Estaciones híbridas. Actualmente, los vehículos eléctricos representan una alternativa sostenible para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. De esa manera, reducen la dependencia de los combustibles fósiles y fomentan un modelo de transporte más respetuoso con el medioambiente. Una consecuencia de ello es el aumento del número de estaciones de carga en áreas urbanas, según las demandas del mercado.
En ese contexto, las estaciones de carga pueden conectarse tanto a redes eléctricas de corriente alterna (AC) como de corriente continua (DC). Las redes DC presentan ventajas frente a las AC. Ello debido a que requieren menos etapas de conversión de energía. Esto reduce las pérdidas asociadas a dicho proceso y puede aumentar la eficiencia. Especialmente considerando que las baterías de los vehículos eléctricos funcionan con corriente continua.
Por ello, las estaciones de carga lenta (AC) son ideales para la carga durante la noche o en períodos de estacionamiento prolongado. Mientras que las estaciones de carga rápida (DC) son más adecuadas para viajes largos o situaciones que requieren una recarga rápida en áreas suburbanas. Las estaciones híbridas, que combinan ambas opciones, ofrecen mayor flexibilidad al adaptarse a las necesidades de carga de diferentes tipos de vehículos.
Topologías multi puerto
Para implementar estaciones híbridas eficientemente se usan topologías multi puerto. Estas integran tanto cargadores rápidos como lentos en un único sistema. Dichas topologías suelen necesitar menos componentes, lo que ayuda a reducir los costes de implementación.
Entre las topologías multi puerto, la estructura LLC destaca por su simplicidad y su capacidad para conmutar a voltaje cero (ZVS) en su lado primario. Asi como por su amplio rango de voltajes de salida. La tecnología ZVS minimiza las pérdidas al garantizar que el voltaje sobre el interruptor sea nulo en el momento de encendido o apagado.
Pero, la frecuencia de conmutación en las topologías LLC no es fija. Ello supone un desafío. Ajustar la ganancia de voltaje mediante la frecuencia de conmutación puede complicar el diseño del transformador y afectar la eficiencia. Esto debido a que frecuencias más bajas requieren transformadores más grandes y frecuencias más altas incrementan las pérdidas de conmutación
Si se trata de aplicaciones para vehículos eléctricos, se recomienda una separación galvánica entre la entrada y la salida. Ello garantiza la protección de las baterías frente al sistema de carga. Sin embargo, algunos diseños propuestos no respetan esta separación. Las que sí proponen topologías aisladas, de tres puertos, con dos tanques resonantes LLC que operan a frecuencias altas, reducen las pérdidas de conmutación gracias a la operación de conmutación suave. A pesar de sus ventajas, estas topologías emplean transformadores de tres bobinados. Ello introduce corrientes circulantes que incrementan las pérdidas y el estrés en los componentes. Por esto, se requieren algoritmos adicionales para minimizar estas corrientes. Asimismo, otras soluciones utilizan frecuencias fijas en algunos modos, pero variables en otros. Esto sigue representando un reto en términos de diseño y eficiencia.
Estaciones híbridas: Nueva propuesta de carga
Con el fin de superar estas limitaciones, un equipo de investigadores presentó una nueva topología multi puerto aislada basada en tecnología SiC (carburo de silicio) que opera a frecuencia fija. Este grupo está conformado por Mohammadreza Khodaparast Klidbari (Faculty of Electrical Engineering Toosi University of Technology, Teherán, Irán), Naser Souri (The Bradley Department of Electrical and Computer Engineering, Virginia Tech, EE.UU), Zahra Sadat Habibolahi (Department of Electrical Engineering, Iran University of Science and Technology, Teherán, Irán) y Hamid Montazeri Hedeshi (Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tabriz, Tabriz, Irán)
La propuesta pretende resolver los inconvenientes de las soluciones existentes. Ofrece una estructura simplificada y eficiente. Además, incluye puertos de carga rápida y lenta que operan con una frecuencia de conmutación fija. De esa manera, garantiza una mayor estabilidad en el sistema.
Asimismo, presenta una innovadora topología de convertidor DC-DC aislado de tres puertos. Esta se basa en la arquitectura resonante LLC. La cual fue diseñada específicamente para estaciones híbridas de carga de vehículos eléctricos. Combina la capacidad de ofrecer tanto carga rápida como carga lenta. Así responde a las diversas necesidades de los usuarios en entornos urbanos.
En tanto, el diseño del convertidor se basa en un tanque resonante LLC. Este proporciona aislamiento eléctrico y permite una conmutación suave. Para validar la eficacia del convertidor, han desarrollado un prototipo de 600 W. Los resultados experimentales han demostrado el correcto funcionamiento del sistema. Así como sus ventajas potenciales para su implementación en estaciones de carga en entornos urbanos.
Este es un avance significativo en el diseño de estaciones de carga híbridas. Combina eficiencia, simplicidad y flexibilidad para satisfacer las crecientes demandas del transporte eléctrico sostenible.
La conclusión de la investigación detalla el concepto de esta topología y sus modos de funcionamiento. Los resultados experimentales confirman las características propuestas, destacando una eficiencia máxima del 96 % alcanzada con el prototipo desarrollado. Este avance supone un paso importante hacia estaciones de carga urbanas más eficientes y sostenibles. Con ello se optimizan tanto el rendimiento como la simplicidad operativa.
