Los vehículos eléctricos (VE) se están posicionando como una alternativa sostenible y eficiente al vehículo tradicional. La gran incógnita para los usuarios de esta nueva tecnología es cómo funciona la carga de un vehículo eléctrico. En este artículo, nos adentraremos en el mundo de la recarga de VE, explorando sus componentes clave, los diferentes métodos de carga existentes y su funcionamiento.
El corazón del sistema es la batería, encargada de almacenar la energía eléctrica que alimenta el motor. Los VE incorporan un sistema de gestión de la batería (BMS) que monitoriza su estado, asegurando un funcionamiento seguro y eficiente.
Mientras que los vehículos con motores térmicos necesitan acudir a una gasolinera para repostar, los VE pueden repostar casi en cualquier lugar. Existen sistemas de carga de baja potencia, aptos para cuando no se tiene prisa (hogar u oficina), y sistemas de carga de alta potencia más apropiados para cuando se requiere cargar la batería en el menor tiempo posible. En general, a mayor potencia, más cara el la energía.
Para garantizar los desplazamientos de VE a largas distancias, existe una infraestructura de cargadores públicos que permite recargar las baterías en cualquier lugar. Estos cargadores pueden ser de corriente alterna (CA) o de corriente continua (CC). Los de CA suelen ser más baratos y lentos, mientras que los de CC son más rápidos y potentes, permitiendo cargar un VE en cuestión de 30 minutos o menos.
En los próximos apartados, profundizaremos en cada uno de estos aspectos para ofrecer una comprensión completa del funcionamiento de la carga de un vehículo eléctrico.
Principios básicos de electricidad
Antes de continuar, por si alguien lo ha olvidado, será interesante recordar los principios básicos de la electricidad. La electricidad es el flujo de cargas eléctricas a través de un conductor. Las cargas eléctricas se mueven desde el punto que tiene más tensión eléctrica al que tiene menos. Por decirlo de alguna manera, la tensión es la «presión» que impulsa a las cargas eléctricas a moverse a través del circuito. La tensión se mide en voltios (V).
Podemos imaginarnos que cuanto mayor sea la presión, más rápido fluirá el agua. La intensidad se refiere a la cantidad de carga eléctrica (cantidad de agua) que fluye por un conductor en una unidad de tiempo. La intensidad se mide en amperios (A).
Por último, la potencia, que se mide en vatios (W), representa la cantidad de energía que se está consumiendo en un momento determinado.
Estas tres medidas están relacionadas entre si por la Ley de Ohm:
Potencia (W) = Tensión (V) x Intensidad (A)
Por ejemplo, si en casa tenemos una tensión de 220 voltios y nuestro electrodoméstico está consumiendo 5 amperios, es que la potencia es de 220V x 5A = 1100 W. Como la potencia suelen ser cantidades altas, se suele indicar en kilo watios (mil watios). Por tanto, la cantidad anterior se corresponde con 1,1 kW.
La potencia es una magnitud que representa la tasa de transferencia de energía en un instante determinado. Para conocer la cantidad total de energía transferida es necesario tener en cuenta durante cuanto tiempo mantenemos esta transferencia. A la cantidad total de energía transferida en un periodo de tiempo se conoce como energía. Se mide en vatios hora (Wh):
Energía (Wh) = Potencia (W) x Tiempo (h)
En el ejemplo anterior, si el electrodoméstico lo mantenemos encendido durante dos horas, habrá consumido 2200 Wh (1100W x 2h).
Para comprender el funcionamiento de cualquier circuito eléctrico, como los VE, es interesante tener clara la relación entre estas magnitudes.
Componentes del vehículo eléctrico
Como su nombre nos hace intuir, los vehículos eléctricos se mueven gracias a que disponen de uno o más motores eléctricos. Para almacenar la energía que hace funcionar el motor, estos vehículos tienen baterías. Las baterías de los VE están formadas por múltiples celdas individuales conectadas en serie. En su conjunto, la tensión total de la batería puede estar entre los 200 y los 800 V, dependiendo del modelo.
La energía eléctrica que podemos encontrar en los enchufes de casa o la oficina es de corriente alterna (CA). Todas las redes públicas de distribución de energía eléctrica son de CA. Sin embargo, solo existen baterías en corriente continua (CC). Por su propia naturaleza, no se pueden crear baterías de CA. Por tanto, para recargar las baterías del coche hay que convertir la CA en CC. Esta tarea la hace un dispositivo conocido como inversor. Todos los VE disponen de un pequeño inversor entre sus componentes.
El inversor del VE se utiliza cuando se conecta el vehículo a una fuente de CA. Dadas las limitaciones del inversor del VE, las cargas de este tipo solo pueden realizarse a baja potencia (hasta 22 kW). Para realizar cargas más potentes y rápidas se utiliza un inversor externo. En ese caso, la conexión entre el inversor externo y el VE se realiza en CC. Estas conexiones permiten cargas de alta potencia (hasta 350 kW). Por tanto, existen dos tipos de cargas de los VE:
- Carga a baja potencia en CA. Utiliza el inversor del vehículo. Admite cargas en corriente alterna en monofásico o trifásico. La potencia máxima de carga depende del vehículo y del enchufe al que se conecte. En el mejor de los casos (trifásico) puede llegar a cargar a 22 kW, aunque lo normal es hacerlo en monofásico entre 3 y 7 kW. Para las cargas en CA se suele utilizar el cable del coche y la carga completa de la batería dura horas.
- Carga a alta potencia en CC. Utiliza un inversor externo de alta potencia. La conexión entre el VE y el cargador se realiza en CC con un cable grueso. La potencia máxima de carga es de 350 kW, aunque los propios VE suelen tener limitaciones mucho menores (entre 100 y 200 kW). Se suele utilizar el cable especial que incorpora el cargador y la carga completa de la batería podría durar minutos.
Para conectar el VE con la fuente de energía se utiliza un cable. El VE tiene un conector (enchufe) donde se conecta el cable. El tipo de conector utilizado está normalizado y depende de la región donde nos encontremos. En Europa se utiliza el conector conocido como Tipo 2 (Mennekes) para CA y el conocido como CCS 2 para CC. El CCS 2 nos es más que un añadido del conector Tipo 2, por lo que ambos son el mismo conector donde, dependiendo de la modalidad, se utiliza unos u otros contactos.
En el caso de Norteamérica, se utiliza el conector Tipo 1 (J1772) para CA y el CCS 1 para CC. Adicionalmente, Tesla dispone de su propio conector, tanto para CA como CC. Por lo que en esa región, no todos los VE pueden hacer uso de todos los cargadores. En Europa también hay coches Tesla, pero estos modelos no incorporan el conector propio sino el estándar europeo. Hay que decir que en otras regiones del mundo (como China o Japón) se utilizan otros conectores distintos (por ejemplo, GB/T o Chademo).
Chademo fue el primer conector de alta potencia (CC) que salió al mercado y rápidamente se instaló en todo el mundo. Cuando posteriormente salieron los estándares en Europa y Norteamérica, se dejó de instalar Chademo, pero todavía quedan muchos instalados.
Si tiene interés en la tecnología de carga de los vehículos eléctricos, puede consultar este otro artículo: Tecnología de carga de los vehículos eléctricos.
Cuánto consume un vehículo eléctrico
El consumo medio de un VE se mide en kWh por cada 100 kilómetros (kWh/100 km). Este dato nos indica la cantidad de energía eléctrica que consume el vehículo para recorrer esta distancia. Al igual que ocurre con los vehículos de motor térmico, el consumo depende de las circunstancias. Si el camino es cuesta arriba o tenemos puesta la calefacción al máximo, el consumo será mayor que si el camino es cuesta abajo y no necesitamos calefacción. Por otro lado, a diferencia de los vehículos de motor térmico, los VE consumen menos en ciudad y más en los desplazamientos por carreteras.
Para hacernos una idea más precisa, los factores que influyen en el consumo son los siguientes:
- Eficiencia del motor y la batería: Los vehículos con motores y baterías más eficientes tendrán un menor consumo.
- Aerodinámica: Un diseño aerodinámico reduce la resistencia del aire y, por lo tanto, el consumo de energía.
- Estilo de conducción: Una conducción suave y anticipada, evitando acelerones y frenazos bruscos, ayuda a reducir el consumo.
- Temperatura ambiente: En climas fríos la batería se descarga más rápido, lo que aumenta el consumo.
- Uso de la electrónica: El uso de dispositivos eléctricos o electrónicos en el VE tiene una incidencia que puede llegar a ser apreciable en el consumo. Por ejemplo, el aire acondicionado, la calefacción, cámaras de grabación del entorno, uso del wi-fi del VE, uso de infoentretenimiento, etc.
Generalmente, el consumo de un VE oscila entre 14 y 25 kWh cada 100 km. La capacidad máxima de la batería varía según el modelo, situándose entre 60 y 100 kWh, aunque puede ser mayor. Por lo tanto, la distancia máxima que puede recorrer un VE antes de requerir una recarga se estima entre 300 y 600 km, aunque hay ejemplos de capacidades mayores y menores.
Conocer el consumo medio de un VE es útil para calcular la carga necesaria de la batería para un trayecto específico. Por ejemplo, si se planea recorrer 200 km por carretera, el consumo medio rondará los 20 kWh/100km y la batería deberá tener al menos 40 kWh de carga. En cambio, si el trayecto es urbano, el consumo medio se acercará más a los 14 kWh/100 km, por lo que la carga requerida será de 28 kWh.
Qué es el ciclo combinado WLTP
Como hemos visto, es muy difícil medir el consumo de un VE porque la respuesta siempre es: depende. Sin embargo, el valor del consumo medio por km de un VE tiene una gran importancia, ya que, entre otras cosas, nos permite comparar modelos. En definitiva, este valor puede ser significativo para decidir la compra de uno u otro VE.
Para resolver este problema, se ha desarrollado un sistema de medición conocido como Ciclo Combinado WLTP (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure, por sus siglas en inglés). Este método define una serie de circuitos (ciclos) diseñados para simular diversas situaciones de conducción, tanto urbanos como interurbanos. Esto incluye:
- Conducción a baja velocidad en ciudad: Con arranques, frenazos y paradas frecuentes.
- Conducción a velocidad constante en carretera: A un ritmo sostenido y sin paradas.
- Conducción a alta velocidad en autopista: A velocidades más elevadas.
La medición del consumo en ciclo combinado WLTP busca ofrecer una representación más realista del consumo promedio que puede esperar un conductor en condiciones de conducción habituales, ya que combina diferentes escenarios de uso del vehículo.
Uso del cargador en casa u oficina
Los cargadores de casa u oficina son cargadores de CA de baja potencia. Se puede decir que existen cargadores dos tipos: los básicos y los inteligentes.
El uso de los cargadores básicos consiste simplemente en enchufar el cable del coche y listo. Cuando estimemos oportuno, lo desenchufamos. Si nos interesa fijar un límite a la carga o definir el tiempo de carga, habría que hacerlo desde el software del propio VE o de la aplicación del VE, si es que ofrece esta posibilidad.
El más básico de los cargadores es el enchufe eléctrico normal de casa. El cable de carga que incorpora el VE suele tener un conector particular (de tipo 2 o tipo 1, dependiendo del país) pero existen adaptadores que convierten estos conectores al enchufe normal de casa u oficina. El mayor inconveniente de utilizar este tipo de enchufes es que es de baja potencia (2 a 3 kW) pero hay quien no necesita más. Si está toda la noche enchufado puede aportarle unos 100 km de autonomía al VE.
Por el contrario, los cargadores inteligentes ofrecen la posibilidad de configurar el proceso de la carga, así como, de decidir la circunstancias de la carga. Si se dispone de placas solares de producción de electricidad, baterías domésticas o discriminación horaria en el suministro eléctrico, estos cargadores permiten configurarles para que solo carguen el VE con la energía solar, la batería o en determinado horario.
Dependiendo del modelo, la programación se puede realizar en la pantalla del propio cargador o utilizando una app instalada en un smartphone o tablet. La app se puede conectar con el cargador por bluetooth o wi-fi.
Si el cargador está instalado en una zona compartida, existen modelos que permiten identificar al usuario mediante una tarjeta RFID o la app. Esta identificación puede utilizarse para permitir su uso o, incluso, medir su consumo. Una tarjeta RFID es como una tarjeta de crédito que al acercarla al lector del cargador le transmite su identificación. Existen modelos de tarjetas RFID de pequeño tamaño.
Uso de un cargador público
Existen dos tipos de cargadores públicos: los de baja potencia (CA) y los de alta potencia (CC). Los de baja potencia son de pequeño tamaño y no suelen incluir el cable de carga. El usuario debe utilizar su propio cable para conectar el VE al cargador. Por el contrario, los de alta potencia incluyen el cable que incorpora un conector de CC de alta potencia. Los cables de estos cargadores son de un diámetro apreciablemente mayor.
En cualquier de los casos, la tecnología permite que conectando el cable al coche se pueda iniciar la carga de forma automática. El mismo coche identifica al usuario. La infraestructura de carga de Tesla funciona de esta forma. No obstante, en general esto no es así.
Actualmente, para que el cargador pueda identificar al usuario es necesario utilizar una app de carga de VE, una tarjeta RFID o procedimiento similar. La tarjeta RFID tiene la gran ventaja de que la identificación es más rápida y cómoda. Además, no es necesario asegurarse de que en el momento de la carga nuestro smartphone tenga batería y cobertura de datos.
Por otro lado, además de facilitar la carga, las app de carga de VE ofrecen otras funcionalidades como:
- Encontrar puntos de carga. Muestra la localización de los puntos de carga, así como sus características y precio. Algunas permiten reservar su uso.
- Navegación. Algunas incluyen opciones para poder fijar el destino y que nos indique la ruta a seguir.
- Planificar la ruta. Permite planificar las paradas en los puntos de carga intermedios, si fuese necesario.
- Informar del estado de la carga. Durante el proceso de carga, la app va informando al usuario de los detalles de la misma: potencia instantánea de carga, porcentaje de carga de la batería, tiempo restante, etc.
- Historial de carga. Guarda la información de los detalles de las cargas realizadas con anterioridad.
Como podemos imaginar, existen distintos proveedores de app de carga de VE. Mientras unos se limitan a facilitar la carga, otros ofrecen todo un conjunto de funcionalidades adicionales.
Cómo es el proceso de la carga
Para terminar de hacernos a la idea de cómo funciona el proceso de la carga de un VE, veamos a continuación los pasos que sigue el software que gestiona la carga del VE. Como se ha visto, el VE se comunica con la estación de carga de acuerdo al protocolo ISO 15118 (o similar) y se van intercambiando la información necesaria para controlar la carga.
Los pasos son los siguientes:
- Paso 1: Identificación y compatibilidad. Al conectar el VE a la estación de carga se detecta esta presencia gracias al contacto PP (pin de proximidad). A continuación empieza el intercambio de datos entre ellos a través del contacto CP (pin de control). La primera comunicación es para comprobar que el VE y el cargador son compatibles. A continuación se identifica el VE conectado. Si el software de la estación no admite la identificación a través del conector, lo hará mediante su App, tarjeta RFID o clave de seguridad. El sistema accede a la información de la cuenta del usuario y las tarifas de carga aplicables. La manguera se bloquea para no poder ser desconectada por terceros.
- Paso 2: Negociación de la potencia de carga. A continuación, el software de la estación y el VE negocian los parámetros de la carga, como la potencia máxima o el tipo de corriente (CA o CC). Para ello se tiene en cuenta la capacidad de la batería del VE y la capacidad de energía de la estación.
- Paso 3: Inicio de la carga. Cuando todo está acordado, se inicia la carga de la batería.
- Paso 4: Seguimiento y adaptación. El VE vigila en tiempo real los parámetros de la carga como la corriente, el voltaje, la temperatura y la energía transferida. Ajusta dinámicamente la potencia de carga en función de la capacidad de la batería, las condiciones de la red y los parámetros preestablecidos. Si es necesario, le pide a la estación que ajuste los parámetros de carga para proteger la batería del VE contra sobrecargas, sobretensiones y otros posibles fallos eléctricos. Adicionalmente, el software proporciona información al usuario en tiempo real sobre el estado de la carga, energía consumida, si ha finalizado la carga o ha ocurrido algún evento relevante. También permite que el usuario pueda pausar o detener la carga.
- Paso 5. Fin de la carga. Cuando la batería llega al limite de carga fijado o cuando el usuario interrumpe la carga, la estación deja de suministrar energía y se da por concluida la carga. Se registra el consumo de energía, se aplican las tarifas correspondientes y se genera el recibo digital o factura para el usuario. La manguera sigue bloqueada hasta que se identifica el usuario, momento en el que se libera.
Las estaciones de carga públicas suelen disponer de más de un punto de carga. Por otro lado, la estación tiene un límite potencia máxima que debe distribuir entre todos sus puntos. Esto les obliga a que su software gestione la distribución de energía entre los distintos VE conectados. Por otro lado, el software optimiza el uso de la red eléctrica para evitar sobrecargas y garantizar la estabilidad. Algunas estaciones disponen de distintas fuentes de energía, como renovables o baterías, que deben gestionar para sacar el máximo rendimiento. El software de la estación se encarga también de realizar diagnósticos periódicos para detectar posibles fallos.
Velocidad de carga del VE
La carga de un VE no se produce a la misma potencia durante todo el tiempo de carga. Las cargas a alta potencia suponen un gran estrés para las baterías y los sistemas de carga, por lo que la electrónica de control de la carga del VE (conocida como BMS) gestiona la carga para garantizar que no se daña la batería. Esto supone controlar en tiempo real todas sus propiedades, como la temperatura, corriente (amperios) o tensión (voltios).
El uso prolongado de carga a alta potencia puede perjudicar la batería, por lo que este método se reserva para alcanzar el 80% de carga de la batería lo más rápido posible. El tiempo para llegar a este porcentaje varía según el nivel inicial de carga, el modelo del vehículo y el tipo de cargador, pudiendo ser de solo unos minutos (menos de 30 minutos).
A partir del 80% se ralentiza la velocidad de carga. Si se tiene prisa por continuar la ruta, se supone que con este nivel de carga es suficiente y no es necesario seguir sometiendo a estrés a la batería. No obstante, si se desea, se puede seguir cargando la batería pero, mientras que se puede tardar 20 minutos en alcanzar el 80% de la batería, llegar al 100% puede suponer una hora adicional o más. Por cierto, como los VE permiten planificar los momentos de la carga, algunos precalientan la batería antes de llegar al punto de carga, lo que mejora los tiempos.
Aplicaciones de carga de vehículos eléctricos
La carga de las baterías de un VE requiere de un tiempo. Mientras tanto, el usuario puede hacer otras cosas y desentenderse de la carga. Afortunadamente, existen app para los smartphones y que informan al usuario de cómo va el proceso de carga, avisándolo cuando ésta haya terminado.
Otra de las funcionalidades importantes de las aplicaciones de carga de VE es que permiten identificar al usuario, no solo para realizar el pago, sino para aplicarle la tarifa correspondientes. Existen proveedores que ofrecen distintos planes de tarifas dependiendo del perfil del usuario. Por ejemplo, los que viajan frecuentemente pueden hacer suscripciones mensuales a bajo precio (por ejemplo, de 100 kWh/mes por pocos euros), puede haber descuentos especiales a grupos determinados de usuarios o bonificaciones por el uso de otros servicios.
Iberdrola, Endesa, Repsol, Wenea, Tesla o Zunder son algunos de los proveedores de servicios de recarga de VE existentes en España. Cada uno de ellos tiene su propia app y su variedad de tarifas. Si es un usuario que viaja habitualmente, le convendrá comprobar cuál de ellos tiene la tarifa que mejor se adapte a sus necesidades. Bastará con bajarse su app y darse de alta. Le pedirá sus datos personales y una tarjeta de crédito con la que realizar los pagos.
Aunque los proveedores del servicio de carga suelen disponer de sus propias app, es normal que éstos permitan que sus puntos de carga sean accesibles desde las aplicaciones de otros proveedores. Es lo que se conoce como itinerancia o roaming de carga de VE entre proveedores. En tales situaciones, es posible que el usuario pague un precio por la energía ligeramente superior que si utilizase la aplicación propia de la red de cargadores donde está efectuando la carga.
En este sentido, existen app genéricas que no pertenecen a ningún proveedor pero que facilitan la carga del VE en las redes de puntos de carga de distintos proveedores. La idea es que el usuario no tenga que disponer de distintas aplicaciones, sino que, con una única app pueda planificar y pagar la carga en cualquier lugar. Esto resulta especialmente útil cuando se viaja a otros países.
Estos son algunos ejemplos de app de servicios genéricos de carga de VE: Electromaps (cubre toda Europa), Place To Plug (permite compartir los puntos de carga privados), Chargemap (cubre toda Europa) u Open Charge Map (por si viaja por Estados Unidos).
Cabe añadir que la mayoría de las app ofrecen la posibilidad de hacerse con una tarjeta RFID asociada al usuario. La ventaja de estas tarjetas es que el proceso de identificación del usuario es más rápido y no necesita de smartphone. Esto no impide que posteriormente se pueda hacer el seguimiento de la carga desde la app.
Por cierto, los fabricantes de VE (Tesla, Mercedes, Ford, etc.) suelen tener su propia app que, entre otras cosas, permiten la itinerancia de carga en distintos proveedores del servicio de carga. La red de cargadores de Tesla es un caso particular, ya que es el único fabricante que cuenta con una red de cargadores. Si no tiene un VE Tesla, pero le viene bien hacer uso de sus cargadores, solo tiene que instalar la app de Tesla. En Europa, los cargadores de Tesla utilizan los conectores normalizados, no los propios.
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En este artículo se ha abordado cómo funciona la carga de un vehículo eléctrico de una forma resumida. Los vehículos eléctricos, su tecnología y funcionamiento son temas apasionantes que da para muchas historias. Si busca inspiración o simplemente le interesan estos temas, en este blog se dispone de otros muchos contenidos relacionados. Por favor, utilice el buscador de contenidos que tenemos en la cabecera.
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