¿Cómo se integran las Estaciones de Servicio al mercado de los vehículos eléctricos?

Cuando se habla de vehículos eléctricos, hay algunas preguntas que aparecen de manera recurrente: ¿Cómo se cargan? ¿Cuánto tiempo demora su carga? ¿Qué autonomía nos proporciona una carga completa?

Estas preguntas, además de recurrentes, están íntimamente relacionadas. Vamos a tomar, como hilo conductor, a la batería del vehículo eléctrico para responderlas.

En principio, es válido aclarar que cuanto mayor es la capacidad de una batería, obviamente mayor será su autonomía.

Actualmente los vehículos 100 por ciento eléctricos poseen baterías con una capacidad que está en el orden de los 40 kWh (kilowatt hora, unidad de energía, sin barras, sin signos de multiplicar, ni otras cosas raras. Energía). Esa energía química almacenada en la batería se transformará en electricidad, y ésta en movimiento, el cual nos permitirá recorrer una cierta distancia.  

Un número que conviene tener en mente cuando hablamos del consumo de energía de los vehículos eléctricos es que se necesitan unos 16 kWh para recorrer unos 100 km.

Este parámetro nos permite calcular fácilmente la autonomía de un vehículo eléctrico típico: si tenemos un vehículo con una batería de 40 kWh y, como dijimos, consume 16 kWh cada 100 km, llegamos a la conclusión de que podremos recorrer unos 250 km, aproximadamente.

Cabe aclarar que estos números son de referencia ya que, como sucede con los vehículos de combustión interna, el consumo depende de muchas variables como el estilo de conducción, las características del terreno, la temperatura, etc.

Quizá al momento de planificar nuestras vacaciones nos encontremos con que estos 250 km no lleguen a cubrir todo el trayecto que necesitamos para desplazarnos y debamos realizar una carga en el medio, pero sobrarán para nuestra vida diaria dentro de la ciudad.

Antes de explicar qué tipo de cargadores son los más adecuados tanto para el hogar, como para las Estaciones de Servicio o centros comerciales y shoppings, será importante aclarar cómo se recarga un vehículo eléctrico para que puedan entender la diversidad de las tecnologías de carga.

CORRIENTE ALTERNA VERSUS CORRIENTE CONTÍNUA

Lejos de recrear la vieja disputa entre Edison y Tesla, los vehículos eléctricos se benefician de lo mejor de ambas tecnologías.

Corriente alterna

Podemos decir con un margen de error muy pequeño, que todos los vehículos eléctricos tienen por lo menos un zócalo por medio del cual se pueden cargar con corriente alterna. Esto nos asegura que en cualquier lugar en el que contemos con una red eléctrica podremos cargar, ya que toda la distribución en baja tensión se hace con corriente alterna.

Y justamente para que pueda realizarse en cualquier red doméstica, en general la carga en corriente alterna tiene un rango que parte desde algo menos de los 2 kW (lo que equivale a una pava eléctrica) hasta los 22 kW (lo que equivale un pequeño taller industrial), con una potencia típica de 7 kW (lo que equivale a un poco más que todo el consumo de un inmueble para una familia tipo en la hora pico).

Considerando que la energía es potencia por tiempo, podemos aventurarnos a calcular cuánto tiempo tardaríamos en cargar una batería de 40 kWh con un cargador de 7 kW de potencia: 40 kWh dividido 7 kW nos da como resultado casi 6 horas, tiempo corto si pensamos en la cantidad de horas que nuestro vehículo está parado sin que lo utilicemos (por la noche, por ejemplo).

Si llevamos la potencia de carga a la mitad (3,5 kW) podemos pensar que tardaremos el doble, es decir unas 12 horas. Quiere decir que la cantidad de horas al día que no usamos el vehículo sobran para cargarlo y tenerlo siempre listo para que nos brinde toda su autonomía. 

Dos consideraciones importantes sobre lo anterior: 1) rara vez llegaremos a casa con la batería casi en cero, así que el tiempo de carga será menor por el hecho de necesitar menos energía en la batería. 2) en corriente alterna, la cuenta realizada es cierta hasta una carga de entre el 80 y el 90 por ciento de la capacidad de la batería, ya que por razones electroquímicas la última parte de la carga se ralentiza.

Si bien se ha indicado que 22 kW es como límite superior del rango de potencia de carga en corriente alterna, algunos vehículos están preparados para cargar en 43 kW.

Las potencias de 3,5 kW y 7 kW corresponden a sistemas monofásicos, mientras que a partir de los 11 kW los sistemas son trifásicos.

También es importante destacar que prácticamente todos los cargadores de corriente alterna tienen la posibilidad de ser configurados para entregar potencias menores a la nominal, ya sea por medio de una configuración fija (o sea, que nunca supere más de tantos kW) o dinámica (o sea, que no supere cierto umbral de potencia en función del resto de los consumos simultáneos dependientes del mismo medidor).

Concluimos entonces, que en el uso diario disponemos del tiempo suficiente para cargar el vehículo, ya sea sólo durante la noche, o sumando tiempos más breves, sea en el trabajo o cuando vamos de compras. Son estas las típicas situaciones en las que el auto está esperando que nosotros terminemos con lo que estamos haciendo, por ejemplo, dormir, trabajar o almorzar. 

Corriente contínua

Pero si queremos unir dos puntos separados por una distancia mayor a la autonomía del vehículo, entonces será necesario hacer una carga más rápida que nos permita cubrir esa distancia en un tiempo razonable, y equiparable al tiempo que tardaríamos con el auto convencional.

Son las situaciones en las que, contrario a la anterior, nosotros somos los que esperamos que el vehículo se cargue para continuar el trayecto. Y en esos casos, pretendemos que nuestra espera sea lo más breve posible.

Hay una manera de cargar la batería más rápido: Con más potencia y en corriente continua.

Así como dijimos que casi con certeza todos los autos traen un zócalo para cargar en alterna, cada vez más autos traen también un zócalo para cargar en continua. De hecho, muchos autos traen un toma “combinado” que permite cargar en el mismo zócalo con ambas tecnologías.

La carga en corriente continua arranca en general en potencias de 25 kW, con un valor típico de 50 kW, y llega hasta números que podemos considerar fantásticos, alcanzando los 150 kW, 350 kW y en carga de vehículos pesados y buses hay tecnologías de hasta 600 kW. Mucho.

La idea de cargar en corriente continua y típicamente a 50 kW tiene por objetivo, como se dijo, disminuir el tiempo de carga.

En la carga en corriente continua, el cálculo del tiempo que se hizo para corriente alterna puede no resultar real.

Dadas las altas potencias con las que se carga en esta tecnología, las solicitaciones eléctricas, químicas, mecánicas y térmicas a las que están asociadas las baterías son importantes.

Por lo tanto, los fabricantes ajustan los parámetros de carga de sus baterías para evitar deterioros y optimizar su vida útil. Hay baterías con refrigeración natural por aire, y hasta algunas refrigeradas por circulación forzada de líquido.

Otro aspecto que modifica el tiempo de carga en corriente continua es el estado de carga de la batería. En general la carga es más rápida cuando la batería está más descargada, y el proceso se ralentiza cuando la batería está más cargada.

De todos modos, los fabricantes suelen informar un dato clave para el usuario, y es cuánto tiempo tarda en cargar el 80 por ciento de la batería en corriente continua. Y este tiempo está entre los 20 y 40 minutos, dependiendo del vehículo y su batería.

Eligiendo con que tecnología cargar

A partir de lo expuesto, resulta natural la selección de cada una de las tecnologías en función que necesidad de carga se necesita satisfacer.

¿Se necesita cargar en casa por la noche? Un wallbox de corriente alterna de 3,5 kW o 7 kW es suficiente

¿La idea es cargar en el shopping mientras se hacen las compras o se mira una película? Un cargador de corriente alterna de 7 kW o 22 kW resuelve el problema.

¿Y para una Estación de Servicio o para un peaje? Claramente aquí hace falta un cargador rápido de corriente continua de 50 kW o más.

CUESTIÓN DE DINERO

A pesar de tener el tiempo disponible para cargar en corriente alterna de noche o en el trabajo, algunos ansiosos se podrán preguntar por qué no poner en casa un cargador de corriente continua. Algunos fabricantes ofrecen wallbox de potencias tales que podrían funcionar en domicilios o estacionamientos compartidos sin mayores inconvenientes.

Pero hay dos condicionantes importantes:

Un cargador de corriente continua es bastante más caro que uno de corriente alterna, ya que incluye en su interior todas etapas de rectificación y regulación de potencia, y todos los componentes deben ser aptos para manejar las solicitaciones asociadas no solo a las mayores potencias, sino a un uso más intensivo, de carácter público.

Otro factor es el costo de la potencia en el punto de suministro. Las empresas distribuidoras de energía eléctrica cobran, a partir de cierta potencia, la disponibilidad de ésta, independientemente de que haya o no consumo de energía.

CONCLUSIÓN

Si bien el cargador rápido de corriente continua es más caro que el lento de corriente alterna, la posibilidad de tener una red de carga rápida es lo que permite que los vehículos eléctricos puedan tener baterías más pequeñas, y por lo tanto más económicas, recorriendo distancias mayores con paradas breves. De aquí su importancia estratégica para el crecimiento de la movilidad sostenible.

A este punto, el lector seguramente se está formulando nuevas preguntas. ¿Los zócalos y conectores son todos iguales? ¿En que difieren? ¿Cuánto cuesta cargar el auto en casa? ¿Y en la vía pública? ¿Conviene un auto eléctrico? ¿Qué tecnologías hay disponibles? ¿Cómo se gestiona la carga desde el punto de vista económico?

Esperamos tener un nuevo encuentro para poder responder estas y otras preguntas que surgen sobre el tema.

Roberto Ignacio Stazzoni

• Ingeniero, con más de diez años de experiencia en el gerenciamiento de áreas de Ingeniería de Producto y Calidad en industrias de alta tecnología con demanda de altos estándares de calidad.
• Adicionalmente, más de diez años de experiencia en el área de Evaluación de la Conformidad, estableciendo y dirigiendo Organismos internacionales de Certificación de productos eléctricos y electrónicos, de inspección y de sistemas de gestión
• Electromobility Product Marketing Specialist en ABB