Normativa y certificación de los vehículos eléctricos

Tras reconocer que el cambio climático es una amenaza real para la continuidad sostenible de nuestro estilo de vida, se ha disparado el número de alternativas al transporte basado en los combustibles fósiles. Desde principios de la década de 2000, la aparición de vehículos híbridos eléctricos y a gasolina, y modelos totalmente eléctricos (EV) ha experimentado un gran crecimiento.

Los avances en la tecnología de las baterías y el aprendizaje automático crearon un nuevo entusiasmo por los vehículos eléctricos y la mayoría de los fabricantes de automóviles tradicionales tienen líneas de vehículos eléctricos que saldrán al mercado. Además de los objetivos de sostenibilidad, las normas de emisiones más estrictas, la caída de los precios de la tecnología de los vehículos eléctricos, el aumento de la densidad energética de las baterías y la mayor expansión de la infraestructura de recarga están convirtiendo a los EV en el futuro del transporte.

Exigencia de certificaciones y normas

Dado que tanto los operadores tradicionales como los nuevos utilizan diversos enfoques tecnológicos para los vehículos eléctricos, es fundamental que se establezcan normas que garanticen la confiabilidad de las tecnologías de los vehículos eléctricos (EV). Las fallas en la electrónica de los vehículos y en la infraestructura de recarga podrían tener consecuencias fatales para los ocupantes y otras personas involucradas junto con los equipos de rescate. Es necesario garantizar un funcionamiento seguro y la confiabilidad de las baterías, los controles, los conectores de enchufe, los conmutadores y los cables para estar tranquilos y evitar accidentes. Los marcos normativos que establecen puntos de referencia para diversas tecnologías de componentes de vehículos eléctricos y ofrecen un proceso de certificación para los proveedores aumentarán la confianza de los consumidores, la seguridad y el cumplimiento de los distribuidores. Las principales ventajas de establecer normas y certificaciones a nivel mundial son las siguientes:

  •  Seguridad del personal, del producto y de la infraestructura de carga.

  •  Interoperabilidad para poder utilizar una infraestructura común.

  •  Reducción de costos para garantizar la producción en masa y la accesibilidad de la tecnología de los vehículos eléctricos.

  •  Mayor adopción de las nuevas tecnologías que sustentan la revolución de los vehículos eléctricos.

La Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) y la Organización Internacional de Normalización (ISO) publican varias normas a nivel global y las transponen en versiones supranacionales y nacionales. En las siguientes secciones de este artículo se definen las normas y las áreas en las que estas son más aplicables.

Descripción general de las principales normas internacionales relacionadas con la movilidad eléctrica

En la actualidad, no existe una única norma global sobre vehículos eléctricos. Muchos de los principales centros de producción de vehículos eléctricos, como Japón, Europa, Norteamérica y China, promueven ideas que difieren en diversos ámbitos. Aunque las certificaciones reglamentarias suelen seguir a las innovaciones tecnológicas, son un importante rito de paso para acceder al mercado de los vehículos eléctricos. Al estipular las directrices básicas para el cumplimiento de la seguridad y el medioambiente, las normas reglamentarias influyen en la evolución de la tecnología. En el caso de las tecnologías para vehículos eléctricos, cuatro áreas principales constituyen el grueso de los esfuerzos de regulación y normalización:

  •  Protección y seguridad

  •  Conectores de carga

  •  Topología de la carga

  •  Comunicaciones relacionadas con la carga de vehículos eléctricos
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Figura 1:
Descripción general de las principales normas sobre vehículos eléctricos

Protección y seguridad

Los vehículos eléctricos requieren rigurosas pruebas de seguridad. Las mismas normas de seguridad que se exigen a los vehículos convencionales también se aplican a los vehículos eléctricos. La norma de seguridad abarca una amplia gama de detalles específicos relativos a la gestión de la información, la privacidad, la instalación, la prevención de lesiones de los ocupantes y el aislamiento contra las descargas eléctricas. Los temas de seguridad de los vehículos eléctricos están en gran medida cubiertos por la Norma internacional ISO 6469. Esta consta de tres partes:

  •  El almacenamiento de energía eléctrica incorporado, es decir, la batería.

  •  La seguridad funcional es la protección contra fallas.

  •  La protección de las personas contra los riesgos eléctricos.

La siguiente tabla describe las normas de seguridad y protección fuera de la Norma ISO 6469.


 Nombre de la norma  Descripción
 ISO/IEC 27000  Proporciona recomendaciones sobre las mejores prácticas en la gestión de la seguridad de la información, lo que incluye la privacidad, la confidencialidad y las problemáticas de TI, técnicas y de ciberseguridad.
 IEC 60364-7-722  Instalaciones eléctricas de baja tensión, parte 7-722: requisitos para instalaciones o emplazamientos especiales. Suministros para vehículos eléctricos.
 SAE J1766  Garantiza las protecciones adecuadas entre los ocupantes y los sistemas de baterías para protegerlos de factores y materiales que puedan ser perjudiciales para los pasajeros del vehículo en caso de colisión.
 ISO 17409  Requisitos de seguridad para la conexión conductiva de los EV a los circuitos eléctricos externos.
 IEC 61140  Protección contra descargas eléctricas. Aspectos comunes para la instalación y el equipamiento
 IEC 62040  Sistemas de potencia ininterrumpida (UPS)
 IEC 60529  Grados de protección que proporcionan las carcasas (Código IP).

Conectores

El tipo de conector o enchufe estándar para la carga de vehículos eléctricos varía según las áreas geográficas y los modelos. Aunque no hay consenso sobre una tecnología de enchufe universal, existe un grupo importante de fabricantes de automóviles de todo el mundo que apoyan el sistema de carga combinada (CCS) en Norteamérica y Europa. Los fabricantes de automóviles japoneses utilizan CHArge de MOve (CHAdeMO), y China, el mayor mercado de vehículos eléctricos del mundo, utiliza GB/T. Todas las normas pretenden definir una arquitectura común del sistema de carga conductiva del vehículo eléctrico, incluidos los requisitos operativos, funcionales y dimensionales para la entrada del vehículo y el conector de acoplamiento.

En Norteamérica, el SAE J1772 (IEC 62196 Tipo 1), también conocido como enchufe J, es la norma para los conectores de vehículos eléctricos. Mantenida por SAE International y formalmente titulada “SAE Surface Vehicle Recommended Practice J1772, SAE Electric Vehicle Conductive Charge Coupler” (“Práctica recomendada para vehículos de superficie SAE J1772, acoplador de carga conductiva para vehículos eléctricos SAE”), cubre los requisitos generales físicos, eléctricos, de protocolo de comunicación y de rendimiento para el sistema de carga conductiva del vehículo eléctrico y el acoplador.

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Figura 2:
Tipos de conectores para vehículos eléctricos

Comunicaciones

En la actualidad, muy pocas estaciones de recarga (tanto domésticas como públicas) están habilitadas para la red inteligente, y aún menos automóviles admiten la conectividad V2G (vehículo a red). Sin embargo, es probable que el aumento de la adopción de vehículos eléctricos incremente la necesidad de estándares comunes para la infraestructura de recarga y la interoperabilidad entre las estaciones de carga, las redes de distribución y los propios vehículos eléctricos. La interoperabilidad es fundamental no solo para evitar la dependencia del proveedor de la infraestructura de carga, sino también para permitir una conectividad asequible de los vehículos eléctricos con diversas infraestructuras de carga y medición.

La ISO15118 es una norma internacional para las comunicaciones digitales bidireccionales entre los vehículos eléctricos y la estación de carga, y define una interfaz de comunicación V2G para la carga/descarga bidireccional de los vehículos eléctricos. La norma ISO15118 es un elemento clave para la capacidad de “enchufar y cargar”, que permite a los conductores de vehículos eléctricos conectar el enchufe del cargador al vehículo, cargarlo y partir cuando esté listo. Este proceso es posible gracias a un certificado digital en el vehículo, que le permite comunicarse con el sistema de control de puntos de recarga (CPMS). De esta manera, se consigue un proceso de carga integral, que incluye la autenticación y la facturación automáticas, y se evita la necesidad de utilizar una tarjeta RFID, una aplicación o de memorizar PINs.

Esta es la lista de normas comunes sobre comunicación de vehículos eléctricos:


 Nombre de la norma  Descripción
 ISO/IEC 15118  Interfaz de comunicación para la carga/descarga bidireccional del vehículo eléctrico.
 SAE J2847  Comunicación entre los vehículos con enchufe y los cargadores de CC externos.
 IEC 61851-24  Sistema de carga conductiva para vehículos eléctricos, parte 24: comunicación digital entre
 una estación de carga de CC para vehículos eléctricos y un vehículo eléctrico para el control de la carga de CC.
 SAE J2931  Requisitos de seguridad para la comunicación digital entre el Equipo de suministro de vehículos eléctricos (EVSE) y los servicios públicos, la ESI, la Infraestructura de medición avanzada (AMI) y/o la Red de área doméstica (HAN).
 IEC 61850  Redes y sistemas de comunicación para la automatización de la red eléctrica: TODAS LAS PARTES.

Carga de vehículos eléctricos

La norma IEC 61851 se refiere a los sistemas de carga conductiva de vehículos eléctricos. La norma describe cuatro modos de carga. Los tres primeros modos suministran corriente alterna al cargador integrado al vehículo eléctrico; sin embargo, el modo 4 suministra corriente continua de forma directa a la batería y prescinde del cargador integrado. El modo 3 emplea varias funciones de control y protección con el objetivo de conseguir la seguridad pública.

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Figura 3:
Topologías de carga de vehículos eléctricos


 Carga de vehículos eléctricos  Descripción
 Modo 1  Carga con CA en una toma de corriente doméstica típica, ya sea monofásica o trifásica, con corrientes de hasta 16 A. En este modo, no hay comunicación entre la fuente de energía/red
 y el vehículo. Se debe instalar un interruptor de falla a tierra (GFI)/detector de corriente residual (RCD) en el lado de la infraestructura.
 Modo 2  Como el modo 1, con corrientes más altas y un equipo de control y protección integrado en el dispositivo de control y protección del cable (IC-CPD). El IC-CPD protege de los riesgos eléctricos en caso de fallos de aislamiento
 Modo 3  La carga con CA se realiza a través de una toma de corriente de carga específica, conectada a un cargador estacionario (o a una caja de empalme). La carga se controla mediante la comunicación entre la unidad de carga y el vehículo
 Modo 4  La carga con CC es útil cuando se carga con una gran cantidad de energía. En el modo 4 de la CEI hay una caja de empalme específica con un cable de carga fijo y un enchufe de CC específico.

Resumen

La proliferación de vehículos eléctricos se generalizará a medida que el mundo se enfrente al cambio climático y la sostenibilidad medioambiental. La reducción de costos, los avances tecnológicos y los múltiples proveedores están impulsando innovaciones radicales en la tecnología de los vehículos eléctricos. Las normas globales pueden acelerar aún más la adopción de la tecnología de los vehículos eléctricos y aumentar el cumplimiento de la seguridad de los mismos. Al igual que en el caso de los automóviles tradicionales, la seguridad y la confiabilidad son los puntos clave de las diversas normas que se utilizan en todo el mundo. La seguridad del vehículo y de la infraestructura de carga, los conectores, la topología de carga y las comunicaciones de los vehículos eléctricos son las principales áreas contempladas en las normas actuales. A pesar de la prevalencia de diferentes normas, existe una cantidad importante de personas en varias zonas geográficas para impulsar una adopción armoniosa de las normas sobre vehículos eléctricos en todo el mundo.

Referencias

Perspectivas de innovación: carga inteligente para vehículos eléctricos


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