Cargador de a bordo
La carga del automóvil eléctrico depende de tres componentes y su velocidad siempre estará determinada por el enlace más débil. Estos tres componentes son una estación de recarga, un cable de carga y un cargador de a bordo. ¿Entonces, cómo funciona? ¿Cuáles son los tipos básicos de cargadores a bordo? ¿Y cuáles son las perspectivas para el futuro?
¿Cargador?
No es un cargador como un cargador. Dado que la estación de carga se denomina comúnmente cargador, primero deben aclararse dos conceptos:
- Cargador de a bordo (en inglés On-Board Charger - OBC)
- Estación de recarga (que el público también llama "cargador" que carga CA o CC) - (en inglés Electric Vehicle Supply Equipment - EVSE)
Estación de recarga EVSE (la que no es el tema de este artículo :-) )
En este artículo, tratamos el tema de los cargadores de a bordo, es decir, aquellos que están firmemente integrados en el automóvil. El tema de los cargadores externos (EVSE) y recargas en corriente directa o alterna se puede encontrar aquí.
¿Cómo funciona la carga?
Hay dos tipos de recarga, puede ser en corriente continua o en corriente alterna. Si se usa corriente alterna, la corriente pasa a través del cable de carga al cargador de a bordo, que convierte la corriente de CA en corriente de CC y la envía a la batería a través del Sistema de administración de batería (Battery Management System - BMS).
El cargador de a bordo en el dibujo como 'On-board charger'. Autor:Toyota Motor Europe (Licencia CC BY-ND 2.0)
Si el automóvil se carga directamente con corriente continua, entonces el cargador de a bordo se pasa por alto y la corriente se dirige directamente a través de BMS a la batería. Por lo tanto, el cargador de a bordo no se usa durante la recarga en CC, pero hay mayores demandas en el BMS. Puede leer aquí sobre cómo funcionan las baterías, cómo prolongar su vida útil y qué papel juega la recarga en CC.
¿Cuál es el papel del cargador de a bordo?
Sobre todo, el cargador de a bordo permite controlar la corriente y el voltaje al que debe cargarse la batería, cuidando así la vida útil de la batería.
El cargador ofrece carga en corriente constante o en voltaje constante, los cuales son fáciles de operar. Y cada uno de ellos tiene sus ventajas y desventajas. En el caso de la carga en corriente constante, existe una alta eficiencia y velocidad de carga, pero existe el riesgo de que la batería se sobrecargue en una etapa posterior, reduciendo así su vida útil. En el caso de una carga de voltaje constante, existe el riesgo de que fluya demasiada corriente a la batería desde al principio, lo que calentará demasiado la batería y también cortará su vida útil.
Por lo tanto, el cargador asegura que se cargue inicialmente con una corriente constante, manteniendo así la velocidad y la eficiencia, y cuando el voltaje en ambos extremos de la batería alcanza una cierta amplitud, la carga cambia a carga de voltaje constante. Este sistema se llama estrategias de carga y es la función más importante del cargador a bordo.
Estratégias de carga. Fuente: https://www.hindawi.com/journals/jat/2019/2613893/
The first phase is the so-called PFC stage (Power factor controller or Power factor correction), which converts alternating (AC) current to direct current. This part of the charger decides whether it will be able to use one, two or all three phases of alternating current. The output voltage of 700V then goes to the second phase.
The second phase is called an LLC converter. The input is the above-mentioned 700V and the output is the voltage needed by the battery at a given moment of charging.
¿Cuáles son las partes del cargador de a bordo?
Los cargadores típicos realizan varias operaciones consecutivas para lograr estas funciones: rectificación de entrada, corrección del factor de potencia, conversión CC-CC, aislamiento, rectificación de salida y filtrado de salida. Para simplificar, en realidad hay dos fases.
Cargador de a bordo de dos fases. Source: https://www.hindawi.com/journals/jat/2019/2613893/
La primera fase es la llamada etapa PFC (Power Factor Controller o Power Factor Corrector), que convierte la corriente alterna en corriente continua. De esta parte del cargador depende si se puede usar una, dos o tres fases de la corriente alterna. El resultado es un voltaje de 700V, que pasa a la segunda fase.
La segunda fase se llama convertidor LLC, en el que entra 700V y la salida es el voltaje exactamente de acuerdo con lo que necesita la batería del vehículo eléctrico en el momento dado de la carga.
¿Cuáles son los tipos de cargadores de a bordo?
Los cargadores de a bordo se dividen de acuerdo con el número de fases que pueden usar (ya sea una, dos o tres) y de acuerdo con su potencia. La potencia de los cargadores de a bordo es entre 3,7 kW y 22 kW. A partir de estas dos características, también se deriva su precio y también el precio de todo el automóvil eléctrico.
Cargador de a bordo. Fuente: https://avidtp.com/product/onboard-charger/
El cargador AVID estándar tiene potencia de 7.3 kW si usa solo una fase o de 22 kW si usa las tres fases. El cargador también puede detectar si podrá usar solo una fase, dos o tres. Cuando se conecta a una estación de recarga en CA, que también tendrá la potencia de 22 kW, el tiempo de carga dependerá de la capacidad de la batería.
El voltaje que puede aceptar este cargador de a bordo es de 110 - 260V CA en el caso de conexión a una sola fase (y 360 - 440V en el caso de tres fases). El voltaje predeterminado que va después a la batería es de 450 - 850 V en corriente contínua.
Perspectivas para el futuro
Dado que la velocidad de carga de un automóvil eléctrico siempre depende de la potencia de la parte más débil (lo que suele ser el cargador de a bordo), existe una tendencia hacia cargadores a bordo cada vez más potentes. La investigación actual se centra principalmente en reducir las dimensiones y el peso del cargador con énfasis en alta densidad de energía, alta eficiencia de carga y buena disipación de calor.
La investigación sobre la primera parte del cargador (la fase PFC) está muy avanzada y actualmente alcanza una eficiencia del 98%. La eficiencia general actualmente depende principalmente del diseño y la eficiencia del convertidor CC-CC en la segunda fase.
Además, los coches eléctricos también están equipados con su propio sistema de accionamiento, que también puede cambiar la corriente de CA a CC. Pero sobre sus funciones y futuro hasta la próxima vez en nuestro artículo sobre sistemas de accionamiento.