En este artículo brindamos información sobre los últimos avances en relación a Vehículos Eléctricos (EV) y la infraestructura que será necesaria para que los EV de hoy y mañana, sean factibles como el modo estándar de transporte personal en el futuro.
Los vehículos eléctricos (EV) han logrado grandes avances desde que aparecieron por primera vez y se están volviendo más populares que nunca. No obstante, algunos conductores aún dudan en hacer el cambio de los automóviles tradicionales con motor de combustión interna (ICE, por sus siglas en inglés). Si bien el rendimiento ciertamente ha mejorado, las capacidades de carga para recorridos de larga distancia siguen siendo una gran preocupación.
Esta descripción general de la tecnología EV analiza la creciente necesidad de una infraestructura de carga y las mejoras necesarias en la red eléctrica, a nivel nacional, a fin de que sea viable poseer un EV. Para lograr una transición sin sobresaltos entre el uso de combustibles fósiles a todos vehículos eléctricos, será necesaria la planificación y la cooperación de todos, incluidas las agencias gubernamentales, los proveedores de servicios públicos, las redes de carga privadas y los consumidores.
El inicio temprano de los vehículos eléctricos
Fue el Modelo T, producido en masa de Henry Ford, lo que estancó el interés en el automóvil eléctrico. Introducido en 1908, el Modelo T hizo que los automóviles a gasolina estuvieran ampliamente disponibles y fueran accesibles. En 1912 el automóvil de gasolina costaba solo $ 650 mientras que un descapotable eléctrico se vendía por casi tres veces más. Con el aumento de la popularidad de los vehículos a gasolina, los vehículos eléctricos casi desaparecieron en 1935.
La escasez de gasolina renueva el interés por los vehículos eléctricos
A fines de la década de 1960 y principios de la del 1970, el aumento vertiginoso de los precios del petróleo y la escasez de gasolina crearon un creciente interés en reducir la dependencia del país del petróleo extranjero y encontrar fuentes de combustible locales. El Congreso tomó nota y en 1976 aprobó la Ley de Investigación, Desarrollo y Demostración de Vehículos Eléctricos, que autorizaba al Departamento de Energía a apoyar la investigación y el desarrollo de vehículos eléctricos e híbridos. Durante este mismo período muchos fabricantes de automóviles grandes y pequeños comenzaron a explorar opciones para vehículos de combustible alternativo, incluidos los automóviles eléctricos.
La preocupación medioambiental impulsó el desarrollo de los vehículos eléctricos
Dos décadas después de las largas filas de gasolina de la década de 1970, el interés en los vehículos eléctricos siguió disminuyendo hasta que las nuevas regulaciones federales y estatales comenzaron a cambiar las cosas. La aprobación de la Enmienda de la Ley de Aire Limpio de 1990 y la Ley de Política Energética de 1992, además de las nuevas regulaciones de emisiones de transporte emitidas por la Junta de Recursos del Aire de California, ayudaron a crear un interés renovado en los vehículos eléctricos en los Estados Unidos. Los fabricantes de automóviles comenzaron a modificar algunos de sus modelos más populares en vehículos eléctricos, EV, como se les conoce en la terminología actual.
Con una economía en auge, una clase media en crecimiento y precios bajos de la gasolina a fines de la década de 1990, muchos consumidores no se preocuparon por los vehículos de bajo consumo. En ese momento, el público no prestaba mucha atención a los vehículos eléctricos, pero había científicos e ingenieros, apoyados por el Departamento de Energía, que trabajaban para mejorar la tecnología de los vehículos eléctricos, incluyendo las baterías.
Muchos fabricantes de automóviles aceleraron su entrada en el mercado de vehículos eléctricos
En 1997, Japón presentó el Toyota Prius, que se convirtió en el primer vehículo eléctrico híbrido producido en masa del mundo. Toyota usó una batería de níquel hidruro (NiMH), con una tecnología respaldada por la investigación del Departamento de Energía de EE. UU. En 2006, ocurrió otro evento que ayudó a remodelar el mercado de vehículos eléctricos. Una pequeña empresa emergente de Silicon Valley, Tesla Motors, comenzó a producir un automóvil deportivo eléctrico de lujo que podía recorrer más de 200 millas con una sola carga, un desarrollo innovador que ayudó a remodelar el mercado de vehículos eléctricos.
Aparición de estaciones de carga para Vehículos Electricos
En 2009, a través de la Ley Estadounidense de Recuperación y Reinversión, el Departamento de Energía invirtió más de $115 millones para ayudar a construir una infraestructura de carga a nivel nacional, instalando más de 18,000 cargadores residenciales, comerciales y públicos en todo el país. Los fabricantes de automóviles y otras empresas privadas también instalaron sus propios cargadores en ubicaciones clave en los EE. UU., llevando el número total actual de cargadores de vehículos eléctricos públicos a más de 8,000 ubicaciones diferentes con más de 20,000 puntos de carga.
El aumento de las ventas de vehículos eléctricos crea la necesidad de una infraestructura de carga a nivel nacional
Una infraestructura nacional de estaciones de carga se ha vuelto critica para el creciente número de vehículos eléctricos. A tal fin se necesitará planificación y cooperación de todos, incluidas las agencias gubernamentales, los proveedores de servicios públicos, las redes de carga privadas y los consumidores. Un grupo privado diverso de redes de carga por sí solo no resolverá el problema de sobrecargar la red eléctrica. Esto requerirá que todos sean más conscientes de la demanda en la red eléctrica y la planificación de manera proactiva, a medida que las comunidades comiencen a compartir la energía.
El nombre técnico de los equipos de carga de coches eléctricos es EVSE (Electric Vehicle Supply Equipment), comúnmente llamado Estación de Carga. La función principal de una estación de carga de vehículos enchufables es proporcionar seguridad física al operador y a la infraestructura eléctrica durante todo el proceso de carga, específicamente en los que respecta a los riesgos de incendio y descarga eléctrica.
Redes de recarga de vehículos eléctricos
Una red de recarga de vehículos eléctricos es un sistema individual de infraestructura de estaciones, para proporcionar puntos de acceso para la recarga de vehículos eléctricos. Muchos gobiernos federales, estatales y municipales, fabricantes de automóviles y proveedores de infraestructura de carga se encuentran en estos momentos creando estas redes. Para ayudar a desarrollar aún más una infraestructura a nivel nacional, estas diferentes entidades deberán desarrollar acuerdos de trabajo de estado a estado en todo el país.
Hoy en día, algunos fabricantes y proveedores de redes de carga incluyen soluciones patentadas, como ChargePoint o soluciones de aplicaciones independientes del hardware, como AmpUp, EVConnect y Greenlots. Los proveedores que no requieren equipamiento especifico permiten a los clientes cambiar sus estaciones de carga actuales y/o cambiar a un proveedor de red diferente, mientras que los proveedores de marca, no permiten que los clientes cambien.
El tamaño del mercado de la infraestructura de carga de vehículos eléctricos de EE. UU. se valoró en USD 2080 millones en 2020. Se espera que se expanda a una tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) de casi el 39 % de 2021 a 2028. La creciente adopción de vehículos eléctricos, debido a beneficios tales como la eficiencia energética y menores costos de combustible y mantenimiento de los vehículos, se espera que genere enormes oportunidades de crecimiento para el mercado de infraestructura de carga de vehículos eléctricos durante la próxima década.
Además del pronóstico de crecimiento anual, está previsto dentro del marco del proyecto de la Ley Build Back Better, proporcionar $ 7.5 mil millones de dólares para construir una red nacional de cargadores de vehículos eléctricos enchufables. Asimismo, considera la inversión de $ 7.5 mil millones adicionales para transbordadores y autobuses de cero y bajas emisiones, con el objetivo de entregar miles de autobuses escolares eléctricos a distritos de todo el país. Para protegerse contra los cortes de energía generalizados que se han vuelto más frecuentes en los últimos años, el plan asignaría $ 65 mil millones de dólares para mejorar la confiabilidad y la capacidad de recuperación de la red eléctrica de la nación, que es necesario a los fines de obtener una transición exitosa hacia los vehículos eléctricos.
La nueva tecnología de baterías, respaldada por la Oficina de Tecnologías de Vehículos del Departamento de Energía, (DOE), está llegando al mercado para ayudar a mejorar la autonomía de los vehículos eléctricos enchufables. La investigación del DOE también ayudó a desarrollar la tecnología de batería de iones de litio utilizada en el Chevrolet Volt. Más recientemente, la inversión del DOE en investigación y desarrollo de baterías ha ayudado a reducir los costos de las baterías de los vehículos eléctricos en un 50 %, al tiempo que se mejora su rendimiento, incluida la potencia, la energía y la vida útil de la batería. Todos estos desarrollos han ayudado a reducir el costo de los vehículos eléctricos, haciéndolos más asequibles para los consumidores.
Niveles de estación de carga actualmente disponibles
Recargar un coche eléctrico no es un proceso complicado. Simplemente conectas tu coche a un cargador que está conectado a la red eléctrica. No obstante, no todas las estaciones de carga de vehículos eléctricos son iguales. En algunos casos se puede recargar simplemente conectándolos a un tomacorriente de pared estándar, mientras que otros requieren una instalación más específica. El tiempo que lleva cargar su automóvil también variará según el cargador que use.
Estaciones de carga EV de nivel 1
Los fabricantes de vehículos eléctricos proporcionan un accesorio de carga de nivel 1 que tiene un enchufe estándar de 120 V CA y se puede conectar a un tomacorriente doméstico. A diferencia de otros cargadores, los cargadores de Nivel 1 no requieren la instalación de ningún equipo adicional y son la opción EVSE menos costosa. Los cargadores de nivel 1 son los que más tiempo toman para cargar la batería de su automóvil y brindan una autonomía de solo dos a cinco millas, por hora de carga. Los propietarios de viviendas suelen utilizar este tipo de cargadores para cargar sus coches durante la noche.
Estaciones de carga de vehículos eléctricos de nivel 2
Los cargadores de nivel 2 también se pueden instalar con un sistema de paneles solares para usar energía renovable para generar la electricidad necesaria para el cargador. Los cargadores de nivel 2 brindan de 10 a 60 millas de alcance por hora de carga. Pueden cargar completamente la batería de un automóvil eléctrico en tan solo dos horas, lo que los convierte en una opción ideal tanto para los propietarios de viviendas que necesitan una carga rápida como para las empresas que desean ofrecer estaciones de carga a los clientes.
Cargador rápido de CC de nivel 3 (DCFC)
Las estaciones de carga de nivel 3 son los súper cargadores que alimentan directamente el suministro de CC a la batería sin pasar por el convertidor integrado. Funciona con una potencia de 25 a 350 kW y carga el vehículo en unos 30 minutos. El costo de un DCFC oscila entre $ 25,000 y $ 200,000, según la capacidad de energía, lo que los hace inaccesibles para la mayoría de los consumidores.
EVs rodando hacia el futuro
Es difícil saber adónde llevará el futuro a los vehículos eléctricos, pero está claro que tienen un gran potencial para crear un futuro más sostenible. Si hiciéramos la transición de todos los vehículos ligeros en los EE. UU. a híbridos o vehículos eléctricos enchufables utilizando nuestra combinación tecnológica actual, podríamos reducir significativamente nuestra dependencia del petróleo extranjero, al tiempo que posiblemente reduciríamos la contaminación de carbono del transporte hasta en un 20 por ciento. .
En 2012, el presidente Obama lanzó EVs Everywhere Grand Challenge, una iniciativa del Departamento de Energía que reúne a los mejores y más brillantes científicos, ingenieros y empresas de Estados Unidos para hacer que los vehículos eléctricos enchufables fueran tan asequibles como los vehículos de gasolina actuales para 2022.
Solo el tiempo dirá cuál será la situación para los vehículos eléctricos cuando llegue el momento. Parece inevitable que a medida que crezca la infraestructura de estaciones de carga y se estabilice la red eléctrica para entregar la energía eléctrica adicional necesaria, los vehículos eléctricos se convertirán en la norma para la mayoría de los conductores en el futuro.
Los elementos eléctricos de control utilizados en la fabricación de las estaciones de carga de vehículos eléctricos son una parte importante en lo que respecta a la tecnología utilizada para construirlas y pueden incluir lo siguiente:
Disyuntores en miniatura (MCB) que protegen contra sobrecargas o cortocircuitos.
Disyuntores de corriente residual a fin de proteger en caso de condiciones climáticas adversas.
Interruptores de desconexión que son necesarios cuando se requiere un método de desconexión para cumplir con los estándares vigentes para la instalación.
Dispositivos de protección contra sobretensiones que protegen los componentes sensibles contra sobretensiones causadas por rayos y sobre cargas.
Contactores, con una clasificación de corriente de uso general de hasta 115 A, que se utilizan para encender o apagar el EV.
Medidores de energía que son necesarios si la estación se utilizará con fines comerciales de carga, ya que debe haber una medición de la energía consumida en función de cuánto se debe cobrar a los clientes. Para ello se utiliza un contador de energía digital con una capacidad máxima de 80A.
Bloques de terminales, conductos de cables y rieles DIN son también necesarios en las estaciones de carga para facilitar el cableado durante el montaje.
Si una estación de carga está conectada en red, necesitaría dispositivos de alta tecnología, como puertas de enlace y controladores, para alimentar toda la red. También se necesitaría una fuente de alimentación de CC, que requiere un voltaje de entrada monofásico o trifásico.
La mayoría de los productos necesarios para construir estaciones de carga están disponibles en c3controls, y estamos listos y en condiciones de ayudar a los fabricantes con los productos y servicios de clase mundial necesarios para la producción de todo tipo de estaciones de carga.
Controles de máquinas eléctricas durante más de cuatro décadas.
Esperamos que se haya beneficiado de este número de TODO BAJO CONTROL y que esta información lo ayude a comprender lo que traerá el futuro al mercado de Infraestructura de Vehículos Eléctricos. Habrá oportunidades para que c3 y muchas empresas desempeñen un papel importante en la actualización de la red eléctrica nacional para que sea viable poseer un vehículo eléctrico.
En ediciones futuras, presentaremos información sobre las últimas tendencias y avances para una amplia variedad de industrias que dependen de los productos de c3controls como parte integral de sus controles de máquinas.
Consulte los demás artículos de esta serie sobre vehículos eléctricos: Nuevas tendencias en tecnología.