ArtículosNúmero 16

Necesidad de regulación metrológica para el poste de recarga de vehículos eléctricos

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Cristina Martínez Ruiz
Director Ingeniería Aplicación. Área Metering
ZIV Aplicaciones y Tecnología S.A.

Resumen

La movilidad eléctrica se está expandiendo a un ritmo rápido. En 2018, la flota mundial de automóviles eléctricos superó los 5,1 millones, 2 millones más que el año anterior. La Agencia Internacional de Energía (IEA) tiene como objetivo aumentar la participación de vehículos eléctricos a nivel mundial en un 30% para 2030 [1]. El vehículo eléctrico necesita el desarrollo de una infraestructura de estación de carga. Las estaciones de carga de vehículos eléctricos son un elemento clave en el desarrollo de la movilidad eléctrica, y la Unión Europea (UE), en la Directiva de Infraestructura de Combustibles Alternativos 2014/94/UE [2], ha tomado medidas para aumentar el número de puntos de recarga y garantizar que tengan un diseño y una operación estándar.  


Las regulaciones actuales para las estaciones de recarga son muy diferentes entre los diferentes países de la Unión Europea. En general, se supone que la transferencia de energía eléctrica desde las estaciones de recarga a los vehículos debe cumplir con la Directiva Europea 2014/32 / UE (MID) [3], pero la medición de la carga en corriente continua (CC) no se aborda en esta directiva y no hay estándares armonizados para la carga en corriente alterna (CA). Ambos necesitarán el desarrollo de requisitos y pautas de certificación metrológica que se ajusten al diseño óptimo para la fabricación y despliegue masivo. Las condiciones metrológicas para la carga del vehículo eléctrico son muy específicas y deben investigarse y considerarse en una regulación específica.

Palabras clave: movilidad eléctrica, estaciones de recarga

Abstract

Electric mobility is expanding at a rapid pace. In 2018, the global electric car fleet exceeded 5.1 million, up 2 million from the previous year. The International Energy Agency (IEA) is aiming to increase the share of electric vehicles globally to 30% by 2030 [1]. The electric mobility needs the development of a charging station infrastructure. Electric Vehicles Charging Stations are a key element on electromobility development, and the European Union (EU), in the Alternative Fuels Infrastructure Directive 2014/94/EU [2], has taken measures to increase the number of charging points and to ensure that they have a standard design and operation.

The current regulations for charging stations are widely differing within the European Union.  In general, the transfer of electric energy from the charging stations to vehicles is supposed to meet the European Directive 2014/32/EU (MID) [3], but the measurement of the charging in direct current (DC) is not addressed in this directive and there are not harmonised standards for alternating current (AC) charging points. Both will need the development of metrological certification requirements and guidelines which fits with the optimal design for mass manufacturing and deployment. The EV charging metrological conditions are very specific and need to be investigated and be considered in the specific regulation.

Keywords: Electric mobility, charging stations

En los años 70 comienza un nuevo resurgir del vehículo eléctrico, VE, después de años de hegemonía de los vehículos de combustión. Las investigaciones sobre el vehículo eléctrico, sus emisiones, las baterías y los requisitos de recarga vuelven a arrancar hace 45 años [4].  Incluso existen informes de finales del siglo XX sobre el impacto de la recarga del VE sobre las redes de distribución [5]. Ahora ya es una realidad amparada por las cifras.

La movilidad eléctrica se está expandiendo a un ritmo muy rápido en casi todo el mundo. En 2018 el parque mundial de automóviles eléctricos superó los 5,1 millones, con un aumento de 2 millones respecto al año anterior. La mayoría de las ventas se concentraron en el mercado chino, país que representa el 45 % del mercado mundial [1].

Tal y como muestra la Figura 1, si las proyecciones de la Agencia Internacional de la Energía (IEA) [1] se mantienen, para 2030 entre el 10% y el 20% de los vehículos del mundo podrían ser eléctricos, dependiendo de las políticas e incentivos que se den en estos años.

Figura  1: previsiones para vehículo eléctrico (fuente: IEA) [1]
Figura 1: previsiones para vehículo eléctrico (fuente: IEA) [1]

Impulso a la electromovilidad

Los factores más importantes que están impulsando la adopción de vehículo eléctrico (VE) son las políticas gubernamentales e incentivos, las mejoras tecnológicas (sobre todo en costes de batería y autonomía de los vehículos) y la infraestructura de recarga.

El vehículo eléctrico (VE) necesita del desarrollo de una infraestructura de estación de recarga, con unas condiciones correctas y certificadas para su afianzamiento en el mercado del automóvil. Las estaciones de recarga son un elemento clave para el desarrollo de la electromovilidad y es precisamente en ellas y en la regulación aplicable donde queremos poner el foco con este artículo.

Existen medidas regulatorias, muchas, que afectan a la estación de recarga pero que están destinadas sobre todo a apoyar al despliegue de vehículos eléctricos, básicamente son regulaciones en las que se imponen unos compromisos u objetivos. Como, por ejemplo, el compromiso de reducir las emisiones o el objetivo de instaurar un número mínimo de flotas de VE o instalar un número mínimo de puntos de recarga [6]. Estas regulaciones pueden estar promovidas por organismos supranacionales como es la Unión Europea, países, regiones o incluso pueden ser a nivel municipal o “ utilities”.

Análisis de la regulación aplicable

La medida más reciente en nuestro país es la anunciada en febrero del 2020 por el ministro de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana, D. José Luis Avalos [7]. Esta medida prevé una modificación de la Orden Ministerial de accesos a la Red de Carreteras estatales con el fin de regular la instalación de puntos de recarga y promover el despliegue de operadores privados de una red de recarga de vehículos eléctricos.

Dentro de la regulación relacionada con la implantación de la infraestructura de recarga existe la Directiva 2014/94/EU [2]. El objetivo de esta directiva es establecer un marco común para la implantación de dicha infraestructura a fin de minimizar la dependencia de los transportes respecto del petróleo y mitigar así el impacto medioambiental del transporte. La Directiva 2014/94/EU [2] determina unos requisitos mínimos y un marco de acción, y define unas especificaciones técnicas de los puntos de recarga para garantizar la conectividad e interoperabilidad entre el VE y el punto de recarga. Por ejemplo, se indica que la recarga de VE en los puntos de acceso público deberá de hacerse utilizando, en caso de que sea viable y económicamente razonable, sistemas de medición inteligentes. El fin es contribuir a la estabilidad del sistema eléctrico, mediante la recarga de las baterías desde la red en momentos de baja demanda eléctrica, así como permitir un manejo seguro y flexible de los datos.

En la Directiva 2014/94/EU [2] sólo se tiene en cuenta la norma EN 62196 para las tomas y conectores, a efectos de interoperabilidad de las soluciones, pero no cita otra normativa a cumplir por las estaciones de recarga, como por ejemplo la norma internacional IEC 61851. Sistema conductivo de carga para vehículos eléctricos. Dentro de la norma IEC 61851, las partes 22 y 21-2 aplican al punto de recarga de CA, no citadas en ninguna directiva. La directiva de baja tensión (2014/35/UE [8]) sí cita la parte 23 (Estación de carga en corriente continua para vehículos eléctricos).

A nivel nacional, a raíz de esta Directiva 2014/94/EU [2] se publica el RD 1053/2014 por el que se aprueba una nueva instrucción técnica complementaria, la ITC BT 52 [9], que define las características de la instalación eléctrica que alimentará los puntos de recarga para garantizar una recarga segura del VE. La aprobación de esta instrucción supuso un empuje importante para el sector de la recarga de coches eléctricos en España puesto que hasta entonces existía una cierta preocupación entre los consumidores, gestores e instaladores en lo relativo a las infraestructuras de recarga y su disponibilidad por falta de una regulación específica.

Una estación de recarga es un sistema con ciertos elementos: tarjeta de control, sistema de medición de energía (alterna o continua), sistema de comunicación, elementos de conexión, elementos de seguridad, fusibles,… por lo tanto y consultando las directivas de nuevo enfoque puede ser necesario aplicar la Directa de Instrumentos de Medida (MID 2014/32/UE) , la Directiva de Productos de Baja Tensión (2014/35/UE), la Directiva de Compatibilidad Electromagnética (2014/30/UE), la Directiva RED (2014/53/UE), o incluso podríamos pensar que puede ser necesaria la Directiva de Seguridad en las Máquinas (2006/42/CE).

En resumen, hoy en día existen regulaciones nacionales para la medida de la carga de un vehículo eléctrico, pero son diferentes en función del país. Los fabricantes de estaciones de recarga y los laboratorios de certificación nos encontramos con diversas dudas sobre las directivas a aplicar.

¿Qué reglamentación metrológica aplica en cada tipo de cargador?
Armonizar la normativa ayudaría a agilizar el desarrollo de soluciones

Si pensamos en el poste de recarga de un vehículo eléctrico como un instrumento de medida, tenemos que poner el foco en la Directiva de Instrumentos de Medida (MID [3]) que aplica a todos instrumentos sometidos a Control Metrológico del Estado, es decir, a equipos o sistemas de medida que puedan tener influencia sobre la transparencia de transacciones comerciales, la salud o la seguridad de los consumidores, así como sobre el medio ambiente. Dentro de esta directiva existen anexos independientes para cada tipo de dispositivo: contador de energía activa (no se incluye contador de energía de corriente continua), taxímetros, contadores de volumen, de calor, de agua,…. Claramente las estaciones de recarga entrarían dentro de este grupo de dispositivos, o por lo menos, el elemento de medida de energía de la estación de recarga.

Dentro de los países de la Unión Europea existen diferentes regulaciones para estos productos. En general, para aquellos países con alguna regulación se desprende la necesidad de incluir un contador con certificado de examen CE de modelo en el interior de la estación de recarga. Esto no es posible para las estaciones de recarga rápida porque necesitan de un elemento de medida de corriente continua no contemplado en la MID [3]. Además, no es óptimo para un desarrollo de estación de recarga en la que la medida de energía eléctrica es una función más de la infraestructura de recarga, ni tampoco es factible o eficiente incluir un contador físico en la estación de recarga.

En el caso español, dentro de la ITC-BT-52 [9] se observa esta diferenciación cuando se habla del contador eléctrico principal o contador eléctrico secundario de la infraestructura de recarga. En el primero de ellos se habla de contador de energía eléctrica destinado a la medida de energía consumida por una o varias estaciones de recarga, sin embargo, en el segundo habla de sistema de medida individual asociado a una estación de recarga. Por lo tanto, no se cita expresamente que sea un contador, pero sí indica que cumpla con la reglamentación de metrología legal aplicable, pero…. ¿qué reglamentación de metrología es aplicable?

Por lo tanto, existe una necesidad de regulación específica y acorde a este caso de uso. Las condiciones de carga y los valores de referencia son específicos y deben investigarse y considerarse como un elemento distinto a un contador de energía eléctrica convencional, es indiscutible que la medida de la energía transferida entre estación de recarga y vehículo eléctrico debería cumplir con la Directiva Europea de Instrumentos de Medida [2]. Sin embargo, en dicha directiva no se contempla como tal la estación de recarga ni existen normas armonizadas para el mismo.

La gama de estaciones de recarga es amplia en función de la instalación, su uso y el tipo de carga. Se dispone de cargadores para interior y exterior, para uso doméstico o público, con tipo de recarga monotoma o bitoma (recarga simultanea), carga lenta o doméstica (habitualmente hasta 3,7 kW), carga semi-rápida (habitualmente entre 8 kW y 22 kW) y carga rápida (empleando para ello corriente continua). Además, la medida para los cargadores con corriente alterna puede ser a través de tomas monofásicas o trifásicas.

Todas estas casuísticas deben tomarse en cuenta a la hora de elaborar unos valores de referencia y unos procedimientos de ensayo. Una posible norma armonizada para estos dispositivos debería contemplar los requisitos actuales para los contadores de energía (EN 50470) y los requisitos de los postes de recarga (IEC 61851), si aplicamos ambas normas a la estación de recarga se repetirían ensayos con distintas condiciones de aplicación del ensayo. Los valores normalizados para las corrientes, las magnitudes de influencia o sus errores máximos admisibles en función de dichas magnitudes en la norma EN 50470 pueden no ser los más razonables cuando se habla de una carga como el vehículo eléctrico. Los requisitos funcionales o visualización de datos pueden también variar para este caso de uso concreto.

Concluyendo, una nueva guía Welmec [10] o una modificación de alguna guía ya existente sería necesaria para promover la coherencia a la hora de interpretar y aplicar los documentos normativos existentes, además de aunar acciones para facilitar la implementación de dicha guía. Es de interés que esta situación sea regulada lo antes posible, cara al despliegue masivo de infraestructura de recarga que está previsto en los próximos años.

Referencias

[1] A. I. d. l. E. (IEA), «Global EV Outlook 2019,» 2019.
[2] Parlamento Europeo y del Consejo, Directiva 2014/94/UE. Implantación de una infraestructura para los combustibles alternativos, 2014.
[3] Parlamento Europeo y del Consejo, Directiva 2014/32/UE. Armonización de las legislaciones de los Estados miembros en materia de comercialización de instrumentos de medida (MID), 2014.
[4] F. M. Moreno, «Vehículos Eléctricos. Historia, Estado Actual y Retos Futuros.,» European Scientific Journal, 2016.
[5] J.A.Orr, A. Emanuel y K. Oberg, «Current Harmonics Generated by a Cluster of Electric Vehicle Battery Chargers,» IEEE, 1982.
[6] E. Commission, «Roadmap to a single European transport area Towards a competitive and resource-efficient trasport system,» 2011.
[7] Orden, TMA/178/2020 por la que se modifica la Orden de 16 de diciembre de 1997, por la que se regulan los accesos a las carreteras del Estado, las vías de servicio y la construcción de instalaciones de servicio., 2020.
[8] Parlamento Europeo y del Consejo, Directiva 2014/35/UE. Armonización de las legislaciones de los estados miembros en materia de comercialización de material eléctrico destinado a utilizarse con determinados límites de tensión. (Directiva de Baja Tensión), 2014.
[9] BOE, ITC-BT-52. Instalaciones con fines especiales . Infraestructura para la recarga de vehículos eléctricos, 2014.
[10] A. WELMEC, «www.welmec.org,» [En línea].

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