Cada vez existen más coches eléctricos con sistemas eléctricos con arquitecturas de 800 V. Y una buena parte de la infraestructura de recarga ya es también de 800 V. Sin embargo, quedan muchos cargadores de 400 V. Principalmente los de hasta 150 kW de potencia máxima, y toda la red de Supercargadores de Tesla (hasta 250 kW).
Los modelos de 800 V suelen ser compatibles con 400 V gracias a un sistema convertidor DC-DC «tipo booster», que es justo lo que no tiene el Mercedes CLA y por lo que ha sido tan criticado. Sin embargo, incluso siendo compatibles, es verdad que todos los coches eléctricos de 800 V presentan problemas cuando se ponen a cargar en cargadores de 400 V.
Por qué hay un problema
En un sistema de carga en corriente continua, la corriente se sirve según las instrucciones del BMS –Battery Management System- del vehículo. Este BMS se encarga de comunicar el voltaje mínimo aceptable del pack, el voltaje máximo y también la corriente máxima.
Parámetros del BMS
| Parámetro |
Símbolo |
Descripción |
Unidad |
| Voltaje mínimo aceptable del pack |
Vmin |
Voltaje más bajo permitido por el BMS antes de desconectar el pack para evitar descarga profunda. |
V |
| Voltaje máximo del pack |
Vmax |
Voltaje más alto permitido por el BMS; en sistemas E-GMP suele ser de hasta 800 V. |
V |
| Corriente máxima |
Imax |
Corriente máxima permitida por el BMS y los cables del sistema. |
A |
En base a estos parámetros, el cargador ajusta su salida a un punto en ese rango determinado por el BMS. En un coche eléctrico de 800 V, haciendo uso de un cargador de 400 V, existe un problema de compatibilidad por definición. Si el cargador no puede adecuarse al voltaje mínimo del coche, entonces la carga no se puede llevar a cabo en el punto óptimo de potencia.
Un cargador de 400 V no es suficiente para un coche de 800 V
Los que denominamos como cargadores de 400 V, en realidad, están diseñados para poder entregar una tensión de salida en un rango típico de 200 V a 500 V, aproximadamente. Y sin embargo, un coche eléctrico con arquitectura de 800 V suele tener una tensión nominal de 650 V, aproximadamente, una tensión máxima de carga de entre 920 V y 950 V, y una tensión mínima operativa de alrededor de 500 V.
Rangos de tensión en cargadores y vehículos eléctricos
| Tipo de sistema |
Tensión mínima (Vmin) |
Tensión nominal (Vnom) |
Tensión máxima (Vmax) |
Observaciones |
| Cargadores de 400 V |
≈ 200 V |
— |
≈ 500 V |
Rango típico de salida de los cargadores considerados “de 400 V”. |
| Vehículo de 800 V |
≈ 500 V |
≈ 650 V |
≈ 920 – 950 V |
Valores típicos de tensión en vehículos eléctricos de alta tensión (800 V). |
El problema de compatibilidad
Lo que ocurre en esto es que un cargador de 400 V no tiene capacidad para elevar su salida a 800 ó 900 V, que son lo que requiere el vehículo. En el mejor de los casos podría entregar corriente mientras el voltaje de la batería está en su parte más baja, alrededor de los 400 a 500 V. Y esto es cuando la batería está prácticamente vacía, descargada casi por completo.
A medida que la batería va llenándose, el voltaje se eleva, y el cargador rápidamente es insuficiente. No tiene capacidad para continuar aumentando el voltaje y, por lo tanto, la carga se interrumpe o se limita de manera muy notable. Es decir, que el cargador se queda corto de voltaje mucho antes de que la batería esté llena.
El «booster», un dispositivo que permite la compatibilidad
La mayoría de los coches eléctricos con sistemas de 800 V incorporan un convertidor DC-DC «tipo booster, como te comentaba anteriormente. Normalmente es un boost converter que se basa en la topología interleaved dual-phase, con transistores SiC o IGBT. La función de este dispositivo es recibir la tensión de entrada del cargador (400 V), elevar la tensión de forma interna hasta la requerida por el bus de 800 V y, además, mantener el punto de carga ideal de corriente y tensión. Esto último, en relación con el BMS.
Pero existen limitaciones técnicas relevantes en este aspecto. El booster no puede manejar la misma potencia que la línea principal tanto por eficiencia térmica como por tamaño. Lo habitual es que se establezca un límite de 70 a 100 kW continuos. Y eso es lo que explica que, aunque el cargador pueda ser de 150 kW, por ejemplo, la potencia efectiva es restringida directamente por el booster.
Cómo lo solucionan las redes de carga más modernas
Los operadores de carga están utilizando nuevos cargadores «multivoltaje», preparados para vehículos de 400 V y también de 800 V o incluso más. Este tipo de cargadores utilizan módulos DC-DC en cascada, que tienen capacidad para elevar la tensión hasta 1.000 V y que, además, tienen la capacidad de adaptarse de forma automática a un rango de 200 V a 1.000 V.
Al cargador, digamos, «no le importa» si el coche usa una arquitectura eléctrica de 400 V o de 800 V. Sencillamente, tiene la capacidad de dar compatibilidad completa tanto a vehículos de un tipo como a los vehículos de otro tipo. Operan directamente en un rango dinámico de 200-920 V sin necesidad de ningún booster.
