En el futuro, las estaciones de carga de vehículos eléctricos a lo largo de las autopistas, en los aparcamientos o en los centros logísticos, tendrán que suministrar mucha más energía en un corto espacio de tiempo que en la actualidad. Por este motivo, las nuevas estaciones de carga ya no se pueden conectar simplemente a la red eléctrica de baja tensión. En el marco del proyecto MS-Tankstelle, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar (Fraunhofer ISE) de Alemania y socios de la industria han desarrollado la tecnología de sistemas de media tensión para estaciones de carga rápida que permitirán en el futuro cargas máximas de varios megavatios.
A medida que aumenta el número de vehículos eléctricos, aumenta también la necesidad de estaciones de carga rápida que atiendan simultáneamente a muchos vehículos. La potencia media de un sistema de carga rápida para un automóvil es de 150 kW, mientras que para autobuses, furgonetas y camiones pequeños asciende hasta los 350 kW. Dado que la carga eléctrica es más lenta que el proceso de repostaje, en el futuro se necesitarán entre 15 y 25 puntos de carga en lugar de los ocho surtidores de gasolina habituales en la actualidad en las gasolineras.
Para poder cubrir las demandas futuras, el sistema electrónico de potencia desarrollado utiliza semiconductores de carburo de silicio eficientes y tensiones más altas, permite un menor consumo de material y menores costes para las estaciones de carga rápida. Al mismo tiempo, el sistema es muy eficiente y se puede aplicar de forma flexible a estaciones de carga de diferentes tamaños y distintos tipos de vehículos.
Este sistema se basa en una red de media tensión adaptada a una tensión de 1.500 Vcc mediante un rectificador. El mayor nivel de tensión permite una mayor potencia con la misma corriente sin necesidad de aumentar la sección transversal del cable.
El consumo de cobre significativamente menor que se obtiene contribuye a la protección del medio ambiente y a la conservación de los recursos. Para este equipo se ha elegido el valor de 1.500 Vcc, ya que es el límite de la norma de baja tensión. Por encima de este valor se aplicarían otras normas.
Diseño modular para los convertidores de CC
Un convertidor aislado eléctricamente conecta la red de distribución de corriente continua (CC) a la batería del vehículo y controla el proceso de carga rápida. Los convertidores de CC, cada uno con una potencia de 175 kW, están diseñados de forma que se puedan conectar fácilmente en paralelo en el sistema. Este enfoque modular permite construir estaciones de carga con puntos de carga de menor potencia para automóviles y puntos de carga de mayor potencia para camiones.
A diferencia de los wall boxes domésticos, las estaciones de carga deben ser altamente compatibles con diferentes tipos de vehículos. El concepto de un rectificador central y una distribución de 1.500 Vcc 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. En vista de la alta demanda de electrónica de potencia y componentes, como cables y transformadores, los requisitos de material para este sistema se reducen significativamente en comparación con otras soluciones actuales.
Para que el proceso de carga sea sencillo, la estación de carga debe ser totalmente compatible con los estándares CCS1 y CCS2, ampliamente establecidos en Europa para corrientes de vehículos de hasta 500 A y voltajes de hasta 1.000 V. Además, el concepto también es compatible con el estándar Megawatt Charging System (MCS). Para ello, está previsto un segundo módulo convertidor. Para esta variante solo es necesario adaptar algunos componentes.