Todo lo que siempre quisiste saber sobre la carga rápida
¿Qué es la carga rápida? ¿Cómo funciona? ¿Cuánto tarda? Luc Bronk, Responsable de Activación Comercial en Fastned, responde a estas preguntas en este artículo.
Empecemos por el principio
¿Qué es la carga rápida? ¿Y en qué se diferencia de la carga «normal»? Todas las baterías, incluidas las de los vehículos eléctricos, usan corriente continua (DC, por sus siglas en inglés) para cargarse y descargarse. Pero la red eléctrica ofrece corriente alterna (AC). Así que, para poder cargar las baterías, hay que convertir la corriente alterna de la red en corriente continua. Esto se hace mediante un transformador.
El transformador forma parte del cargador. Los cargadores pueden estar integrados en el vehículo (cargador de a bordo u OBC) o ser externos (por ejemplo, los cargadores de carga rápida que tenemos en las estaciones de Fastned). Hoy día, prácticamente todos los vehículos eléctricos tienen integrado un pequeño cargador de a bordo, por lo que puedes conectar por cable el OBC a un enchufe normal (AC) o a un punto de recarga. El punto de carga suministra la corriente necesaria para que el OBC cargue la batería. Es decir, el punto de carga no es un cargador, sino una toma de corriente inteligente donde enchufar el cable de carga.
Para cargar más rápido, el transformador AC/DC y, por lo tanto, el cargador, tienen que ser más grandes. Pero un cargador más grande pesa más, ocupa más espacio, añade complejidad y encarece el vehículo. Además, todos los componentes de un vehículo deben ser de grado automotor para garantizar su fiabilidad durante la vida del vehículo. Por eso, para optimizar estos factores, los fabricantes de vehículos eléctricos (VE) suelen incluir un cargador de a bordo relativamente pequeño y, por lo tanto, lento.
La carga rápida es diferente
Un cargador externo que transforme la corriente alterna en corriente continua puede ser mucho más grande, pesado, complejo y caro que un cargador de a bordo. Pero también es mucho más rápido. Por eso, se les suele llamar «cargadores DC rápidos» o, simplemente, «cargadores rápidos». Uno de los cargadores más habituales suministra 300 kW, lo que permite cargar un vehículo entre 25 y 80 veces más rápido que con un OBC. Los cargadores de nueva generación que empezaron a usarse a principios de 2023 pueden suministrar 400 kW. Más adelante explicaremos lo que implica este cambio.
Cómo funciona la carga rápida
La batería de un vehículo eléctrico contiene muchas «celdas» (o «células»). Cada una es como una pila recargable doméstica, pero más grande. Un Lucid Air con una batería de 112 kWh contiene 6600 celdas. Un BMW i3 con una batería de 21,6 kWh solo tiene 96 celdas, pero más grandes que las que usa el Lucid. Las celdas, junto con el cableado y la carcasa, forman el paquete de baterías que ilustra la foto.
"Actualmente, los paquetes de baterías se diseñan con capacidades de carga rápida"
Paquete de baterías del BMW i3
Actualmente, los paquetes de baterías se diseñan con capacidades de carga rápida. Por ejemplo, el tren de potencia del BMW i3 puede soportar una potencia máxima de 125 kW y una potencia continua de 75 kW, mientras que la carga rápida ronda los 50 kW.
Cuánto duran las baterías
Quizás no sabías que las baterías nunca se usan al 100%. Y hay una buena razón para ello: tanto la industria automotriz como la de las cargas rápidas han estudiado cómo sacarles el máximo rendimiento a las baterías de los coches. La última generación de baterías para vehículos eléctricos está pensada para mantener un nivel de carga de entre el 10% y el 90%. Manteniendo los niveles de batería en este rango, podemos ampliar la vida útil de la batería y maximizar la capacidad de carga (rápida).
Por ejemplo, la capacidad utilizable (o neta) de la batería de 78,1 kWh del Tesla Model Y Long Range es de unos 75 kWh, un 90-95% de la capacidad total (o bruta). Esa diferencia de 3,1 kWh se usa como reserva para «amortiguar» (buffer, en inglés) el impacto de la carga y la descarga. La batería rota automáticamente entre el 5% y el 95% del paquete de baterías. Todo esto lo gestiona el sistema de gestión de baterías (BMS) sin que el conductor tenga que hacer nada.
Hay muchos factores que influyen en la vida útil de una batería, como la temperatura, la antigüedad de la batería, su tamaño, la química de la batería, el tiempo que se mantiene completamente cargada y el número de ciclos de carga y descarga. Los estudios realizados con el Tesla Model Y demuestran que el uso frecuente de cargadores rápidos prácticamente no afecta a la vida útil de la batería. El deterioro es similar cuando se carga a menudo con un cargador rápido o con uno lento. En general, cuanto más grande sea la batería, más durará, porque harán falta menos ciclos de carga y descarga para cubrir el mismo número de kilómetros.
"El uso frecuente de cargadores rápidos prácticamente no afecta a la vida útil de la batería"
La importancia de voltios y amperios
La energía eléctrica (expresada en vatios) depende del voltaje (voltios) y de la corriente (amperios). La carga rápida necesita ambos. Podemos pensar en el voltaje como la presión del agua y en la corriente como el tamaño del grifo. Si quieres más agua, más rápido, tendrás que aumentar la presión del agua y/o el ancho del grifo. Nuestros cargadores rápidos hacen lo mismo, pero con la electricidad.
Normalmente, se considera que una carga es rápida cuando carga a una velocidad mínima de 50 kW. En términos de voltaje y corriente, estaríamos hablando de 400 voltios y 125 amperios (400 * 125 = 50.000 W = 50 kW).
¿Por qué 400 voltios? Porque, actualmente, la mayoría de las baterías de coche operan a unos 400 voltios cuando están totalmente cargadas.
¿Y por qué 125 amperios? Porque la mayoría de los cargadores rápidos de 50 kW pueden suministrar un máximo de 125 amperios de corriente. Por suerte, el desarrollo de los cargadores rápidos avanza a buen ritmo y nuestros últimos cargadores CCS de 400 kW pueden suministrar hasta 500 amperios y, dentro de poco, hasta 600. ¡Eso sí que es un grifo más ancho!
La velocidad de carga depende, en gran medida, de tu coche
Mucha gente piensa que las baterías de coche se cargan de forma lineal y a máxima velocidad, pero no es así. Casi siempre, la velocidad de carga depende del vehículo.
Durante la carga rápida, el sistema de gestión de baterías y el cargador rápido mantienen comunicación constante. El BMS le indica al cargador que marque la velocidad de carga. La velocidad normalmente se expresa en kilovatios (kW). Cargar un coche durante una hora a 50 kW suministra 50 kWh de energía a la batería. En promedio, un coche eléctrico consume 1 kWh para conducir 5 km. Algunos coches, como los Tesla, también expresan la velocidad de carga en kilómetros de rango ganados por cada hora de carga. Es decir, 50 kW equivalen a unos 250 km/hora (o 250 km de rango por cada hora de carga).
Qué factores influyen en la velocidad de carga
Capacidad de la batería
En general, una batería más grande puede cargarse más rápidamente. Por ejemplo, un Tesla Modelo S con una gran batería de 100 kWh puede cargarse a mayor velocidad que un BMW i3 con una batería de 21 kWh. Esta es también la razón principal por la que los actuales vehículos eléctricos híbridos enchufables (PHEV) no pueden cargarse rápidamente: sus paquetes de batería son simplemente demasiado pequeños. La mayoría de los fabricantes de PHEV no incluyen el hardware adicional (por ejemplo, entrada y cableado extra) en el coche.
Estado de carga (SoC)
Cuando la batería está casi totalmente cargada, la velocidad de carga disminuye para evitar que las celdas de la batería se sobrecalienten. Generalmente hacie el 80-90% de la capacidad de carga, la velocidad disminuye y la carga se ralentiza aún más a medida que se acerca al 100% de la capacidad de carga. Esta es la razón por la que la carga rápida es más efectiva entre el 0% y el 80-90% de SoC. Además, como ya se ha mencionado, las baterías más modernas están incluso diseñadas para mantener un nivel de carga de entre el 10% y el 90%.
Temperatura de la batería
Las células de la batería funcionan de forma más eficiente entre 20 y 25 grados Celsius. Cuando la temperatura de la batería es demasiado baja o demasiado alta, el BMS reduce la demanda de corriente para proteger la salud de las celdas de la batería. Si la batería está equipada con un sistema de calefacción o refrigeración (por ejemplo, el BMW i3), el BMS activa este sistema para controlar la temperatura de las celdas. Ten en cuenta que en la temperatura de la batería no sólo influye la temperatura exterior, sino también la conducción (en autopista) y la carga (rápida), que generalmente aumentan la temperatura de la batería.
Química de la batería
Al diseñar una batería, los fabricantes tienen que tomar decisiones sobre su tamaño, peso, coste, vida útil y rendimiento. Dependiendo del público al que vaya dirigido el vehículo, pueden, por ejemplo, comprometer el rendimiento de la batería a expensas del coste y el peso. Por otro lado, un vehículo de gama alta tendrá mejores prestaciones y podrá incluir la regulación de la temperatura de la batería, pero también será más caro.
"En Fastned, los cargadores normalmente pueden cargar a máxima potencia con independencia del número de vehículos que estén cargando en la misma estación"
Impacto de los cargadores rápidos en la velocidad de carga
Los cargadores pueden limitar la velocidad máxima a la que puede cargarse un vehículo. Un cargador de 50 kW nunca suministrará más energía, aunque el vehículo pueda cargarse más rápidamente.
También puede haber limitaciones relativas a la conexión a la red o es posible que la potencia de una estación de carga se reparta entre varios cargadores, lo que hará que los cargadores no funcionen a máxima potencia.
Alta potencia de carga
Ahora mismo existen dos estándares abiertos de carga rápida: CCS y CHAdeMO.
El sistema de carga combinado o CCS (por sus siglas en inglés) fue desarrollado por siete fabricantes de coches y, originalmente, podía cargar hasta aproximadamente 80 kW (a 400 voltios). Este estándar está impulsado por CharIN y cuenta con el respaldo de un gran número de fabricantes de coches de todo el mundo.
CHAdeMO fue desarrollado en 2010 por la CHAdeMO Association y es una iniciativa de los fabricantes de coches japoneses. El diseño inicial permitía cargar a una velocidad de 50 kW (a 400 voltios).
Como miembro de ambas organizaciones, Fastned ofrece estos estándares en todas nuestras estaciones. En una estación Fastned, es difícil que no encuentres un cargador que pueda cargar tu vehículo a máxima potencia. En 2023, empezamos a instalar cargadores de 400 kW. Ahora mismo, no existen vehículos de pasajeros en el mercado que puedan cargar a esa velocidad.
La carrera por una recarga más rápida está en marcha
Cada vez más vehículos cargan a mayor potencia y algunos ya disponen de una batería con infraestructura de 800 voltios. A mayor voltaje, es previsible que el vehículo se cargue más rápidamente. En el verano de 2023, el Lotus Eletre llegó al mercado europeo con una potencia máxima de carga de 350 kW. Se trata del coche de pasajeros con mayor velocidad de carga hasta la fecha (octubre de 2023).
Los fabricantes de coches tradicionales también están lanzando al mercado vehículos que pueden cargarse más rápidamente. Porsche está trabajando en una versión de su modelo Taycan que puede cargarse a una velocidad superior a los 320 kW y Audi presentará próximamente su nuevo Q6 e-tron, con una capacidad máxima de carga de 270 kW y una batería de 100 kWh. Los modelos anteriores de Audi –el Q8 e-tron de 2023 (170 kW) y el Audi Q4 e-tron de 2021 (175 kW)– no alcanzan esa velocidad de carga.
Estos anuncios demuestran que la carrera hacia la carga rápida ha empezado, poniendo de relieve que hace falta una red de estaciones de carga ultrarrápida que respalde esta nueva generación de vehículos eléctricos, ya que las otras formas de carga simplemente no podrán soportar las baterías más avanzadas.
Infraestructura de carga de última generación
Muchas estaciones de carga de Fastned están equipadas con cargadores de 300 kW. Fastned cuenta con una conexión a la red que permite cargar 4-8 coches de forma simultánea a una velocidad de hasta 300 kW. Otras estaciones de Fastned pueden actualizarse fácilmente para disponer de una conexión a la red más grande. Podemos añadir más capacidad en el futuro mediante almacenamiento de energía (battery buffering) y/o ampliando aún más la capacidad de nuestras conexiones a la red. Nuestras estaciones ya están diseñadas para el máximo rendimiento de los coches. Instalamos nuestro primer cargador de 400 kW en diciembre de 2022 y continuaremos instalándolos en los próximos años.
Puedes seguir a @fastned para enterarte de las últimas noticias y seguirnos a mí, @lucbronk (Responsable de Activación Comercial), y a @rolandvanderput (Director de Compras de Energía) para conocer más a fondo el negocio de la carga rápida.
