sea el cargador. Es por eso que los vehículos eléctricos más nuevos con paquetes de baterías más grandes y avanzados están diseñados para manejar niveles de energía más altos, para que puedan aprovechar los cargadores más rápidos del mercado. Por ejemplo, un Tesla Model 3 con una batería de 75 kWh puede consumir hasta 250 kW, mientras que un Nissan Leaf más antiguo con una batería de 40 kWh alcanza un máximo de alrededor de 50 kW. Entonces, cuando un Leaf se conecta a un cargador de 350 kW, solo se cargará a 50 kW durante la mayor parte de la carga, hasta que alcance el límite superior de SOC, y luego se ralentizará aún más. Este desajuste es intencional y tiene que ver con la longevidad y la seguridad de la batería.

Entonces, ¿qué significa esto para usted como conductor de vehículos eléctricos o para una empresa que busca instalar una infraestructura de carga? Para los conductores, comprender cómo se ajusta la velocidad de carga puede aliviar el estrés de los viajes largos. Si llega a un cargador y funciona más lento de lo anunciado, casi nunca se trata de un cargador defectuoso: es su BMS protegiendo su batería, el cargador enfriándose solo o un factor como la temperatura en juego. Para las empresas, elegir las estaciones de carga adecuadas significa asociarse con proveedores que fabrican cargadores que puedan comunicarse de manera efectiva con todos los sistemas BMS de vehículos eléctricos modernos, manejar las demandas de la red externa y adaptarse a las condiciones del mundo real.

Si está listo para invertir en infraestructura de carga rápida para su negocio, propiedad o flota, estamos aquí para ayudarlo. Nuestra línea de estaciones de carga rápida para automóviles eléctricos está diseñada con protocolos de comunicación de vanguardia, ajuste de energía inteligente y funciones de seguridad integradas para garantizar una carga confiable para cada vehículo eléctrico, en todo momento. Ya sea que esté buscando cargadores rápidos de CC públicos, soluciones de carga doméstica como nuestro cargador doméstico de 50 kW o necesite orientación para elegir la configuración adecuada para sus necesidades, nuestro equipo puede guiarlo en cada paso del proceso. Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre cómo nuestras soluciones de carga pueden satisfacer sus necesidades y mantener a sus clientes o conductores cargados y en movimiento.

Referencias

1. Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL). (2022). Rendimiento de carga rápida de CC y seguridad de la batería. Departamento de Energía de EE. UU.
2. Agencia Internacional de Energía (AIE). (2023). Infraestructura de carga rápida para vehículos eléctricos: tecnología, implementación y política.
3. Sociedad de Ingenieros de Automoción (SAE). (2021). Estándar para el sistema de carga conductiva de vehículos eléctricos (SAE J1772/CCS).
4. Universidad de la batería. (2022). Fundamentos de carga de baterías de iones de litio. Cadex Electrónica Inc.
5. Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). (2020). Requisitos de seguridad de la estación de carga rápida de CC (IEC 61851-23).