Qué implica una mayor potencia de carga para los sistemas de CC de los vehículos eléctricos.

La carga de vehículos eléctricos está entrando en una fase de mayor potencia.

La infraestructura de carga pública se está expandiendo, y los cargadores rápidos y ultrarrápidos están ganando terreno en las nuevas instalaciones. Las plataformas de vehículos eléctricos más recientes también están evolucionando hacia voltajes de batería más altos, con arquitecturas de 800 V e incluso 1000 V que ya están llegando al mercado.

Para los equipos de carga, este avance plantea una pregunta bastante sencilla: ¿qué cambia cuando aumenta la potencia de carga?

La solución no es simplemente un convertidor de potencia más grande.

El voltaje y la corriente se mueven juntos.

La potencia de carga depende tanto del voltaje como de la corriente. Aumentar el voltaje del sistema permite suministrar la misma cantidad de potencia con una corriente menor.

Por ejemplo, para suministrar 350 kW a 400 V se requiere una corriente teórica de unos 875 A. A 800 V, la corriente se reduce a unos 438 A.

Esto es importante porque la corriente tiene un efecto directo sobre las pérdidas en los conductores y la generación de calor. Por lo tanto, para el mismo nivel de potencia, un voltaje más alto puede ayudar a reducir las pérdidas en el circuito de carga.

Pero reducir la corriente no elimina los problemas eléctricos. El sistema de carga aún tiene que manejar un voltaje de CC más alto en todo su recorrido de alimentación, incluidos los dispositivos de conmutación, los componentes de protección, las barras colectoras, los conectores y los sistemas de aislamiento.

La ruta de alimentación de CC se vuelve más importante.

Un cargador de alta potencia contiene varios componentes entre la etapa de conversión de energía y el vehículo.

El circuito eléctrico actual puede incluir barras colectoras, cables, conectores, contactores, fusibles y otros dispositivos de protección o conmutación. Sus características no pueden considerarse de forma independiente, ya que las condiciones de funcionamiento de una parte del sistema pueden afectar a los requisitos de otra.

Por ejemplo, un contactor de CC utilizado en un sistema de carga de vehículos eléctricos necesita funcionar con la tensión y la corriente requeridas, al tiempo que gestiona las condiciones de conmutación reales de la aplicación.

Lo mismo se aplica a los fusibles de CC. La corriente nominal es importante, pero es solo una parte del proceso de selección. También deben considerarse la tensión del sistema, la corriente de cortocircuito disponible, la capacidad de interrupción, la temperatura y las condiciones de instalación.

Esto cobra mayor importancia a medida que los equipos de carga alcanzan niveles de potencia más altos.

La gestión térmica sigue siendo importante.

Un voltaje más alto en el sistema puede ayudar a reducir la corriente para un nivel de potencia determinado, pero el calor sigue siendo un factor importante a tener en cuenta.

Se producen pérdidas de potencia en todo el sistema de carga, incluyendo las conexiones, los conductores, los componentes de conmutación y las etapas de conversión de potencia. El funcionamiento continuo a alta potencia puede aumentar estas pérdidas, especialmente dentro de equipos de carga compactos.

Esta es también la razón por la que la refrigeración se ha convertido en una parte importante del diseño de cargadores de alta potencia.

En algunas aplicaciones, el propio cable de carga requiere refrigeración activa para soportar corrientes muy altas sin que resulte excesivamente pesado o difícil de usar. Dentro del cargador, la electrónica de potencia y otros componentes que generan calor también deben funcionar dentro de su rango de temperatura especificado.

Por lo tanto, la selección de componentes debe tener en cuenta el entorno térmico real, en lugar de fijarse únicamente en las clasificaciones nominales de tensión y corriente.

Los requisitos de protección cambian con el sistema.

Los sistemas de CC de alta potencia también requieren una cuidadosa consideración de la protección contra fallas.

Un sistema de carga debe responder adecuadamente a cortocircuitos y otras condiciones anómalas, aislando el circuito afectado. El fusible, el contactor y demás dispositivos de protección deben funcionar dentro de los límites de tensión y las condiciones de fallo del sistema.

Esto es especialmente relevante para arquitecturas de mayor voltaje, ya que la interrupción de fallas de CC se vuelve más exigente a medida que aumenta el voltaje del sistema.

Por lo tanto, el diseño de la protección debe considerarse junto con la arquitectura eléctrica, en lugar de tratarse como un paso separado en la selección de componentes.

Más allá de 800 V

Los 800 V se han convertido en un punto de referencia importante para las plataformas de vehículos eléctricos de alto rendimiento, pero la industria ya está yendo más allá.

Las plataformas de vehículos eléctricos de pasajeros de 1000 V están entrando en el mercado, al tiempo que se están desarrollando sistemas de carga ultrarrápidos y a escala de megavatios para aplicaciones en las que reducir el tiempo de carga es especialmente importante.

En el caso de los vehículos de pasajeros, el rendimiento de la carga dependerá cada vez más de la buena colaboración entre el vehículo y la infraestructura de carga.

Para vehículos comerciales y camiones eléctricos, los requisitos pueden ser aún más exigentes. Se está desarrollando la carga a escala de megavatios para aplicaciones de servicio pesado, donde los tiempos de carga más cortos pueden tener un impacto directo en la utilización del vehículo.

A medida que estos sistemas se desarrollen, la ruta de alimentación de CC deberá adaptarse a voltajes más altos, corrientes continuas elevadas, condiciones térmicas más exigentes y requisitos de protección cada vez más sofisticados.

Diseño del sistema de CC en su conjunto

La tendencia hacia una carga más rápida de los vehículos eléctricos está cambiando algo más que la potencia nominal del cargador.

El nivel de tensión, la corriente, las condiciones térmicas, el rendimiento de conmutación y la protección contra fallos están estrechamente relacionados. Los componentes, como los contactores de CC y los fusibles, deben seleccionarse en función de las condiciones de funcionamiento reales del sistema de carga, y no únicamente por su capacidad nominal.

Para los fabricantes de cargadores para vehículos eléctricos, este enfoque a nivel de sistema cobrará cada vez más importancia a medida que la potencia de carga siga aumentando.