Carga doméstica de vehículos eléctricos

La carga doméstica es una cuestión de planificación energética e instalación eléctrica. El mejor sistema repone de forma segura la energía consumida cada día, se adapta a la capacidad disponible del edificio y está listo cuando el coche debe salir.

Empiece por la energía, no por la potencia máxima

Una batería grande no requiere automáticamente un cargador doméstico de alta potencia. Lo importante es la energía consumida entre los periodos de estacionamiento.

Para ilustrarlo, consideremos un conductor que recorre 60 km al día en un vehículo eléctrico que consume 20 kWh/100 km:

Energía consumida por el vehículo = 60 km × 20 kWh/100 km
                                   = 12 kWh

Si el proceso completo desde la toma de corriente hasta la batería tuviera una eficiencia del 90%, reponer 12 kWh en la batería exigiría extraer unos 13.3 kWh del contador. Repartido entre diez horas de estacionamiento, solo se necesitarían unos 1.3 kW de media. El consumo real, las pérdidas, la temperatura y las tarifas varían, pero el ejemplo muestra por qué el tiempo de permanencia nocturna puede importar más que la capacidad total de la batería.

Añada un margen para el consumo invernal, los días largos irregulares, las restricciones horarias de carga y la recuperación deseada después de un viaje. Un hogar con dos vehículos eléctricos puede necesitar más un reparto de carga que dos circuitos de potencia máxima.

La potencia de carga utilizable es la menor de las siguientes:

La conexión del edificio y la capacidad disponible restante
El circuito derivado
La configuración del EVSE
El cable y el conector
El cargador de AC a bordo del vehículo
Cualquier límite de gestión dinámica de carga

Un wallbox de 11 kW no puede suministrar 11 kW a un coche limitado a 7.4 kW, y un wallbox trifásico no hace que un vehículo monofásico cargue en tres fases.

Encargue el diseño de la instalación para una carga continua

La carga de un vehículo eléctrico puede mantener una corriente considerable durante muchas horas. Es diferente de un aparato que alcanza su potencia nominal solo durante un breve periodo.

Un instalador cualificado debe evaluar:

La capacidad de la acometida y del cuadro eléctrico
Las cargas máximas existentes y la electrificación futura
El recorrido del cable, la sección del conductor, la caída de tensión y la temperatura ambiente
Un circuito específico y la protección contra sobrecorriente
La protección contra fallos a tierra o corriente residual
La detección de fugas de DC cuando sea necesaria
La disposición de la puesta a tierra
La protección contra sobretensiones y los requisitos de la compañía eléctrica local
La exposición a la intemperie, el riesgo de impactos, el drenaje y el grado de protección de la envolvente
Los permisos, la inspección, la notificación y las normas de conexión a la red

Los dispositivos de protección exactos y la solución de puesta a tierra dependen de la jurisdicción. IEC 61851 define requisitos para los EVSE, pero siguen siendo decisivas las normas nacionales de instalaciones eléctricas y la instalación real del edificio. En Estados Unidos, las directrices oficiales recomiendan un circuito derivado específico para el EVSE; otros mercados aplican sus propias normas sobre circuitos, corriente residual y alimentación.

Los propietarios deben recibir la intensidad nominal del circuito, la configuración del EVSE, los resultados de las pruebas, el acta de puesta en servicio y las instrucciones para aislar el equipo con seguridad.

EVSE con cableado fijo, con toma o portátil

Un EVSE enchufable correctamente especificado no es inseguro por naturaleza. El problema es que una toma añade contactos que pueden aflojarse, desgastarse, corroerse o estar mal instalados. La resistencia en un contacto deteriorado genera calor durante una sesión larga con corriente elevada.

Un wallbox con cableado fijo elimina la conexión entre enchufe y toma, desaconseja el traslado ocasional y suele ser la opción más sencilla para una instalación permanente de mayor corriente. Un wallbox enchufable puede facilitar la sustitución o la retirada estacional, pero la toma, la envolvente, el circuito y la clasificación de servicio deben ser adecuados para una carga sostenida del vehículo eléctrico. Las normas locales pueden restringir qué configuración está permitida.

La siguiente imagen muestra las consecuencias del sobrecalentamiento de las conexiones de una toma. No debe interpretarse como prueba de que todos los EVSE enchufables fallarán; ilustra por qué importan la calidad de los contactos, el par de apriete, el desgaste, la temperatura y la inspección.

Un cable portátil de Modo 2 puede resultar útil para viajes o cargas de emergencia cuando la toma y el circuito son adecuados. No debe combinarse con un alargador común, un adaptador de viaje, una toma dañada o un circuito desconocido. Los disparos repetidos de las protecciones, la decoloración, el olor, los crujidos o un enchufe caliente son motivos para detener la carga y solicitar una inspección de la instalación.

Elija la potencia en función del periodo de estacionamiento

Una potencia mayor resulta valiosa cuando el coche regresa casi vacío a última hora de la noche y debe salir temprano, o cuando varios vehículos comparten el mismo equipo. Es menos valiosa cuando el coche permanece habitualmente doce horas estacionado después de un trayecto corto.

Entre las preguntas útiles se incluyen:

¿Cuántos kilovatios hora deben reponerse normalmente antes de la salida?
¿Cuál es el periodo regular de estacionamiento más corto?
¿Qué potencia de AC y disposición de fases admite el coche?
¿Compartirán la acometida un segundo vehículo eléctrico, una bomba de calor, una cocina de inducción, un calentador de agua o un inversor solar?
¿Puede el EVSE reducir dinámicamente la corriente cuando aumenta la carga del edificio?
¿Resulta más barato preparar una futura mejora del cableado y del cuadro durante la primera instalación?

Una potencia de AC residencial muy alta puede incrementar el coste sin acortar la carga nocturna habitual. También puede aumentar los cargos por demanda u obligar a mejorar la acometida. La gestión dinámica de carga suele permitir mantener una velocidad de carga útil mientras conserva la corriente total de la instalación por debajo de un límite configurado.

Cables fijos, tomas y facilidad de uso cotidiana

Un EVSE con cable fijo mantiene conectado el cable del vehículo. Es rápido de usar y garantiza que la intensidad nominal del cable coincida con el equipo, pero el cable está expuesto a la intemperie y a daños, y puede resultar más caro sustituirlo.

Un EVSE sin cable fijo dispone de una toma. El conductor aporta un cable que puede sustituirse por separado y guardarse, pero cada sesión añade una segunda conexión manual y es posible olvidar el cable.

Compruebe la longitud del cable respecto a la posición de la toma del coche sin que el cable tenga que cruzar una zona de paso, permanecer muy enrollado bajo carga, rozar bordes afilados o sostener su propio peso desde el conector. La altura de montaje, el diseño del soporte, la iluminación, la retirada de nieve, la accesibilidad y un recorrido protegido desde el equipo hasta el coche son importantes a diario.

Las familias de conectores y las ubicaciones de las tomas se describen en EV Charging Connectors and Inlets.

La carga inteligente tiene varios significados

Un wallbox conectado puede ofrecer arranque remoto, historial de energía, control de acceso, programación según tarifas, integración solar o participación en programas de la compañía eléctrica. Estas funciones no deben confundirse:

La carga programada comienza o se detiene a las horas seleccionadas.
La optimización tarifaria responde a precios de la electricidad conocidos o dinámicos.
El reparto estático de carga distribuye un presupuesto fijo de corriente entre varios puntos de carga.
La gestión dinámica de carga mide la demanda de la instalación y modifica la corriente del vehículo eléctrico para mantenerse dentro de un límite.
La carga con excedente solar sigue la generación local, sujeta a la corriente mínima estable de carga del coche y al comportamiento de las fases.
La carga gestionada permite que una compañía eléctrica, un agregador o el controlador de una instalación ajuste la demanda sin desatender las necesidades de salida del conductor.

Un cargador inteligente útil debe seguir realizando una carga básica segura aunque no estén disponibles su servicio en la nube, su aplicación, la conexión Wi-Fi o la cuenta del proveedor. Los compradores deben comprobar el control local, la política de soporte de software, las opciones de exportación de datos energéticos, las actualizaciones de ciberseguridad y qué ocurre si el fabricante deja de prestar el servicio.

Gran Bretaña es un ejemplo de mercado que regula las funciones inteligentes, la configuración predeterminada para periodos de menor demanda, el retraso aleatorio, la visibilidad de las mediciones y la seguridad de los dispositivos para puntos de carga privados. Los requisitos son diferentes en otros lugares.

La imagen de Nord Pool es un ejemplo histórico de precios, no una tarifa actual. Los precios dinámicos, los impuestos, los cargos de la red y los márgenes del proveedor deben comprobarse para el contrato real del conductor.

Pérdidas de carga y ajustes de la batería

La energía facturada en el contador es mayor que la energía almacenada en la batería. Se producen pérdidas en el cableado del edificio, la electrónica del EVSE, el cargador de a bordo, los sistemas auxiliares del vehículo, el acondicionamiento térmico, los conductores y la batería. La carga de baja potencia también puede dedicar una proporción mayor de la energía de entrada a los consumos fijos del vehículo.

Los límites de carga, el comportamiento de las celdas, la temperatura de la batería y las contrapartidas de cargar habitualmente hasta un estado de carga elevado se tratan en How an EV Battery Charges. La función del sistema doméstico es proporcionar una potencia segura y controlable; el vehículo decide cómo utilizarla.

Lista práctica de especificaciones

Antes de la instalación, anote:

El conector del vehículo y la entrada máxima de AC
La compatibilidad monofásica o trifásica
La energía diaria habitual y el periodo de estacionamiento más corto
La capacidad disponible de la acometida y el circuito propuesto
Una conexión con cableado fijo o mediante toma
Un cable fijo o no fijo y el alcance necesario
El grado de protección ambiental para interiores o exteriores
Las protecciones, la puesta a tierra, los permisos y la notificación a la compañía eléctrica necesarios
La gestión estática o dinámica de carga
Los controles de tarifa, energía solar y hora de salida
El funcionamiento local si falla la conexión de red
La garantía tanto del equipo como de la instalación

La instalación correcta no es necesariamente la más potente. Es aquella capaz de suministrar repetidamente la energía necesaria sin superar los límites eléctricos del vehículo, del edificio ni de la normativa local. Para conocer la relación entre la carga doméstica, pública, de AC, de DC y del lado del vehículo, consulte EV Charging: The Complete System.