Carregamento DC

O que é o carregamento DC

Como funciona o carregamento DC

Carregamento DC fornece energia diretamente à bateria de um veículo elétrico, ignorando o carregador de bordo do veículo para aumentar significativamente a autonomia em 20-60 minutos. Para os operadores de estações de carregamento e gestores de projectos, compreender os fundamentos do carregamento DC é essencial para o planeamento da infraestrutura e a comunicação com as partes interessadas.
A principal diferença em relação ao carregamento CA é o local onde ocorre a conversão de energia. Os carregadores CA dependem do conversor de bordo do veículo, que limita a velocidade de carregamento à capacidade do conversor (normalmente 7-19 kW). Os carregadores de corrente contínua efectuam esta conversão na própria estação, permitindo o fornecimento de energia de 150-350 kW ou superior.

As estações de carregamento DC convertem a energia AC da rede em DC antes de chegar ao veículo, enviando a eletricidade diretamente para a bateria. Esta conversão externa elimina o estrangulamento criado pelos carregadores de bordo.
As baterias dos VE armazenam energia CC, mas a rede eléctrica fornece energia CA. Ao utilizar o carregamento de Nível 1 ou Nível 2, o veículo recebe energia CA que o seu carregador de bordo tem de converter em CC. Este equipamento de bordo está dimensionado para o carregamento noturno e não para o reabastecimento rápido.
O carregamento rápido DC desloca o equipamento de conversão do veículo para a estação. O carregador efectua a conversão de CA para CC antes de os electrões entrarem no veículo, comunicando diretamente com o sistema de gestão da bateria (BMS) para fornecer energia à taxa máxima que a bateria pode aceitar.
Os carregadores rápidos CC modernos produzem normalmente 150-350 kW, com algumas unidades a atingir 400 kW ou mais. Para efeitos de comparação, um carregador de nível 2 típico fornece 7-19 kW. Esta diferença explica porque é que o carregamento CC pode aumentar significativamente a autonomia em minutos e não em horas.

Níveis de potência e velocidade de carregamento

A potência anunciada do carregador conta apenas uma parte da história. O BMS do veículo actua como um guardião, monitorizando constantemente a temperatura, a tensão e o equilíbrio das células para determinar a quantidade de energia que a bateria pode aceitar em segurança.
O carregamento segue uma curva trifásica previsível:
Fase inicial (0-30% SOC): A bateria aceita a potência máxima. Este é o período de carregamento mais rápido e mais eficaz.
Fase intermédia (30-80% SOC): A velocidade de carregamento mantém-se elevada mas começa a diminuir. O BMS reduz a potência à medida que as células se aproximam dos limites de tensão.
Fase final (80-100% SOC): A potência cai drasticamente para evitar danos nas células. O carregamento de 80% a 100% demora frequentemente o mesmo tempo que o de 0-80%.
A VW ID.4 ilustra esta curva: atinge 125 kW imediatamente, mantém-se até ao estado de carga 30%, desce para 100 kW em 45%, 80 kW em 60%, depois cai abruptamente após 80%. O tempo de 0-50% demora cerca de 20 minutos; 50-80% demora mais 20 minutos; 80-100% acrescenta 25 minutos.
Para os operadores, isto significa que o objetivo prático de carregamento é 80% e não 100%. O planeamento de sessões de 20 a 40 minutos por veículo melhora o rendimento e proporciona uma autonomia útil.

Normas de conectores

Três tipos de conectores de carregamento DC dominam o mercado norte-americano:
CCS (Sistema de carregamento combinado): A norma estabelecida para a maioria dos veículos eléctricos não-Tesla. O CCS1 (América do Norte) e o CCS2 (Europa) suportam níveis de potência até 350 kW.
CHAdeMO: Desenvolvido por fabricantes de automóveis japoneses, está atualmente em declínio na América do Norte à medida que os fabricantes mudam para outras normas. Ainda relevante para alguns veículos Nissan e Mitsubishi.
NACS/SAE J3400: O conetor da Tesla, agora adotado como norma de carregamento norte-americana. Todos os principais fabricantes de automóveis anunciaram planos para adotar a norma J3400 a partir de 2025. A norma suporta até 1 MW com arrefecimento ativo, posicionando-a para aplicações em veículos pesados.
A transição NACS simplifica o cenário para os operadores que planeiam novas instalações. No entanto, a capacidade multi-normas continua a ser importante durante o período de transição para servir a frota de veículos existente.

Considerações sobre infra-estruturas para os operadores

A infraestrutura de carregamento rápido DC requer um planeamento diferente das implantações de Nível 2. Os requisitos de energia, a seleção do local e os custos de funcionamento são todos escalonados em conformidade.
Requisitos eléctricos: Os carregadores rápidos de corrente contínua requerem um serviço de corrente alterna trifásica de 480V. Um único carregador de 150 kW consome muita energia; as instalações com várias unidades requerem frequentemente um serviço de transformador dedicado ou actualizações dos serviços públicos. Os custos de ligação à rede aumentam com a distância das subestações existentes.
Custos de instalação: Espera-se $50.000-$100.000 por unidade de carregamento rápido DC, excluindo as actualizações da infraestrutura eléctrica. A preparação do local, a abertura de valas e a coordenação dos serviços de utilidade pública contribuem para este valor de referência.
Economia de exploração: Os encargos de procura podem representar cerca de 74% das facturas comerciais de eletricidade, de acordo com um estudo da NASEO. A gestão dos picos de procura torna-se crítica para os locais com vários carregadores. Os operadores que gerem os carregamentos nos depósitos atingem normalmente custos de energia inferiores a $0,15/kWh, em comparação com $0,40-$0,70/kWh nas estações públicas.
Dimensionamento da frota: Para implementações de utilização partilhada de elevada quilometragem, um carregador rápido DC suporta normalmente 10-12 veículos por dia. A implantação da partilha de boleias Maven Gig na Califórnia demonstrou este rácio em 223.000 eventos de carregamento com aproximadamente 1.000 Chevrolet Bolts. As frotas de 10 a 20 veículos eléctricos atingem frequentemente o limiar em que uma infraestrutura de corrente contínua dedicada se torna financeiramente mais vantajosa do que depender do carregamento público.

Planeamento da implementação do carregamento DC

Comece a avaliação do local pela capacidade da rede, não pela seleção do equipamento. O custo e o calendário das actualizações da infraestrutura eléctrica excedem muitas vezes o próprio equipamento do carregador. Contacte a sua empresa de serviços públicos com antecedência para compreender a capacidade disponível e os requisitos de atualização do serviço.
Avaliar as estruturas de tarifação da procura antes de se comprometer com os locais de instalação. Os sistemas de gestão de carga e o armazenamento de energia podem reduzir os encargos de pico de procura, mas estas soluções aumentam a complexidade e o custo de capital.
Para aplicações de frotas, modele os padrões reais de utilização dos seus veículos. O rácio de 10-12 veículos por carregador pressupõe operações com elevada quilometragem; as frotas com menor utilização podem obter um serviço adequado com menos carregadores CC complementados por carregamento noturno de Nível 2.