Cargador rápido DC con almacenamiento: el modelo que funciona antes de las actualizaciones de la red en el sudeste asiático

La carga rápida DC con almacenamiento de energía puede reducir la dependencia de una mejora inmediata de la red eléctrica, pero la batería debe tener un tamaño adecuado tanto para la energía instantánea como para la energía utilizable durante el periodo de funcionamiento. El diseño también debe tener en cuenta los límites de carga, las pérdidas de conversión, la reserva, el tiempo de recarga, los controles térmicos, la revisión de incendios y las condiciones en las que la carga debe ser interrumpida. Esta guía explica cómo los compradores pueden evaluar una arquitectura asistida por almacenamiento en el Sudeste Asiático, distinguir la compatibilidad con la red eléctrica de la operación aislada y incorporar controles, pruebas de seguridad y ensayos de aceptación en la especificación.

Resumen: La carga rápida DC con almacenamiento en memoria utiliza un sistema de almacenamiento de energía de la batería (BESS) entre la red y la salida del cargador para que un lugar pueda ofrecer servicios de carga de alta potencia al tiempo que limita la importación de energía desde la red. Para los lugares comerciales, un intervalo de demanda de 15 minutos puede ser tan importante como la potencia indicada en la placa del cargador, y el estándar IEC 61851 sigue siendo un estándar para el sistema de carga en lugar de ser una prueba de que un conjunto completo de BESS sea compatible. Comience con la profilación de carga, los límites de interconexión de la red, la concurrencia de cargadores y el dimensionamiento del BESS antes de seleccionar un armario.

Sudeste Asiático es un caso práctico para este modelo. La electrificación de flotas avanza más rápido que muchas mejoras en los servicios locales, y los desarrolladores de estaciones de carga a menudo necesitan abrir una ubicación antes de que se complete la revisión de un nuevo transformador, la ampliación de la red de media tensión o la protección de la red eléctrica. Un diseño con almacenamiento de energía no elimina la necesidad de realizar estudios adecuados de la red, pero puede cambiar la primera fase de “esperar a que la red esté lista” a “operar dentro de un umbral de importación controlado”.”

En este artículo, la carga rápida DC con almacenamiento de energía significa un BESS integrado o a nivel de la estación, equipos de conversión de energía, controles de gestión energética y uno o más dispensadores de cargadores DC. El objetivo del diseño es simple: proporcionar energía de carga rápida a los vehículos eléctricos mientras se obtiene un perfil más suave, más bajo y más predecible desde la conexión a la red eléctrica.

¿Por qué los sitios con limitaciones de espacio necesitan una arquitectura con memoria de batería?

Un convencional cargador rápido de CC recoge la mayor parte de su energía directamente de la red eléctrica en el momento en que un vehículo se carga. Esto funciona bien cuando la capacidad de servicio, el espacio libre en el transformador, la protección de los alimentadores y los cargos por demanda ya están alineados con el modelo de negocio. Se vuelve difícil cuando un propietario de la vivienda solo puede liberar una capacidad limitada, una mejora de la infraestructura requiere meses de revisión o un depósito de vehículos tiene un estrecho horario de carga diario.

Una arquitectura basada en baterías separa la salida de carga instantánea de la importación de energía eléctrica. Por ejemplo, un sitio puede limitar la extracción de energía de la red a 100 kW mientras ofrece sesiones de carga más cortas que superan ese nivel mediante la descarga de la batería. Luego, el BESS se recarga durante los períodos de menor carga, después del pico de tráfico o cuando la producción solar en el lugar esté disponible. Esta es una decisión arquitectónica, no una forma de ahorrar tiempo en el diseño eléctrico.

La primera tarea de ingeniería consiste en definir las restricciones. ¿El sitio está limitado por la potencia del transformador (kVA), la capacidad de los conductores de servicio (ampères), la protección de los alimentadores (protección de alimentación), la homologación de la interconexión con las redes de servicios públicos (homologación de interconexión con las redes de servicios públicos), los cargos por la demanda de tarifas o por las cargas no cargadas propias del sitio? Los equipos de proyecto XYDF suelen pedir a los compradores que separen estas restricciones, ya que cada una de ellas modifica la estrategia de control de almacenamiento.

Cargador rápido de CA para uso comercial con armario de almacenamiento de baterías cercano y zona de carga para vehículos eléctricos marcada

¿Dónde debería estar ubicada la BESS en el sistema de carga?

El almacenamiento de energía en la batería puede ubicarse detrás de una conexión de servicio de CA con conversión AC/DC, dentro de una arquitectura de microred de CA, o como parte de un sistema de energía contenedor que alimente los módulos de carga. La topología adecuada depende de la tensión de la ubicación, la configuración del producto, la coordinación de protección, el espacio, el clima y la ruta de actualización futura.

Para los compradores que comparan las opciones de cargadores rápidos DC, la pregunta no es solo “¿Cuántos kilowatts puede entregar el cargador?” sino también “¿Qué cantidad de energía puede importar el sitio, durante cuánto tiempo debe mantenerse la potencia máxima y qué controles impiden que el sistema exceda el límite contractual?”

¿Qué pueden hacer realmente la suspensión de la actualización de la red y la reducción de la demanda máxima?

La carga con almacenamiento de energía es más valiosa cuando la necesidad comercial se produce antes de la mejora de la red eléctrica. Un desarrollador puede necesitar alimentar una estación de carga comercial antes de reemplazar un transformador. Un equipo de logística puede necesitar carga durante la noche o durante el cambio de turno antes de realizar una mejora en el servicio de depósitos. Un sitio en una autopista puede necesitar una primera fase de carga con energía continua mientras se realizan trabajos de media tensión.

El modelo puede aplazar parte de la actualización al limitar la importación de energía, reducir los picos de demanda y distribuir las recargas durante más horas. No puede generar energía ilimitada. Si la demanda diaria de energía de los vehículos eléctricos es mayor que la energía que el sitio puede importar, almacenar y recargar dentro del periodo operativo, el sitio aún necesitará una conexión de red más grande, un rendimiento de carga más bajo, más almacenamiento, una generación renovable adicional o un plan de flota diferente.

Las tarifas por demanda son otra razón para modelar la batería. Muchas tarifas comerciales miden la demanda máxima durante un intervalo corto, a menudo de 15 o 30 minutos. Si dos vehículos se conectan durante el mismo intervalo de facturación, la tarifa de demanda del sitio se puede establecer en función de ese breve evento. Un BESS puede descargarse durante ese intervalo, de modo que el contador de la empresa de servicios públicos registre una demanda más baja, mientras que el conductor sigue disfrutando de una sesión rápida.

¿Cómo deben dimensionar los compradores los BESS? Estaciones de carga rápida DC?

La dimensionamiento de BESS comienza con la energía, la potencia y el tiempo. La potencia indicada en la placa del cargador es solo una de las entradas. Un planificador de instalaciones también necesita la energía de sesión por vehículo, el agrupamiento de llegadas, la reserva mínima de carga, el límite de importación de la red, el tiempo de recarga de BESS, los supuestos de eficiencia de la carga inversa de la batería, la reducción de la temperatura ambiente y el rol de respaldo o de funcionamiento continuo requerido.

Utilice cálculos ilustrativos solo después de que se haya determinado el ciclo de carga. Supongamos que un sitio quiere soportar dos eventos de carga de 120 kW durante 20 minutos, mientras que la importación de energía de la red está limitada a 100 kW y otras cargas del sitio consumen 20 kW. El lado del cargador puede necesitar aproximadamente 80 kWh durante esos 20 minutos. Si la red solo puede aportar aproximadamente 27 kWh durante ese intervalo después de que la carga no se produzca, la batería podría necesitar suministrar aproximadamente 53 kWh antes de que se utilicen los márgenes de reserva y eficiencia. Un proyecto real incluiría reservas, envejecimiento de la batería, reducción de rendimiento térmico y margen operativo.

Por eso, la regla de “cargador igual, batería igual” no funciona en las estaciones de carga rápida de corriente continua. Una cola de taxis, un cajón de carga de un supermercado, un depósito portuario y un lugar en una autopista pueden utilizar la carga rápida de corriente continua, pero sus distribuciones de llegada y tolerancia a la espera son diferentes. El tamaño de la BESS debería seguir la promesa comercial del lugar, no una relación general de almacenamiento.

Para sitios que ya comparan la capacidad de servicio de la carga eléctrica, el espacio libre del transformador y la potencia de la carga, la guía relacionada se encuentra en Perfilación de la carga de carga eléctrica para vehículos comerciales Es un complemento útil. Ayuda a los planificadores a evitar un error común: seleccionar módulos de potencia antes de modelar cuando los vehículos realmente llegan.

¿Qué estándares, controles y requisitos de disponibilidad de servicio deben especificarse?

La carga con batería de memoria permite cumplir tanto con los estándares de carga para vehículos eléctricos como con las prácticas de almacenamiento estacionario. La norma IEC 61851 cubre los requisitos para los sistemas de carga de vehículos eléctricos conductivos, incluidos los modos de carga y las funciones de seguridad relacionadas con la comunicación. La norma IEC 62933 es relevante para los sistemas de almacenamiento de energía eléctrica. Ninguno de estos documentos debe considerarse como una certificación general para todo tipo de instalaciones; la conformidad del proyecto aún depende de las normas del mercado de destino, la configuración del producto, el diseño de la instalación, la interconexión con la red, la seguridad contra incendios y las afirmaciones hechas en los materiales de venta.

En los proyectos de Asia Sudoriental, los compradores deben confirmar si el mercado de destino exige IEC, servicios públicos locales, autoridades de bomberos, sistemas de medición, comunicaciones o documentación de importación. Si un proveedor afirma que un cargador rápido de CA comercial es “compatible”, debe preguntarse qué norma, qué modelo, qué informe de prueba, qué mercado de destino se aplican y si la declaración se aplica solo al cargador o también a la arquitectura BESS.

La disponibilidad depende de más que de la capacidad de la batería. Un sitio web basado en almacenamiento necesita gestión térmica, protección de la carcasa, monitorización remota, planificación de piezas de repuesto, alarmas para el estado de carga de la batería y un modo de repliegue claro. En un sistema bien definido, el controlador de gestión energética debería saber cuándo limitar la salida, cuándo recargar, cuándo reservar energía para la próxima ventana de servicio y cuándo alertar a los operadores antes de que ocurra una avería visible.

En los casos de instalaciones públicas o semi públicas, los operadores deberían conectar esta arquitectura a una rutina de mantenimiento preventivo. La lógica de inspección en los sitios con almacenamiento de memoria debería abarcar los conectores, los cables, la ventilación, el estado de la carcasa, los registros, el firmware, los alarmas, el estado de la batería y la respuesta del servicio.

¿Cómo deberían elegir los sitios comerciales de Asia Sudoriental un diseño con almacenamiento en memoria?

Antes de especificar un lugar de carga con memoria de almacenamiento, los equipos de proyecto deben tomar cuatro decisiones prácticas.

Primero, defina el objetivo comercial para la primera fase. Un sitio que debe servir a furgonetas durante el cambio de turno necesita controles diferentes de un sitio en carretera diseñado para vehículos eléctricos de pasajeros mixtos. Relacione la potencia de la carga y la capacidad de la BESS con el número de vehículos, el tiempo de permanencia y el tamaño aceptable de la cola.

En segundo lugar, establezca por escrito el plan de aplazamiento de la actualización de la red. Registre el límite de importación, el cronograma previsto para la actualización de la red eléctrica, el punto de activación para la incorporación de módulos de carga y el momento en que el BESS por sí solo ya no garantice el caso comercial.

En tercer lugar, especifique los controles de gestión energética. Para sistemas modernos Sistemas de carga de vehículos eléctricos, Los equipos de adquisición deben preguntarse cómo el controlador prioriza las sesiones de vehículos eléctricos, limita la importación de energía de la red, recarga la batería, responde a fallos, exporta datos operativos y facilita la futura integración con la gestión energética solar o del sitio.

Cuarto, verifique la documentación del mercado de destino. Revise los informes de pruebas a nivel de modelo, los requisitos de interconexión de la red, los planos de instalación, la coordinación de la protección, las especificaciones de la carcasa y las condiciones de garantía. Información sobre la calificación Es un punto de partida útil para las discusiones sobre la documentación, pero la conformidad final debe confirmarse en función del mercado de destino del comprador y del alcance del proyecto.

Para proyectos que requieren un recorrido de equipamiento configurable, XYDF puede soportar la selección del cargador, la discusión de la interfaz de BESS, la revisión de la documentación y la planificación gradual del sitio. Solución de carga de almacenamiento solar La página es el punto de partida interno más relevante para los compradores que evalúan la infraestructura de carga para vehículos eléctricos con batería de carga.

Cómo deben evaluar los compradores la carga con almacenamiento cuando las actualizaciones de la red se demoran

Cuando una actualización de la infraestructura eléctrica se retrasa, la decisión de compra debería comenzar con un modelo operativo, no con un catálogo de baterías. El comprador debe demostrar que el sitio puede importar energía suficiente durante todo el día, almacenar energía utilizable suficiente antes de la ventana crítica de carga y descargarla a un ritmo seguro sin ocultar una restricción de la red que aún necesita aprobación técnica. Aquí es donde un programa de cargador rápido DC con almacenamiento actúa como un proyecto de control y ciclo de trabajo, al igual que una compra de equipo.

El perfil de carga debería mostrar cuándo llegan los vehículos eléctricos, y no solo cuántos están siendo atendidos.

Pida al equipo de proyecto que cree un perfil de carga de 15 minutos o menos que incluya la carga actual del edificio, las llegadas de vehículos eléctricos previstas, la energía consumida durante la sesión, la concurrencia de los cargadores, los periodos de recarga de la batería y el límite contractual de importación de la red. Un depósito que carga diez furgonetas de forma uniforme durante ocho horas es un lugar diferente a un punto de venta donde tres vehículos eléctricos puedan llegar al mismo intervalo de hora del almuerzo. El perfil de carga también debe indicar la promesa comercial: tiempo máximo de espera, energía entregada mínima, hora de salida de la flota o disponibilidad de carga pública.

El resultado práctico es un plan de despacho. Este debería indicar cuándo la red suministra energía al sitio, cuándo la BESS carga, cuándo la BESS descarga y cuándo el cargador reduce deliberadamente la potencia para proteger los límites de importación o la reserva de la batería. Si el plan solo muestra la potencia nominal del cargador, aún no se trata de un plan operativo viable para las estaciones de carga rápida DC con restricciones de red.

El ciclo de carga del cargador y la capacidad utilizable de la BESS deben evaluarse conjuntamente.

El ciclo de carga describe la intensidad de trabajo que se espera que tenga el cargador durante todo el día: ráfagas cortas de carga pública, bloques programados de carga en flota, recuperación durante la noche o sesiones de carga de alta potencia repetidas. La capacidad utilizable de la BESS es la energía que realmente puede ser suministrada después de considerar las reservas, los límites de carga del estado de carga, la eficiencia de ida y vuelta, la tolerancia de degradación y cualquier reducción térmica. Los compradores deberían solicitar kWh utilizables, no solo la capacidad nominal de la batería, y deberían confirmar si la capacidad utilizable indicada sigue siendo válida a la temperatura ambiente prevista del lugar y en el emplazamiento del recinto.

La calificación C es la siguiente verificación. Una batería que tenga suficiente kWh en el documento puede no ser adecuada si el proyecto la pide que se descargue demasiado rápido o se recargue de forma agresiva entre sesiones. Los equipos de adquisición deberían comparar la potencia de descarga de la batería, la calificación de PCS, la salida del cargador, la ventana de recarga, los límites térmicos y las condiciones de garantía como un único conjunto de datos. Una evaluación conservadora evita inventar ahorros en la demanda o garantías de tiempo de actividad antes de que estén disponibles los datos reales de la tarifa y el historial operativo.

Las especificaciones deben incluir la revisión de los sistemas de control, la jerarquía de control y los límites de isla.

Un sitio de almacenamiento con memoria de carga combina equipos de carga EV, almacenamiento de energía estacionario, equipos de protección y controles de software. La revisión de incendios y códigos debería abarcar la química de las baterías, la separación de la carcasa, la ventilación o refrigeración, el comportamiento de parada de emergencia, la señalización, el control de acceso, las pruebas de puesta en marcha y los requisitos de las autoridades locales. La norma IEC 62933 puede ayudar a definir las expectativas sobre los sistemas de almacenamiento de energía, mientras que la norma IEC 61851 sigue siendo relevante para la carga eléctrica de vehículos eléctricos; ninguno de los dos reemplaza la revisión de incendios, servicios públicos, instalaciones o permisos en el mercado de destino.

La jerarquía de controles debe ser explícita. Al menos, debe definir cómo el sistema prioriza los apagados de seguridad, los límites de importación de la red, la reserva de carga de la batería, la salida del cargador, la prioridad de la flota, la respuesta tarifaria, la integración de la energía fotovoltaica si se utiliza, y los comandos del operador remoto. Si hay varios controladores, el comprador debe saber qué controlador tiene la autoridad final durante una sobrecarga, una pérdida de comunicación, una alarma térmica o una parada de emergencia.

Los límites de Islanding también necesitan una terminología sencilla. Algunos compradores asumen que un sitio con respaldo de BESS puede seguir funcionando como una microred siempre que el suministro de la empresa de servicios públicos falle. Esto puede ser falso a menos que el sistema esté diseñado, aprobado, protegido y puesto en marcha específicamente para funcionar en modo islanded. Si el objetivo comercial es solo reducir la demanda en momentos de pico o aplazar la actualización, la especificación debería indicar esto; si se requiere una reserva de potencia reducida, debería ser diseñada como un modo de funcionamiento independiente.

La medición y la propiedad de mantenimiento determinan si el modelo sigue siendo controlable después del lanzamiento.

El medidor debe separar la importación de energía por parte de la empresa de servicios públicos, la salida de energía del cargador, la carga y descarga de energía de la BESS, las cargas auxiliares y cualquier generación de energía fotovoltaica en el propio sitio. Sin esta división, los operadores no podrán saber si el mal rendimiento proviene de un pico tarifario, la cola de carga, el agotamiento de la batería, la degradación térmica o un ajuste de control. Para un sitio comercial de cargadores rápidos de corriente continua, el medidor también es la base de datos para futuras ampliaciones: muestra cuándo el límite temporal de importación se convierte en un cuello de botella para la empresa.

La propiedad de la infraestructura debe asignarse antes de la compra. El comprador, el propietario del sitio, el proveedor de cargadores, el proveedor de BESS, el integrador y el proveedor de monitoreo remoto deben acordar quién es el propietario de las actualizaciones del firmware, la respuesta a alarmas, la sustitución de conectores, la revisión de la salud de la batería, el servicio de sistemas térmicos, las piezas de repuesto, las actualizaciones de ciberseguridad y la aprobación de reinicios posteriores a un fallo. Una propiedad ambigua puede convertir un sistema de gran tamaño en un sistema no disponible incluso cuando el hardware es técnicamente capaz.

En un proyecto de red de carga tardía, la pregunta de adquisición más segura es sencilla: “Demostrar cómo se comporta este sistema en el día más malo previsto antes de la actualización de la red, y demostrar quién actúa cuando no se comporta de esa manera.” Esta pregunta mantiene la evaluación de los sistemas de carga eléctrica en función de las operaciones, en lugar de etiquetas optimistas de capacidad.

¿Cómo deberían evaluar los compradores un cargador con memoria de almacenamiento cuando la actualización de la red se retrasa?

Evalúe la arquitectura en dos dimensiones separadas: la potencia, que determina la cantidad de carga instantánea que la batería puede soportar, y la energía utilizable, que determina cuánto tiempo durará ese apoyo. El cálculo debe incluir el perfil de demanda del cargador, la ventana de carga de la batería, las pérdidas de conversión, el margen de reserva y el tiempo necesario para recargar entre los picos de carga. Una batería de gran capacidad nominal no proporciona automáticamente la potencia o la duración de carga requeridas.

La especificación de compra también debería definir la jerarquía de control: qué sucede cuando la batería alcanza su nivel de reserva, cuando la conexión a la red no está disponible o cuando aparece un sistema de alarma térmica o de incendio. Exija una transición presencial al estado de emergencia y una declaración clara sobre si se permite el funcionamiento aislado. Un reciente estudio técnico-económico sobre la carga asistida por batería puede complementar la discusión sobre la modelización, pero el diseño final aún necesita una revisión específica del incendio, de los servicios públicos y de la conservación en el lugar: Estudio sobre la carga de vehículos eléctricos con asistencia de batería.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la carga rápida DC con almacenamiento de energía?

La carga rápida DC con almacenamiento en la batería utiliza la energía de la batería para soportar cargas de vehículos eléctricos de alta potencia, al tiempo que limita la energía consumida desde la conexión a la red eléctrica. El BESS se carga desde la red o otras fuentes y se descarga durante los picos de carga, por lo que el vehículo eléctrico puede recibir energía para cargas rápidas incluso cuando el límite de importación del sitio sea inferior al de la salida del cargador.

¿Puede el almacenamiento de energía eléctrica permitir la carga rápida de vehículos eléctricos antes de una mejora de la red?

Sí, en muchos casos la energía almacenada en baterías puede soportar una fase inicial de funcionamiento antes de que se complete una actualización más amplia del servicio. La condición es que el sitio disponga de suficiente importación de energía de la red a lo largo del tiempo para recargar la batería y de una capacidad suficiente de BESS para cubrir las ventanas de carga máximas prometidas a los conductores o a las flotas.

¿Cómo reduce un acumulador de baterías las tarifas por demanda máxima?

Un acumulador de baterías reduce las cargas por consumo al descargar durante el intervalo de medición máximo del tarifazo, de modo que el contador de la empresa de servicios públicos vea un consumo máximo más bajo. El efecto financiero depende de la estructura del tarifazo, el intervalo de facturación, el patrón de consumo en el lugar y si el acumulador tiene suficiente carga en el momento adecuado.

¿Qué tamaño de batería se necesita para un sitio comercial de carga rápida?

El tamaño de la batería necesario depende de la potencia del cargador, la energía de la sesión de EV, la concurrencia, el límite de importación de la red, la ventana de recarga, el nivel de reserva, la eficiencia, la temperatura ambiente y los supuestos de envejecimiento de la batería. Un estudio de dimensionamiento práctico debería utilizar el modelo de carga de 15 minutos o menos del sitio, en lugar de un ratio fijo entre la batería y el cargador.

¿Puede un cargador con memoria de almacenamiento soportar varios vehículos eléctricos simultáneamente?

Sí, si los módulos de alimentación del cargador, los dispensadores, la potencia de la BESS, la capacidad energética de la batería y la lógica de control están especificados para la carga simultánea. Si varios vehículos eléctricos llegan juntos, el sistema podría necesitar asignar energía de forma dinámica o reducir la potencia por vehículo para proteger el límite de carga y la reserva de batería.

¿Cómo afecta el almacenamiento de energía a la disponibilidad del punto de carga?

El almacenamiento de energía eléctrica puede mejorar la disponibilidad al suavizar los picos de consumo, apoyar la operación con potencia reducida durante períodos de carga restringidos y brindar a los operadores un mayor control sobre las sesiones de carga. Además, puede suponer requisitos de mantenimiento, por lo que la disponibilidad depende del diseño térmico, la monitorización, los alarmas, los procedimientos de servicio, las piezas de repuesto y modos de repliegue claros.

¿Qué referencias respaldan la planificación de carga con almacenamiento conservador?

• IEA, Perspectivas globales del EV 2024
• Centro de Datos de Combustibles Alternativos del Departamento de Energía de los Estados Unidos, información básica sobre los combustibles eléctricos e infraestructura
• Oficina conjunta de Energía y Transporte, recursos para la infraestructura de carga y recarga
• IEC 61851-1, Sistema de carga conductora para vehículos eléctricos
• Serie IEC 62933, Sistemas de almacenamiento de energía eléctrica

Los sitios de almacenamiento más robustos no son los que tienen la mayor capacidad de batería según los datos escritos en papel; son los que el rating del cargador, el límite de importación, la reserva de BESS, la ventana tarifaria y el plan de flota están diseñados como un único sistema operativo.

Para un proyecto comercial en fases, consulte el documento XYDF. Cargador rápido de 240 kW DC Opciones y luego Contacte a XYDF con el límite de importación de sitios, el perfil de llegada esperado de los vehículos eléctricos, la fecha de apertura prevista y el cronograma de la actualización de la red eléctrica.