Recarga rápida para coches eléctricos. (II) ¿Cómo funciona?

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Después de un primer artículo donde se explica el ABC de la recarga rápida (Recarga rápida para coches eléctricos ¿Qué es?), en este artículo se desarrollan más detalles acerca de ella. Explicaré algunas de las variables que afectan a la recarga rápida y algunos aspectos de la batería que se deben conocer.

Recarga rápida para coches eléctricos. ¿Cómo funciona?

Una batería de coche eléctrico está compuesta de muchas celdas. Una celda corresponde a  una unidad de batería, similar a las que usas en toda tu electrónica de consumo. Cada fabricante opta por una configuración. Un Tesla Model S con el pack de 85 kWh cuenta con 7.104 celdas individuales. Sin embargo, un BMW i3, con 21,6 kWh cuenta con “solo” 96 celdas. Lógicamente, las celdas utilizadas por el BMW son mucho más grandes que las de Tesla.

La batería de un coche eléctrico nunca es usada al 100%, siempre hay un margen de seguridad. En el caso del BMW i3, la capacidad útil es de 19 kWh, frente a los 21,6 kWh de capacidad bruta. El margen, es utilizado para amortiguar las cargas y descargas. De esta forma, la batería hace ciclos entre el 5% y el 95% de su capacidad, alargando así su vida útil. Todo esto es controlado por el BMS o Battery Management System.

Los factores que influyen en la vida de la batería son variados: la temperatura, la edad de la batería, el tiempo que se pasa cargada al completo o el número de ciclos de carga y descarga. A pesar de que se tiende a pensar que sí, no queda del todo claro si la recarga rápida afecta negativamente a la vida de la batería.

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Durante la recarga, hay una comunicación constante entre el cargador y la batería. El BMS indica cual debe ser la velocidad de carga. La recarga rápida CHAdeMO y CCS Combo suele ser de 50 kW. Para conseguir esa potencia, lo normal es cargar a 400 V y 125 A.

P = V * I =400 * 125 = 50.000 W = 50 kW

Algunos Supercargadores de Tesla en cambio, ya admiten hasta 135 kW. Esto equivale a una intensidad por encima de los 300 amperios.

Los coches eléctricos suelen usar baterías de entorno a 400 voltios cuando están totalmente cargadas. Este voltaje disminuye cuando se trata de una batería descargada. Puede bajar hasta unos 300 voltios. El voltaje subirá durante la recarga rápida, permitiendo cada vez cargar un poco más rápido. Cuando se llega a un voltaje cercano a los 400 voltios, la corriente de carga empieza a disminuir, disminuyendo también la potencia. Se puede ver en el siguiente gráfico.

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¿Qué afecta a la velocidad de recarga?

Pasemos a explicar los factores que afectan en la velocidad de recarga.

La capacidad del pack. Por norma general, una batería de mayor capacidad puede cargar más kilómetros en menos tiempo. A una batería más grande se le puede dar una mayor potencia. Esto es uno de los motivos por los cuales los híbridos enchufables no suelen admitir recarga rápida: su batería es demasiado pequeña. No se puede meter demasiada potencia en una batería pequeña.

El estado de carga. Cuando la batería está prácticamente cargada, la potencia de recarga disminuye para evitar el sobrecalentamiento de las celdas. Normalmente la potencia disminuye cuando la batería está cargada al 80 o 90%, llegando hasta el 100% mucho más despacio. Por eso mucho fabricantes anuncian que el coche puede ser cargado del 0 al 80% en media hora. A partir del 80% la recarga se vuelve más lenta.

La temperatura de la batería. La temperatura ideal para una batería es de 20-25ºC. Cuando la temperatura es demasiado baja o demasiado alta, el BMS  reduce la potencia de recarga con el fin de no degradarla prematuramente. Si la batería tiene un sistema de calefacción y refrigeración, este se activará para poner la batería a la temperatura ideal. Por ejemplo, cuando intentas cargar el Tesla Model S a temperaturas bajo cero, al principio no recarga nada y usa la energía para calentar la batería.

En un próximo artículo hablaré de los tipos de conectores que se usan para la recarga rápida de coches eléctricos.

Relacionados | Recarga rápida para coches eléctricos. (I) ¿Qué es?

Fuente | Fastned



Energias renovables

10 Comment responses

  1. Avatar
    April 27, 2016

    Interesante serie de ártículos

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  2. Avatar
    April 27, 2016

    La recarga rápida no depende de la capacidad de la batería si hablamos en términos de tiempo: una batería de 10kwh cargada a 2C se cargará desde el 0% al 100% en media hora igual que una de 100kwh cargada a 2C. Otra cosa es la energía que meteremos en esa media hora, que en el caso de la batería de 10kwh será la décima parte que la de 100kwh y por tanto la autonomía que conseguiremos en esa media hora también será la décima parte. El artículo creo que induce a equivoco en este apartado.

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  3. Avatar
    April 27, 2016

    Muy interesante.

    Por dar una idea, molaría un artículo con un vídeo con un Zoe, un Leaf, un i3 y un Tesla, para compararlos… Aunque creo que el i3 y el Zoe tienen el mismo enchufe, aunque cargan a distintas velocidades.

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  4. Avatar
    April 27, 2016

    Unas matizaciones. Cuando la batería está prácticamente cargada la potencia de recarga no disminuye para evitar el sobrecalentamiento de las celdas. Lo que disminuye es la potencia de carga de las celdas y por tanto, de la batería. Cuando la carga está casi completa, las celdas no se cargan rápido porque no pueden… Cuando la temperatura de la batería es baja, el BMS no reduce la potencia de recarga. Las celdas (y por tanto la batería) no pueden cargarse más rápido por la resistencia interna, más alta cuanto más baja sea la tª.

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      April 27, 2016

      Buen apunte.

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      April 27, 2016

      Hola Ritxi,

      Lo primero, buen aporte. Da gusto leer vuestro comentarios, siempre se aprenden cosas nuevas.

      Por otro lado, sí, es cierto que la resistencia interna sube. Por eso, de seguir metiendo la misma intensidad a la batería, esta se calentaría de formar más rápida, ya que se disiparía un mayor calor en su interior, debido al aumento de la resistencia. Y como sabes, el calor disipado depende de I^2*R y estamos hablando de 125 amperios. Parece que puede ser un motivo para reducir la potencia.

      Decir que no soy experto en baterías, estamos aquí para aprender 🙂

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  5. Avatar
    April 27, 2016

    Si, exactamente Ritxi. Esto se ve bien en los cargadores de coches tradicionales, de baterias de 12V para entendernos, que no llevan apenas electronica, cuando lo conectas el amperimetro del cargador marca el maximo de intensidad porque la bateria esta descargada y tiene poca tension y poca resistencia, a medida que se carga, su tension aumenta (se va haciendo igual a la de salida del cargador) y su resistencia interna tambien aumenta, por lo que la I que pasa del cargador a la bateria pasa a ser cada vez mas pequeña.

    Los condensadores trabajan igual (o muy parecido) cuando conectas el condensador descargado tira de la I mucho, a medida que se va cargando, esa I va disminuyendo hasta el punto de que nunca llega a cargarse de todo, nunca al 100% se queda muy cerca en el 99% o por ahi.

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    April 27, 2016

    Aún así, ¿estáis seguros que el BMS no regula potencias de carga en función de la temperatura de las celdas?

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      April 27, 2016

      A bajas temperaturas no es necesario. A altas temperaturas si reduce la intensidad o incluso puede interrumpir la carga.

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        May 04, 2016

        “At temperatures from 0 to 5 °C charging is possible, but the charge current should be reduced” […] “Consumer-grade lithium-ion batteries should not be charged at temperatures below 0 °C (32 °F). Although a battery pack may appear to be charging normally, electroplating of metallic lithium can occur at the negative electrode during a subfreezing charge, and may not be removable even by repeated cycling. Most devices equipped with Li-ion batteries do not allow charging outside of 0–45 °C for safety reasons, except for mobile phones that may allow some degree of charging when they detect an emergency call in progress”

        en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery#Extreme_temperatures

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