Con la creciente popularidad de los vehículos de nueva energía, Estaciones de carga de vehículos eléctricos (EV), como una instalación complementaria importante, han entrado gradualmente en la vida diaria de las personas. Las estaciones de carga no solo brindan servicios de carga convenientes para vehículos eléctricos, sino que también, en cierta medida, fomentan el desarrollo de vehículos de nueva energía. Entonces, ¿cómo funciona exactamente una estación de carga? ¿Qué tipos y características tiene? Este artículo le dará una explicación detallada de los principios y conocimientos relacionados de las estaciones de carga de vehículos eléctricos.
La composición del sistema de una estación de carga de vehículos eléctricos es relativamente compleja, principalmente incluye las siguientes partes.
La sección de distribución de energía de entrada es el enlace clave que conecta la estación de carga a la red eléctrica. Incluye principalmente disyuntores protectores, dispositivos de protección contra sobretensiones y un medidor de potencia de entrada. La función de los disyuntores y los dispositivos de protección contra sobretensiones es principalmente garantizar el funcionamiento seguro de la estación de carga. Cuando la red eléctrica experimenta un pico de voltaje o un rayo, el dispositivo de protección contra sobretensiones puede descargar el voltaje excesivo al suelo, evitando daños en los componentes electrónicos internos de la estación de carga. El disyuntor protector puede cortar rápidamente la fuente de alimentación cuando el circuito experimenta un cortocircuito u otras condiciones anormales, evitando accidentes. El medidor de potencia de entrada se utiliza principalmente para medir el consumo de electricidad de la estación de carga para lograr una facturación precisa. Recopila datos de uso y los carga al sistema de gestión back-end para la contabilidad de costes y la liquidación de tarifas de usuario.
El circuito de control es el cerebro de la estación de carga, responsable de coordinar el funcionamiento de los componentes internos del hardware. A través del circuito de control, la estación de carga puede lograr un control preciso del proceso de carga, incluida la regulación de la corriente y el voltaje de carga, así como la monitorización del estado de carga. Basado en el estado real de la batería EV, como el voltaje y la temperatura de la batería, el circuito de control ajusta automáticamente la estrategia de carga para garantizar una carga segura y eficiente.
Esta es la plataforma principal para la interacción del usuario con la estación de carga. Por lo general, está equipado con con una pantalla LCD que muestra claramente los datos de carga, como el volumen de carga, el tiempo de carga y las tarifas. Los usuarios pueden operar esta interfaz para elegir modos de carga (carga manual, carga de deslizamiento de tarjeta, etc.), configurar el tiempo de carga, etc. Durante el proceso de carga, la interfaz también permite a los usuarios monitorear el estado de carga en tiempo real, incluido el progreso y el tiempo de carga restante.
El botón de parada de emergencia es uno de los dispositivos de protección de seguridad de la estación de carga. Cuando el equipo funciona mal o se produce una emergencia, el usuario puede presionar el botón de parada de emergencia para cortar rápidamente la alimentación de entrada de la estación de carga. Esta medida protege eficazmente el propio equipo, evita que la falla se intensifique y evita posibles daños al usuario o al entorno circundante.
La función del lector de tarjetas es similar a los dispositivos de deslizamiento de tarjetas bancarias que utilizamos a diario. Los usuarios pueden utilizar una tarjeta de carga dedicada para deslizar el dedo sobre el lector para completar la liquidación de pagos, así como iniciar y detener el control del dispositivo. A través del lector de tarjetas, la estación de carga puede identificar la información de la cuenta del usuario, lo que permite la gestión de la autorización de facturación y carga.
El conector de salida, generalmente conocido como la pistola de carga, es el componente clave que conecta la estación de carga al EV. La pistola de carga transmite la energía de CC generada por la estación de carga a la batería del EV. Durante la carga, la pistola se conecta firmemente al puerto de carga del EV para garantizar una transferencia de energía estable. Para garantizar seguridad y confiabilidad, las pistolas de carga generalmente están equipadas con con múltiples dispositivos de protección, como sensores de temperatura y unidades de detección de aislamiento.
La luz indicadora de carga muestra el estado actual de la estación de carga. Generalmente, tiene tres estados: espera, falla y carga. Cuando la estación está en modo de espera, la luz es verde; si ocurre una falla, la luz se vuelve roja para recordarle al usuario que verifique; durante la carga, la luz parpadea o se vuelve amarilla, lo que permite al usuario comprender visualmente el estado de funcionamiento de la estación.
El principio de funcionamiento de una estación de carga se basa principalmente en la transmisión y conversión de energía eléctrica para cargar la batería EV. El principio básico es: después de que la batería se descarga, se aplica corriente continua en la dirección opuesta a la corriente de descarga para restaurar su capacidad. Durante la carga, el electrodo positivo de la batería se conecta al terminal positivo de la fuente de alimentación y el electrodo negativo de la batería se conecta al terminal negativo de la fuente de alimentación. El voltaje de carga debe ser superior a la fuerza electromotriz total de la batería.
Actualmente, hay dos métodos principales de carga: carga de corriente constante y carga de voltaje constante.
La carga de corriente constante es un método para cargar la batería a una corriente fija controlada. El método de control es relativamente simple: ajustando el voltaje de salida del dispositivo de carga o cambiando la resistencia en serie con de la batería, la corriente de carga se mantiene constante. Sin embargo, dado que la capacidad de la batería para aceptar la corriente disminuye a medida que avanza la carga, gran parte de la corriente en las etapas posteriores se utiliza para electrolizar el agua, produciendo un exceso de gas. Por lo tanto, la carga de corriente constante generalmente se combina con carga por etapas para mejorar la eficiencia y la seguridad.
La carga de voltaje constante carga la batería a un voltaje fijo controlado. Durante todo el proceso, el voltaje de carga permanece constante, mientras que la corriente de carga disminuye gradualmente a medida que aumenta el voltaje del terminal de la batería. En comparación con con la carga de corriente constante, la carga de voltaje constante se acerca más a la curva de carga óptima, haciéndola más eficiente. En la etapa inicial, la corriente de carga es alta porque el voltaje de la batería es bajo, pero a medida que continúa la carga, la corriente disminuye gradualmente, requiriendo solo un sistema de control simple.
En la actualidad, las estaciones de carga más comunes en el mercado son de dos tipos: estaciones de carga de CC y estaciones de carga de CA, que difieren en métodos de carga, velocidad y escenarios de instalación.
Las estaciones de carga de CC son dispositivos de carga fijos instalados en lugares públicos fuera de los vehículos eléctricos, como comunidades residenciales, estacionamientos, distritos comerciales y áreas de servicio. Se conectan a la red eléctrica pública y proporcionan energía de CC a la batería de los vehículos eléctricos. Las estaciones de carga de CC cargan directamente la batería de los vehículos eléctricos, normalmente utilizando un suministro trifásico de cuatro cables o tres cables. Con amplio voltaje de salida ajustable y rangos de corriente, logran una carga rápida y a menudo se denominan cargadores rápidos.
Los cargadores de CC tienen una alta potencia de salida, comúnmente disponibles en 30kW, 60kW, 80kW, 120kW, 150kW, 180kW y otras especificaciones. Con velocidad de carga rápida, pueden recargar un EV en un período corto, lo que los hace muy prácticos para viajes de larga distancia o escenarios de carga urgentes.
Las estaciones de carga de CA también son instalaciones fijas en áreas públicas fuera de los vehículos eléctricos. Proporcionan alimentación de CA monofásica o trifásica controlable al cargador integrado del EV. A diferencia de las estaciones de carga de CC, los cargadores de CA no pueden cargar directamente la batería del EV. Solo proporcionan potencia de salida y la carga se completa a través del cargador integrado dentro del EV.
Dado que los cargadores a bordo generalmente tienen clasificaciones de potencia más pequeñas, la carga de CA es relativamente más lenta y generalmente se llama carga lenta. Las clasificaciones de potencia típicas son 3,5kW, 7kW y 15kW. Los cargadores de CA son adecuados para cargar durante la noche en casa o en oficinas, lo que los hace ideales para los viajes diarios y la conducción urbana.
Método de carga: los cargadores de CC pueden cargar directamente la batería sin depender del cargador integrado, mientras que los cargadores de CA requieren el cargador integrado para completar la carga.
Tiempo de carga: la carga de CC es más rápida, ya que solo tarda entre decenas de minutos y 2 y 3 horas en cargar completamente la batería, mientras que la carga de CA suele tardar unas 8 horas.
Después de entender los principios de funcionamiento y los tipos de estaciones de carga, veamos los principios básicos de la carga de vehículos eléctricos. La carga de vehículos eléctricos se basa en la transmisión y conversión de energía eléctrica, que incluye la carga de CC y la carga de CA.
La carga de CC conecta una fuente de alimentación de CC directamente a la batería del EV, entregando energía directamente para cargar. Se utiliza comúnmente en carga de alta potencia y larga distancia debido a su velocidad. Las estaciones de carga de CC convierten la alimentación de CA en CC mediante rectificadores o convertidores. Conectores especiales con equipados, se conectan al puerto de carga del EV. Durante la carga, el controlador envía comandos de carga para garantizar una ingesta de energía estable. Luego, la alimentación de CC se entrega directamente a la batería, donde el Sistema de Gestión de Batería (BMS) monitorea y administra el proceso.
La carga de CA conecta una fuente de alimentación de CA al VE. El cargador integrado convierte CA en CC antes de cargar la batería. La carga de CA se usa comúnmente en hogares y oficinas debido a su potencia relativamente baja. Las estaciones de carga de CA generalmente usan energía de CA para interiores o exteriores directamente sin conversión. con Enchufes domésticos equipados o conectores dedicados, se conectan al puerto de carga del VE. Dentro del vehículo, el cargador integrado (OBC) rectifica la CA en CC y la entrega a la batería, con el BMS maneja el proceso.
Al seleccionar una estación de carga, es importante considerar dos indicadores clave: potencia de carga y tiempo de carga.
La potencia de carga se refiere a la velocidad a la que el cargador entrega energía al EV, generalmente medida en kilovatios (kW). Cuanto mayor sea la potencia, más rápida será la velocidad de carga. Los niveles comunes incluyen carga lenta (baja potencia), carga rápida (potencia media) y carga ultrarrápida (alta potencia).
Carga lenta: normalmente para cargadores domésticos, alrededor de 3 - 7kW, adecuado para cargar durante la noche en casa u oficinas.
Carga rápida: normalmente de 20 a 50 kW, utilizada en zonas comerciales y centros comerciales. Más rápido que la carga lenta y útil para la carga a corto plazo.
Carga ultrarrápida: generalmente por encima de 100kW, alcanzando 350kW o más. Adecuado para viajes de larga distancia, lo que permite una carga rápida de baterías de gran capacidad.
El tiempo de carga depende de la capacidad de la batería, la potencia del cargador y el estado de carga de la batería (SOC). La fórmula de cálculo es:
Tiempo de carga (horas) = Capacidad de la batería (kWh)
Por ejemplo, si un VE tiene una batería de 50kWh y usa un cargador rápido de 50kW, el tiempo de carga es de aproximadamente 1 hora. Sin embargo, el tiempo de carga puede variar según el SOC y las estrategias de carga. Generalmente, la carga es más rápida en las primeras etapas y se ralentiza cuando el SOC se acerca al máximo para proteger la vida útil de la batería.
Al elegir una estación de carga, tenga en cuenta los siguientes factores para asegurarse de que satisfaga sus necesidades.
Para la carga en el hogar o la oficina, un cargador de CA es apropiado, con menor costo de instalación y carga silenciosa y de larga duración. Para viajes frecuentes o recargas rápidas, los cargadores de CC son más adecuados gracias a su velocidad.
La potencia del cargador afecta directamente al tiempo de carga. Una mayor potencia reduce el tiempo pero aumenta los costes de instalación y funcionamiento. Para los hogares, los cargadores de CA de 3,5 a 7 kW son generalmente suficientes. Para cargas rápidas frecuentes, se recomiendan de 20 a 50 kW. Para cargas urgentes o de larga distancia, los cargadores ultrarrápidos (100kW +) son los mejores, aunque menos comunes y requieren una mayor compatibilidad de batería y puerto.
La seguridad es crítica. Asegúrese de que los cargadores tengan protecciones integrales como protección contra sobrecorriente, sobretensión, cortocircuito y sobretensión. Las carcasas deben ser impermeables y a prueba de polvo. La carga de pistolas y cables debe ser fuerte y confiable.
Las diferentes marcas y modelos de vehículos eléctricos pueden requerir interfaces o protocolos de comunicación específicos. Asegúrese de que el cargador coincida con su vehículo eléctrico. Es mejor consultar al fabricante de su vehículo o al proveedor de cargadores antes de la compra.
Como equipo electrónico, los cargadores pueden tener problemas durante su uso. Elegir un proveedor con un servicio postventa confiable garantiza una reparación y reemplazo oportunos. Verifique los términos de garantía, el tiempo de respuesta del servicio y la disponibilidad de piezas de repuesto.
En resumen, las estaciones de carga de vehículos eléctricos no solo son una infraestructura crucial que respalda el desarrollo de vehículos de nueva energía, sino que también son clave para garantizar la comodidad y seguridad de los propietarios de vehículos eléctricos. Al comprender la composición de su sistema, los principios de funcionamiento, los métodos de carga y los tipos, los usuarios pueden tomar decisiones informadas en función de sus necesidades y escenarios. Factores de equilibrio como la potencia de carga, el tiempo, la seguridad, la compatibilidad y el servicio posventa garantizan una carga eficiente, segura y económica, promoviendo aún más la adopción de vehículos eléctricos y la realización de una movilidad ecológica.
