Aproveche las ventajas de un diseño modular para las estaciones de recarga rápida de vehículos eléctricos

Los controladores de automóviles de gasolina están cada vez más acostumbrados a entrar en estaciones de servicio y aparcamientos y ver estaciones de recarga de vehículos eléctricos (VE) que parecen aparecer casi por todas partes. Sin embargo, para los controladores de vehículos eléctricos que realizan viajes largos o para los que realizan viajes cortos y se olvidaron de recargar recientemente, las estaciones de recarga disponibles pueden parecer escasas y distantes entre sí. Es un indicador de la creciente demanda de productos comerciales e industriales para satisfacer la necesidad de opciones cómodas de recarga de vehículos eléctricos.

La construcción de infraestructuras de recarga es esencial para cumplir los objetivos gubernamentales de sustituir los vehículos de combustible fósil por VE. A finales de 2021, el Gobierno de Biden anunció en Estados Unidos una estrategia para construir 500,000 cargadores públicos de vehículos eléctricos en todo el país de aquí a 2030, y un informe del Departamento de Energía indicaba que para entonces se necesitarán 1,2 millones. El Reino Unido, China y la Unión Europea también subvencionan y fomentan la inversión en infraestructuras públicas de cargadores.

Se prevé que los incentivos gubernamentales y las restricciones a las emisiones impulsen las ventas de VE de 2 millones en 2020 a 73 millones de unidades en 2040, lo que representa el 61% de las ventas mundiales de automóviles y un porcentaje aún mayor en Japón, EE.UU. y la UE. McKinsey calcula que el coste del hardware, la planificación y la instalación de los cargadores públicos en Estados Unidos (excluidas las mejoras eléctricas de la red y los emplazamientos) ascenderá a 35,000 millones de dólares hasta 2030, y a otros 16,000 millones para los situados en lugares de trabajo y depósitos de flotas.

Diseño de una solución de carga comercial

Dado que el número de vehículos eléctricos en circulación aumenta día a día, el mercado potencial para las soluciones de carga es enorme, ya que las estimaciones del gobierno de EE. UU. para las instalaciones de puertos de carga públicos a principios de 2024 no llegaban a 200,000.

Se espera que la demanda aumente a medida que crezca la confianza de los consumidores en los vehículos eléctricos con la adopción de la tecnología de carga de alta potencia (HPS), que proporcionará aproximadamente 19 millas de autonomía por minuto de carga. Esto contrasta con los 3.2 km por minuto de carga con las corrientes de carga de 200 kW del sistema de carga combinada (CCS).

Existen numerosas consideraciones de diseño para las soluciones de carga comerciales e industriales, y una de las más importantes es la capacidad de adaptarse a la evolución de los estándares de carga de los vehículos eléctricos. Es esencial que los diseñadores de productos creen soluciones ganadoras en torno a características clave, entre las que se incluyen:

• Carga rápida y eficiente para una amplia gama de vehículos eléctricos, incluidos coches, autobuses y camiones.
• Eficiencia energética que garantiza el uso de la máxima potencia para la carga y minimiza la pérdida de calor.
• Una experiencia de carga consistente, incluso en presencia de fluctuaciones de voltaje.
• Larga duración y fácil mantenimiento
• Escalabilidad hasta el rango de megavatios para dar cabida al funcionamiento de grandes parques de recarga y al crecimiento previsto de VE en la carretera.
• Funcionamiento seguro y fiable, con protección contra sobretensiones, disyuntores y protección contra sobrecalentamiento

Para suministrar energía de forma rápida, cómoda y fiable a los vehículos eléctricos es necesario diseñar productos que ofrezcan una gran eficiencia y flexibilidad para su uso en aplicaciones públicas y comerciales/industriales.

Fuentes de alimentación modulares para acelerar la carga de los vehículos eléctricos

Phoenix Contact ofrece módulos modulares de alimentación CHARX diseñados para la carga rápida y eficiente de vehículos eléctricos. También son adecuadas para la carga fuera de carretera de flotas y equipos pesados, microrredes de CA, redes de CC de alta tensión, almacenamiento de energía y aplicaciones de electrólisis de hidrógeno.

Fundada en Alemania en 1923, la Empresa es líder mundial en el mercado de componentes, sistemas y soluciones de ingeniería eléctrica, electrónica y automatización. Suscribe la visión de la Sociedad Totalmente Eléctrica en la que la creciente electrificación, conexión en red y automatización de los sectores va de la mano de una dependencia cada vez mayor de soluciones fiables de fuente de alimentación. Para ello, se centra en ofrecer puntos de recarga e interfaces de carga rápidos, seguros y conformes a las normas con las últimas tecnologías.

Los módulos de alimentación CHARX (Figura 1), que forman parte de una completa gama de productos para la creación de soluciones de carga, están disponibles en versiones CA/CC y CC/CC que pueden montarse directamente sin rieles DIN en un armario estándar de 19 pulgadas, utilizado habitualmente en estaciones de carga de vehículos eléctricos. El diseño modular plug-and-play de CHARX simplifica y acelera los procesos de instalación y mantenimiento gracias a la tecnología push-in y de conexión rápida T-LOX. Las dimensiones del módulo son 483 mm de ancho, 134 mm de alto y 550 mm de fondo.

Figura 1: Armario de distribución modular CHARX, disponible en modelos CA/CC y CC/CC. (Fuente de la imagen: Phoenix Contact)

Optimizado para la carga de CC con tensiones y corrientes elevadas, cada módulo de potencia puede proporcionar una potencia de carga de hasta 360 kW. Ofrecen una eficiencia energética del 95% con una carga del 50% y una disipación de potencia inferior a 14 W en modo en espera, lo que garantiza la rentabilidad cuando no se utilizan de forma activa.

La potencia de carga es escalable mediante la conexión flexible de módulos y armarios de sistema. Con la tecnología de refrigeración adecuada, los módulos CHARX permiten una potencia de carga de hasta 500 kW, ideal para parques de carga de hasta megavatios.

El módulo de alimentación trifásica 1232243 CHARX PS-M2/3CA/1000CC/30KW CA/CC tiene un rango de entrada de 340 V_CA a 530 V_CA. El módulo de alimentación CC/CC 1296467 CHARX PS-M2/825DC/1000DC/30KW tiene un rango de entrada de 300 V_CC a 825 V_CC para su uso en numerosas configuraciones de voltaje CC. Ambos módulos de potencia tienen un rango de salida de 30 V_CC a 1.000 V_CC.

Los módulos CC/CC ofrecen un seguimiento continuo del punto de máxima potencia (MMPT) que ajusta la tensión y la corriente de entrada de una matriz solar para optimizar la potencia de salida. Esto ayuda a obtener la producción más eficiente para el dispositivo, a pesar de los distintos niveles de radiación solar, temperatura y tipos de paneles fotovoltaicos.

Un único controlador para varios armarios

El protocolo basado en mensajes del bus de la Red de área de controladores (CAN) permite el funcionamiento eficaz de varios módulos y armarios de potencia sin necesidad de una computadora central. El protocolo de carga de red (GCP) basado en CAN permite la comunicación entre uno o varios módulos de potencia y un controlador de carga, y admite métodos de comunicación entre pares, multidifusión y difusión.

El módulo controlador de carga programable 1624130 EV-PLCC-AC1-DC1 (Figura 2) funciona con módulos de alimentación de CA/CC o CC/CC para estaciones de carga de CC. Es el componente central del sistema de recarga eléctrica y ofrece funciones de comunicación en red, autenticación de usuarios, gestión de la carga y seguridad. Su interfaz de bus CAN gestiona la distribución de energía y la comunicación para aplicaciones de carga rápida.

Figura 2: El controlador de carga programable EV-PLCC-CA1-CC1 para su uso con los módulos de alimentación CHARX CA/CC y CC/CC. (Fuente: Phoenix Contact)

El controlador funciona de acuerdo con las normas IEC 61851-1, IEC 61851-23, DIN SPEC 70121 y CHAdeMO, lo que proporciona versatilidad para diferentes requisitos de carga. Incluye interfaces Ethernet duales y un módem inalámbrico integrado, incluida una opción 4G.

La posibilidad de utilizar un único controlador para varios armarios simplifica el mantenimiento y reduce los costes de instalación y funcionamiento. El controlador CHARX puede conectarse a un máximo de 48 módulos de alimentación. Es compatible con OCPP 1.6J (Core-Profile) para la comunicación con los sistemas de gestión de estaciones de carga, así como con los protocolos de comunicación Modbus/TCP o MQTT para la integración con sistemas y plataformas externos.

El controlador admite 16 entradas digitales y utiliza conectores COMBICON para un ensamblaje flexible y conexiones seguras a los módulos de potencia. Una batería/pila recargable integrada garantiza el funcionamiento durante las interrupciones del suministro eléctrico.

Conclusión:

Los módulos de potencia y el controlador CHARX de Phoenix Contact ofrecen opciones versátiles y fiables para diseñar estaciones de carga de alta potencia. Con flexibilidad y escalabilidad, la cartera de productos CHARX permite soluciones que proporcionan una gestión eficaz y rentable de múltiples armarios y módulos de alimentación para diferentes aplicaciones de carga, así como una integración perfecta con diferentes protocolos de comunicación y sistemas externos.