Carregamento doméstico de veículos elétricos

O carregamento doméstico é uma questão de planeamento energético e de instalação elétrica. O melhor sistema repõe em segurança a energia utilizada diariamente, adapta-se à capacidade disponível no edifício e está pronto quando o automóvel tem de partir.

Comece pela energia, não pela potência máxima

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

Considere-se, a título ilustrativo, um condutor que percorre 60 km por dia num veículo elétrico com um consumo de 20 kWh/100 km:

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

Se a eficiência de todo o processo, da parede à bateria, fosse de 90%, repor 12 kWh na bateria consumiria cerca de 13,3 kWh no contador. 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 os tarifários variam, mas o exemplo mostra por que razão 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 do habitual, restrições aos horários de carregamento e a recuperação pretendida após uma viagem. Um agregado familiar com dois veículos elétricos pode precisar mais de partilha de carga do que de dois circuitos à potência máxima.

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

Ligação elétrica do edifício e capacidade disponível
Circuito derivado
Configuração do EVSE
Cabo e conector
Carregador AC de bordo do veículo
Qualquer limite da gestão dinâmica de carga

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

Dimensione a instalação para uma carga contínua

O carregamento de veículos elétricos pode manter uma corrente elevada durante muitas horas. É uma situação diferente da de um aparelho que só atinge a sua potência nominal por breves instantes.

Um instalador qualificado deve avaliar:

Capacidade da ligação e do quadro elétrico
Cargas de pico existentes e eletrificação futura
Percurso do cabo, secção dos condutores, queda de tensão e temperatura ambiente
Circuito dedicado e proteção contra sobrecorrente
Proteção contra defeitos à terra ou corrente residual
Deteção de fugas DC, quando exigida
Configuração da ligação à terra
Proteção contra sobretensões e requisitos do operador da rede local
Exposição ao exterior, risco de impacto, drenagem e grau de proteção da caixa
Licenças, inspeção, notificação e regras de ligação à rede

Os dispositivos de proteção exatos e a solução de ligação à terra dependem da jurisdição. A IEC 61851 define requisitos para o EVSE, mas as regras nacionais de instalações elétricas e a instalação efetiva do edifício continuam a ser determinantes. Nos Estados Unidos, as orientações oficiais recomendam um circuito derivado dedicado ao EVSE; outros mercados aplicam as suas próprias regras relativas ao circuito, à corrente residual e à alimentação.

Os proprietários devem receber a classificação do circuito, a configuração do EVSE, os resultados dos ensaios, o registo de colocação em serviço e as instruções para isolar o equipamento em segurança.

EVSE com ligação fixa, por tomada ou portátil

Um EVSE de ligar à tomada, corretamente especificado, não é intrinsecamente inseguro. A questão é que uma tomada acrescenta contactos que podem desapertar-se, desgastar-se, corroer ou ter sido mal instalados. A resistência num contacto degradado gera calor durante uma sessão prolongada a alta corrente.

Uma wallbox com ligação fixa elimina a ligação entre ficha e tomada, desencoraja deslocações ocasionais e é frequentemente a opção mais simples para uma instalação permanente de corrente mais elevada. Uma wallbox de ligar à tomada pode facilitar a substituição ou a remoção sazonal, mas a tomada, a caixa, o circuito e a classificação de serviço têm de ser adequados ao carregamento prolongado de veículos elétricos. As regras locais podem restringir a configuração permitida.

A imagem seguinte mostra as consequências do sobreaquecimento das ligações de uma tomada. Não deve ser interpretada como prova de que todos os EVSE de ligar à tomada irão falhar; ilustra por que razão são importantes a qualidade dos contactos, o binário de aperto, o desgaste, a temperatura e a inspeção.

Um cabo portátil Mode 2 pode ser útil em viagem ou para carregamento de contingência, quando a tomada e o circuito são adequados. Não deve ser utilizado com uma extensão comum, um adaptador de viagem, uma tomada danificada ou um circuito desconhecido. Disparos repetidos das proteções sem causa evidente, descoloração, cheiro, crepitação ou uma ficha quente são motivos para interromper o carregamento e mandar inspecionar a instalação.

Escolha a potência em função do período de estacionamento

Uma potência mais elevada é útil quando o automóvel regressa quase vazio a horas tardias e tem de sair cedo, ou quando vários veículos partilham o mesmo equipamento. É menos útil quando o automóvel fica habitualmente parado durante doze horas após uma deslocação curta.

Entre as perguntas úteis incluem-se:

Quantos quilowatts-hora é normalmente necessário repor antes da partida?
Qual é o período de estacionamento regular mais curto?
Que potência AC e configuração de fases aceita o automóvel?
Um segundo veículo elétrico, uma bomba de calor, uma placa de indução, um termoacumulador ou um inversor solar partilhará a ligação?
O EVSE consegue reduzir dinamicamente a corrente quando a carga do edifício aumenta?
Será mais económico preparar uma futura atualização dos cabos e do quadro durante a primeira instalação?

Uma potência AC residencial muito elevada pode aumentar o custo sem reduzir o tempo do carregamento noturno habitual. Também pode aumentar as tarifas de potência ou exigir uma atualização da ligação elétrica. Muitas vezes, a gestão dinâmica de carga permite manter uma velocidade de carregamento útil, ao mesmo tempo que conserva a corrente total do local abaixo de um limite configurado.

Cabos fixos, tomadas e utilização diária

Um EVSE com cabo fixo mantém ligado o cabo para o veículo. É rápido de utilizar e garante que a classificação do cabo corresponde ao equipamento, mas o cabo fica exposto às condições meteorológicas e a danos e pode ser mais dispendioso de substituir.

Um EVSE sem cabo fixo possui uma tomada. O condutor fornece o cabo, que pode ser substituído separadamente e guardado, mas cada sessão exige uma segunda ligação manual e o cabo pode ser esquecido.

Verifique o comprimento do cabo em função da posição da tomada no automóvel, evitando que atravesse uma zona de passagem, permaneça muito enrolado sob carga, roce em arestas vivas ou sustente o próprio peso pelo conector. A altura de montagem, o desenho do suporte, a iluminação, a remoção de neve, a acessibilidade e um percurso protegido entre o equipamento e o automóvel têm importância todos os dias.

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

O carregamento inteligente tem vários significados

Uma wallbox ligada à rede pode oferecer arranque remoto, histórico de energia, controlo de acesso, programação por tarifário, integração solar ou participação em programas do operador elétrico. Estas funções não devem ser confundidas:

O carregamento programado começa ou termina às horas selecionadas.
A otimização do tarifário reage a preços de eletricidade conhecidos ou dinâmicos.
A partilha estática de carga divide um orçamento fixo de corrente entre vários pontos de carregamento.
A gestão dinâmica de carga mede a procura do local e altera a corrente do veículo elétrico para permanecer dentro de um limite.
O carregamento com excedente solar acompanha a produção local, sujeito à corrente mínima de carregamento estável do automóvel e ao comportamento das fases.
O carregamento gerido permite que um operador elétrico, agregador ou controlador do local ajuste a procura, salvaguardando as necessidades do condutor à hora de partida.

Um carregador inteligente útil deve continuar a realizar carregamento básico em segurança se o serviço na nuvem, a aplicação, o Wi-Fi ou a conta do fornecedor estiverem indisponíveis. Os compradores devem verificar o controlo 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 predefinições para os períodos fora de ponta, o atraso aleatório, a visibilidade das medições e a segurança dos dispositivos em pontos de carregamento privados. Os requisitos noutros locais são diferentes.

A imagem do Nord Pool é um exemplo histórico de preços, não um tarifário atual. Os preços dinâmicos, os impostos, as tarifas de rede e as margens do fornecedor têm de ser verificados no contrato efetivo do condutor.

Perdas de carregamento e definições da bateria

A energia faturada no contador é superior à energia armazenada na bateria. Ocorrem perdas na cablagem do edifício, na eletrónica do EVSE, no carregador de bordo, nos sistemas auxiliares do veículo, no condicionamento térmico, nos condutores e na bateria. No carregamento a 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 associados ao carregamento habitual até um estado de carga elevado são abordados em How an EV Battery Charges. A função do sistema doméstico é fornecer potência segura e controlável; o veículo decide como a utilizar.

Lista prática de especificações

Antes da instalação, registe:

Conector do veículo e entrada AC máxima
Suporte monofásico ou trifásico
Energia diária habitual e período de estacionamento mais curto
Capacidade disponível da ligação e circuito proposto
Ligação fixa ou por tomada
Cabo fixo ou amovível e alcance necessário
Grau de proteção ambiental para interior ou exterior
Proteção, ligação à terra, licenças e notificação ao operador necessárias
Gestão estática ou dinâmica de carga
Controlos de tarifário, energia solar e hora de partida
Funcionamento local se a ligação à 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 compreender a relação entre o carregamento doméstico, público, AC, DC e no lado do veículo, consulte EV Charging: The Complete System.