Carregamento rápido em DC

O carregamento rápido em DC desloca a principal conversão de potência do carro para a estação. Ele pode adicionar rapidamente a energia necessária para uma viagem, mas o resultado útil depende de toda a cadeia que inclui o local, a estação, o cabo, o veículo, a bateria e a rede de carregamento.

O caminho da potência DC

Um local público de carregamento rápido normalmente contém mais equipamentos do que o terminal visível:

Uma conexão à rede, um transformador e equipamentos de manobra e proteção alimentam o local.
Os gabinetes de potência retificam AC em DC controlada.
Os módulos de conversão podem ser compartilhados entre vários terminais.
Um cabo refrigerado a líquido ou por convecção natural transporta DC até o veículo.
Os contatores, o monitoramento do isolamento e os sistemas de proteção mantêm a alta tensão isolada até que as verificações sejam concluídas.
O veículo solicita tensão e corrente dentro de seus limites seguros.
A estação mede a energia e informa a transação ao back-end da rede de carregamento.

Alguns locais acrescentam uma bateria estacionária para reduzir os picos na rede, atender a uma conexão limitada ou mudar o momento em que a energia é retirada da rede. Essa bateria não cria energia; ela precisa ser recarregada, e a potência contínua do local ainda depende da conexão à rede e da estratégia operacional.

O que acontece depois que o plugue é inserido

A sequência exata varia conforme o sistema de carregamento, mas uma sessão DC moderna segue a mesma lógica de segurança:

A estação detecta o conector e o veículo.
A sinalização de baixa tensão confirma o estado da conexão e a capacidade do cabo.
A estação e o veículo estabelecem uma comunicação de alto nível.
O motorista ou o veículo é autorizado, a menos que a estação inicie sem autenticação de conta.
Os sistemas verificam o isolamento, o travamento, a compatibilidade de tensão e a existência de falhas.
A estação eleva sua saída até corresponder ao lado do veículo antes de fechar o caminho de alta tensão.
O veículo solicita repetidamente uma corrente e uma tensão permitidas.
Os dois lados monitoram a corrente, a tensão, o isolamento, a temperatura do conector, as entradas de emergência e a comunicação.
Ao encerrar, a corrente diminui, os contatores abrem, a tensão é descarregada conforme necessário e o conector é destravado.

Essa negociação explica por que um plugue fisicamente compatível é necessário, mas insuficiente. Uma sessão pode falhar antes da transferência de potência devido à comunicação, aos certificados, ao back-end da estação, à autorização, às verificações de isolamento, à detecção da trava ou a uma tensão incompatível.

O valor anunciado é um limite máximo

A indicação “carregador de 350 kW” pode descrever o gabinete, um terminal em condições ideais ou o máximo de um grupo com compartilhamento de potência. Ela não promete 350 kW a todos os veículos conectados.

A potência instantânea é limitada por:

Potência disponível no local naquele momento
Alocação dos módulos de conversão
Tensão e corrente máximas da estação
Corrente contínua ou temporariamente reforçada do cabo e do conector
Refrigeração e temperatura dos contatos
Entrada, condutores e eletrônica de potência do veículo
Tensão da bateria e corrente solicitada pelo veículo

A potência é o produto da tensão pela corrente. Uma estação limitada a 500 A pode, idealmente, fornecer 200 kW a 400 V, 350 kW a 700 V ou 450 kW a 900 V. Portanto, um veículo de tensão mais baixa pode ficar limitado pela corrente mesmo quando está conectado a um terminal cuja potência anunciada em quilowatts é muito maior.

O compartilhamento de potência pode ser estático, dinâmico ou baseado em módulos. Um local pode dividir um gabinete igualmente, direcionar os módulos livres ao carro que consegue usá-los ou limitar a potência total por causa dos limites do transformador ou da bateria. As telas e os aplicativos das estações nem sempre explicam qual limite está ativo.

Avalie um carro pela energia adicionada e pelo tempo

A potência de pico é fácil de anunciar e muitas vezes é uma métrica ruim para viagens. Uma comparação justa identifica:

Estado de carga inicial e final
Quilowatts-hora adicionados
Tempo de carregamento decorrido
Potência média durante essa janela exata
Temperatura da bateria e temperatura ambiente
Estado do pré-condicionamento
Capacidade de tensão e corrente da estação
Se o valor foi medido, certificado ou declarado pelo fabricante

Adicionar 60 pontos percentuais a uma bateria de 120 kWh transfere muito mais energia do que adicionar 60 pontos percentuais a uma bateria de 60 kWh. Dois tempos de “10–80%” não são comparáveis sem conhecer a energia adicionada.

A potência média para a janela de uma sessão é:

Potência média = energia fornecida ÷ tempo decorrido

Se 56 kWh chegarem ao veículo em 18 minutos, a potência média fornecida pela estação será de aproximadamente 187 kW:

56 kWh ÷ 0,3 h ≈ 187 kW

A diferença entre o medidor e a bateria continua importante. A energia fornecida pela estação pode ser maior do que a energia armazenada porque o veículo usa potência nas bombas, ventoinhas, aquecimento, refrigeração, eletrônica e perdas internas.

A temperatura da bateria, as curvas de carregamento, a taxa C, a arquitetura de tensão e o comportamento térmico em sessões repetidas são explicados em How an EV Battery Charges. Este artigo trata da fronteira entre a estação e a viagem, em vez de repetir essa teoria da bateria.

Chegue com pouca carga, mas preserve uma margem

Muitos veículos elétricos aceitam sua maior potência DC com um estado de carga relativamente baixo e depois reduzem a potência à medida que a bateria enche. O planejamento da rota pode aproveitar isso ao chegar com uma reserva baixa, mas segura, e carregar apenas o suficiente para alcançar a próxima parada adequada.

A menor porcentagem teórica de chegada raramente é o melhor objetivo. Considere:

Condições meteorológicas e vento
Elevação
Desvios e bloqueios de estrada
Reboque ou cargas no teto
Falha ou fila no carregador
Bateria fria ou pré-condicionamento não realizado
Energia necessária para chegar a um local alternativo

Sair com 80% também não é uma regra universal. Se a potência continuar alta, a próxima estação confiável estiver distante ou as condições forem ruins, pode ser sensato carregar além de 80%. Se a potência tiver caído muito e houver outra estação confiável por perto, sair mais cedo pode encurtar a viagem.

A eficiência do veículo relaciona a velocidade de carregamento com a velocidade na estrada. Um carro que adiciona energia a 180 kW, mas consome 30 kWh/100 km, ganha autonomia no mesmo ritmo que um carro que adiciona energia a 120 kW e consome 20 kWh/100 km, antes de considerar outras diferenças. Apenas os quilowatts não determinam o ritmo da viagem.

Pré-condicionamento e paradas repetidas

Selecionar uma estação DC compatível na navegação do veículo pode permitir que o carro prepare a bateria antes da chegada. Também podem estar disponíveis a preparação manual, a automação baseada na rota ou a saída programada.

O pré-condicionamento exige tempo e energia. Ele não consegue superar uma estação incompatível, um estado de carga muito alto na chegada, o compartilhamento de potência no local ou uma bateria fora da faixa de temperatura que o veículo consegue controlar. Um carregador inserido apenas em um aplicativo de celular pode não ativar a preparação do carro baseada na rota.

Em viagens longas, a repetibilidade importa. A condução em alta velocidade, o reboque, o calor do verão e várias paradas consecutivas para carregamento exigem mais do sistema de refrigeração. Um veículo com uma curva moderada, porém estável, pode superar outro que tenha um pico maior na primeira sessão, mas não consiga repeti-lo.

A cobertura é mais do que pontos no mapa

Um marcador de estação não comprova uma parada útil para carregamento. O planejamento da rota deve considerar:

Número de vagas que podem ser usadas de forma independente
Compatibilidade do conector e da tensão
Alcance do cabo e orientação do estacionamento
Estado atual da estação e confiabilidade recente
Compartilhamento de potência
Horário de funcionamento e acesso físico
Vagas adequadas para reboques ou de passagem
Iluminação, proteção contra o tempo, banheiros e alimentação
Cobertura de celular e formas alternativas de autorização
Preço, taxas de ocupação e restrições de estacionamento
Um local alternativo confiável

O mapa a seguir é um retrato histórico de junho de 2023. Ele ilustra a distribuição geográfica da rede, não a cobertura atual da Electrify America.

As redes podem diferir tanto no projeto dos locais quanto em escala. O ecossistema integrado da Tesla para veículos, planejamento de rotas e Superchargers reduziu diversas variáveis de compatibilidade para seus próprios veículos. O acesso aberto e a adoção da SAE J3400 ampliam o conjunto possível de veículos, mas a geração da estação, a aprovação do adaptador, a tensão, o alcance do cabo e a autorização da rede continuam determinando o resultado.

A IONITY é um exemplo de rede CCS europeia de alta potência projetada em torno dos principais corredores de viagem. Mesmo assim, a avaliação prática do motorista deve ser específica para cada local, em vez de pressupor que todos tenham equipamentos ou disponibilidade idênticos.

Autenticação, pagamento e protocolos

Várias fronteiras de comunicação coexistem:

A comunicação entre o veículo e a estação controla a transferência de energia.
O ISO 15118 Plug & Charge pode usar certificados de contrato armazenados no veículo para autenticação e cobrança automáticas.
O OCPP conecta um ponto de carregamento ao seu sistema de gerenciamento para autorização, transações, monitoramento, configuração e carregamento inteligente.
Os sistemas de roaming conectam provedores de mobilidade e operadores de carregamento.
Um terminal de pagamento, aplicativo, credencial RFID, fluxo por código QR ou cartão bancário pode fornecer autorização avulsa.

Oferecer uma camada não garante as demais. Uma estação pode implementar OCPP sem Plug & Charge baseado no veículo, e um carro pode oferecer ISO 15118 enquanto a rede não dispõe do ecossistema necessário de certificados e contratos.

As regras da UE fornecem um exemplo útil dos requisitos para clientes: os locais públicos implantados segundo as disposições aplicáveis precisam aceitar pagamento avulso, e as estações com 50 kW ou mais devem mostrar, antes da sessão, um preço avulso de energia por kWh, além de qualquer taxa de ocupação. As regras em outros mercados são diferentes.

Os motoristas devem comparar a tarifa final, não apenas o componente de eletricidade. Taxas por sessão, cobranças por tempo, margens de roaming, planos de associação, cobranças de estacionamento e taxas de ocupação podem alterar o total.

Se uma sessão não iniciar

Uma verificação metódica é mais rápida do que conectar novamente várias vezes:

Leia as mensagens da estação e do veículo antes de descartá-las.
Confirme se o conector está totalmente encaixado e se o cabo não está exercendo tração lateral.
Experimente o comando de parada da estação, destrave o veículo e conecte novamente uma vez.
Verifique se a estação exige autorização por aplicativo, RFID, cartão bancário ou Plug & Charge.
Experimente outro terminal no mesmo local; ele pode usar módulos de potência ou hardware de cabo diferentes.
Se for seguro e viável, vá para uma alternativa próxima em vez de esgotar a reserva.
Informe ao operador a vaga, o conector, o horário e o erro exatos.

Não use adaptadores improvisados, não mantenha um conector danificado à força no lugar, não desative uma trava nem continue após observar arcos elétricos, condutores expostos, entrada de líquidos, fumaça ou aquecimento intenso do conector. Use a parada de emergência da estação apenas em uma emergência, não como forma normal de encerrar uma sessão.

As famílias de conectores e os limites dos adaptadores são abordados em EV Charging Connectors and Inlets. A visão geral do sistema completo está em EV Charging: The Complete System.