Artículo escrito por el Departamento Técnico de AVNET Abacus
La revolución del vehículo eléctrico (VE) está aquí. Pero la ausencia de una infraestructura de carga amenaza con ralentizar nuestra transición hacia automóviles, autobuses y camiones con cero emisiones.
Según la Asociación Europea de Fabricantes de Automóviles (ACEA), las ventas de vehículos eléctricos aumentaron casi 17 veces entre 2016 y 2022, pero, en este periodo de tiempo, el número de cargadores públicos en la Unión Europea (UE) “sólo” creció seis veces1.
Esto implica que existe una necesidad urgente del despliegue de más estaciones de carga que, a su vez, tienen que ser fiables, eficientes y capaces de proporcionar la recarga rápida que exigen los consumidores. Para lograr esta transformación, los productos OFF-board de interconexión, pasivos y electromecánicos (IPE) se convierten en una parte esencial de la solución tecnológica.
¿Qué son los componentes OFF-board IPE?
Por componentes OFF-board IPE, entendemos aquellos que se fijan en una tarjeta de circuito impreso (PCB) sin ser soldados directamente a ella. Esta gama puede abarcar conectores de alimentación, conectores de datos, cables, mazos de cable y fundas termorretráctiles para cables.
Los conectores OFF-board IPE contribuyen a mejorar la flexibilidad de un sistema, ya que hacen que sea más fácil la incorporación de periféricos o módulos externos a un dispositivo. También hacen que sea más sencillo extraer un dispositivo en tareas de servicio o mantenimiento o sustituirlo por una versión actualizada.
En lugar de ser soldados a un PCB, los componentes OFF-board IPE se conectan empleando un cable que se une a un conector o bloque terminal. Otra opción habitual es el uso de un mazo de cables, que es un conjunto de cables preensamblados, unidos con fundas o cinta adhesiva para simplificar la instalación y la gestión de cables.
Los conectores OFF-board IPE se encuentran disponibles en una gran variedad de materiales, tamaños y formas para cumplir los requisitos particulares de una aplicación. A menudo, están diseñados específicamente para proporcionar fiabilidad y resistir entornos adversos: por ejemplo, al ser impermeables, resistentes al polvo y las vibraciones y capaces de rendir en un amplio rango de temperatura de -40 a +125 °C.
Requisitos de la carga de VE
A pesar de que los VE se pueden cargar en el hogar, desde un enchufe doméstico “normal”, resulta un proceso lento – y está especialmente indicado para la carga nocturna. En su lugar, muchos conductores desean beneficiarse de una recarga mucho más rápida y esto requiere el uso de estaciones de carga de CC de alta potencia, capaces de cargar un VE en menos de 30 minutos.
Además de superar de manera segura los requisitos eléctricos para controlar corrientes y tensiones tan grandes, también existe la necesidad de una gestión térmica eficaz para manejar el calor producido.
La fiabilidad es esencial, ya que los conductores esperan encontrar siempre un cargador que funcione. La infraestructura de carga de VE debe rendir “bien” en entornos adversos, particularmente con temperaturas elevadas en los climas más cálidos, así como en condiciones bajo cero en otros lugares. Como los cargadores suelen encontrarse en lugares relativamente remotos, el coste de enviar un equipo de mantenimiento para llevar a cabo una reparación es cuantioso – por lo que las operadoras quieren minimizar la aparición de cualquier tipo de problema.
La estandarización es fundamental a la hora de cumplir estos objetivos. En la actualidad, un estándar ampliamente adoptado para la recarga de vehículos es ISO 15118, que permite una comunicación bidireccional y eficaz entre los VE y la infraestructura de carga, optimizando así la eficiencia y respaldando la integración del vehículo en la red. ISO 15118 soporta carga de CA y CC, incluso carga de CC de alta potencia.
Conectores de alta tensión
Dado que los VE demandan más potencia para alcanzar una mayor autonomía, los conectores de alta tensión desempeñan un papel importante. Estos conectores garantizan una transferencia de energía segura y eficiente en lugares con restricciones de espacio y, por ende, posibilitan una recarga rápida y reducen los tiempos de espera en las estaciones de carga.
Las estaciones de carga de CC pueden suministrar tensiones de 300 a 750 VDC directamente a la batería de un vehículo (sin “pasar” por el cargador de a bordo) a un máximo de 400 A. Esto requiere una entrada de CA trifásica de la red eléctrica y normalmente no puede recibir alimentación desde un entorno doméstico.
Fabricantes, como Molex y TE, ofrecen conectores de alimentación que pueden gestionar corrientes altas en las tensiones involucradas en la carga de VE. Por ejemplo, los conectores ERNI PowerElements de TE están asignados a un máximo de 500 A, lo que significa que pueden controlar los 400 A necesarios para el modo de recarga de mayor potencia definido por el estándar IEC 61851².
De cara al futuro, cada vez más automóviles utilizarán baterías de 800 V, incrementando la velocidad de carga posible en comparación con los 400 V más comunes de hoy en día. El movimiento hacia los 800 V también permite el uso de corrientes más bajas y, por lo tanto, de cables más delgados y ligeros.
Conectividad de datos
No se trata sólo de suministrar energía a un vehículo – con el auge de las estaciones de carga inteligentes, los conectores de datos se están volviendo cada vez más importantes. Permiten funciones de monitorización en tiempo real, diagnóstico y gestión remota, por lo que las operadoras pueden resolver cualquier problema rápidamente y ofrecer a los usuarios la mejor experiencia posible de carga.
La transferencia de datos debe ser segura y fiable y, en consecuencia, un vehículo puede identificarse en la estación de recarga y comenzar automáticamente el proceso de recarga.
Un buen número de tecnologías de conectividad está en uso en las estaciones de carga, incluyendo estándares industriales como MODBUS, MBUS y RS485, así como la comunicación a través de la línea eléctrica (PLC) con los cables de alimentación. La comunicación inalámbrica, como 4G y wifi, es otra opción.
Los conectores de bloqueo aseguran una conexión fiable para las señales de datos. Por ejemplo, los conectores Molex Easy-On FFC/FPC poseen una distribución de contacto dual que garantiza una unión segura, mientras que el mecanismo de cierre con la uña dota de una retención de cable muy buena.
Gestión del calor
La recarga de un VE puede generar un calor apreciable. Cuanto más rápido se carga un automóvil, se necesita más regulación del calor, ya que las corrientes elevadas producen una cantidad sustancial de calor debido a la resistencia interna del cable y la toma.
Esto hace que productos como los tubos termorretráctiles sean esenciales. Dotan de aislamiento, protegen cables y garantizan la seguridad durante el proceso de carga. También se requiere un diseño mecánico cuidadoso y es probable que resulte necesaria una refrigeración por aire forzado en los climas más cálidos.
Las actuales estaciones de carga de alta velocidad están proporcionando una potencia de hasta 350 kW y la entrega de energía de más de un megavatio no está muy lejos – aunque posiblemente sea más probable que se utilice para camiones que para coches. Con este tipo de potencia, la disipación de calor puede ser el mayor problema y ya se están empleando soluciones como cables con refrigeración líquida para lograr una gestión térmica eficaz. El uso de la refrigeración con líquidos implica que los cables pueden ser más ligeros y delgados, disminuyendo su peso alrededor del 40 por ciento en comparación con los cables “no refrigerados”.
La disipación de calor también se puede reducir al aumentar la eficiencia, con nuevos dispositivos de carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN) que ayudan a minimizar las pérdidas de potencia.
Aprovechando la energía solar
Como un impulso hacia la energía verde, muchas estaciones de carga ahora están incorporando paneles solares. En los hogares, la potencia extra de un panel solar montado en el tejado, conectado a través de un inversor apropiado, pueden incrementar considerablemente la velocidad de la recarga de un VE. Para esto, los fusibles in–line solares, acoplados a los mazos de cable OFF-board IPE, están fomentando el uso de energía solar de un manera eficiente y segura.
Empresas con grandes flotas de vehículos pueden beneficiarse de la energía solar a una mayor escala. Por ejemplo, en Utrecht (Países Bajos), se ha instalado un tejado compuesto por 2.160 paneles solares que ofrece servicio a un total de quinientos puntos de carga³.
Dado que los estándares de recarga añaden soporte de carga bidireccional, los paneles solares de los cargadores y la batería del coche pueden “devolver” electricidad a la red, lo que se conoce como vehicle–to–grid (V2G).
Conclusiones
El panorama de la carga de VE está sufriendo una transformación radical. Para garantizar que el camino hacia los vehículos eléctricos continúe lo suficientemente rápido como para cumplir con nuestros objetivos de cero emisiones netas, la aceptación del consumidor es vital. Esto significa que la recarga de un automóvil necesita ser tan cómoda como repostar gasolina o diésel.
A medida que avanzamos en la transición hacia un mundo donde los vehículos eléctricos dominen las carreteras, los productos OFF-board IPE están contribuyendo a que este viaje sea eficaz, seguro y sostenible.
Si está interesado en obtener más información de los componentes OFF-board IPE, por favor, visite el apartado “Pregunte al Experto” de la página web de AVNET Abacus. O si prefiere abordar los requisitos de un proyecto específico con uno de nuestros ingenieros de aplicaciones de campo (FAE) en su propio idioma, póngase en contacto con nosotros.
Notas en el artículo:
1: https://www.acea.auto/figure/charging-point-deployment-versus-sales-of-electrically-chargeable-cars/
2: https://www.avnet.com/wps/portal/abacus/resources/article/next-generation-pcb-mounted-relays-in-ev-charging-systems/
3: https://www.avnet.com/wps/portal/silica/resources/article/the-ins-and-outs-of-vehicle-to-grid-charging/
