Seminario sobre tecnología de carga para electromovilidad

Principios de la tecnología de carga para electromovilidad Conocimientos básicos sobre la carga de vehículos eléctricos

La movilidad del futuro sigue distintas condiciones marco específicas del país. Le proporcionamos los conocimientos básicos, de forma clara y comprensible:

  • Estándares de carga, conectores de carga y modos de carga de un vistazo
  • Los vídeos muestran cómo funciona una estación de carga
  • Glosario con términos técnicos explicados de forma sencilla

¿Qué estándares de carga y tipos de conectores existen? Visión general de los estándares habituales y sus caras enchufables

A nivel internacional, se han establecido tres estándares de carga con sus geometrías específicas para los conectores de carga y las entradas, empezando por América del Norte, Europa y China. Además, el conector macho para la carga AC (modo 3, casos B y C) está diseñado de forma diferente al de la carga DC (modo 4). Con nuestra amplia cartera CHARX, cubrimos todos los casos de uso:

Estándares de carga habituales y sus caras enchufables

El estándar de tipo 1 para América del Norte no prevé ningún conector de carga en el lado de la infraestructura. En Europa, para este caso se utiliza un cable adaptador que en el lado del vehículo consta de un conector de carga de tipo 1 y en el lado de la infraestructura de un conector de carga de tipo 2.

¿Qué estándar de carga se aplica en cada lugar? La distribución actual en el mapa mundi

Mapa de imágenes interactivo: Distribución de los estándares de carga de tipo 1 (azul), tipo 2 (verde) y GB/T (gris oscuro) en el mapa mundi
Tipo 1
Introducido en Estados Unidos, el estándar de tipo 1 se ha impuesto en los países de color azul. Se basa en las normas SAE J1772 e IEC 62196. La carga AC y DC se realiza a través de una sola entrada CCS de tipo 1 en el vehículo.
Tipo 1
Tipo 2
Desde Europa, el estándar de tipo 2 se ha extendido a los países de color verde. Se basa en la norma IEC 62196. La carga AC y DC se realiza a través de una sola entrada CCS de tipo 2 en el vehículo.
Tipo 2
GB/T
El estándar de carga GB/T se aplica exclusivamente para China y se basa en la norma GB/T 20234. Todavía no se ha establecido un estándar CCS para el mercado chino. Por lo tanto, se necesitan entradas de vehículo separadas para la carga AC y DC.
GB/T
Indefinido
En los países de color gris claro, todavía no se ha declarado ningún estándar de carga oficial, o no tenemos información al respecto.
Indefinido
Tipo 1 y tipo 2
En los países sombreados en azul y verde, el tipo 1 y el tipo 2 se utilizan actualmente en paralelo. Suponemos que una de las dos normas prevalecerá en el futuro.
Tipo 1 y tipo 2

Carga AC y DC: ¿cuál es la diferencia? ¿Y qué se recomienda en cada situación?

Carga AC
La corriente alterna (AC, Alternating Current) procedente de la red eléctrica fluye primero hacia el vehículo a través de la estación de carga y el cable de carga, de forma controlada, pero sin conversión. Solo un convertidor AC/DC instalado en el vehículo, el llamado cargador de a bordo, la convierte en corriente continua (DC, Direct Current), que puede utilizarse para cargar la batería. Dado que las estaciones de carga AC no requieren una electrónica de conversión, suelen ser más baratas que los postes de carga DC y más atractivas para aplicaciones privadas. Dependiendo de la estación de carga, el cable de carga y el cargador de a bordo, se pueden alcanzar potencias de carga de hasta 22 kW. Debido a estas potencias comparativamente bajas, la carga AC cuida más la batería y siempre se recomienda cuando el vehículo está aparcado durante más de 30 minutos, por ejemplo, durante la noche en una cochera, garaje o hotel, y durante el día en restaurantes y supermercados.

Carga DC
En este caso, los contactos de potencia y las secciones del cable del conector de carga son más grandes que en la carga AC. Se pueden transmitir potencias de carga considerablemente superiores, de hasta 500 kW (High Power Charging, HPC), lo que reduce considerablemente el tiempo de carga. Por eso también se habla de carga rápida o ultrarrápida. A diferencia de la carga AC, la conversión AC/DC ya se realiza en la estación de carga, donde se instala la electrónica de potencia correspondiente. La carga DC es más compleja y costosa, entre otras razones, por lo que se utiliza predominantemente con fines comerciales. Se recomienda para viajes largos con pausas cortas para recargar la autonomía en pocos minutos, por ejemplo, en las estaciones de servicio de las autopistas.

¿Qué modos de carga están disponibles para la carga AC y DC? El proceso de carga puede realizarse de diferentes maneras

Modo de carga 1
Modo de carga 2
 Modo de carga 3, caso A
Modo de carga 3, caso B
 Modo de carga 3, caso C
Modo de carga 4
Modo de carga 1

El vehículo se carga en una toma de corriente doméstica con corriente alterna. En la red monofásica puede haber tensiones de hasta 250 V y en la red trifásica de hasta 480 V. La corriente de carga máxima es de 16 A. No se produce ninguna comunicación entre el vehículo y el punto de recarga. La protección por fusible mediante un interruptor diferencial es un requisito obligatorio. Puesto que esto no siempre está garantizado en instalaciones más antiguas, Phoenix Contact desaconseja este modo de carga.

Modo de carga 2

Como el modo 1, pero la corriente de carga máxima es de 32 A y el cable de carga está equipado con el llamado In-Cable Control and Protection Device (IC-CPD). Este equipo incluye un dispositivo de protección de corriente de fuga, se comunica con el vehículo y de este modo controla el proceso de carga.

 Modo de carga 3, caso A

En el modo 3, el vehículo se carga en una estación de carga o cargador de pared con corriente alterna, en el que ya está integrado el interruptor diferencial necesario. La estación de carga se encarga de la comunicación con el vehículo. El vehículo puede cargarse de forma monofásica con hasta 250 V o trifásica con hasta 480 V y una corriente de carga máxima de hasta 63 A. El modo 3 se divide en tres casos:

En el caso A, se utiliza un cable de carga conectado de forma fija en el vehículo. De este modo, posee solo en un extremo un dispositivo enchufable: el conector de carga para infraestructuras, que se enchufa en la entrada de la estación de carga. El caso A se describe en la normativa, pero apenas se utiliza en la práctica hoy en día.

Modo de carga 3, caso B

En el caso B, se requiere un cable de carga AC móvil, que por ejemplo se lleva en el maletero. Tiene un dispositivo enchufable en ambos extremos: un extremo, el conector de carga, se inserta en la entrada de vehículo. El otro extremo, el conector de carga para infraestructuras, se conecta a la entrada de la estación de carga. El caso B se utiliza principalmente en las estaciones de carga públicas.

 Modo de carga 3, caso C

El caso C se comporta a la inversa que el caso de carga A, ya que en este caso el cable de carga está conectado de forma fija en el poste de carga. En el otro extremo posee un dispositivo enchufable: el conector de carga, que se enchufa en la entrada de vehículo. El caso C se utiliza muy a menudo en el sector privado.

Modo de carga 4

Este modo es el único que describe la carga DC en las estaciones de carga rápida. Debido a las altas corrientes de carga de hasta 500 A, se aplican mayores requisitos de seguridad. Por tanto, aquí el cable de carga se conecta siempre al poste de carga de manera fija. La conexión enchufable solo está prevista en el lado del vehículo, en forma de conector de carga, que se inserta en la entrada de vehículo. Por tanto, no se produce una subdivisión del modo 4 en tres casos (como en el modo 3). También es necesario controlar la temperatura de los contactos de potencia del conector de carga y otras funciones de protección en la estación de carga, como la monitorización del aislamiento.

¿Qué es el Combined Charging System, abreviado CCS? Una interfaz de carga universal para la carga AC y DC

Junto con los principales fabricantes de automóviles, hemos desarrollado el Combined Charging System (CCS). La característica especial es la entrada CCS en el vehículo, en la que encajan tanto los conectores de carga AC como DC. Así, el vehículo eléctrico solo necesita una interfaz de carga para la carga AC y DC.

Los estándares de carga de tipo 1 y tipo 2 siguen el principio CCS en la estructura de sus caras enchufables. La Comisión Europea declaró el CCS de tipo 2 como estándar oficial de carga para toda Europa en 2013. Mientras tanto, nuestro objetivo de establecer el CCS como estándar mundial de carga rápida se ha hecho realidad en gran parte del mundo. Y cada vez son más los países que adoptan el CCS.

Cómo funciona el Combined Charging System (CCS)

¿Cuáles son las ventajas de CCS en la práctica?

  • Carga AC y DC flexible a través de una sola entrada de vehículo
  • Los fabricantes de vehículos ahorran componentes, espacio y costes
  • Máxima seguridad gracias al bloqueo del actuador y a la monitorización de la temperatura
  • Gran aceptación y difusión en gran parte del mundo
Bloqueo del actuador en la entrada CCS

Bloqueo del conector de carga Para una máxima seguridad durante el proceso de carga

Todas las entradas CCS vienen equipadas por norma con un actuador de bloqueo electromagnético. Este bloquea el conector de carga durante el proceso de carga lateral y/o directamente en el gancho de sujeción de la cara enchufable.

El espárrago del actuador se ha concebido de tal modo que puede soportar altas fuerzas de extracción. De este modo, se evita de forma segura la extracción del conector de carga durante el proceso de carga.

Sensores de temperatura PT1000 en los contactos de potencia

Control de la temperatura preciso Protección segura contra sobrecalentamiento

Para que un proceso de carga sea seguro debe incluir también la monitorización de la temperatura en el sistema de carga CCS. De conformidad con la norma IEC 62196, el calentamiento no puede superar los 105 °C. Por ello, los sensores de resistencia dependientes de la temperatura, por ejemplo Pt 1000, garantizan una medición rápida y precisa de la temperatura en los contactos de potencia DC.

Los valores de temperatura se comunican al sistema de control de carga a través de las correspondientes salidas de señal. Si se produce un sobrecalentamiento, por ejemplo, debido a las altas temperaturas exteriores o a la sobrecarga, el sistema de control de carga puede cancelar el proceso de carga o reducir la potencia de carga.

¿Cómo funciona una estación de carga? ¿Cómo funciona el proceso de carga? ¿Qué debo tener en cuenta en la ingeniería?

Las estaciones de carga y los cargadores de pared de hoy en día deben cumplir en ocasiones altos requisitos en términos de disponibilidad, seguridad y comodidad. No es infrecuente toparse con una estructura compleja formada por numerosos componentes. Nuestros vídeos explican claramente la estructura y la interacción de cada uno de los componentes y muestran cómo cumplir todos los requisitos de una infraestructura de recarga moderna y en red.

¿Cómo llega la corriente de carga al vehículo eléctrico?
¿Cómo llega la corriente de carga al vehículo eléctrico? MovingImage

¿Cómo llega la corriente de carga al vehículo eléctrico? Unidad funcional Carga

  • Electrónica de potencia
  • Contactor de alimentación
  • Fusible
  • Unidad de refrigeración
  • Cable de carga
  • Toma de infraestructuras
  • Entrada de vehículo
¿Cómo se controla y monitoriza el proceso de carga?
¿Cómo se controla y monitoriza el proceso de carga? MovingImage

¿Cómo se controla el proceso de carga? Unidad funcional Control y monitorización

  • Sistema de control de carga
  • Medición de energía
  • Medición de la corriente residual
  • Monitorización del aislamiento
  • Medición de temperatura
¿Cómo se comunican las estaciones de carga con los usuarios, etc.?
¿Cómo se comunican las estaciones de carga con los usuarios, etc.? MovingImage

¿Cómo se comunican las estaciones de carga? Unidad funcional Conexión en red y comunicación

  • Autorización de usuarios a través de RFID
  • Indicación de estado LED
  • Manejo táctil
  • Conexión inalámbrica por radiotelefonía móvil
  • Conexión por cable a través de Ethernet
  • Protección contra sobretensiones Ethernet
¿Cómo se evitan los costosos fallos en las estaciones de carga?
¿Cómo se evitan los costosos fallos en las estaciones de carga? MovingImage

¿Cómo se evitan los fallos costosos? Unidad funcional Suministro y protección

  • Fuente de alimentación
  • Protección contra sobretensiones
  • Protección de equipos
  • Medición de cargas
  • Monitorización de energía
¿Cómo se conectan e instalan las estaciones de carga?
¿Cómo se conectan e instalan las estaciones de carga? MovingImage

¿Cómo se realiza el cableado y la instalación? Unidad funcional Conexión

  • Entrada de cables
  • Conexión de potencia para la alimentación
  • Maniobra y distribución de potencial
  • Conexión de datos
  • Toma de corriente y conexión USB para el mantenimiento

Glosario Términos técnicos y abreviaturas explicados de forma sencilla

Cada ámbito de negocio desarrolla su propio idioma y terminología, aunque sea solo para asignar un nombre a las tecnologías de nueva creación. Aquí encontrará explicaciones sobre los términos y las abreviaturas utilizados con más frecuencia en el ámbito de la electromovilidad:

Vehículos

  • EV: Electric Vehicle: término colectivo para todos los vehículos de accionamiento total o parcialmente eléctrico.
  • BEV: Battery Electric Vehicle: vehículo de accionamiento puramente eléctrico cuya energía motriz se almacena en forma química en baterías.
  • HEV: Hybrid Electric Vehicle: vehículo que tiene tanto un motor de combustión interna como un accionamiento eléctrico por batería.
  • PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle: como el HEV, pero la batería también puede cargarse externamente a través de un conector de carga (plug-in).

Conectores y tomas de carga

  • Inlet: entrada en el vehículo eléctrico en la que se enchufa el conector de carga. También llamada entrada de vehículo.
  • Connector: conector de carga que se conecta a la entrada del vehículo eléctrico. También denominado conector de carga para vehículos.
  • Plug: conector de carga que se conecta a la entrada de la estación de carga. También denominado conector de carga para infraestructuras.
  • Socket Outlet: entrada en la estación de carga a la que se conecta un vehículo mediante un cable de carga AC móvil y se carga según el modo de carga 3, caso B. También llamada toma de infraestructura.

Tipos y estándares de carga

  • Carga AC: carga con corriente alterna monofásica o trifásica (modo de carga 1, 2 o 3).
  • Carga DC: carga con corriente continua (modo de carga 4).
  • CCS: Combined Charging System: sistema enchufable de carga para el tipo 1 y el tipo 2, que permite tanto la carga AC como la DC con una sola entrada de vehículo.
  • Combo: denominación obsoleta para CCS.
  • Tipo 1: geometría del conector de carga para América del Norte y otras regiones, descrita en las normas SAE J1772 e IEC 62196-3.
  • Tipo 2: geometría del conector de carga para Europa y otras regiones, descrita en la norma IEC 62196-3.
  • GB/T: normas nacionales chinas. La norma GB/T 20234 describe la geometría del conector de carga para China.
  • HPC: High Power Charging, también carga ultrarrápida: carga DC con potencias a partir de 150 kW. En la actualidad, es posible la refrigeración por líquido con CCS de tipo 1 y CCS de tipo 2 hasta 500 kW.
  • MCS: Megawatt Charging System: estándar de carga en desarrollo para la carga DC de utilitarios con potencias de 1 a 4,5 MW.
  • V2G: Vehicle-to-Grid, forma de carga bidireccional: el vehículo no solo puede cargarse de la red eléctrica, sino que también puede devolver la energía a la red si es necesario.
  • V2H: Vehicle-to-Home: como el V2G, pero el vehículo sirve de batería para el hogar. La energía que emite no se devuelve a la red, sino que se utiliza para maximizar la autarquía (autosuficiencia) de la vivienda.

Infraestructura de recarga

  • Punto de recarga: posibilidad de conectar y cargar un vehículo. Una estación de carga tiene uno o más puntos de recarga.
  • Sistema de carga: interacción de todos los componentes técnicos de una estación de carga (electromecánica, electrónica, software) necesarios para cargar un vehículo.
  • Wallbox: sistema de carga montado en la pared con diseño y carcasa específicos del fabricante. También llamado cargador de pared. Principalmente para la carga AC privada en el hogar con hasta 11 o 22 kW, por ejemplo en el garaje o la cochera. Cada vez más, también para la carga DC privada junto con una instalación fotovoltaica.
  • Estación de carga/poste de carga: sistema de carga autónomo con diseño y carcasa específicos del fabricante. Principalmente para la carga AC y/o DC pública o semipública, incluido el sistema de facturación, por ejemplo en aparcamientos, hoteles o supermercados.
  • EVSE: Electric Vehicle Supply Equipment: véase el cargador de pared y la estación de carga.
  • Parque de carga: red de varias estaciones de carga públicas o semipúblicas, por ejemplo, en estaciones de servicio de autopistas, en parkings o en aparcamientos de varias plantas.
  • CPO: Charging Point Operator: la empresa o entidad legal que opera puntos de recarga individuales o parques de carga y cobra a los usuarios de vehículos por la energía cargada.

Comunicación y control

  • CP: Control Pilot: contacto de aviso o línea de señal en el cable de carga de tipo 1, tipo 2 y GB/T. Se utiliza para transmitir información de control entre la estación de carga y el vehículo.
  • PP: Proximity Pilot: contacto de aviso o línea de señal en el cable de carga de tipo 2. Indica al vehículo que se produce una carga con una determinada corriente de carga, de manera que se activa el inmovilizador.
  • CC: Connection Confirmation: contacto de aviso o línea de señal en el cable de carga GB/T. Indica al vehículo que se produce una carga con una determinada corriente de carga, de manera que se activa el inmovilizador.
  • CS: Connection Switch: contacto de aviso o línea de señal en el cable de carga de tipo 1. Avisa a la estación de carga cuando se acciona la palanca de bloqueo del conector de carga, para que interrumpa la corriente de carga.
  • IC-CPD: In-Cable-Control-and-Protection-Device: dispositivo de control y protección integrado en el cable de carga. Permite la carga AC monofásica según el modo de carga 2 en tomas de corriente domésticas con potencias de hasta 3,6 kW.
  • Backend: permite al CPO operar sus puntos de recarga en el lado del software. Incluye la gestión de los usuarios, el procesamiento de los pagos (normalmente a través de un proveedor de servicios externo o de itinerancia) y la monitorización técnica de los puntos de recarga a través de una nube.
  • OCPP: Open Charge Point Protocol: sirve para la comunicación entre la estación de carga y un sistema backend.