Autor: Florent Balboni, Gerente Global de Producto de Carga y Medida de Vehículos Eléctricos en LEM
Florent Balboni, Gerente Global de Producto de Carga y Medida de Vehículos Eléctricos en LEM, analiza los retos asociados con la carga de camiones eléctricos y la necesidad de medir la energía con precisión.
El transporte por carretera es uno de los ejes vertebradores de nuestras economías. Los camiones llevan alimentos, suministros, materiales y otras muchas mercancías hasta cualquier punto imaginable. Aunque los camiones medianos y pesados representan solo el 4% de la flota mundial de vehículos, son responsables del 40% de las emisiones de CO2 del transporte por carretera. Esta situación convierte a los camiones en una de las principales fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero que deben ser abordadas para lograr la descarbonización.
En Europa, los objetivos de reducción de emisiones de CO2 establecidos para los camiones son del 45% para 2030 y del 90% para 2040, lo que representa un gran desafío para el sector. Entre las diversas tecnologías evaluadas para afrontar este reto, como el hidrógeno y el gas licuado, la electrificación se perfila como la opción más prometedora, ya que puede aprovechar rápidamente las tecnologías y avances ya desarrollados para los automóviles.Como resultado de ello, los principales fabricantes de camiones están evolucionando gradualmente hacia los camiones eléctricos y ello exige contar con una infraestructura de carga de adecuada, sobre todo para desplazamientos a largas distancias.
A partir de 2024 se han convocado licitaciones por toda Europa para asegurar que la infraestructura de carga pueda dar soporte al despliegue de los camiones eléctricos en las carreteras, siguiendo la estrategia de implantación iniciada por el Reglamento sobre la Infraestructura para Combustibles Alternativos. Este reglamento facilita la transición de las empresas de transporte y logística hacia los camiones eléctricos, entre las cuales destaca Amazon ya que a principios de este año equipará su flota europea con más de 200 camiones eléctricos para larga distancia, un paso que ya había dado previamente en Norteamérica con camiones eléctricos para la entrega de último kilómetro. Es previsible que estos anuncios se vean ampliados a mayor escala en un futuro cercano.
El éxito de la estrategia de electrificación para los vehículos pesados dependerá de varios factores, como el coste total de propiedad de los camiones eléctricos, el despliegue de una amplia infraestructura de carga de alta potencia a lo largo de las rutas, unos costes de carga ajustados y la evolución del peso permitido para las grandes baterías instaladas en los camiones eléctricos. Este último aspecto está siendo propuesto por la Comisión Europa a través de una revisión de la Directiva sobre Pesos y Dimensiones para elevar los límites del peso permitido de 2 a 4 toneladas respecto a los camiones diésel. Es primordial que durante esta complicada fase de transición exista una sólida y continua colaboración entre la industria, los organismos de normalización y los legisladores.
El aumento en la demanda y el desarrollo de camiones eléctricos requieren una infraestructura de carga adecuada y adaptada a diferentes casos de uso. Dado que el tamaño de la batería de los camiones eléctricos es considerablemente mayor (por ejemplo, un Mercedes eActros cuenta con una batería de 600 kWh, aproximadamente diez veces la capacidad de los coches eléctricos), estos camiones demandan principalmente carga de corriente continua (CC) debido a su capacidad y velocidad, con el objetivo de reducir los tiempos de carga (Figura 1). En comparación, los coches eléctricos utilizan ambos tipos de carga: corriente alterna (CA) y corriente continua (CC).
Figura 1: Tiempo medio de carga para CA y CC.
El tiempo de carga depende del caso de uso, ya que el tiempo gastado en el almacén o en el punto de destino es más largo que el tiempo de desplazamiento (Figura 2). En almacenes con puntos de carga nocturna, los camiones pueden tardar entre seis y ocho horas en cargarse, teniendo en cuenta que una potencia de carga de 200-400kW es suficiente. Para ello son válidos los conocidos Sistemas de Carga Combinados (Combined Charging Systems, CCS) utilizados por coches eléctricos. Varios sistemas de carga CCS pueden compartir la potencia, lo que resulta fundamental para equilibrar y gestionar la carga de la flota de camiones eléctricos, así como para optimizar los costos totales del sistema de carga.
Figura 2: Un trayecto típico a larga distancia de un camión eléctrico.
Sin embargo, la situación es más complicada para los puntos de carga en ruta. La UE obliga a los conductores de camiones a detenerse cada 4,5 horas durante al menos 45 minutos, un tiempo que sirve para recargar los camiones eléctricos. La carga rápida de las grandes baterías de los camiones eléctricos de larga distancia requiere una potencia muy elevada. Se necesitan Sistemas de Carga de Megavatios (Megawatt Charging Systems, MCS) cuya potencia es superior a 1MW, pero esto genera más complicaciones a las tecnologías de carga y a la red eléctrica, como el estrés térmico en las tecnologías de carga y picos de demanda eléctrica para las redes eléctricas.
Una instalación de carga para un camión eléctrico suele ofrecer entre 2MW y 8MW mediante varios puntos de carga de tipo CCS y MCS (Figura 3). Al igual que en la carga en almacenes, las instalaciones de carga en ruta comparten la potencia. El reparto dinámico de la potencia en los puntos de carga permite ajustar la potencia suministrada a cada vehículo en función del número de vehículos en una instalación de carga determinada y con el servicio requerido. Esto equilibrará el número total de puntos de carga disponibles y la potencia de carga disponible para gestionar ´su inversión en la instalación. Por ejemplo, una instalación de carga puede ofrecer varios puntos de carga MCS y CCS, pero la potencia total solo está disponible en los puntos de carga si se ha conectado un determinado número de camiones eléctricos.
Figura 3: Una instalación de carga para camiones eléctricos generalmente requiere varios puntos de carga de tipo CCS y MCS.
Papel de las soluciones de medida de energía en la carga de camiones eléctricos
En todas las sesiones de carga de energía (en kWh), los usuarios deben confiar en que la energía utilizada para los camiones eléctricos es medida y facturada con exactitud. La medida de la energía ofrece honestidad y transparencia a usuarios finales y terceros, como propietarios de camiones eléctricos y operadores de la infraestructura de carga. Con los camiones eléctricos, cuyo coste total de propiedad es especialmente sensible, la facturación de kWh a partir de una medida exacta desempeña un papel primordial para apoyar la transición hacia la electrificación.
Los contadores de energía CC en cargadores rápidos mide con exactitud la energía consumida, en conformidad con las leyes y los reglamentos. Estos sistemas suelen compensar las pérdidas de energía, como las generadas por los cables de carga; el punto de medida suele estar ubicado junto a la toma de carga del camión eléctrico para mayor seguridad.
La metrología legal para medir la energía es fundamental en este contexto, ya que garantiza la precisión en el rendimiento y protege a los usuarios finales de posibles discrepancias en la facturación de la energía. Europa cuenta con reglamentos establecidos desde hace muchos años, como el Eichrecht en Alemania, el n° 22.00.570.001.1 en Francia y la Directiva Europea de Armonización de Instrumentos de Medida (2014/32/EU). Por su parte, Norteamérica no se queda atrás, ya que dispone de reglamentos como el CTEP/NTEP (California/National Type Evaluation Program).
Aprovechar el conocimiento y la experiencia de LEM
LEM, que cuenta con más de 50 años de experiencia en medidas eléctricas, es bien conocida en el segmento de la carga de vehículos eléctricos (VE) y la medida de energía. Cuando la carga de VE aún daba sus primeros pasos, LEM analizó e identificó las necesidades de las aplicaciones emergentes, lo cual le permitió convertirse en un referente de confianza, así como en la primera empresa en desarrollar un contador para facturación de CC adaptado a estaciones de carga rápida que cumplían todos los reglamentos en Europa y Norteamérica. LEM también ha forjado alianzas con otros actores en el ámbito de las pruebas y la certificación para facilitar el despliegue de la infraestructura de carga de manera homogénea en diversas regiones.
LEM, que ha trabajado estrechamente con las autoridades regulatorias y los fabricantes de cargadores rápidos para VE, ha desempeñado un papel protagonista en el desarrollo de la medida de energía CC. Ha sido pionera a la hora de obtener y promover certificaciones como MID 2014/32/EU para carga de CC y lograr la certificación según las leyes de calibración en los mercados francés y alemán. Además, su catálogo responde exactamente a las necesidades del mercado norteamericano al proporcionar soluciones de alto rendimiento que cumplen los requisitos de certificación CTEP/NTEP para todos los cargadores rápidos de CC para VE.
La gama de contadores DCBM (Direct Current Billing Meters) de LEM, diseñados para simplificar el proceso de integración en cargadores rápidos de VE complejos y modulares, ofrecen soluciones para sistemas de carga rápida de CC y de carga en destino de CC. Entre ellos se encuentran los modelos DCBM 400/600 y DCBM 100 de LEM, que integran medida y monitorización exactas. Los datos en tiempo real, sobre energía y de tipo legal se muestran a los usuarios finales y se comunican a los controladores del cargador del VE a través de un conjunto claro y completo de interfaces de comunicación. Los DCBM, destinados prácticamente a cualquier estación de carga rápida de CC que suministre hasta 600A y 1000V CC, garantizan unas comunicaciones seguras, facturación exacta, conectividad a sistemas backend y un proceso más rápido de certificación que cumpla las normas de metrología.
Además de Eichrecht, la Directiva 2014/32/EU MID y el reglamento n° 22.00.570.001.1 en Francia, los DCBM de LEM cumplen con las especificaciones de las normas EN 50470-1:2006, EN 50470-3:2006, PTB-A 50.7, PTB-A 20.1, CISPR32 para emisiones de Clase B, IEC 61000-6-2:2016, IEC 61000-6-3:2016, UL 61010-1, CAN/CSA-C22.2 No. 61010-1 y UL94-V0. Como resultado, los DCBM están certificados para su uso en toda Europa y Norteamérica. Además, los DCBM de LEM ya se han instalado de manera generalizada en Europa, donde desempeñan un papel fundamental en la carga de corriente continua.
El camino a seguir para los camiones eléctricos
Como se ha señalado, la infraestructura de carga de camiones eléctricos presenta unos requisitos únicos, que abarcan la carga en el almacén y en ruta con varios sistemas de carga CCS y MCS que comparten la potencia para cubrir las necesidades de cada caso de uso de manera eficiente, segura y económica. En este sentido resulta fundamental que sus medidas sean las mejores en su segmento ya que están vinculadas directamente al ahorro de coste para el sector de los camiones eléctricos; cualquier desviación en la exactitud de la medida bajo las exigentes condiciones de la carga de alta potencia da como resultado una desviación en el coste de la energía facturada.
LEM está ampliando su catálogo continuamente para apoyar el desarrollo de la infraestructura de carga de camiones eléctricos. Por ejemplo, las soluciones para medida de CC se seguirán adaptando a las necesidades concretas de la carga en el almacén, como cables de comunicación diseñados para carga superior. Esto permite instalar los sensores de medida en sistemas elevados, si bien la pantalla sigue están a disposición del usuario. Esta solución es adecuada tanto para instalaciones nuevas como reacondicionadas.
LEM está desarrollando una nueva generación de productos modulares con una corriente nominal de hasta 1500 A y un amplio rango de temperatura de funcionamiento (-40°C a +85°C), lo que los hace especialmente adecuados para aplicaciones MCS. Esto garantiza que los sistemas de carga que ofrezcan puntos de carga CCS y MCS puedan beneficiarse de sistemas fiables y de alta calidad para la medición de energía, lo cual es esencial para esta exigente aplicación en cualquier condición de funcionamiento.
El nuevo catálogo de productos ofrecerá unos servicios completos de medida y monitorización de energía, como datos firmados y autentificados, datos en tiempo real como medida de temperatura, y mantenimiento mediante actualizaciones de software. El nuevo catálogo de LEM proporcionará a las instalaciones de carga de camiones eléctricos soluciones fiables y robustas para medir y monitorizar la energía, garantizando que los usuarios finales y los operadores de puntos de carga tengan sus pagos por la energía debidamente protegidos.
El principio del camino
La descarbonización del transporte a larga distancia y la transición de los camiones eléctricos acaban de empezar, pero la exactitud de las medidas y la robustez de las soluciones instaladas son vitales desde el principio. Esto garantizará el despliegue exitoso de una infraestructura fiable de carga rápida de CC para vehículos pesados y camiones eléctricos de manera que el transporte a larga distancia reduzca sus emisiones. Medir la energía es fundamental para garantizar un control fiable de los costes de carga. La utilización de soluciones robustas, probadas y certificadas es imprescindible para que los operadores amplíen la infraestructura y establezcan bases sólidas para el futuro.
