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Recargando coches eléctricos: el manual perdido

Comentar Publicado el jueves 30 de enero de 2014
Recargando coches eléctricos: el manual perdido

Aunque poco a poco todos vamos aprendiendo acerca de los coches eléctricos, a la hora de 'enchufarlos' para recargar su batería surgen decenas de dudas.

CAPÍTULO 1:

Empecemos por lo más obvio... suponiendo que haya algo en este mundo nuevo de los coches eléctricos que lo resulte. Un coche eléctrico (o un híbrido enchufable) tiene una batería que debemos recargar periódicamente. Las baterías de los coches eléctricos y una pila recargable convencional se parecen en pocas cosas, pero una de ellas es que tienen un polo positivo y un polo negativo. Es decir, son dispositivos de corriente continua o DC, del inglés Direct Current. Esto significa que la corriente eléctrica transita en una sola dirección. El detalle particular de cual es esa dirección es indiferente. Lo importante es que siempre es la misma. (En cualquier caso, va del - al +. Sí, perfectamente anti-intuitivo). 

Otra cosa en la que se parecen las pilas recargables y las macro-pilas recargables de los coches eléctricos es que para recargarlas hay que aplicar una tensión eléctrica entre sus bornes que, por decirlo de algún modo, fuerce a la corriente eléctrica a volver a entrar en la pila. Es decir, hay que conectar el terminal positivo de una fuente de tensión continua al borne positivo de la batería y el terminal negativo de la fuente de DC al negativo de la batería y subir la tensión hasta, por lo menos, empatar con la que proporciona la batería. A partir de ese momento, comenzaría a 'fluir corriente' hacia el interior de la batería y comenzaría a recargarse. 

Explicado dejando a un lado las analogías sobre fluidos, lo que ocurre en el interior de la batería es que durante la descarga se produce una reacción química que genera electricidad y durante la recarga se provoca la reacción química inversa proporcionando electricidad a la batería.

De todo lo anterior, la información clave es que se necesita una fuente de tensión continua con una tensión superior a la de la propia batería del coche eléctrico para recargarla. Sin embargo, si miras a tu alrededor, verás pocas fuentes de tensión continua. Y desde luego, no verás ninguna de unos 400 voltios. Todos los enchufes que puedas encontrar, sean del tipo que sean, proporcionan corriente alterna o AC, del inglés Alternating Current. 

Por si te lo estás preguntando, la razón por la que casi todas las redes eléctricas del mundo utilizan corriente alterna es que la corriente alterna puede transformarse; es decir, puede aumentarse o disminuirse el voltaje a placer y con muy pocas pérdidas empleando un transformador (que básicamente es un pedazo de hierro con dos alambres enrollados). Sin embargo, elevar la tensión de la corriente continua, aunque es posible, sale carísimo. Trabajar con alta tensión es fundamental a la hora de transmitir energía eléctrica a larga distancia porque las pérdidas por conducción son proporcionales a la corriente que circula por los conductores, y utilizando tensiones altísimas se trabaja con intensidades muy pequeñas y, como consecuencia, con pérdidas muy pequeñas. Con intensidades muy pequeñas es posible transmitir energía eléctrica a distancias enormes con pérdidas muy pequeñas. 

De forma que, para recargar un coche eléctrico, tenemos que transformar una corriente alterna en corriente continua... a la tensión correcta. ¿Cómo?

La primera vía: el cargador onboard

Actualmente, la solución universal es que sea el propio coche el encargado de buscarse la vida para convertir AC en DC, mediante el denominado cargador de a bordo o 'onboard charger'. 

El del cargador de abordo es, por lo general, un asunto un poco espinoso. Lo es porque, de las características de este aparato, y en concreto de su potencia máxima, depende un dato muy poco publicitado por los fabricantes: el tiempo mínimo de recarga del coche eléctrico. Y los fabricantes no quieren oir hablar de tiempos mínimos de recarga porque, seamos sinceros: aunque se prevee que las baterías de un coche que experimente a lo largo de su vida unos 2.000 o 3.000 ciclos de carga de ocho horas de duración perderá un 20% de capacidad, nadie sabe a ciencia cierta cuanto van a envejecer. Y lo que sí esta muy claro es que cuanto más rápido se recargue, peor será la evolución.

Por otro lado, cuanto más potente es el cargador de a bordo, más caro y pesado resulta. 


Además, cuanto más pequeña es la batería de un coche eléctrico, más pequeña es la probabilidad de que el fabricante le dote de un cargador on board potente. Esto explica la impotencia crónica que padecen los modelos híbridos enchufables. 

Finalmente, los fabricantes tienen en cuenta las posibilidades reales de conexión del coche a la red eléctrica, que básicamente son tres. Que se emplee un enchufe doméstico (probable). Que se emplee una wallbox (más que probable). O que de alguna forma se emplee corriente trifásica (posible, pero poco probable).

En el primer caso, el del enchufe doméstico o enchufe Schuko, la intensidad está limitada a 12 amperios por el diseño del propio enchufe. Aunque en todos esos enchufes se puede ver escrito 16A, en referencia a que soportan hasta 16 amperios, a la hora de recargar coches eléctricos ha trascendido que los Schuko sólo soportan esos 16 amperios durante períodos cortos de tiempo. Vamos, que podría salir ardiendo la casa si se pasase de 12 amperios. Como potencia eléctrica es igual al producto de la tensión por la intesidad (grosso modo), tenemos que 230 voltios por 12 amperios dan 2.760 watios de potencia. Ampliaremos esto de los enchufes domésticos en la tercera entrega del manual.

El segundo caso, el empleo de una wallbox (literalmente, caja mural o de pared, un nombre que realmente le hace justicia), la clave reside en que se suprime el enchufe Schuko como intermediario. Así, la intensidad máxima viene determinada por el grosor del cable que llega a la wallbox. Como los Schuko están certificados para 16 amperios (aunque sea durante períodos cortos), lo más habitual es que a un enchufe doméstico llegue cable capaz de soportar hasta 16 amperios. Por eso, es muy frecuente que una wallbox proporcione hasta 16 amperios de intensidad: alguien ha desmontado el enchufe Schuko, ha montado en su lugar una wallbox, y la ha conectado a los cables que llegaban al Schuko, que permiten hasta 16 amperios. De nuevo, 220 voltios por 16 amperios, 3.680 watios.

A pesar de lo anterior, la ley en España establece que puede haber corriente alterna monofásica hasta 32 amperios. Eso significa que una wallbox podría entregar hasta 230 x 32 = 7.360 watios de potencia... siempre que el cable que llegase a ella fuera suficientemente gordo.

Aclarar que esta limitación de los 32 amperios para corriente monofásica no es una cuestión de seguridad, sino de funcionamiento de la red. Hasta lo que se denomina 'acometida' de los edificios llega corriente trifásica. A partir del cuarto de contadores, se tiran líneas monofásicas. Mientras en todas las líneas monofásicas el consumo sea similar, no hay grandes problemas. Pero si una de las líneas consume mucho más que las otras dos, el sistema se 'desequilibra' y se comienza a desperdiciar electricidad. Varios coches eléctricos cargándose conectados a la misma línea monofásica son un buen ejemplo de suceso que podría desequilibrar la red. Por eso, a partir de cierta potencia, el reglamento establece que debes montarte una línea trifásica para ti solito.

Como resultado de todo lo anterior, la mayor parte de los coches eléctricos a la venta monta un cargador de a bordo de, como mínimo, unos 3.600 watios; con suerte, de 7.400 watios. Y en casos de coches muy caros y con baterías muy grandes (y dueños muy propensos a invertir un dineral en una toma de recarga trifásica), de mucha más potencia.

Modelo Tipo de corriente Pot.máxima Capacidad batería Tiempo recarga (cable modo 2, 12 amp.) Tiempo mínimo rec.
Audi A3 e-TRON Monofásica 3.300 W 8,8 kWh 3 horas y 45 min 2 horas y 40 min
BMW i3 Monofásica 7,400 W 22 kWh 8 horas y 30 min 3 horas
Ford Focus Electric Monofásica 6,600 W 23 kWh 8 horas y 45 min 3 horas y 30 min
Mercedes SLS e-Drive Monofásica y trifásica 22.000 W 60 kWh 21 horas 3 horas
Mitsubishi iMIEV Monofásica 3.300 W 16 kWh 7 horas 7 horas
Nissan Leaf Monofásica 7,400 W 24 kWh 9 horas 3 horas y 10 min
Opel Ampera Monofásica 3,300 W 16 kWh 7 horas 4 horas y 50 min
Tesla Model S Monofásica y trifásica 22.000 W 85 kWh 32 horas 3 horas y 50 min
Tesla Roadster Monofásica y trifásica 16,000 W 56 kWh 21 horas 3 horas y 30 min
Renault Fluence Monofásica 3,600 W 22 kWh 8 horas y 30 min. 6 horas y 10 min
Renault Zoe Monofásica y trifásica 43.000 W 22 kWh 8 horas y 30 min. 30 minutos
Toyota Prius Plug.in Monofásica 3,300 W 4,4 kWh 1 hora y 30 min 1 hora y 30 min



Hay, sin embargo, algunos casos excepcionales. De todos, destaca el del Renault Zoe, que es capaz de cargar hasta a 43.000 watios de potencia. ¿Cómo lo consigue? Recurriendo a un truco muy ingenioso. En lugar de emplear condensadores, su cargador de abordo Chameleon emplea las bobinas de su motor eléctrico para convertir la corriente alterna en corriente continua.

Así que, de momento, y con la honrosa excepción de Renault, el factor limitante a la hora de recargar un coche eléctrico no será la instalación eléctrica de nuestro domicilio sino la potencia del cargador de abordo. Y si el proceso de carga es lento, se debe sobre todo a que los fabricantes lo han decidido así.

La segunda y cada vez más improbable vía: el cargador off board.

Sí, ya se lo que estás pensando. Tú habías oído hablar de 'carga rápida' y de coches eléctricos respostando sus baterías en un cuarto de hora o menos. ¿Qué ha sido de todo eso?

Desde que comenzó esto de los coches eléctricos, se viene fantaseando con la posibilidad de la carga rápida. Aunque, en realidad, el método debe denominarse carga off board, ya que la característica clave no es que la carga se realice deprisa, sino que el proceso de conversión de corriente alterna a corriente continua se lleva a cabo en el cargador y no en el coche.

En principio, esto abre la puerta a una carga mucho más rápida: se podría emplear la máxima potencia que pudiese asumir la batería del coche eléctrico. Y esa es una cifra que, de nuevo en principio, sólo está limitada por la capacidad de refrigeración del sistema de enfriamiento de las baterías... y por lo general, se puede asumir que es más o menos comparable a la potencia máxima de regeneración (de recuperación de energía cinética, que se convierte en electricidad para parar al vehículo) durante las frenadas.

Desde este punto de vista, podría establecerse la analogía de que la carga rápida en corriente continua es similar a bajar una larguísima cuesta abajo con el coche; tan larga que mediante la regeneración se cargarían completamente las baterías.

Sin embargo, hay algún que otro 'pero':

· Pero estos cargadores rápidos en corriente continua cuestan alrededor de 30.000 euros/und. Mientras que la instalación trifásica necesaria para cargar un Zoe a 43 kW cuesta unos 1.000 euros.

· Pero estos cargadores no son capaces de cargar la batería más alla del 80%, y la razón es preocupante: a partir de ese nivel de carga, el proceso resulta tan delicado que es mejor que se ocupe de gestionar la carga el cargador on board del coche... y esta tiene que realizarse 'despacito', a ráfagas de corriente, porque la batería empieza a estar muy llena.

· Pero aunque se plantea la recarga rápida como una solución 'in itínere' semegante a repostar gasolina, esos tiempos de recarga de 30 minutos, o de 15 minutos, están calculados basándose en la suposición de que la batería está fría al momento de empezar la carga... y en una situación real habría que sumar el tiempo que tardaría el sistema de climatización en enfriarla para poder empezar a cargar 'a tumba abierta'. Incluso el Renault Zoe, cuando carga a 43 kW, necesita dejar pasar unos minutos tras el primer cuarto de hora con la refrigeración al máximo y sin cargar para enfriar la batería.

· Pero los fabricantes advierten que la carga rápida no debe de ser el pan nuestro de cada día.

· Pero este sistema de carga rápida consiste en proporcionar a la batería corriente a intensidad constante hasta llegar al 80%, y sin embargo las estrategias de carga que emplean los vehículos eléctricos empiezan a ser 'sofisticadas', con curvas de intensidad cada vez más complicadas para preservar la vida de la batería.

· Pero hoy, a finales de 2013, la cantidad de cargadores rápidos instalados es relativamente testimonial. El gestor de carga IBIL tiene algunos compatibles con el estandar CHAdeMO en España, aunque para usarlos hay que contratar uno de los servicios de IBIL. En cuanto al otro estandar, el CCS/Combo type 2, o European Combo Plug –una especie de Mennekes adaptado a corriente continua–, a finales de 2013 no existían puntos de recarga en Europa.

En resumen:

· La dificultad de cargar un coche eléctrico reside en transformar la corriente alterna de la red en corriente continua para la batería.

· Actualmente, en todos los casos de ese cometido se encarga el denominado cargador de abordo, que está montado en el coche, normalmente cerca del motor (a veces, cerca de la batería).

· Básicamente hay tres tipos de coche eléctrico: el que se puede cargar a 3.600 watios, el que se puede cargar a 7.400 watios y el que se puede cargar a más de 7.400 watios... si tienes una línea trifásica a mano.

· Aunque con un enchufe de pared, nunca podrás pasar de 2.700 watios.

· Si te vas a comprar un eléctrico, y ambicionas cargarlo en menos de ocho horas, asegurate de que su cargador de abordo ofrezca al menos 7.400 watios de potencia.

· Si estás en el caso anterior, y te montan una wallbox, asegurate de que sea de 32 amperios.

· Si necesitas cargar tu coche eléctrico en menos de tres horas... tu coche se llama Renaul Zoe

· Los fabricantes no están muy por la labor de ofrecer recargas más rápidas... por el momento.

 
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