¿Qué aspectos implica el diseño de estaciones de carga para vehículos eléctricos?

Como diseñador de primera línea, trabajo diariamente en pilas de carga para vehículos eléctricos. Frente al empeoramiento del cambio climático global y el rápido crecimiento económico de China, la movilidad verde, como las bicicletas y los automóviles eléctricos, ha experimentado un auge, pero los problemas de carga se han convertido en un foco de preocupación. La peligrosa carga con "cable directo" ha estimulado una gran demanda de pilas profesionales. Habiendo participado en la renovación de pilas de carga residencial de CNPC First Construction, comparto mi experiencia práctica.

I. Contexto del sector
(1) Vehículos Eléctricos: Evolución impulsada por la tecnología

Los vehículos eléctricos actuales, desde bicicletas y triciclos hasta automóviles, todos utilizan pilas de carga de corriente alterna (CA). Los avances en la tecnología de baterías, como una mayor densidad energética gracias a la I+D, baterías de iones de litio o de estado sólido, y logros en la carga rápida, junto con la conducción inteligente y la tecnología de vehículo a red (que permite la conducción autónoma, control de crucero, monitoreo remoto, etc.), han transformado los vehículos eléctricos.

(2) Pilas de Carga: Mercado en auge

Divididas en CA/CC (la CA es más común), el mercado de pilas de carga en China ha explotado, alcanzando 10.804.000 unidades a julio de 2024. Se despliegan de forma centralizada (para grandes lotes, transporte) o descentralizada (para pequeños lotes, comunidades). Me enfoco en las pilas de CA de baja potencia y descentralizadas, que suministran energía a los cargadores a bordo (convertidos a CC).

II. Diseño de Pilas de Carga: De Estándares a Construcciones Personalizadas
(1) Requisitos Generales: Seguridad, Función, Instalación

La disposición debe considerar la infraestructura de energía, incendios e inundaciones. Ubique las pilas para facilitar el acceso a la energía, alejadas de peligros, en áreas de poco polvo y no corrosivas (o a sotavento si es necesario). Evite vibraciones, asegure el acceso al tráfico y mantenga una distancia segura de al menos 40 cm de las estructuras para el mantenimiento.

Funcionalmente, las interfaces siguen estándares unificados para la compatibilidad universal. Se necesitan múltiples opciones de energía, conversión eficiente, anti-interferencia, monitoreo remoto, diagnóstico de fallas (con alarmas y subida de información) y diversos métodos de pago (WeChat, Alipay, tarjetas).

Instalación: Las pilas montadas en el suelo necesitan un cimiento de 0,2 m de alto (al menos 0,05 m más grande que la pila) para áreas sin cobertizo. Las pilas montadas en la pared se fijan verticalmente a las paredes, a una altura operativa, y son utilizables con o sin cobertizo.

(2) Pilas para Bicicletas Eléctricas: Proyecto de CNPC First Construction

Antes de la renovación, la carga con "cable volador" era riesgosa. Diseñamos pilas para bicicletas eléctricas, añadiéndolas a las entradas de las unidades (comunidades sin cobertizo como Zhongyou Garden) o en cobertizos (por ejemplo, Zhongyou Huayuan).

• Distribución de Energía: Los circuitos sirven a 6-8 pilas, utilizando cables WDZ-BYJ (F) - 0,8/1kV - 3×6 mm² (protegidos por tubos de acero hasta las cajas de distribución, conectados a circuitos superiores de respaldo). Tierra TN-S: las pilas montadas en el suelo se conectan a la red principal, las pilas montadas en la pared (y los cobertizos) se aterran mediante acero galvanizado plano de 40×4. Cada pila soporta bicicletas eléctricas de hasta 1200W, con enchufes monofásicos en los cobertizos. Los cables (0,6/1kV de núcleo de cobre) y los hilos (sin halógenos, retardantes de llama) usan canaletas o tubos de PVC en interiores, enterrados directamente en exteriores (con tubos de acero galvanizado para la entrada al edificio, sellados para evitar el agua). Las pilas montadas en el suelo se colocan en espacios abiertos de entrada a las unidades; las montadas en la pared, en las paredes de las unidades (altura de 0,7-1,1m, uniforme por comunidad, con un espaciado de 1,2-1,5m).

• Selección: Cada enchufe tiene un medidor de energía estático de 220V/10A/50Hz, con una precisión del 2,0% (almacena datos de 2 periodos de liquidación, protegido contra pérdida y manipulación). Las pilas registran el inicio y fin de la carga, la energía antes y después (reiniciándose a cero post-carga), con pagos por tarjeta/código QR y protección IP54+ (protección contra sobrecarga, cortocircuito y fugas).

(3) Pilas para Automóviles Eléctricos: Renovación de Aparcamientos

Se añaden pilas de CA descentralizadas (una por espacio de coche) para una fácil gestión, ubicadas de manera conveniente.

• Distribución de Energía: Las pilas de 6,8kW/220V utilizan interruptores automáticos (protección contra cortocircuitos y corrientes residuales, sin interruptores compartidos). Cables y hilos de alta calidad aseguran el cumplimiento de la tensión. Un sistema completo de tierra (con cableado equipotencial) garantiza la seguridad.

• Interfaz: Compatible con estándares, resistente al polvo y al agua, universal para todos los vehículos eléctricos.

• Circuito de Control: Control preciso de corriente y tensión (sin daños, conmutación de modos inteligentes, protección contra sobrecarga y cortocircuito).

• Medición/Facturación: Medición precisa, facturación flexible (adaptándose a las necesidades/tiempos), con gestión de datos para usuarios y operadores.

III. Cálculo de Carga: Crítico para la Planificación

Para las pilas de CA descentralizadas, determine las especificaciones de las pilas, calcule mediante las fórmulas (1)/(2), y utilice los coeficientes de demanda de la Tabla 1. Esto asegura un diseño de distribución de energía racional.

En las fórmulas (1) y (2), S_js representa la capacidad calculada del equipo de carga (en kVA); P₁, P₂ y P₃ representan la potencia nominal total de varios tipos de equipos de carga. Generalmente, la agrupación y clasificación de la carga se realiza según pilas de carga de CA monofásica, trifásica, cargadores externos, etc. (en kW); P₁, P₂ y P₃ representan la eficiencia de trabajo de varios tipos de equipos de carga, generalmente tomada como 0,95; cosφ₁, cosφ₂ y cosφ₃ son los factores de potencia de varios tipos de equipos de carga, generalmente mayores que 0,9; Kt es el factor de coincidencia, generalmente tomado como 0,8-0,9; K es el factor de demanda, como se muestra en la Tabla 1.

Conclusión

Con el aumento de la conciencia ambiental pública y el avance de la tecnología de vehículos eléctricos, estos, con mayor autonomía, costos más bajos y mejor rentabilidad, entrarán en millones de hogares. Las pilas de carga, infraestructura crucial para los vehículos eléctricos, están siendo cada vez más adoptadas. Con la colaboración gobierno-empresa, la construcción masiva de pilas de carga en aparcamientos públicos y privados, garajes, comunidades y estaciones es inevitable. Por lo tanto, el diseño, uso y gestión científica estandarizados de las pilas de carga son vitales. Este artículo, utilizando proyectos reales, resume el diseño eléctrico de las pilas de carga para vehículos no motorizados y motorizados, ofreciendo referencias para futuros proyectos similares.