Autor Tema: ¿Estan preparados los cargadores para el futuro?  (Leído 794 veces)

eolosbcn

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¿Estan preparados los cargadores para el futuro?
« en: Junio 19, 2021, 04:52:44 pm »
Hay un tema que me preocupa. Actualmente la baterías de vehículo eléctrico operan a una tensión algo inferior a 400V.

Una parte importante del peso de la batería es la tecnología en si. Pero otra parte es pura física. Si tengo 400V y un motor se 150kW, rengo que ser capaz de mover 375A dentro de la batería. Y eso, por efecto Joule, inevitablemente significan unas secciones bien gruesas de cableado por todo el vehículo, incluyendo dentro de la batería un peso y volumen importante. Obviamente si hablamos de recarga ultrarrápida las secciones deben incluso aumentar, ya que ahí la corriente va a ser sostenida. Existe la alternativa de la refrigeración, pero ocupa también volumen, peso y reduce la eficiencia.

Hasta donde yo se, la infraestructura de recarga está pensada para estas tensiones. El efecto Joule no va a cambiar. La alternativa más fácil es lo que se hizo en las grandes plantas fotovoltaicas hace tiempo. Pasar de los 1.000V de continua a los 1.500V, reduciendo secciones de cables, tamaños y corrientes de inversores, al final, reduciendo peso y coste.

Por tanto si se quiere que laa mejoras de las tecnologías de baterías se noten, se debería aumentar la tensión de la batería haciendo las series de las células dentro de esta más largas (y habiendo menos series en paralelo). También el aumento de la tensión puede permitir que con la misma tecnología, al disminuir el tamaño del cableado, aumentar la capacidad con el mismo peso y volumen.

¿Qué haremos entonces con la infraestructura de recarga actual? La única solución sería, manteniendo infraestructura, equipar a los vehiculos con grandes conversores DC-DC o, suplementar la infraestructura con estos.

Para mi está claro que las bajas tensiones de las baterías penalizan al coche eléctrico con peso y coste y que la única solución de futuro pasa por elevar la tensión de la bateria a 800-1000V. Sino, por mucho que cambie la tecnología de baterías, el efecto Joule va a penalizar siempre fuertemente al coche eléctrico.
« última modificación: Junio 19, 2021, 04:59:31 pm por eolosbcn »

DGM73

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Re:¿Estan preparados los cargadores para el futuro?
« Respuesta #1 en: Junio 19, 2021, 05:04:14 pm »
Ya existen VE con baterías de 800V. Y pueden cargar tanto en cargadores de 800V (ya hay bastantes de hasta 920V) como en los de 400V (aunque esto último a veces supone pagar el extra como opción; unos 400€ en el Taycan, por ejemplo)

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Re:¿Estan preparados los cargadores para el futuro?
« Respuesta #1 en: Junio 19, 2021, 05:04:14 pm »

Tristán

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Re:¿Estan preparados los cargadores para el futuro?
« Respuesta #2 en: Junio 20, 2021, 02:29:04 am »
Por un lado, aumentar el voltaje disminuye intensidad (sección de cable y pérdidas) para una misma potencia, como comentas, pero, por otro lado, requiere de un aislamiento mayor, se hace más peligroso... no sé hasta dónde podremos llegar, pero no es algo trivial... hablamos de muchos voltios..

ma4t

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Re:¿Estan preparados los cargadores para el futuro?
« Respuesta #3 en: Junio 20, 2021, 11:46:22 am »
En mi opinión está claro que doblar la tensión de la batería comporta algunas ventajas, pero como comenta Tristán también hay que tener en cuenta que no es algo trivial. Según tenia entendido, y tiene toda la lógica, un escollo importante a la hora de implementar este aumento es que toda la industria auxiliar de componentes para VE (inversores, OBC, DC/DC de HV a 12 V, incluso cargadores rápidos…) se basaba en arquitecturas de 400 V, por lo que era mucho más sencillo para los fabricantes plantear VE con este tipo de tecnología que no tener que tirar de los pocos proveedores o componentes a 800 V que podían existir. Cuando salió el Taycan imaginaba que la transición 400/800 sería bastante lenta, pero en vista de que VE de un precio mucho más contenido como los del grupo Hyundai Kia ya empiezan a adoptar esta tecnología, quizá sea más rápida de lo que esperaba.

Respecto a la compatibilidad con los cargadores DC actuales veo algunas posibilidades más que las que comentas. Desde el punto de vista del VE, existen como mínimo tres maneras de hacer que un vehículo con tecnología de 800 V sea capaz de cargar en cargadores de 400 V.
Una es la que comentas, equipandolos con convertidores DC/DC booster para elevar la tensión, tal y como ha hecho el grupo VW con el Taycan o el e-tron GT. Desconozco como será ahora (lo he intentado mirar en su configurador pero lo de los opcionales y los configuradores para estos coches es una locura…) pero a su salida, tanto el e-tron GT como el Taycan equipaban de serie este booster para potencias de hasta 50 kW, pudiéndolo ampliar a 150 kW pasando por caja; no descarto que a día de hoy lo incorporen de serie. Tampoco conozco el coste económico y en peso/espacio de estos conversores, pero conociendo un poco como van estas tecnologías me imagino que no debe ser poco.
Hyundai Kia ha optado por otra opción; utilizar parte de los componentes del powertrain (diría que el inversor + motor del tren posterior) para realizar esta tarea, haciéndolos trabajar como si de un booster se tratase. A simple vista parece una opción mucho más ventajosa, pues debería suponer un ahorro respecto los tres puntos negativos de la opción del grupo VW; menor coste, menor peso y menor espacio utilizado, pero imagino que acarreará una complejidad superior y que también tendrá sus desventajas y limitaciones.
Por último, y aunque aún no ha salido al mercado pero creo que no debería tardar, GM anunció que en su GMC HUMMER EV Edition 1 optaría por básicamente dividir el pack de baterías de 800 V en dos bloques de 400 V mediante un “simple” contactor cuando requiriese cargar en puntos de esa tensión. A mi, que no tengo mucha idea del tema, me parece sin duda la opción más lógica, sencilla y económica, claramente mejor que las otras dos, pero es evidente que si todos los fabricantes no han optado por esta opción será por algo. Probablemente acarre también una complejidad añadida para el BMS a la hora de gestionarlo o algo por el estilo, pero lo desconozco.

Desde el punto de vista del cargador, veo bastante complicado añadirles uno de estos booster DC a los equipos actuales que se encuentran en campo. Solo desde un punto de vista mecánico sería todo un reto, pues haría falta poner el “aparato” entre la salida de potencia DC interna del cargador y las mangueras DC, lo que me parece excesivamente complicado de hacer. Quizá si sería posible en algunos casos una adaptación (con sustituciones) de la parte actual de potencia para que pudiesen pasar de proporcionar una salida de 400 V a una de 800 V, pero me sigue pareciendo complicado. Creo que la única forma viable de hacerlo va a ser sustituyendo el equipo entero por otro de 800 V, pues probablemente queden aún años suficientes como para que llegue esa necesidad (si es que llega), suficientes como para que los equipos actuales de 400 V queden amortizados y alcancen el fin de su vida útil.
Por otra parte os puedo asegurar que la tendencia del mercado de cargadores DC es tirar hacía los 800 V en toda la gama de producto, incluyendo los de 50 kW o menos, y no solo en los cargadores de alta potencia. Y cuando hablo de 800 V me refiero al rango de 200 a 920 V que comprende este tipo de cargadores, lo que los hace compatibles con prácticamente cualquier VE del mercado. Es muy posible que en un par de años ya prácticamente no se instalen cargadores de 400 V (estos acostumbrar a abarcar el rango de 50-200 a 500 V) si no solamente cargadores de 800 V.

Y ya para acabar, y un poco relacionado con este tema y pese a que no sean los 800 V, Tesla ha optado por aumentar la tensión nominal de su nuevo Model S y muy probablemente también el X hasta los 450 V, desde los menos de 400 V actuales (actualmente estarían alrededor de los 350-360 V en función del pack de baterías). Esto les permite, por una parte, aprovechar al máximo los puntos de recarga de 400 V actuales en los que la tensión de la batería era una limitación para el cargador para poder llegar a suministrar su máxima potencia. Por ejemplo, en un punto de 50 kW, un Model S cargaba entre los 40 y poco y 40 y largos kW, requiriendo un SoC elevado para acercarse a los 50 kW debido a la limitación de 125 A del punto de recarga. Ahora es muy probable que pueda cargar a 50 kW prácticamente constantes, algo que ya podían hacer actualmente algunos VE con tensiones nominales de batería suficientemente altas como el e-tron. En los HPC d 350 kW podrían superar fácilmente los 200 kW si acaban equipando el CCS “nativo” como se comenta, reduciendo la diferencia con los SuC de Tesla. Quizá sea un primer paso hacía los 800 V que estoy seguro que Tesla acabará adoptando tarde o temprano (apostaba por el Model S Plaid +, pero desgraciadamente ha sido cancelado… quizá lo veamos en el Cybertruck o en el nuevo Roadster?).
Esta es otra de las estrategias que no acabo de entender el por qué no siguen más fabricantes, pues a priori aumentar ligeramente la tensión nominal de la batería poniendo series más largas como ya hacen algunos (e-tron comentado, pero también otros como la familia e-208, e-2008, etc.) supone una ligera mejora a nivel de pérdidas y velocidad de carga.

Y hasta aquí mi rollo de domingo. Me ha quedado un poco largo pero quería dar mi punto de vista sobre el tema, que me parece bastante interesante. Sé que pocos se lo van a leer (si es que hay alguno)  ::) pero siendo un poco egoísta esto me sirve a mi también para poner en orden mis ideas y conocimientos y aprender un poco más!  :D

DGM73

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Re:¿Estan preparados los cargadores para el futuro?
« Respuesta #4 en: Junio 20, 2021, 11:51:54 am »
@ma4t Leído y gracias! Tus aportes siempre aportan (e importan)

RamonB

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Re:¿Estan preparados los cargadores para el futuro?
« Respuesta #5 en: Junio 20, 2021, 12:16:07 pm »
Una pregunta... ¿Y el proceso inverso? La mayoria de los coches actuales cargan a 400V, según habéis escrito... ¿Pueden cargar en un cargador de 800V?¿Baja la tensión el cargador?


ma4t

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Re:¿Estan preparados los cargadores para el futuro?
« Respuesta #6 en: Junio 20, 2021, 12:39:24 pm »
Una pregunta... ¿Y el proceso inverso? La mayoria de los coches actuales cargan a 400V, según habéis escrito... ¿Pueden cargar en un cargador de 800V?¿Baja la tensión el cargador?

Los cargadores de 800 V (por lo menos los que yo conozco) pueden dar tensiones de 400 V sin problemas, pues trabajan en el rango 200-920 V, por lo que en ningún caso habría problemas para cargar para los VE actuales de 400 V.

RamonB

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Re:¿Estan preparados los cargadores para el futuro?
« Respuesta #7 en: Junio 20, 2021, 02:16:01 pm »
Los cargadores de 800 V (por lo menos los que yo conozco) pueden dar tensiones de 400 V sin problemas, pues trabajan en el rango 200-920 V, por lo que en ningún caso habría problemas para cargar para los VE actuales de 400 V.

Gracias por la información    :)

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Re:¿Estan preparados los cargadores para el futuro?
« Respuesta #7 en: Junio 20, 2021, 02:16:01 pm »