Todas las baterías del mercado se cargan en continua. La red proporciona alterna, por tanto, para cargar una batería desde la red eléctrica se tiene que llevar a cabo una transformación de corriente alterna a corriente continua. Esta transformación se realiza empleando un circuito electrónico denominado convertidor AC/DC, también conocido como rectificador, que puede estar ubicado dentro o fuera del vehículo.
3.1.1. Tipos de cargadores
3.1.1.1.
Según el lugar donde se lleva a cabo la conversión AC/DC
En la actualización de la norma UNE/IEC 61851-1 se contemplan dos grupos de cargadores teniendo en cuenta el lugar donde se lleva a cabo la conversión AC/DC, es decir, teniendo en cuenta el lugar donde se encuentra ubicado el rectificador:
E
Cargador 14
• Cargadores on-board (cargador de a bordo o embarcado)
Estos cargadores se encuentran situados dentro del vehículo tal y como se muestra en la parte izquierda de la Figura 3-1. De este modo, se lleva a cabo el proceso de conversión AC/DC en el interior del vehículo. • Cargadores off-board
Estos cargadores se encuentran situados fuera del vehículo tal y como se muestra en la parte derecha de la Figura 3-1. De este modo, el proceso de conversión AC/DC no se lleva a cabo en el interior del vehículo, sino que se lleva a cabo fuera de este, en el cargador, siendo aquí donde se encuentra ubicado pues el rectificador.
3.1.1.2.
En función de su clase de aislamiento
En la norma anteriormente nombrada (UNE/IEC 61851-1), desde las definiciones iniciales, se describen dos clases de cargadores en función de su clase de aislamiento:
• Cargadores Clase I
Corresponden a los cargadores con aislamiento y protecciones básicas y con terminal de conexión y tierra. • Cargadores Clase II
Corresponden a los cargadores con aislamiento reforzado y protecciones suplementarias.
Para evitar confusiones, se recuerda que es preceptivo que todos los cargadores dispongan de un dispositivo de protección diferencial con protección mínima equivalente al tipo A (Residual Current Device) y protección contra sobreintensidades (magnetotérmico o similar). Así pues, los sistemas de recarga, además de realizar la función para la que han sido diseñados, deben garantizar la seguridad y que los diversos parámetros eléctricos se mantengan dentro de ciertos intervalos, cumplimiento con los requisitos establecidos en las Directivas 2006/95/CE (Baja Tensión) y la 2004/108/CE sobre Compatibilidad Electromagnética. [9]
3.1.1.3.
En función del modo de gestión del flujo de energía entre el vehículo y la red
Los cargadores pueden dividirse en dos grandes grupos en función de cómo gestionan el flujo de energía entre el vehículo y la red, tal y como se puede apreciar en la Figura 3-2.
• Cargadores unidireccionales
Los cargadores unidireccionales pueden cargar la batería, pero no inyectar energía a la red. Figura 3-2. Topología general flujo de energía unidireccional/bidireccional [10].
Diseño y simulación de un cargador de batería para una motocicleta eléctrica
15 • Cargadores bidireccionales
Los cargadores bidireccionales permiten tanto cargar la batería como inyectar energía a la red. Este último sentido se conoce como V2G.
3.1.1.4.
En función del modo de su configuración de conexión a red
Existen dos posibles configuraciones de conexión a red y con ellas, dos posibles tipos de cargadores:
• Cargadores con conexión a red del tipo monofásica, comúnmente conocidos como cargadores monofásicos.
Este tipo de cargadores partirán de una red eléctrica de corriente alterna monofásica con una tensión de alimentación de 230 V eficaces y frecuencia 50 Hz (Europa) o 60 Hz (otros países como EEUU o Japón). • Cargadores con conexión a red del tipo trifásica, comúnmente conocidos como cargadores trifásicos.
Este tipo de cargadores partirán de una red eléctrica de corriente alterna trifásica con una tensión de alimentación de 400 V eficaces y frecuencia 50 Hz (Europa) o 60 Hz (otros países como EEUU o Japón).
3.1.2. Elección del tipo de cargador a diseñar
Teniendo en cuenta que la batería de la motocicleta será extraída de esta para ser cargada, la primera restricción en el diseño del cargador viene dada por el lugar en el que debe situarse el rectificador. Este debe encontrarse en el cargador y no en el interior del vehículo. Es por esto por lo que se opta por el diseño de un cargador off- board.
Por otra parte, el cargador a diseñar busca poder cargar la batería, pero en principio no requiere la inyección de energía a la red. Sin embargo, el equipo pide el diseño de una cargador bidireccional por su mayor rango de funciones que podrían ser de utilidad en futuras ediciones.
El reglamento de la competición permite tanto la elaboración y empleo de un cargador con conexión a red tipo monofásica como con conexión tipo trifásica. Teniendo en cuenta que tras su diseño se procederá a su montaje, se busca la elaboración de un cargador que sea compacto y económico (cumpliendo con todos los requisitos necesarios). La simplicidad en el diseño es un aspecto clave para conseguirlo. Por otra parte, la instalación monofásica es la instalación habitual, de modo que la elaboración de un cargador monofásico permitiría la carga de la batería en un mayor número de lugares, mientras que la elaboración de un cargador trifásico únicamente permitiría la carga de la batería en puntos que contaran con una instalación trifásica. Tomando en consideración todos los factores nombrados anteriormente, se opta por el diseño de un cargador monofásico.
Por último, se debe tener en cuenta que lo más habitual es que a la misma red a la que se encuentra conectado el cargador, se encuentren conectados más receptores, con los que podrá interferir, pudiendo interferir también con otros aparatos o elementos del entorno. Es por esto por lo que se opta por el diseño de un cargador que cumpla con la normativa de compatibilidad electromagnética. Se toma la norma europea EN 61000-3-2, como la norma análoga a la de la Comisión Electrónica Internacional que regula los límites de emisión de armónicos por parte de los dispositivos electrónicos.