Control dinámico de potencia en la carga de coches eléctricos
La tecnología actual, en particular para la carga de vehículos eléctricos, ofrece opciones referida a la seguridad eléctrica domiciliaria, por demás de efectiva. En este caso vamos a interiorizarnos en la modulación de carga eléctrica para la carga de coches.
Conceptos generales
El kW es una unidad de potencia que representa la tasa de consumo energético en un momento dado, mientras que el kWh es una unidad de energía que mide la cantidad de potencia consumida durante un período de tiempo. La potencia de recarga de la batería se mide en kW. Los puntos de recarga suministran una potencia eléctrica que se mide en kW. Un punto de recarga puede tener más potencia que el cargador del automóvil y al revés. En cualquiera de estos casos cargará con la más baja. Es decir, si enchufamos el vehículo en un punto de 150 kW con un cargador limitado a 50 kW, la recarga se hará a 50 kW; del mismo modo que si enchufamos en un punto que solo tenga 50 kW: aunque nuestro coche pudiera cargar a 200, lo hará a los 50 kW.
El modo de carga se refiere al tipo de conexión entre el punto de carga y el vehículo:
Modo 1: conexión a un tomacorriente tipo I, sin intercambio de datos con el vehículo (tipo citycar, bicicleta, moto, sccoter o patineta)
Modo 2: conexión a un tomacorriente tipo I y cable especial con módulo de control de potencia
De la potencia de carga depende la velocidad a la que se cargará la batería del vehículo. Cuanto más elevada sea la potencia de carga, más rápido se cargará la batería.
Se distinguen varios niveles de potencia para cargar baterías:
Doméstica: 1,8 – 3,7 kVA (con tomacorriente tipo I)
Normal: 3,7 – 7 kVA
Acelerada: 7 – 22 kVA
Potencia que ofrecen las distribuidoras de energía a los usuarios domiciliarios:
Monofásico - 220 V, hasta 5 kW de demanda máxima. Trifásico - 3x380/220 V, hasta 300 kW de demanda máxima.
Toma corriente estandarizado:
La norma IRAM 2071 establece los requisitos de seguridad que deben cumplir los tomacorrientes combinados bipolares con toma de tierra, de hasta 20 A de corriente nominal y 250 V de tensión nominal, para corriente alterna, de montar en superficie o para embutir para su uso en instalaciones fijas domiciliarias cuya tensión de servicio este comprendida entre los 220 V y 250 V de corriente alterna. La Resolución 524/98 del 20/08/98 brinda precisiones sobre las condiciones mínimas de seguridad que deben cumplir los tomacorrientes combinados bipolares con toma de tierra, de 250 V de corriente alterna, para uso en instalaciones fijas domiciliarias. A continuación se muestra dos ejemplos, diferentes amperajes, de tomacorriente domiciliario y sus características eléctricas:
Los vehículos eléctricos como una carga eléctrica domiciliaria más
Vehículos de baja potencia
Es de vital importancia que el usuario de un vehículo eléctrico se asesore con personal idóneo de la futura relación que tendrá su vehículo con la instalación eléctrica de su domicilio. Esto es, si el toma corriente al que tiene acceso conectar su vehículo soporta la corriente presunta de circulación, como así también la dimensión de los conductores eléctricos a que vinculan al toma con el tablero principal y por último, los elementos de protección. A continuación se muestra una tabla de consumos, a título orientativo:
Se puede inferir que hasta un vehículo de la potencia de una moto, una instalación con tomacorriente estándar y conductores hacia el mismo de 1 mm2 es más que suficiente.
No ya para el caso de un citycar, para el cual se sugiere un tomacorriente hasta 20 Amper y conductores de 2 mm2.
Vehículos de alta potencia
Para vehículos cuya batería es de valor energético por encima de los 10 Kw-h y por lo tanto la corriente que tomará de la instalación excede los 13 amperes (por ejemplo), inexorablemente hay que plantear la colocación de un punto de carga tipo Wallbox.
Dentro del menú que ofrece el mercado tecnológico aparecen los puntos de carga (erróneamente llamados cargadores) con control dinámico de carga. El control dinámico de carga es un sistema electrónico integrado en el punto de recarga. Su principal función es evitar que te quedes sin electricidad en tu hogar por exceso de consumo eléctrico mientras usas tus electrodomésticos y a su vez cargas tu coche eléctrico. Cualidad que le agrega a una instalación eléctrica domiciliaria correctamente dimensionada una seguridad eléctrica completa.
Además del sistema eléctrico de potencia y de comunicación (vehículo-wallbox). El mismo posee dos sensores de corriente. Uno ubicado para censar la corriente que consume la carga del auto y otro sensor ubicado, a través de un cable mallado, en el ingreso del conductor de alimentación al tablero principal domiciliario.
Se programa, en el wallbox, un límite de potencia (o corriente) de consumo del domicilio incluyendo al vehículo en carga. Por supuesto ese límite debe ser menor o igual a la potencia entregada por la distribuidora en la acometida de acuerdo al tipo de electrificación domiciliaria.
Cuando el vehículo inicia su carga, programada o manual, la suma del consumo de potencia del domicilio más el consumo del auto no debe exceder, bajo ningún concepto, la potencia limite programada. La carga eléctrica del domicilio tiene prioridad sobre el consumo de carga del auto, si el valor total de consumo (por exceso domiciliario) es mayor que el límite, automáticamente el vehículo atenúa su demanda de energía, para que la suma total de consumo se mantenga menor o igual a la potencia limite programada. Es decir, hay una modulación de la energía, la cual es realizada por el vehículo bajando su demanda de carga, ya que existe una comunicación entre el auto y el wallbox. Este último es quien realiza en tiempo real los cálculos de balance energético e indica al vehículo que nivel de carga tiene permitido.
Veamos un ejemplo:
Consideremos un domicilio, con una electrificación básica, cuyo propietario tiene un auto Nissan Leaf con una batería de 40 Kw-h e instalado un punto de carga con conector tipo 2, que entre otras características posee control dinámico de carga. Este punto de carga esta alimentado con conductores de dimensiones apropiadas ya sea por una línea dedicada desde el tablero central o como instalación general.
Se considera dos situaciones (entre muchas) sobre una corriente límite programada de 20 Amperes, las cuales para ejemplo, son representativas.
Un primer estado en el cual el vehículo comienza su carga y el domicilio tiene un consumo muy bajo (1 Amper), por ejemplo, lámparas encendidas o algún electrodoméstico. El vehículo toma 19 Amperes
Posteriormente en un segundo estado el vehículo debe disminuir su exigencia de energía (pasando a 6 Amperes) porque se modificó el domiciliario, sumando al consumo anterior un equipo refrigerador (o suma de dos o tres, de menor potencia) totalizando 6000 frigorías, 2,6 Kw, 13,13 Amp.
Importancia del control dinámico de carga
- Evitar sobrecargas: Al ajustar automáticamente la potencia de carga según la disponibilidad de energía, el sistema evita que se exceda la capacidad de la infraestructura, lo que podría provocar cortes de energía o daños en los equipos eléctricos.
- Optimización del consumo energético: El control dinámico de carga permite optimizar el consumo de energía de los hogares, aprovechando al máximo la capacidad de la red eléctrica en función de las necesidades del usuario. Esto resulta en un uso más eficiente de la energía y una reducción en los costos de electricidad.
- Integración con energías renovables: El control dinámico de carga facilita la integración de fuentes de energía renovable, como la solar o la eólica, en el proceso de carga. Al ajustar la potencia de carga según la disponibilidad de energía, se maximiza el uso de las fuentes renovables y se reduce la dependencia de los combustibles fósiles.
La carga de vehículos no debe ofrecer ningún tipo de riego eléctrico siempre y cuando se apliquen sobre la instalación eléctrica todos los elementos de seguridad disponibles, los cuales no deben ser dejados de lado, aún si la normas locales vigentes no exigen su colocación.
Ricardo Berizzo
Ingeniero Electricista 2024.-
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