Red de carga rápida

Los pioneros de los puntos de recarga públicos interconectados se encuentran en los parques de recarga Park & ​​Charge , cuyo proyecto piloto data de 1992 en Suiza. Los microcoches ( cuadriciclos ) que utilizaban este sistema no contaban con baterías de gran capacidad, por lo que las tomas de corriente trifásicas (32 A a 400 voltios) reducían considerablemente las paradas de recarga, permitiendo así viajes más largos. Mediante una asociación en la que particulares instalaban una caja de conexiones para uso de otros miembros, los puntos de recarga se extendieron por Europa, principalmente en propiedades privadas. Para utilizarlos, era necesario disponer de la llave correspondiente a la caja de conexiones, que la asociación proporcionaba.

Cuando se desarrolló el GM EV1 para California en 1996, los puntos de carga públicos formaban parte del concepto. La Corporación Electrónica GM Hughes ya había propuesto un conector de carga inductiva para puntos de carga públicos en 1992. ^{[ 1 ]} Sin embargo, el cargador independiente de 6,6  kW apenas superaba la potencia del cargador integrado para electricidad doméstica de 1,2  kW. Además, los puntos de carga públicos instalados por el estado no solían estar ubicados en rutas de larga distancia, sino en estaciones de tren, preferidas por los viajeros habituales.

En 2007, ChargePoint se fundó en California y no solo fabricaba cargadores de pared para hogares, sino que también ofrecía operarlos como estaciones de carga públicas. Además, lograron encontrar distribuidores que les proporcionaran un espacio, de modo que las estaciones de carga ChargePoint Home de 16 A y 32 A para 220 V estuvieron ampliamente disponibles. El modelo posterior, ChargePoint Home Flex, incluso permitía 50 A. Al igual que Park & ​​Charge en Europa, estas primeras ubicaciones con hasta 11  kW desempeñaron un papel clave para cubrir las carencias de las ofertas de carga rápida posteriores. Con ChargePoint Express , la compañía también ofreció sus propios cargadores rápidos con conectores Chademo a partir de junio de 2015. ^{[ 2 ]}

En Japón, en 2006 se inició un proyecto piloto para vehículos eléctricos, con la participación de Nissan, Mitsubishi y la actual Subaru, en el que se probaron puntos de carga públicos más rápidos. El primer punto de carga público con el conector TEPCO resultante se instaló junto con la presentación del Mitsubishi i-MiEV en 2009. En marzo de 2010, se creó el consorcio independiente CHAdeMO , en el que participaron otros fabricantes de vehículos japoneses. La primera especificación de esta época alcanzaba un máximo de 125 A con hasta 500 V. Las estaciones de carga Chademo típicas, que permiten una corriente continua de 50  kW, se convirtieron en la base del término carga rápida .

Cuando el Nissan Leaf apareció en 2010, con una autonomía de hasta 160  km (100 millas), se desarrolló el concepto de redes de carga rápida. Las ubicaciones Chademo se encontraban en carreteras entre ciudades a lo largo de corredores, y el sistema de navegación mostraba la siguiente ubicación junto con la autonomía restante calculada. Una parada de carga en un  cargador de 50 kW tardaba un máximo de 30 minutos en alcanzar el 80%. Los planes para un corredor de larga distancia de la CARB de California dieron lugar a la Autopista Eléctrica de la Costa Oeste con puntos de carga rápida cada 25 a 50 millas desde Canadá a través de Oregón y California hasta México. El primer concepto menciona específicamente al Nissan Leaf y al Mitsubishi iMiEV, que son compatibles con él. ^{[ 3 ]} Esta primera red de carga rápida se completó en 2013. ^{[ 4 ]}

El lanzamiento del primer modelo Tesla de producción en masa en 2012 marcó el inicio de la instalación de los Supercargadores Tesla . Mientras que las estaciones Chademo solían ser estaciones de carga individuales que utilizaban una conexión de 125 o 250 A del proveedor de energía, los Supercargadores generalmente se instalaban como parques de carga con entre seis y diez estaciones alimentadas por una estación convertidora instalada por separado, que a menudo tenía conexión a la red de media tensión del proveedor de energía. Esta se convirtió en la característica distintiva de las ubicaciones en autopistas. Las primeras estaciones de carga en estos parques ya alcanzaban los 90  kW, aumentando a 120  kW en 2013 y posteriormente a 145  kW. Además, el sistema de navegación de Tesla se encargaba de planificar las paradas de carga necesarias para un viaje planificado.

En China, el plan quinquenal 2015-2020 decidió construir 800 000 puntos de carga. ^{[ 5 ]} En la evaluación de 2021 (dentro de la lista de 1,1 millones de cargadores públicos), China había instalado 470 000 cargadores rápidos en ese período (donde estadísticamente todo cargador con más de 22  kW se considera de carga rápida en China). ^{[ 6 ]}

Inicialmente, la facturación de la electricidad en las primeras redes de carga de vehículos eléctricos se realizó de la forma más económica posible, ya que incluso un contador adicional en la conexión eléctrica de una vivienda incrementa los costes que deben repercutirse en el consumidor. Las primeras estaciones de carga de Tesla incluso se ofrecían sin facturación. Dado que la mayoría de los vehículos podían utilizar la totalidad de los amperios, el método de medición por minutos de carga se convirtió en la base generalizada para la facturación.

En aquel entonces, las tarjetas NFC para facturación ya eran conocidas en las redes de transporte público. Con el desarrollo de las redes de recarga, se integraron lectores de tarjetas en las estaciones de carga. Los conductores de vehículos eléctricos debían registrarse en varias redes de recarga, si era necesario, para aumentar la disponibilidad de estaciones de carga para sus desplazamientos.

Los elevados costes de inversión para las estaciones de carga rápida llevaron a los fabricantes de vehículos a integrar sus propias estaciones en una red intermarca, facilitando también el acceso a proveedores externos mediante la cooperación con otras redes de carga, manteniendo una facturación uniforme para el cliente. Con la sustitución de los fabricantes de vehículos que construían sus propias estaciones de carga rápida, se estableció una distinción entre el proveedor de movilidad (EMSP - Proveedor de Servicios de Movilidad Eléctrica), que se encarga del registro y la facturación, y el operador de la estación de carga (CPO - Operador de Puntos de Carga), que mantiene los puntos de carga operativos. El proveedor de movilidad suele crear una aplicación que muestra los puntos de carga disponibles para el proceso de carga con su propia tarifa, o bien muestra las estaciones de proveedores externos que ofrecen una tarifa diferente. En términos técnicos, el enfoque del Protocolo de Puntos de Carga Abiertos (OCPP) para la facturación por rendimiento se generalizó.

Los Supercargadores de Tesla demostraron que la autonomía de un viaje de un día apenas se reduce para los coches eléctricos. Las primeras estaciones de Tesla en Europa se instalaron en el corredor de Ámsterdam a Múnich en 2013, y los conductores comenzaron a utilizarlas de inmediato. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} En aquel momento era previsible que las baterías del segmento premium fueran cada vez más grandes con el paso de los años, lo que de hecho ocurrió con el Tesla Model S, que originalmente tenía 70 kWh en 2012, luego 85 kWh en 2014, 90 kWh en 2015 y 100 kWh en 2016.

Las posibilidades se limitan a mantener las paradas de carga cortas para baterías grandes ya que el calentamiento del cable, el enchufe y la batería impone límites. En el IAA 2015 en septiembre, Porsche mostró un demostrador "Mission E", que tenía el doble de voltaje a bordo de 800 V y era capaz de cargar a ese nivel duplicado. ^{[ 10 ]} ABB ya tenía convertidores refrigerados por líquido en oferta para vehículos ferroviarios. ^{[ 11 ]} En octubre de 2015, ABB mostró un demostrador de una  estación de carga de 150 kW, y en noviembre de 2015, se unió al consorcio CharIN que había sido fundado en mayo para promover el Sistema de Carga Combinada . CharIN ya estaba apuntando a una expansión a 350  kW en ese momento. ^{[ 12 ] [ 13 ]} La versión 1.0 de CCS había sido estandarizada hasta 200  kW, pero aún no se había implementado. El uso de cables refrigerados por líquido era técnicamente necesario y Tesla también lo había probado en 2015. ^{[ 14 ]}

El proyecto «Ultra-E» se fundó para promover la próxima generación de estaciones de carga. Comenzó en octubre de 2016, financiado por la UE, con la intención de construir 25 estaciones de carga rápida con enchufes CCS y 350  kW a intervalos de 150 a 200  km en el corredor desde Ámsterdam/Bélgica pasando por Fráncfort/Stuttgart/Múnich hasta Viena/Graz hasta finales de 2019. ^{[ 15 ]} El estudio Ultra-E que lo acompañaba había propuesto limitar los tiempos de carga a 20 minutos, ya que esto crearía un nuevo modelo de negocio con los viajeros de negocios. ^{[ 16 ]} El documento también menciona el término Punto de Carga de Alta Potencia (HPC). ^{[ 16 ] [ 13 ]}

Los primeros cargadores rápidos disponibles de ABB cumplieron con los requisitos en octubre de 2017 y permitieron hasta 375 A con cables refrigerados por líquido. ^{[ 17 ] [ 18 ]} Para los vehículos con sistemas eléctricos de 400 V disponibles en ese momento, esto dio lugar a estaciones de carga con 150  kW. Esta salida se convirtió en la base del término carga de alta potencia HPC (del alemán Hochleistungsladen ). En los años siguientes, se mejoró la refrigeración, permitiendo regularmente 500 A. ^{[ 19 ]} Los Supercargadores Tesla V3, que comenzaron a usar cables refrigerados por líquido en 2019, permitieron hasta 250  kW (salida a corto plazo de 625 A).

En octubre de 2017 se fundó el operador Ionity , con la mayoría de las empresas involucradas en "Ultra-E", para establecer la red de carga HPC. Para finales de 2020,  se instalarían 400 estaciones de carga rápida de hasta 350 kW a intervalos de aproximadamente 120  km. ^{[ 20 ]} La primera estación de carga se puso en funcionamiento en abril de 2018, y ahora también se menciona a Tritium junto con los fabricantes de estaciones de carga ABB y Porsche. ^{[ 21 ]} Porsche también equipó todas sus instalaciones de concesionarios de automóviles con estaciones de 800 V a partir de 2018. ^{[ 22 ]} El vehículo destinado a ello, el Porsche Taycan , salió al mercado en 2019. Fastned también comenzó a instalar estaciones de carga HPC al mismo tiempo, la primera de ABB en marzo de 2018. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

En enero de 2018, Allego presentó el proyecto "Mega-E", financiado nuevamente por la UE, para construir una red de carga HPC con 322 ubicaciones y 27 centros de carga para vehículos eléctricos.  Se construirían un total de 1300 puntos de carga HPC con hasta 350 kW hasta 2025. ^{[ 25 ]} A partir de 2021, Allego también comenzó a convertir las ubicaciones "Fast-E" en estaciones de carga HPC. El proyecto "Fast-E" había construido 40 cargadores rápidos de 50  kW desde 2016, también con financiación de la UE. Sin embargo, los puntos de carga ya estaban preparados para 350  kW. ^{[ 26 ]} En julio de 2022, Allego ejerció una opción de compra sobre las 100 ubicaciones con 770 cargadores rápidos que ya se habían construido. ^{[ 27 ]}

El desarrollo a lo largo de las autopistas ha sido constante, y para 2020 la mitad de los lugares de carga rápida existentes en Alemania estaban equipados con estaciones HPC. Para octubre de 2022, la BDEW (Asociación Federal de las Industrias de Energía y Agua en Alemania) informó que se había logrado la cobertura total del área a lo largo de las autopistas con cargadores HPC al considerar la  red de 50 km, e incluso la cobertura total del área de la  red de 25 km estaba casi lograda. ^{[ 28 ]} El gobierno federal alemán había promovido el desarrollo desde agosto de 2021 con licitaciones para una Deutschlandnetz . La financiación incluía hasta 2 mil millones de euros esperando 10 000 puntos de carga HPC, de los cuales 1,8 mil millones fueron adjudicados en 2022. ^{[ 29 ] (video)} Esta financiación se extendió a finales de 2022 agregando otros 6 mil millones de euros para el período hasta 2030 esperando que el número de estaciones de carga públicas llegara a 1 millón. ^{[ 30 ]} La agencia de infraestructura quiere concentrarse en los cargadores rápidos, pero no se definió ningún objetivo específico. Esto se basa en las críticas de la industria que señalan que los tiempos de entrega de las estaciones HPC han aumentado hasta aproximadamente un año. ^{[ 31 ]}

A nivel de la UE, los requisitos del AFIR ( Reglamento de Infraestructura de Combustibles Alternativos ) establecen una  red de 60 km a lo largo de la red central TEN-T, que debe tener al menos un cargador HPC para 2025 y debe tener un parque de carga con cargadores HPC para 2030. ^{[ 32 ]} El AFIR entró en vigor inmediatamente el 13 de abril de 2024. ^{[ 33 ]} A partir de 2023,  se introdujeron los Supercargadores Tesla V4 con 350 kW, que están destinados al Tesla Cybertruck con sistema eléctrico de 800 V.

Los Países Bajos fueron los primeros en subvencionar la infraestructura de carga. Esto se logró mediante acuerdos con los tres operadores locales, de modo que en abril de 2023 había 5201 cargadores rápidos listos en el país. ^{[ 34 ]} Se utilizó un enfoque similar en Francia, donde los gobiernos regionales establecieron acuerdos de asociación público-privada para construir infraestructura, incluidas estaciones de carga (PIA - Programme d'Investissements d'Avenir). ^{[ 35 ]} En 2023 se definió un programa nacional de inversión, "Francia 2030", que incluye el objetivo de construir 50 000 cargadores rápidos. ^{[ 36 ]}

En EE. UU., se observó que se estaban quedando atrás con respecto a Europa y China. En 2022, se lanzó un programa de financiación para permitir la construcción de 500 000 puntos de carga para 2030 con 7500 millones de dólares. ^{[ 37 ]} 5000 millones de ese programa se destinaron a la construcción de cargadores rápidos a lo largo de la red de autopistas, en lo que se denominó Programa Nacional de Infraestructura para Vehículos Eléctricos , o NEVI por sus siglas en inglés. ^{[ 38 ]} Para este propósito, se designaron corredores de viaje principales AFC a nivel nacional (AFC - corredores de combustible alternativo). Los puntos de carga del mismo proveedor deben estar separados por 50 millas y a menos de una milla de la autopista. Entonces, se puede cubrir el 80 % de los costos si  se instalan al menos cuatro estaciones de carga con al menos 150 kW en la ubicación. ^{[ 39 ]} El proceso de adjudicación comenzó lentamente porque se requiere un proceso de solicitud que es gestionado por cada estado, y solo se habían recibido unas pocas solicitudes a finales de 2023. ^{[ 40 ]} Un primer sitio NEVI se puso en marcha en Ohio en diciembre de 2023, y los requisitos se cumplieron con una sola estación de carga EVgo con cuatro cables de conexión. Cuatro vehículos pueden cargarse hasta 175  kW, o solo un vehículo puede cargarse a 350  kW. ^{[ 41 ] [ 42 ]}

Técnicamente, NEVI sigue el modelo de Electrify America , que fue fundada y financiada por el Grupo Volkswagen de América en 2017 después del Dieselgate . Hay acuerdos con California en el plan ZEVI ( Plan de Inversión en Vehículos de Cero Emisiones ), que se actualizan regularmente. ^{[ 43 ]} En el "Ciclo 2" (julio de 2019 - diciembre de 2021), se aumentaron los requisitos para los cargadores rápidos: en ubicaciones de autopista deben tener al menos cuatro puntos de carga con 150  kW y en algunos casos permitir 350  kW. Las ubicaciones deben estar a menos de 120 millas (aproximadamente 190  km) de distancia. ^{[ 44 ]} En el "Ciclo 3" (enero de 2022 - julio de 2024) hay estimaciones de que se construirán 25-35 puntos de carga con 150  kW y 10-15 puntos de carga con 350 kW. ^{[ 45 ]} Debido al cumplimiento de solo los requisitos mínimos, muchas estaciones se ubican en centros comerciales en las inmediaciones de una autopista, y la disponibilidad para la carga real se evalúa de manera deficiente. Esto se repitió con las primeras estaciones NEVI. ^{[ 46 ]} 

En este contexto, los Supercargadores de Tesla lograron una posición dominante en el mercado estadounidense después de permitir la carga para marcas de terceros a partir de 2020. Cuando otros fabricantes de vehículos finalmente cambiaron al sistema de carga enchufable de Tesla a partir de 2023 ( Sistema de Carga Norteamericano) , los Supercargadores ya controlaban el 60% del mercado (medido en términos de puntos de carga reportados con CCS a NACS; el uso incluso superó este). ^{[ 47 ]} Estas condiciones previas crearon una oportunidad de mercado para otra red de carga rápida, que se fundó en forma de Ionna en 2024. Esta empresa tiene una fuerte superposición con la europea Ionity en términos de fundadores y concepto.

En España, el desarrollo de cargadores rápidos públicos está impulsado principalmente por las compañías eléctricas, que también construyen estaciones de carga para propietarios privados. ^{[ 48 ]} A lo largo de las autopistas, Iberdrola es la que más opera, habiendo recibido 1.000 millones de euros mediante un acuerdo con BP en 2023 para construir 11.000 cargadores rápidos, en su mayoría estaciones HPC. ^{[ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]} Además, está la startup Zunder , que comenzó a construir cargadores HPC. Recibieron financiación en 2022 de un inversor, obteniendo 100 millones de euros (300 millones durante tres años) para construir 4.000 cargadores rápidos hasta 2025 en España y parcialmente en Francia. ^{[ 52 ]}

Con el Taycan de 2019, Porsche fue el primer fabricante en poder utilizar la velocidad de carga duplicada de los cargadores HPC con una arquitectura integrada de 800 voltios; de hecho, alcanzaba un máximo de 270 kW. Sin embargo, se descubrió que también se puede utilizar la velocidad de carga duplicada con la arquitectura integrada ya común de 400 voltios, si se dispone del paquete de baterías en dos partes y se conectan en serie. GM lo demostró por primera vez con el GMC Hummer EV eléctrico en 2021. Debido a su bloque de baterías particularmente grande de 213 kWh, esto fue necesario para mantenerse en menos de una hora para una carga completa en movimiento. Los primeros camiones eléctricos también utilizaron paquetes de baterías de 400 voltios que se pueden conectar en serie, como demostró el Mercedes Benz eActross 400 (2022). Aquí también, el tamaño del bloque de baterías de hasta 336 kWh está impulsando el desarrollo.

Sin embargo, la instalación de un sistema de gestión de baterías para varios paquetes de baterías aumenta la complejidad y los costos, por lo que, con la creciente disponibilidad de redes HPC, todos los fabricantes de vehículos comenzaron a desarrollar una arquitectura integrada de 800 voltios. Esta se basa en la electrónica de tranvías y metros, que está diseñada nominalmente para 750 voltios de corriente de tracción, incluyendo motores que pueden tolerar picos de carga de hasta aproximadamente 1200 voltios. En base a esto, algunas empresas emergentes utilizan el máximo de 1000 voltios de los cargadores HPC para sus vehículos, incluido el Tesla Semi (2022), a costa de una ligera disminución de la durabilidad.

Además de la innovación de Porsche, cuya arquitectura de 800 V también se utilizó en el Audi e-tron GT (2021), Hyundai desarrolló la plataforma E-GMP con 800 V desde el principio, la cual se utilizó en modelos de vehículos a partir de 2021: Genesis GV60 (2021), Kia EV6 (2021), Hyundai Ioniq 5 (2021), Hyundai Ioniq 6 (2022), Kia EV5 (2023). BYD desarrolló la "E-Platform 3.0": mientras que el BYD Yuan Plus (2022) todavía usaba su variante de 400 V en China, el BYD Seal (2023) llegó con la variante de 800 V que se vendió internacionalmente. Geely desarrolló la Sustainable Experience Architecture (SEA), que se amplió para incluir una variante de 800 voltios, y también la licenció a otros fabricantes de vehículos. Los vehículos con la variante PMA2+ fueron el Geely Galaxy E8 (2023) y el Zeekr 007 (2023).

A partir de 2024, todos los principales fabricantes comenzaron a adoptar la tecnología de 800 voltios. Audi y Porsche utilizarán la plataforma eléctrica premium del Grupo Volkswagen , que incluye el Porsche Macan (2024) y el Audi Q6 e-tron (2024). BMW presentó la " Nueva Clase " en el IAA 2023 con nuevos modelos a partir de 2025. Mercedes-Benz está adoptando la arquitectura modular de Mercedes (MMA), cuyos motores eléctricos de la serie "eATS 2.0" funcionan con 800 voltios. Estos también se utilizan en la serie eActross 600 (2024).

La expansión de la tecnología de 800 V influye en el desarrollo de las redes de carga rápida. Para garantizar su vigencia a futuro, la mayoría de las estaciones de carga HPC se diseñaron desde el principio para admitir voltajes de carga de hasta 1000 V. Sin embargo, existen muchos tipos de estaciones de carga con dos o más cables de conexión que solo pueden funcionar a un máximo de 500 voltios simultáneamente; si un vehículo se conecta a 800 voltios, los demás puntos de carga se desactivan. Con el creciente uso de arquitecturas de 800 voltios, las futuras redes de carga deben diseñarse en consecuencia y, al mismo tiempo, deben prever el aumento de la carga por encima de 500 A. Ionity/Ionna es el operador que garantizó desde el principio que todos los puntos de carga suministraran 350 kW.

En China, el desarrollo de cargadores rápidos se reconoció mientras el plan quinquenal 2015-2020 aún estaba en marcha, por lo que iniciaron una cooperación con Chademo en 2018 para especificar opciones de carga más allá de 500  kW. ^{[ 53 ]} El enchufe GB/T propio de China estaba especificado para un máximo de 237,5  kW (250 A a 950 V), pero la mayoría de estas estaciones estaban diseñadas  solo para 50 kW. Chademo, por otro lado, introdujo una nueva versión de sus estaciones con 400  kW en junio de 2018, con cables refrigerados por líquido. ^{[ 54 ]} El nuevo estándar para China y Japón se resolvió finalmente en abril de 2020, creando así un nuevo tipo de enchufe llamado ChaoJi . ^{[ 55 ]} Una revisión de 2023 también trajo la posibilidad de 1500 V con 800 A. Sin embargo, los vehículos disponibles operaban con un máximo de 800 V en ese momento. ^{[ 56 ]} Estos habían llegado al mercado chino a partir de 2022 y permitían hasta 600 A. ^{[ 57 ]}

Desde enero de 2024, CATL ha estado suministrando baterías 4 C a fabricantes de vehículos chinos, que permiten corrientes de carga aún mayores. ^{[ 58 ]}  En abril de 2024, se demostró una corriente de carga de 546 kW en un Supercargador Zeekr V3 con el Zeekr 001. [ ^{59 ] [} 49] En consecuencia, Zeekr Power está comenzando a construir una red de carga rápida en China con estaciones de carga con un máximo de 800 A y una salida continua de hasta 600  kW. Se planean 1000 ubicaciones con 10 000 puntos de carga para 2026. ^{[ 58 ]}

En Europa, Ionity planea agregar  cargadores de 600 kW a la red durante los próximos dos años a partir de 2024. ^{[ 60 ]}

Se requieren nuevos diseños para un mayor aumento; el sistema de carga Megawatt fue diseñado para 1250 a 3000 A.

Porcelana:

• Supercargador de Tesla
• Red estatal ^{[ 61 ]}
• ABB Chargedot ^{[ 62 ]}
• TELD ^{[ 63 ]}
• Carga estelar ^{[ 64 ]}
• Zeekr Power

Europa:

• Supercargador de Tesla
• Ionidad
• Pulso Aral
• Recarga de Shell
• Allego
• Ayunado
• EWE Go (Alemania)
• EnBW Mobility+ (Alemania)
• Pfalzwerke (Alemania)
• Iberdrola (España y Portugal)
• Zunder (España)

América del norte:

• Supercargador de Tesla
• Ionna
• Electrificar América
• Terrenos verdes de Shell
• EVgo
• Electrificar Canadá
• Petro-Canada ^{[ 65 ] [ 66 ]}

A finales de 2022, China tenía 760.000 cargadores rápidos listos, Europa tenía 70.000 cargadores rápidos listos y Estados Unidos tenía 28.000 cargadores rápidos listos. ^{[ 67 ]}

Los mayores operadores de EE. UU. por número de puertos de carga.

Los mayores operadores de Alemania por número de puertos de carga.