Por qué la carga de vehículos eléctricos se ralentiza después del 80 por ciento

Cada carga rápida de corriente continua sigue una forma similar. La potencia sube hasta lo que el armario y el vehículo acuerden, aguanta un rato y luego se desvanece mucho antes de que la batería esté llena. Los conductores suelen interpretar esa caída como un defecto, o como si el cargador los estuviera limitando a propósito.

Ninguna de las dos suele ser así. El cargador sigue un límite establecido dentro del vehículo, y ese límite existe para proteger las celdas. La pregunta útil no es por qué baja la potencia, sino dónde se sitúa la esquina en un día determinado y por qué se mueve.

Cómo es realmente la curva de carga

Una carga rápida no es un proceso continuo. Funciona en dos regímenes, y la transición entre ellos es lo que la gente llama la curva.

En el primer régimen, el vehículo mantiene una corriente fija y deja que la tensión suba a medida que el pack se llena. Como la potencia es voltaje multiplicada por corriente, y la corriente es constante mientras la tensión sube, la potencia de salida sube con ella. Por eso una sesión suele empezar con una cifra modesta y va aumentando hacia la valoración del gabinete durante los primeros minutos.

En algún momento el voltaje de la celda se acerca a su límite superior. A partir de ahí, el vehículo cambia de estrategia: mantiene el voltaje estable y deja que la corriente decaiga. El voltaje ya no sube, así que la potencia va en sintonía con la corriente. Este segundo régimen es donde ocurre la caída visible, y puede parecer espectacular porque la corriente cae rápido al principio y luego se aplana a medida que el grupo se llena.

La esquina entre ambos suele llamarse rodilla. Es una transición, no un interruptor, y rara vez es un punto agudo en un gráfico.

Por qué la batería no puede aceptar corriente completa en un estado de carga

Cargar no es llenar un depósito. Está moviendo iones de litio hacia los espacios entre capas del material del electrodo, y esos espacios son finitos. Cuando el paquete está casi lleno, la mayoría se llevan.

Introduce la corriente más rápido de lo que los iones pueden asentarse, y no hacen cola educadamente. Algunos de ellos se depositan como litio metálico en la superficie en lugar de entrar en la estructura. Ese depósito es difícil de revertir. Elimina capacidad de forma permanente y, en condiciones inadecuadas, crea un camino para cortocircuitos internos. El sistema de gestión de baterías existe en parte para evitar que esto ocurra, y lo hace reduciendo la corriente que pide a medida que se llenan las celdas.

Hay una segunda razón que apunta en la misma dirección: la resistencia interna aumenta casi a plena carga. La misma corriente produce más calor en un paquete casi lleno que en uno vacío, y el calor es lo que acorta la vida útil de las células. Así que la reducción está protegiendo dos cosas a la vez: capacidad y temperatura.

¿es 80 por ciento una configuración o una coincidencia

Es más parecido a una coincidencia que se ha convertido en costumbre.

En la mayoría de los sistemas públicos de carga, el cargador no conoce el estado de carga del vehículo. El vehículo lo sabe, y es el vehículo quien decide cuánta corriente solicitar. El cargador suministra lo que se le pide, hasta su propio nivel. Por tanto, un corte fijo en un estado de carga particular no es algo que imponga el cargador; No está en posición de hacerlo.

Lo que ocurre es que para muchas mochilas, la rodilla queda en algún punto superior del rango, y el 80 por ciento se convirtió en la forma abreviada en consejos para conductores y en configuraciones de vehículos que ofrecen límite de carga. En una mochila diferente, o en la misma mochila en otro día, la esquina puede quedar visiblemente más alta o más baja.

Cuatro cosas lo mueven: temperatura del pack, el estado de carga desde el inicio de la sesión, el equilibrio de las celdas y la química de las celdas. Un vehículo que llega al 60 por ciento no ve ninguna parte plana de la curva, porque ya comienza más allá de la rodilla. Un paquete frío puede empezar a aflojar mucho antes del número que esperan los conductores.

La química importa más de lo que la mayoría de los conductores imaginan. Los packs con una curva de voltaje muy plana ofrecen al sistema de gestión menos con qué trabajar al estimar la carga, por lo que la estrategia para el top de gama puede ser diferente a la de un pack cuyo voltaje sube de forma más constante. Esa es una de las razones por las que dos coches con el mismo cargador pueden producir curvas visiblemente diferentes.

Los dos números que merece la pena leer en la web

Cuando una sesión parece incorrecta, un número no basta para decir quién es el responsable. Dos son: la corriente que solicita el vehículo y la corriente que realmente entrega el cargador.

Leídos juntos, separan los tres casos que importan:

• Ambos caen juntos. El vehículo está reduciendo su solicitud. El cargador está entregando lo que se pidió, y el límite está en el paquete.
• La petición se mantiene alta mientras la entrega baja. El cargador es el límite. Eso apunta a la temperatura del gabinete, el estado del módulo, la temperatura del cable o una asignación a nivel de sitio, y es una conversación para el proveedor más que para el controlador.
• Ambos son bajos desde el primer minuto. Nada se está reduciendo a la velocidad; La sesión no alcanzó una cifra alta. Ese es otro problema: conector, handshake o un sitio que comparte capacidad entre conectores.

Una advertencia sobre el primer número. La solicitud solo es visible cuando el vehículo y el cargador la intercambian como parte de una sesión de comunicación de alto nivel. En un handshake básico, el cargador sabe cuánta corriente está dispuesto a aceptar el vehículo, pero no por qué cambia. En ese caso, compara el registro del cargador con las cifras reportadas por el vehículo durante los mismos minutos.

Una sola captura de pantalla demuestra muy poco en un sentido o en otro sentido. Veinte minutos de ambos valores, representados juntos, muestran dónde se separan las dos líneas, y es en ese momento cuando aparece la respuesta.

Por qué algunos vehículos se estrechan antes que otros

Dos coches en el mismo armario con la misma carga de salida pueden producir curvas que apenas se parecen entre sí. Las razones son principalmente las propiedades del vehículo.

Tamaño del paquete relativo a la alimentación del cargador. Un paquete pequeño que consume una gran corriente trabaja cada celda más duro que un paquete grande que un paquete grande que consume la misma corriente. El pequeño paquete alcanza su límite por celda antes, así que su rodilla llega antes en la sesión.

Ruta térmica. Los packs con refrigeración activa pueden mantener una corriente más alta durante más tiempo, porque pueden eliminar el calor que produce esa corriente. Los paquetes que dependen del aire, o que llegan calientes tras un viaje largo, tienden a aflojar antes.

Política de gestión. Dos fabricantes pueden usar la misma celda y establecer límites diferentes. Uno permite más corriente y acepta más desgaste; La otra es conservadora y protege la longevidad. Ambas son opciones de ingeniería y ninguna es visible en la hoja de especificaciones.

Balance de celdas y antigüedad. La celda más débil del grupo marca el límite para todo el grupo. Un pack con celdas que se desplazan alcanza su voltaje máximo en una celda mientras que el resto aún tiene espacio, y la corriente baja pronto por una razón que no tiene nada que ver con el cargador.

Qué significa esto para el diseño del sitio

Potencia máxima es una cifra de placa con el nombre. Lo que realmente vende un sitio es energía entregada en un plazo limitado, y la curva es lo que conecta ambos.

Dos sitios con la misma potencia pueden entregar cantidades notablemente diferentes de energía en veinte minutos, porque uno mantiene su figura más tiempo antes de la rodilla y el otro no. Si un sitio se planifica solo en torno a la placa de nombre, esa diferencia aparece más tarde como colas en la hora más concurrida, con los gabinetes informando que no estaban al máximo rendimiento.

Las preguntas prácticas para un sitio son sobre los vehículos que espera ver, no sobre el armario: con qué estado de carga suelen llegar los conductores, cuánto tiempo permanecen y cuánta energía cabe en esa estancia. Un sitio de autopista donde los conductores permanecen entre quince y veinte minutos es un problema diferente al de un lugar de trabajo donde los coches permanecen seis horas y las curvas implicadas no tienen la misma forma.

En el lado del equipo, una línea de especificación merece la pena leerse detenidamente: la ventana de alimentación constante. Describe la banda de voltaje en la que el cargador puede mantener su salida nominal. Una ventana ancha significa que el cargador es menos probable que se convierta en el lado limitante a medida que aumenta el voltaje del paquete entre diferentes vehículos. La estrecha por encima de la rodilla sigue perteneciendo al vehículo en cualquier caso. Como ejemplo de cómo se expresa esto, los modelos 120 kW y 180 kW DC indican una ventana de potencia constante que abarca DC 300–1000 V.

Nada de esto hace que la caída tras la rodilla sea un problema a resolver. Es la forma de la aceptación de la batería y el equipo la sigue. Lo que merece la pena resolver es la desadaptación que aparece cuando un sitio está diseñado para un pico que ningún vehículo delante puede usar durante mucho tiempo.

Si los términos de este artículo son nuevos, las definiciones de potencia de carga, velocidad y su uso comercial se cubren por separado en qué es un cargador rápido de corriente continua.