Fraunhofer ISE desarrolla una tecnología de sistemas de media tensión para futuras estaciones de carga rápida

Fraunhofer ISE y socios industriales han desarrollado una tecnología de sistemas de media tensión para futuras estaciones de carga rápida que permitan cargas máximas de varios megavatios. El uso de semiconductores de carburo de silicio y el aumento del nivel de tensión reducen el material utilizado y los costes de las estaciones de carga de alto rendimiento. Al mismo tiempo, el sistema es muy eficiente y puede aplicarse de forma flexible a estaciones de carga de distintos tamaños y distintos tipos de vehículos.

Con el aumento de vehículos eléctricos, aumenta la necesidad de estaciones de carga rápida que puedan dar servicio a un gran número de vehículos al mismo tiempo, de forma similar a las gasolineras actuales. Estos son especialmente necesarios en las autopistas, pero también en los aparcamientos y plazas de aparcamiento urbanos. La potencia media de un sistema de carga rápida para un coche es de 150 kW; para autobuses, furgonetas y camiones pequeños se eleva hasta los 350 kW actuales.

Dado que la carga eléctrica es más lenta que el repostaje, en el futuro las gasolineras necesitarán entre 15 y 25 puntos de carga en lugar de ocho surtidores para dar servicio al mismo número de vehículos al mismo tiempo. Con la carga rápida paralela, la estación de carga eléctrica consume entre 1,5 y 3,5 megavatios de potencia. Esto significa que las futuras estaciones de carga rápida ya no podrán abastecerse a través de la red de bajo voltaje; incluso si la estación de servicio tuviera baja capacidad, la potencia requerida superaría los 300 kW.

La distribución dentro de la gasolinera o del aparcamiento tampoco debería realizarse en la red de baja tensión, ya que los largos recorridos del cable (100 metros o más con 25 puntos de carga) y la alta potencia provocan elevados costes de instalación o grandes pérdidas en los cables.

Por lo tanto, el sistema electrónico de potencia para estaciones de carga desarrollado en el proyecto "Estación de servicio MS" con los socios Sumida Components & Modules GmbH, Infineon Technologies AG y AEG Power Solutions GmbH se basa en una red de media tensión que funciona con un rectificador a una tensión de 1500 V CC . Un mayor nivel de tensión conduce a un mayor rendimiento con la misma corriente, sin que la sección del cable tenga que ser mayor. El consumo de cobre significativamente menor contribuye significativamente a la protección del medio ambiente y los recursos. Se eligió el valor de 1500 V CC porque este es el límite de bajo voltaje y por encima de este valor se aplican otros estándares. El plan es aumentar el entusiasmo en los proyectos posteriores.

Enfoque modular para estaciones de carga de diferentes tamaños

Un convertidor aislado galvánicamente acopla la red de distribución de corriente continua (CC) a la batería del vehículo y controla la carga rápida. Los convertidores DC, cada uno con una potencia de 175 kW, están diseñados para que puedan conectarse fácilmente en paralelo al sistema. Este enfoque modular permite construir tanto estaciones de carga de menor potencia para automóviles como estaciones de carga de mayor potencia para camiones.

A diferencia de las Wallbox domésticas, las estaciones de carga deben ser altamente compatibles con diferentes tipos de vehículos. El concepto desarrollado en el proyecto con un rectificador central y una distribución de 1500 V CC tiene la ventaja de que los componentes de conexión a la red (transformador y rectificador) se pueden dimensionar y escalar de forma más independiente de la electrónica de carga. Dada la gran demanda de electrónica de potencia y componentes como cables y transformadores, la necesidad de material se reduce significativamente en comparación con las soluciones actuales.

Para garantizar un proceso de carga sencillo, la estación debe ser totalmente compatible con los estándares CCS1 y CCS2 (sistema de carga combinado) que predominan en Europa, es decir, para corrientes de hasta 500 A y una tensión de hasta 1000 V en los vehículos. Además, el concepto también debería ser compatible con el estándar Megawatt Charging System (MCS). Para ello está prevista una segunda variante de módulo convertidor, para la que sólo es necesario adaptar unos pocos componentes.

"La topología que desarrollamos en el proyecto se puede utilizar no sólo para estaciones de carga, sino también, potencialmente, en centrales eléctricas híbridas renovables o para la integración de baterías estacionarias", explica Andreas Hensel, jefe del grupo de electrónica de alto rendimiento y tecnología de sistemas en Fraunhofer ISE.