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Red de carga rápida

Una red de carga rápida , o más concretamente una red de carga HPC , es una red de estaciones de carga rápida de acceso público para vehículos eléctricos . Una red de carga rápida es un subtipo de red de carga de vehículos eléctricos .

Historia

Caja de interruptores Park-&-Charge con toma CEE roja
EV1 en una estación de BART
Estación Chademo en 2011 en California
Supercargador Tesla con convertidor
Parque de carga en Beijing en 2016

Los vehículos eléctricos tienen la ventaja de que no requieren ninguna infraestructura especial para su carga cuando se lanzan al mercado, pero pueden confiar en la disponibilidad generalizada de electricidad doméstica . Sin embargo, para viajes de larga distancia, las pausas para cargar pueden ser largas y requerir pasar la noche. Los puntos de carga en las casas suelen estar limitados a 7 a 16 A a 220-240 voltios (1,5 kW a 3,8 kW). La cuestión de si llegará a su destino o al punto intermedio con la batería de propulsión completamente cargada ha generado ansiedad por la autonomía . Además de tener baterías especialmente grandes (el Tesla Model S de 2012 alcanzó más de 600 km), se empezaron a instalar puntos de carga rápida en rutas de larga distancia. Los Superchargers de Tesla lo demostraron de manera impresionante, aunque no fueron la primera red de carga rápida.

Carga rápida

Los pioneros de los puntos de carga públicos interconectados se encuentran en las instalaciones Park & ​​Charge , donde el proyecto piloto se remonta a 1992 en Suiza. Los microcoches ( cuatriciclos ) soportados por este no tenían baterías grandes, por lo que las tomas de corriente trifásicas (32 A a 400 voltios) acortaban lo suficiente las paradas de carga para permitir viajes de un día más largos. En forma de asociación, en la que particulares instalan una caja de interruptores para uso de otros miembros, los puntos de recarga se extendieron aún más en Europa, principalmente en propiedades privadas. La autorización para su uso consistía en disponer de la llave adecuada de la caja de interruptores, que era entregada por la asociación.

Cuando se desarrolló el GM EV1 para California en 1996, los puntos de carga públicos eran parte del concepto. La GM Hughes Electronics Corporation ya había propuesto en 1992 un conector de carga inductivo para puntos de carga públicos. [1] Sin embargo, el cargador independiente de 6,6 kW sólo consiguió un poco más que el cargador de a bordo para electricidad doméstica de 1,2 kW. Además, los puntos de carga públicos instalados por el Estado no se encontraban normalmente en rutas de larga distancia, sino en estaciones de tren preferidas por los viajeros.

En 2007 se fundó ChargePoint en California, que no sólo fabricaba cajas de pared para hogares privados, sino que también las ofrecía como estaciones de carga públicas. Además, pudieron encontrar minoristas que proporcionaran un lugar, por lo que había estaciones de carga con ChargePoint Home de 16 A y 32 A para 220 V ampliamente disponibles. El posterior ChargePoint Home Flex incluso permitía 50 A. Al igual que Park & ​​Charge en Europa, estas primeras ubicaciones, que tenían hasta 11 kW, desempeñaron un papel clave a la hora de cerrar las brechas en las ofertas de carga rápida posteriores. Con ChargePoint Express , la empresa también ofreció sus propios cargadores rápidos con enchufes Chademo a partir de junio de 2015. [2]

En Japón se inició en 2006 un proyecto piloto para vehículos eléctricos, con la participación de Nissan, Mitsubishi y la actual Subaru, en el que se probaron puntos de carga públicos más rápidos. El primer punto de recarga público con el consiguiente enchufe TEPCO se instaló junto con la presentación del Mitsubishi i-MiEV en 2009. En marzo de 2010 se creó el consorcio independiente CHAdeMO , en el que participaron otros fabricantes de vehículos japoneses. La primera especificación de esta época alcanzaba un máximo de 125 A con hasta 500 V. Las típicas estaciones de carga Chademo que permitían una corriente continua de 50 kW se convirtieron en la base del término carga rápida .

Cuando apareció el Nissan Leaf en 2010, con una autonomía de hasta 160 km (100 millas), se desarrolló el concepto de redes de carga rápida reales. Las ubicaciones de Chademo se encontraron en carreteras entre ciudades a lo largo de corredores, y el sistema de navegación mostró la siguiente ubicación junto con el alcance restante calculado. Una parada de carga en un cargador de 50 kW tardó un máximo de 30 minutos en alcanzar el 80%. Los planes para un corredor de larga distancia por parte de California CARB llevaron a la Carretera Eléctrica de la Costa Oeste con puntos de carga rápida cada 25 a 50 millas desde Canadá a través de Oregón y California hasta México. El primer concepto nombra específicamente al Nissan Leaf y al Mitsubishi iMiEV, que son compatibles con él. [3] Esta primera red de carga rápida se completó en 2013. [4]

El primer modelo Tesla producido en masa en 2012 también vio el inicio de la instalación del Tesla Supercharger . Mientras que las ubicaciones de Chademo eran a menudo estaciones de carga individuales que utilizaban una conexión de edificio de 125 o 250 A del proveedor de energía, los Superchargers generalmente se configuraban como parques de carga con seis a diez estaciones de carga que eran alimentadas por una estación convertidora instalada por separado, que a menudo tenía conexión a la red de media tensión del proveedor de energía. Esta se convirtió en la característica definitoria de las ubicaciones en las carreteras. Las primeras estaciones de carga en estos parques de carga ya alcanzaron los 90 kW, aumentados a 120 kW en 2013 y posteriormente a 145 kW. Además, el sistema de navegación de Tesla se hizo cargo de la planificación de las paradas de carga necesarias para un viaje planificado.

En China, el plan quinquenal 2015-2020 decidió construir 800.000 puntos de recarga. [5] En la evaluación de 2021 (dentro de la lista de 1,1 millones de cargadores públicos), China había instalado 470.000 cargadores rápidos en ese período (donde estadísticamente cada cargador con más de 22 kW se cuenta como carga rápida en China). [6]

Tarjetas de carga

Cargador rápido con múltiples cables y autorización de tarjeta.

Al principio, la facturación de la electricidad en las primeras redes de carga de vehículos eléctricos se hizo lo más barata posible, ya que incluso un contador de electricidad adicional en una conexión doméstica aumenta los costes a repercutir. Las primeras estaciones de carga de Tesla incluso se ofrecieron sin facturación. Dado que la mayoría de los vehículos podían consumir toda la cantidad de amperios, el método de medición por minutos de carga se convirtió en la base generalizada para la facturación.

En aquella época ya se conocían las tarjetas NFC para facturación en las redes de transporte público. A medida que las redes de carga se desarrollaron, se integraron lectores de tarjetas en las estaciones de carga. Los conductores de vehículos eléctricos ahora tenían que registrarse en varias redes de carga si era necesario para aumentar la densidad de las estaciones de carga para sus viajes.

Los elevados costes de inversión en las estaciones de carga rápida llevaron a los fabricantes de vehículos a incorporar sus propias estaciones de carga a una red entre fabricantes, lo que también permitió el acceso a terceros proveedores a través de la cooperación con otras redes de carga, ofreciendo al mismo tiempo una facturación uniforme al cliente. Con la sustitución de los fabricantes de vehículos por construir cada uno sus propios sitios de carga rápida, se hizo una distinción entre el proveedor de movilidad (EMSP - E-Mobility Service Provider), que se encarga del registro y la facturación, y los operadores de las estaciones de carga (CPO - Charge Point Operador), que mantienen operativos los puntos de recarga. El proveedor de movilidad suele crear una aplicación que muestra los puntos de carga que se pueden ofrecer para un proceso de carga con su propia tarifa, o muestra estaciones de terceros proveedores que las marcan con una tarifa diferente. En términos técnicos, se generalizó el enfoque del Protocolo de Punto de Recarga Abierto (OCPP) para la facturación por desempeño.

Red de carga HPC

ABB Terra HP en 2018
HPC acelerado en vídeo de Hilden

Los Superchargers de Tesla demostraron que la autonomía de un día de viaje apenas se reduce en el caso de los coches eléctricos. Las primeras estaciones de Tesla en Europa se instalaron en el corredor de Ámsterdam a Múnich en 2013 y los conductores empezaron a utilizarlas al instante. [7] [8] [9] En ese momento era predecible que las baterías en el segmento premium aumentarían con el paso de los años, lo que en realidad sucedió con el Tesla Model S, que originalmente tenía 70 kWh en 2021, luego 85 kWh en 2014, 90 kWh en 2015 y 100 kWh en 2016.

Las posibilidades se limitan a mantener breves las paradas de carga para baterías grandes, ya que el calentamiento del cable, el enchufe y la batería impone límites. En septiembre, en la IAA de 2015, Porsche presentó un demostrador "Mission E", que tenía el doble de voltaje a bordo, 800 V, y podía cargarse a ese doble nivel. [10] ABB ya ofrecía convertidores refrigerados por líquido para vehículos ferroviarios. [11] En octubre de 2015, ABB mostró un demostrador de una estación de carga de 150 kW y, en noviembre de 2015, se unió al consorcio CharIN, fundado en mayo para promover el sistema de carga combinado . CharIN ya aspiraba en aquel momento a una ampliación a 350 kW. [12] [13] La versión 1.0 del CCS había sido estandarizada hasta 200 kW, pero aún no se había implementado. El uso de cables refrigerados por líquido era técnicamente necesario y Tesla también lo había probado en 2015. [14]

El proyecto "Ultra-E" se fundó para promover la próxima generación de estaciones de carga. Comenzó en octubre de 2016, financiado por la UE, con la intención de construir 25 estaciones de carga rápida con enchufes CCS y 350 kW a intervalos de 150 a 200 km en el corredor desde Ámsterdam/Bélgica vía Frankfurt/Stuttgart/Munich hasta Viena/ Graz hasta finales de 2019. [15] El estudio Ultra-E adjunto había propuesto limitar los tiempos de carga a 20 minutos, ya que esto crearía un nuevo modelo de negocio entre los viajeros de negocios. [16] El documento también menciona el término punto de carga de alta potencia (HPC). [16] [13]

Los primeros cargadores rápidos disponibles de ABB cumplieron los requisitos en octubre de 2017 y permitieron hasta 375 A con cables refrigerados por líquido. [17] [18] Para los vehículos con sistemas eléctricos de 400 V disponibles en ese momento, esto llevó a estaciones de carga con 150 kW. Este resultado se convirtió en la base del término carga de alta potencia HPC (del alemán Hochleistungsladen ). En los años siguientes, se mejoró la refrigeración, permitiendo regularmente 500 A. [19] Los Superchargers Tesla V3, que comenzaron a utilizar cables refrigerados por líquido en 2019, permitieron hasta 250 kW (potencia a corto plazo de 625 A).

En octubre de 2017 se fundó el operador Ionity , con la mayoría de las empresas que participaban en "Ultra-E", para montar la red de carga HPC. Hasta finales de 2020 se debían instalar 400 estaciones de carga rápida con hasta 350 kW en intervalos de unos 120 kilómetros. [20] La primera estación de carga se puso en funcionamiento en abril de 2018 y ahora también se menciona a Tritium junto con los fabricantes de estaciones de carga ABB y Porsche. [21] Porsche también equipó todos los servicios de sus concesionarios de automóviles con estaciones de 800 V a partir de 2018. [22] El vehículo previsto para ello, el Porsche Taycan , salió al mercado en 2019. Fastned también comenzó a instalar estaciones de carga HPC al mismo tiempo. vez, el primero de ABB en marzo de 2018. [23] [24]

En enero de 2018, Allego presentó el proyecto "Mega-E", nuevamente financiado por la UE, para construir una red de carga HPC con 322 ubicaciones y 27 centros de carga de vehículos eléctricos. Hasta 2025 se construirían un total de 1.300 puntos de carga HPC con hasta 350 kW. [25] A partir de 2021, Allego también comenzó a convertir las ubicaciones "Fast-E" en estaciones de carga HPC. El proyecto "Fast-E" construyó desde 2016 40 cargadores rápidos de 50 kW, también con financiación de la UE. Sin embargo, los puntos de carga ya estaban preparados para 350 kW. [26] En julio de 2022, Allego ejerció una opción de compra sobre las 100 ubicaciones con 770 cargadores rápidos que ya se habían construido. [27]

Cobertura de área

DIEZ corredores

El desarrollo a lo largo de las autopistas continúa de manera constante y, en 2020, la mitad de los puntos de carga rápida existentes en Alemania estaban equipados con estaciones HPC. Para octubre de 2022, la BDEW (Asociación Federal de las Industrias de la Energía y el Agua de Alemania) informó que se había logrado una cobertura total del área a lo largo de las autopistas con cargadores HPC en una red de 50 km, e incluso la cobertura completa del área de la red de 25 km era casi logrado. [28] El gobierno federal alemán había promovido el desarrollo a partir de agosto de 2021 con licitaciones para un Deutschlandnetz. La financiación incluía hasta 2 mil millones de euros, esperando 10 000 puertos de carga HPC, de los cuales 1,8 mil millones se adjudicaron en 2022. [29] (vídeo) Esta financiación se amplió a finales de 2022 añadiendo otros 6 mil millones de euros para el período hasta hasta 2030, esperando que el número de estaciones de carga públicas llegue a 1 millón. [30] La agencia de infraestructuras quiere centrarse en los cargadores rápidos, pero no se ha definido ningún objetivo específico. Esto se basa en las críticas de la industria que señalan que los plazos de entrega de las estaciones HPC han aumentado hasta aproximadamente un año. [31]

A nivel de la UE, los requisitos AFIR ( Reglamento de infraestructura de combustibles alternativos ) establecen una red de 60 km a lo largo de la red central TEN-T, que debe tener al menos un cargador HPC para 2025 y debe tener un parque de carga con cargadores HPC para 2030. [ 32] El AFIR entró en vigor inmediatamente el 13 de abril de 2024. [33] A partir de 2023, se introdujeron los Superchargers Tesla V4 con 350 kW, que están destinados al Tesla Cybertruck con sistema eléctrico de 800 V.

Los Países Bajos fueron los primeros en subvencionar la infraestructura de carga. Esto se había logrado mediante acuerdos con los tres operadores locales, por lo que a abril de 2023 había 5201 cargadores rápidos listos en el país. [34] En Francia se utilizó un enfoque similar, donde los gobiernos regionales firmaron acuerdos de asociación público-privada para construir infraestructuras, incluidas estaciones de carga (PIA - Programme d'Investissements d'Avenir). [35] En 2023 se definió un programa nacional de inversiones, "Francia 2030", que incluye el objetivo de construir 50.000 cargadores rápidos. [36]

En Estados Unidos se observó que se estaban quedando atrás de Europa y China. En 2022 se lanzó un programa de financiación para permitir la construcción de 500.000 puntos de recarga hasta 2030 con 7.500 millones de dólares. [37] De ese programa, 5 mil millones se destinaron a la construcción de cargadores rápidos a lo largo de la red de carreteras, en lo que se llamó Programa Nacional de Infraestructura de Vehículos Eléctricos , o NEVI para abreviar. [38] Con este fin, se designaron los principales corredores de viaje del AFC a nivel nacional (AFC - corredores de combustibles alternativos). Los lugares de carga del mismo proveedor deben estar a 50 millas de distancia y dentro de una milla de la autopista. Entonces se puede cubrir el 80% de los costes si se instalan en el lugar al menos cuatro estaciones de carga con al menos 150 kW. [39] El proceso de adjudicación comenzó lento porque se requiere un proceso de solicitud que es manejado por los estados individuales, y solo se habían recibido unas pocas presentaciones a fines de 2023. [40] En diciembre se puso en servicio un primer sitio NEVI en Ohio. 2023, con los requisitos cubiertos por una única estación de carga EVgo con cuatro cables de conexión. Cuatro vehículos pueden cargar hasta 175 kW, o solo un vehículo puede cargar hasta 350 kW. [41] [42]

Técnicamente, NEVI sigue el modelo de Electrify America , que fue fundado y financiado por el Grupo Volkswagen de América en 2017 después del Dieselgate . Existen acuerdos con California en el plan ZEVI ( Plan de Inversión en Vehículos Cero Emisiones ), que se actualizan periódicamente. [43] En el "Ciclo 2" (julio de 2019 - diciembre de 2021), se elevaron los requisitos para los cargadores rápidos: en las carreteras deberán tener al menos cuatro puntos de carga con 150 kW y, en algunos casos, con capacidad de 350 kW. Las ubicaciones deben estar a menos de 120 millas (aproximadamente 190 km) de distancia. [44] En el "Ciclo 3" (enero de 2022 - julio de 2024) hay estimaciones de que se construirán entre 25 y 35 puntos de carga con 150 kW y entre 10 y 15 puntos de carga con 350 kW. [45] Debido al cumplimiento de los requisitos mínimos, muchas estaciones están ubicadas en centros comerciales en el área más amplia de una autopista, y la disponibilidad para la carga real se evalúa mal. Esto se repitió con las primeras estaciones NEVI. [46]

En este contexto, Tesla Superchargers logró una posición dominante en el mercado de EE. UU. después de permitir el cobro de marcas de terceros a partir de 2020. Cuando otros fabricantes de vehículos finalmente cambiaron al sistema enchufable de Tesla a partir de 2023 ( estándar de carga norteamericano) , los Superchargers ya poseían el 60% del mercado (medido en términos de puntos de carga reportados con CCS a NACS; el uso incluso superó esto). [47] Estas condiciones previas crearon una oportunidad de mercado para otra red de carga rápida, que se fundó en 2024 con la forma de Ionna . Esta empresa tiene una fuerte coincidencia con la europea Ionity en términos de fundadores y concepto.

En España, el desarrollo de los cargadores rápidos públicos está impulsado principalmente por las empresas de servicios públicos, que también construyen estaciones de carga para propietarios privados. [48] ​​En las autopistas, la actividad principal es Iberdrola , que recibió 1.000 millones de euros a través de un acuerdo con BP en 2023 para construir 11.000 cargadores rápidos, en su mayoría estaciones HPC. [49] [50] [51] Además, está la startup Zunder que comenzó a construir cargadores HPC. Recibieron financiación en 2022 de un inversor que recibió 100 millones de euros (300 millones en tres años) para construir 4.000 cargadores rápidos hasta 2025 en España y parcialmente en Francia. [52]

Tendencia 800 V

Con el Taycan de 2019, Porsche fue el primer fabricante que pudo utilizar la velocidad de carga duplicada de los cargadores HPC con una arquitectura de a bordo de 800 voltios; de hecho, alcanzaba un máximo de 270 kW. Sin embargo, resultó que también se puede utilizar la velocidad de carga duplicada con la ya común arquitectura de a bordo de 400 voltios, si se tiene la batería en dos partes y se conectan en serie. Esto lo demostró GM por primera vez en 2021 con el GMC Hummer EV eléctrico . Debido a su bloque de batería particularmente grande de 213 kWh, esto fue necesario para permanecer menos de una hora con una carga completa mientras viajaba. Los primeros camiones eléctricos también utilizaban baterías de 400 voltios que se podían conectar en serie, como lo demostró el Mercedes Benz eActross 400 (2022). También en este caso el tamaño del bloque de baterías de hasta 336 kWh impulsa el desarrollo.

Sin embargo, instalar un sistema de gestión de baterías para varios paquetes de baterías aumenta la complejidad y los costes, de modo que con la creciente disponibilidad de las redes HPC, todos los fabricantes de vehículos comenzaron a desarrollar una arquitectura a bordo en 800 voltios. Esto puede basarse en la electrónica del sector de tranvías y metros, que nominalmente está diseñada para 750 voltios de corriente de tracción, incluidos motores que pueden soportar picos de carga de hasta aproximadamente 1200 voltios. En base a esto, hay algunas startups que utilizan el máximo de 1000 voltios de los cargadores HPC para sus vehículos, incluida Tesla Semi (2022), a costa de reducir ligeramente la durabilidad.

Además de la innovación de Porsche, cuya arquitectura de 800 V también se utilizó en el Audi e-tron GT (2021), Hyundai desarrolló desde el principio la plataforma E-GMP con 800 V, que se utilizará en los modelos de vehículos a partir de 2021 - Génesis GV60 (2021), Kia EV6 (2021), Hyundai Ioniq 5 (2021), Hyundai Ioniq 6 (2022), Kia EV5 (2023). BYD desarrolló la "E-Platform 3.0": mientras que el BYD Yuan Plus (2022) todavía usaba su variante de 400 V en China, el BYD Seal (2023) vino con la variante de 800 V que se vende internacionalmente. Geely desarrolló la Arquitectura de Experiencia Sostenible (SEA), que se amplió para incluir una variante de 800 voltios, y también la otorgó licencia a otros fabricantes de vehículos. Los vehículos con la variante PMA2+ fueron el Geely Galaxy E8 (2023) y el Zeekr 007 (2023).

A partir de 2024, todos los principales fabricantes empezaron a cambiar a 800 voltios. Audi y Porsche utilizarán la plataforma Premium Electric del Grupo Volkswagen , que incluye Porsche Macan (2024) y Audi Q6 e-tron (2024). BMW mostró la " Nueva Clase " en la IAA 2023 con nuevos modelos a partir de 2025. Mercedes Benz cambia a la Arquitectura Modular Mercedes (MMA), cuyos motores eléctricos de la serie "eATS 2.0" se basan en 800 voltios. También se utilizan en la serie eActross 600 (2024).

La difusión de los 800 V influye en el desarrollo de las redes de carga rápida. Para seguir estando preparados para el futuro, la mayoría de las estaciones de carga HPC fueron diseñadas desde el principio para soportar tensiones de carga de hasta 1000 V. Sin embargo, hay muchos tipos de estaciones de carga con dos o más cables de conexión que solo pueden funcionar con hasta 500 voltios al mismo tiempo: si un vehículo se conecta con 800 voltios, los demás puntos de carga se desconectan. Con el uso cada vez mayor de arquitecturas de 800 voltios, las futuras redes de carga deben diseñarse en consecuencia y, al mismo tiempo, deben planificar el aumento de la carga por encima de 500 A. Ionity/Ionna es el operador que garantizó desde el principio que toda la carga Los puntos entregan 350 kW.

Más allá de 500 kW

En China, el desarrollo de cargadores rápidos fue reconocido mientras el plan quinquenal 2015-2020 aún estaba en marcha, por lo que comenzaron una cooperación con Chademo en 2018 para especificar opciones de carga más allá de 500 kW. [53] El enchufe GB/T de China se especificó para un máximo de 237,5 kW (250 A a 950 V), pero la mayoría de estas estaciones fueron diseñadas para 50 kW únicamente. Chademo, por el contrario, presentó en junio de 2018 una nueva versión de sus estaciones con 400 kW, con cables refrigerados por líquido. [54] El nuevo estándar para China y Japón finalmente se resolvió en abril de 2020, creando así un nuevo tipo de enchufe llamado ChaoJi . [55] Una revisión de 2023 también ofreció la posibilidad de 1500 V con 800 A. Sin embargo, los vehículos disponibles funcionaban con un máximo de 800 V en ese momento. [56] Estos llegaron al mercado chino a partir de 2022 y permitían hasta 600 A. [57]

Desde enero de 2024, CATL suministra baterías de 4 C a los fabricantes de vehículos chinos, que permiten corrientes de carga aún mayores. [58] En abril de 2024, se demostró una corriente de carga de 546 kW en un Supercharger Zeekr V3 con el Zeekr 001 . [59] [49] En consecuencia, Zeekr Power está comenzando a construir una red de carga rápida en China con estaciones de carga con un máximo de 800 A y una potencia continua de hasta 600 kW. De aquí a 2026 están previstas 1.000 ubicaciones con 10.000 puntos de recarga [58].

En Europa, Ionity planea añadir cargadores de 600 kW a la red durante los próximos dos años a partir de 2024. [60]

Se necesitan nuevos diseños para un mayor aumento: el sistema de carga Megawatt fue diseñado para 1250 a 3000 A.

redes de carga

operadores

Porcelana:

Europa:

América del norte:

Estadísticas

A finales de 2022, China tenía 760.000 cargadores rápidos listos, Europa tenía 70.000 cargadores rápidos listos y Estados Unidos tenía 28.000 cargadores rápidos listos. [67]

Mayores operadores en EE. UU. por número de puertos de carga.

Mayores operadores en Alemania por número de puertos de carga.

Referencias

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