Carregamento residencial de veículos elétricos

O carregamento residencial é uma questão de planejamento energético e de instalação elétrica. O melhor sistema repõe com segurança a energia usada todos os dias, adapta-se à capacidade disponível no edifício e está pronto quando o carro precisa sair.

Comece pela energia, não pela potência máxima

Uma bateria grande não exige automaticamente um carregador residencial de alta potência. O que importa é a energia usada entre os períodos de estacionamento.

Considere, como exemplo, um motorista que percorre 60 km por dia em um veículo elétrico com consumo de 20 kWh/100 km:

Energia usada pelo veículo = 60 km × 20 kWh/100 km
                           = 12 kWh

Se todo o processo, da tomada à bateria, tivesse eficiência de 90%, repor 12 kWh na bateria consumiria cerca de 13,3 kWh no medidor. Distribuída por dez horas de estacionamento, essa energia exige apenas cerca de 1,3 kW em média. O consumo real, as perdas, a temperatura e as tarifas variam, mas o exemplo mostra por que o tempo disponível durante a noite pode ser mais importante do que a capacidade total da bateria.

Acrescente uma margem para o consumo no inverno, dias longos fora da rotina, restrições de horário de carregamento e a recuperação desejada após uma viagem. Uma residência com dois veículos elétricos pode precisar mais de compartilhamento de carga do que de dois circuitos na potência máxima.

A potência de carregamento utilizável é o menor dos seguintes valores:

Conexão elétrica do edifício e capacidade disponível
Circuito derivado
Configuração do EVSE
Cabo e conector
Carregador AC embarcado no veículo
Qualquer limite do gerenciamento dinâmico de carga

Uma wallbox de 11 kW não consegue fornecer 11 kW a um carro limitado a 7,4 kW, e uma wallbox trifásica não faz um veículo monofásico carregar em três fases.

Projete a instalação para carga contínua

O carregamento de veículos elétricos pode manter uma corrente elevada por muitas horas. Isso é diferente de um aparelho que atinge sua potência nominal apenas por pouco tempo.

Um instalador qualificado deve avaliar:

Capacidade da conexão e do quadro elétrico
Cargas de pico existentes e eletrificação futura
Trajeto do cabo, seção dos condutores, queda de tensão e temperatura ambiente
Circuito dedicado e proteção contra sobrecorrente
Proteção contra falha à terra ou corrente residual
Detecção de fuga DC quando exigida
Configuração do aterramento
Proteção contra surtos e requisitos da concessionária local
Exposição ao tempo, risco de impacto, drenagem e grau de proteção do invólucro
Licenças, inspeção, notificação e regras de conexão à rede

Os dispositivos de proteção exatos e a solução de aterramento dependem da jurisdição. A IEC 61851 define requisitos para o EVSE, mas as regras nacionais de instalações elétricas e a instalação real do edifício continuam sendo decisivas. Nos Estados Unidos, as orientações oficiais indicam um circuito derivado dedicado ao EVSE; outros mercados aplicam suas próprias regras de circuito, corrente residual e alimentação.

Os proprietários devem receber a classificação do circuito, a configuração do EVSE, os resultados dos testes, o registro de comissionamento e as instruções para isolar o equipamento com segurança.

EVSE com ligação fixa, conectado à tomada ou portátil

Um EVSE conectado à tomada e corretamente especificado não é inerentemente inseguro. O problema é que uma tomada acrescenta contatos que podem afrouxar, desgastar, sofrer corrosão ou ser mal instalados. A resistência em um contato degradado gera calor durante uma sessão longa com corrente elevada.

Uma wallbox com ligação fixa elimina a conexão entre plugue e tomada, desestimula mudanças ocasionais e muitas vezes é a opção mais simples para uma instalação permanente de corrente mais alta. Uma wallbox conectada à tomada pode facilitar a substituição ou a remoção sazonal, mas a tomada, o invólucro, o circuito e a classificação de serviço precisam ser adequados ao carregamento prolongado de veículos elétricos. As regras locais podem restringir a configuração permitida.

A imagem a seguir mostra a consequência do superaquecimento das conexões de uma tomada. Ela não deve ser interpretada como prova de que todos os EVSE conectados à tomada falharão; ilustra por que a qualidade dos contatos, o torque, o desgaste, a temperatura e a inspeção são importantes.

Um cabo portátil Mode 2 pode ser útil em viagens ou para carregamento de emergência quando a tomada e o circuito forem adequados. Ele não deve ser usado com uma extensão comum, um adaptador de viagem, uma tomada danificada ou um circuito desconhecido. Desarmes repetidos sem motivo aparente, descoloração, cheiro, estalos ou um plugue quente são motivos para interromper o carregamento e solicitar a inspeção da instalação.

Escolha a potência de acordo com o período de estacionamento

Uma potência mais alta é útil quando o carro chega quase vazio tarde da noite e precisa sair cedo, ou quando vários veículos compartilham o mesmo equipamento. Ela é menos útil quando o carro costuma ficar parado por doze horas após um trajeto curto.

Algumas perguntas úteis:

Quantos quilowatts-hora normalmente precisam ser repostos antes da saída?
Qual é o menor período regular de estacionamento?
Que potência AC e configuração de fases o carro aceita?
Um segundo veículo elétrico, uma bomba de calor, um fogão de indução, um aquecedor de água ou um inversor solar compartilharão a conexão?
O EVSE consegue reduzir dinamicamente a corrente quando a carga do edifício aumenta?
É mais barato preparar uma futura atualização dos cabos e do quadro durante a primeira instalação?

Uma potência AC residencial muito alta pode aumentar o custo sem reduzir o tempo do carregamento noturno normal. Ela também pode elevar as tarifas de demanda ou exigir uma atualização da conexão elétrica. O gerenciamento dinâmico de carga muitas vezes preserva uma velocidade útil de carregamento enquanto mantém a corrente total do local abaixo de um limite configurado.

Cabos fixos, tomadas e uso diário

Um EVSE com cabo fixo mantém conectado o cabo para o veículo. Ele é rápido de usar e garante que a classificação do cabo corresponda ao equipamento, mas o cabo fica exposto ao tempo e a danos e pode ser mais caro de substituir.

Um EVSE sem cabo fixo tem uma tomada. O motorista fornece um cabo, que pode ser substituído separadamente e guardado, mas cada sessão exige uma segunda conexão manual e o cabo pode ser esquecido.

Verifique o comprimento do cabo em relação à posição da entrada do carro sem fazer com que ele atravesse uma passagem, permaneça muito enrolado sob carga, roce em bordas afiadas ou sustente o próprio peso pelo conector. A altura de instalação, o formato do suporte, a iluminação, a remoção de neve, a acessibilidade e um caminho protegido entre o equipamento e o carro fazem diferença todos os dias.

As famílias de conectores e as localizações das entradas são abordadas em EV Charging Connectors and Inlets.

Carregamento inteligente tem vários significados

Uma wallbox conectada pode oferecer início remoto, histórico de energia, controle de acesso, programação por tarifa, integração solar ou participação em programas da concessionária. Essas funções não devem ser confundidas:

O carregamento programado começa ou termina nos horários selecionados.
A otimização tarifária reage a preços de eletricidade conhecidos ou dinâmicos.
O compartilhamento estático de carga divide um limite fixo de corrente entre vários pontos de carregamento.
O gerenciamento dinâmico de carga mede a demanda do local e altera a corrente do veículo elétrico para permanecer dentro de um limite.
O carregamento com excedente solar acompanha a geração local, sujeito à corrente mínima de carregamento estável do carro e ao comportamento das fases.
O carregamento gerenciado permite que uma concessionária, um agregador ou um controlador do local ajuste a demanda, protegendo as necessidades do motorista no horário de saída.

Um carregador inteligente útil deve continuar realizando o carregamento básico com segurança se o serviço em nuvem, o aplicativo, o Wi-Fi ou a conta do fornecedor estiverem indisponíveis. Os compradores devem verificar o controle local, a política de suporte do software, as opções de exportação dos dados de energia, as atualizações de cibersegurança e o que acontece se o fabricante deixar de operar o serviço.

A Grã-Bretanha é um exemplo de mercado que regulamenta as funções inteligentes, as configurações padrão para horários fora de pico, o atraso aleatório, a visibilidade das medições e a segurança dos dispositivos em pontos de carregamento privados. Os requisitos em outros lugares são diferentes.

A imagem do Nord Pool é um exemplo histórico de preços, não uma tarifa atual. Os preços dinâmicos, os impostos, as tarifas de rede e as margens do fornecedor precisam ser verificados no contrato real do motorista.

Perdas de carregamento e configurações da bateria

A energia faturada no medidor é maior do que a energia armazenada na bateria. Há perdas na fiação do edifício, na eletrônica do EVSE, no carregador embarcado, nos sistemas auxiliares do veículo, no condicionamento térmico, nos condutores e na bateria. No carregamento em baixa potência, uma parcela maior da energia de entrada também pode ser consumida pelas cargas fixas do veículo.

Os limites de carregamento, o comportamento das células, a temperatura da bateria e os compromissos de carregar rotineiramente até um estado de carga elevado são abordados em How an EV Battery Charges. A função do sistema residencial é fornecer potência segura e controlável; o veículo decide como usá-la.

Lista prática de especificações

Antes da instalação, registre:

Conector do veículo e entrada AC máxima
Suporte monofásico ou trifásico
Energia diária normal e menor período de estacionamento
Capacidade disponível da conexão e circuito proposto
Ligação fixa ou conexão por tomada
Cabo fixo ou removível e alcance necessário
Grau de proteção ambiental para uso interno ou externo
Proteção, aterramento, licenças e notificação à concessionária necessários
Gerenciamento estático ou dinâmico de carga
Controles de tarifa, energia solar e horário de saída
Operação local se a conexão de rede falhar
Garantia do equipamento e da instalação

A instalação correta não é necessariamente a mais potente. É aquela que consegue fornecer repetidamente a energia necessária sem exceder os limites do veículo, do edifício ou da instalação elétrica local. Para entender a relação entre o carregamento residencial, público, AC, DC e no lado do veículo, consulte EV Charging: The Complete System.