Informações uteis para escolha e instalação e uso de "carregadores" CA

[ivanfm]

Apesar de utilizarmos de forma constante o termo carregador o equipamento que conecta o carro a energia CA é um Electric vehicle supply equipment (EVSE) ou Sistema de Alimentação para Veículos Elétricos (SAVE), um equipamento que fornece energia para o veículo.

• no caso dos veículos elétricos atuais no caso da recarga CA o carregador real que faz a conversão da energia CA para CC de forma a carregar o as baterias fica dentro do veículo e se chama OnBoard Charger (OBC)

• mesmo assim para simplificar o termo carregador acaba sendo utilizado de forma genérica para indicar o equipamento externo ao veículo, já que no caso da carga DC o carregador é mesmo externo ao veículo

• Essas informações consideram o caso onde já se sabe que existe a disponibilidade de potencia para utilização no carregador, em casos de instalação em condomínio (direto no medidor da unidade ou em área compartilhada) é importante considerar a disponibilidade Informações a considerar para instalação de carregadores em condomínios

• Classificação de métodos de carga / Carregadores - Nível / Level e Modo / Mode

Tipos de conectores : IEC 62196

Em 2022 foi publicada a NBR 17019 para instalações de carregadores : Publicada NBR 17019 2022 pela ABNT - Normas para instalações de carregadores search.php?keywords=NBR+17019

Segurança :

• Fator de demanda considerado deve ser 1 exceto se existir um sistema de gerenciamento / controle da recarga na instalação - NBR 17019 4.2.1.1.102
• A corrente máxima a ser utilizada na carga não deve ser superior a capacidade da tomada/circuito onde o carregador estiver instalado
• Todo circuito de carga do veículo elétrico deve ser dimensionado para pelo menos 20% a mais do que a corrente máxima prevista para carga pois o carregamento dura diversas horas diferente de outros casos comuns de instalação onde não se utiliza a potência máxima por muito tempo.
  • Se a carga for efetuada com corrente máxima de 32 A, é importante que todo o circuito seja dimensionado para 40 A pelo menos, se a carga for utilizada em 16 A o circuito deve ser dimensionado para 20 A
  • As tabelas que normalmente são encontradas na internet consideram uma distância padrão, utilize uma calculadora que considere também a distância para dimensionar os condutores.
  • Além disso a temperatura média do local pode afetar e para uma mesma distância no Rio Grande do Sul o circuito pode funcionar bem com 40A mas precisar de um dimensionamento maior para o Nordeste mesmo tendo mesma distância e forma de instalação
  • Dimensionamento de Condutores
    • Dimensionamento de Condutores para Circuitos Elétricos
  • Mesmo com correto dimensionamento e folga existe aquecimento nos elementos :
    • Disjuntor aquecendo durante carga...
• Disjuntor deve ser utilizado de acordo com o dimensionamento
• Utilização de IDR pelo menos do tipo A, ideal tipo B ou tipo A + sensor de fuga de corrente DC
  • Proteção de carregadores com IDR
• Segurança em instalações para recarga de veículos elétricos- Segurança em instalações para recarga de veículos elétricos
• Utilização de DPS
• Não analise somente o preço para fazer sua escolha de equipamento
  • Produtos de preço reduzido e baixa qualidade
• Existem kits prontos que facilitam a instalação : Kits prontos de caixas de proteção para recarga de veículos elétricos

Qual o tipo de instalação disponível :

• Como saber se a minha instalação é Monofásica / Bifásica / Trifásica e outras informações

Existe disponibilidade de energia ?

• se o imóvel já está no limite de utilização vai ser necessário fazer uma ampliação juntamente com a distribuidora de energia

Qual a potencia que será utilizada na carga :

• Quem decide quanto de potência será utilizado é sempre OBC do carro com base no menor valor comum entre carregador externo e interno e a curva de carga do veículo, e isso depende da disponibilidade de energia no local, se a tensão local estiver na faixa de 210 V não será possível chegar nas potências máximas que normalmente são especificadas utilizando tensão de 240 V comum na Europa
  • de forma simplificada o carregador informa ao carro a corrente máxima que suporta e o carro decide qual corrente que vai utilizar até essa corrente máxima informada pelo carregador
• Exemplos comuns de capacidades
  • 3.5 kW - 16 A - 220 V monofásico (ou bifásico utilizando uma fase 127 V no lugar do neutro)
  • 7 kW - 32 A - 220 V monofásico (ou bifásico utilizando uma fase 127 V no lugar do neutro)
  • 11 kW - 16 A 220 V / 380 V trifásico - tem o problema de fornecer somente 3.5 kW para carros monofásicos
  • 22 kW - 32 A 220 V / 380 V trifásico
• Exemplos de configurações válidas mas não tão comuns
  • 3.5 kW - 32 A - 110 V monofásico
  • 7 kW - 16 A - 220V bifásico - duas fases de 220 V + neutro - tem o problema de fornecer somente 3.5 kW para carros monofásicos
    • XC60 PHEV MY24 em diante - Carregamento Bifasico XC60 PHEV MY24-
  • 11 kW - 48 A - 220 V monofásico - utilizado nos EUA com conectores Tipo 1 e Tesla
  • 43 kW - 64 A - 220 V / 380 V trifásico - utilizado por alguns BYD mais antigos
• Não adianta escolher simplesmente o carregador com maior potência
  • para uso de carregador em trifásico é necessário rede 220V - 380 V, diversos estados do Brasil tem trifásico 110V - 220 V
  • a maioria dos carros vendidos no Brasil não suportam carregamento trifásico, normalmente só os modelos vindos da Europa podem ter essa opção mas mesmo assim alguns fabricantes trazem versões com OBC de 7 kW
• é necessário entender as características de carga do veículo, ex:
  • um Bolt 2022 poderia carregar até 11 kW em CA monofásico de acordo com as especificações de lançamento nos EUA, mas a versão que vem para o Brasil aceita 7 kW monofásico
    • o carregador interno do Bolt precisa de uma fase com 48 A (por isso o poderia já que os carregadores tipo 2 suportam somente 32 A, então ele só consegue 48 A na versão americana com tipo 1
  • um Volvo XC40 carrega até 11 kW em CA trifásico (3 fases com 16A 220V), mas 7 kW em CA monofásico
  • os veículos chineses normalmente tem um limite de 30 A de corrente
  • a maioria dos híbridos tem limite de 3.5 kW (16 A 220 V)
• Verificar qual a capacidade de carga do veículo, não adianta um carregador de 22 kW se o veículo suporta no máximo 7 kW, mas ter uma instalação preparada para maior potência permite no futuro utilizar carregador / veículo diferente com maior potência
• Pensando no futuro é interessante pensar em uma instalação para pelo menos 32 A mesmo que seu veículo atual suporte no máximo 16 A (comum principalmente em veículos híbridos), pois dessa forma se necessário poderá trocar somente o carregador sem refazer a instalação elétrica
• Importante entender que tipo de instalação existe no local Monofásica / Bifásica / Trifásica : Monofásico / Bifásico / Trifásico
• Um exemplo comum de limitação de carga:
  • um carregador de 11 kW, ligado em rede trifásica 220 V - 380 V
    • significa que ele tem tensão fase-neutro de 220 V, 16 A de corrente por fase, totalizando uma potencia de 10560 W (pouco abaixo do limite do carregador)
    • se for utilizado um carro que não tenha suporte para trifásico, ele utilizará somente uma fase, e portanto uma carga com potencia de 3520 W (menor que uma tomada 220 V / 20 A pois está limitado aos 16 A de cada fase do carregador)

Dicas / Cuidados :

• As baterias operam sempre em DC portanto o OBC do carro faz a conversão da tensão da rede elétrica para tensão DC utilizada na carga da bateria

• Carregadores portáteis de 7 kW ou 22 kW podem ser uma opção com melhor custo benefício que um wallbox fixo

  • a instalação a ser utilizada deve ter as proteções IDR, DPS aterramento da mesma forma que um wallbox - Sistemas de Proteção Elétrica - Resumo
  • compare bem as especificações antes de escolher
  • Alguns EVSE já tem IDR para maior proteção, o que pode elevar o preço mas dar maior segurança
  • por uma pequena diferença no preço escolha um que tenha configuração da corrente de carga que vai permitir a utilização em diversos locais mesmo com capacidade de corrente menor (ex uma tomada convencional)
    • Se você não conhece a instalação da tomada que vai utilizar utilize uma folga segura (ex 6 A em uma tomada de 10 A e 16 A em uma tomada de 20 A)
  • Muito cuidado ao utilizar : Problemas em recargas em tomadas comuns
  • um kit de adaptadores de qualidade e cuidado vai permitir carregar em qualquer tomada quando não existir uma opção com a instalação adequada : Kit para recarga em diversos tipos de tomadas do Clemente Gauer

• Tamanho de cabo

  • a maioria dos equipamentos wallbox tem cabos de 5 m, alguns cabos de 7 m dependendo da sua garagem e quantos veículos podem ser carregados o tamanho do cabo pode fazer diferença

• Se você precisa controlar o uso do carregador, quem carrega e o quanto carrega precisa de um carregador que suporte gerenciamento e o protocolo OCPP

• Existem diversos padrões de conectores para carregamento, a maioria dos fabricantes que trouxeram carros para o Brasil optaram pelo Tipo 2, que é o adotado na Europa ( mais informações em Tipos de conectores utilizados em carros elétricos )

• Alguns carregadores já tem o cabo para conexão com o carro e outros dependem que o proprietário do carro conecte seu próprio cabo no carregador

• Antes de iniciar qualquer cálculo é importante saber a tensão da rede elétrica na região onde será utilizado o carregador, o Brasil tem diversas tensões de acordo com a localidade ( mais informações em Site para consulta de tensões nominais nas cidades brasileiras - ANEEL )

• Cada equipamento tem um conjunto específico de proteções

  • a medida de temperatura no conector do carro permite detectar mal contato e evitar derretimento
  • as vezes um carregador é mais caro por itens que nem sempre são visíveis, mas que ajudam na segurança

• A maioria dos carregadores trabalha com corrente máxima de 32 A, nesse caso considerado o caso comum no Brasil de tensão 220 V a potencia máxima obtida será de 220 * 32 = 7040 W = 7 kW, e caso a rede elétrica tenha tensão menor vai limitar mais se a rede estiver com 213 V teremos 213 * 32 = 6816W, não é uma grande diferença mas vai demorar mais na carga

• Em diversos locais do Brasil tem sistema trifásico onde a tensão entre fase-fase é 220V, nesse caso a maioria dos carregadores trifásicos chega somente 12192 W (normalmente referenciado como 11 kW) utilizando as três fases e neutro, pois a tensão de cada fase é de 127 (3(fases) * 127 (tensão V)* 32 (corrente A) = 12192 W , a especificação de 11 kW vem da utilização de tensão aproximada de 115 V : 3(fases) * 115 (tensão V)* 32 (corrente A) = 11040 W) , para obter 22 kW é necessário tensão de 380 V (3 fases + neutro) que normalmente está disponível em instalações comerciais

• Nos locais onde a rede elétrica é 110 V / 220 V a carga bifásica pode ser mais eficiente que a trifásica dependendo das características da instalação, carregador e carro

• Muitos veículos apesar de terem suas especificações indicando carga monofásica, funcionam corretamente com fase-fase disponível no Brasil, mas alguns veículos como Renault Zoe que precisam de FASE e NEUTRO para carregar, nesse caso não é possível utilizar uma instalação fase-fase e com isso existe uma limitação de potência máxima permitida

• Resumo de características relacionadas a recarga AC / CA

• A maioria dos veículos tem limite de 240 V no carregador interno, portanto não se deve utilizar uma instalação 380V fase-fase diretamente para carga monofásica/bifásica, é necessário utilizar fase-neutro que vai fornecer 220 V

• apesar de alguns equipamentos terem comunicação via rede (cabo, wifi) não utilizam protocolos abertos, isso significa que você fica limitado a utilizar somente os softwares do fabricante Protocolos de Controle de Carregadores

Mais links com informações

• Curvas de carga de veículos elétricos em corrente alternada
• https://evercharge.net/blog/ev-charging-for-dummies/
• Segurança em instalações - Segurança em instalações para recarga de veículos elétricos
• playlist com diversos vídeos sobre carregamento : https://www.youtube.com/watch?v=dwDdqSB ... jFP_yxqWjI

Uma análise sobre o uso de trifásico para carregadores em casa : https://thedriven.io/2019/08/18/is-a-3- ... necessary/

Coloquem dicas adicionais nesse tópico para criar um guia completo

[ivanfm]

• Como decidir que tipo de instalação é melhor para meu EVSE ?

• De forma simplificada na minha opinião (e de algumas outras pessoas, mas não todas é claro) :

  • Para a maioria dos veículos em uma noite é possivel carregar em 7 kW a capacidade total da bateria (lembrando que a maioria das pessoas não utiliza toda a carga em um único dia)
  • Instalações de 7 kW e 22 kW são as melhores em termos de flexibilidade
  • em regiões onde a tensão básica não for 220 V / 380 V só se consegue 22 kW utilizando um transformador que acaba aumentando as perdas, ocupando espaço e em muitos casos gerando ruídos
  • instalações de EVSE para 11 kW (trifásico 220 V 16 A) devem evitadas pois fazem com que carros que aceitam monofásico 7 kW ( que são quase todos os BEV ) carreguem somente em 3.5 kW
  • se você tem trifásico 127 V / 220 V e pretende utilizar dois veículos uma boa opção é deixar duas fases para um circuito de 7 kW e uma fase e neutro para um circuito de 3.5 kW, dessa forma pode carregar ambos os veículos sem necessidade de um circuito de grande capacidade basta escolher qual dos dois veículos deseja carregar mais rápido e utilizar ele no EVSE conectado ao circuito de 7 kW
    • Essa solução não vai distribuir o consumo entre as fases se somente um dos pontos for utilizado, mas no caso de dois veículos vai distribuir corretamente

• Mas meu veículo suporta carga em 22 kW e estou em região onde meu trifásico é 127 V / 220 V

  • primeiro pense se realmente você precisa dessa velocidade de carga
    • quanto tempo seu veículo fica parado por noite ?
    • quanto realmente você anda todos os dias ?
    • irá mesmo precisar da recarga em potencia de 22 kW todos os dias ?
    • de forma simplificada um veículo que aceita esse tipo de carga e tem bateria de 80 kWh levaria 4-5 horas para recarga completa com 22 kW, enquanto levaria por volta de 11-12 horas em 7 kW
      • se você consome metade da bateria desse veículo todos os dias, você só precisaria de 5-6 horas para recarregar em 7 kW
  • Eu não poderia utilizar 32 A em todas as fases e carregar em 11 kW ?
    • Diversos carregadores que aceitam a capacidade de 11 kW ou 22 kW foram preparados para utilizar tensão de 220 V para as contatoras, dessa forma eles não conseguem ativar para fazer a recarga quando ligados em tensão de 127 V
      • Exemplo Juicebox só consegue ativar a carga se a tensão entre F1 e N for 220 V, dessa forma não funciona em trifásico 127 V / 220 V
    • Se o seu carregador suportar :
      • se você conectar um carro monofásico terá somente potencia de 3.5 kW
      • a diferença de tempo não é tão significativa se você fizer recarga a noite e separando como indicando em um circuito de 7 kW e um de 3.5 kW você pode atender a dois veículos com a mesma instalação elétrica
  • tenha em mente que para ter a recarga de 22 kW você precisa de circuitos de 40 A 220 V / 380 V e portanto na entrada do transformador você irá precisar de circuitos de 80 A 127 V / 220 V o que na maior parte dos casos é quase o limite das instalações residenciais trifásicas
  • se realmente quer fazer essa instalação verifique com um profissional para fazer a instalação de um transformador para a conversão

[ivanfm]

Como calcular o tempo de carga :

• Dividir a capacidade total da bateria (kWh) pela Multiplicação da TENSÃO (Volts) pela CORRENTE (Amperes) e no caso de um sistema trifásico (se o OBC do carro suportar) multiplicar por três, o resultado é o tempo de carga. Se o OBC do carro tiver capacidade inferior a potência máxima do EVSE deve ser considerada a potência do carro como um limitador
  • Essa conta considera o pior caso, bateria zerada, para saber de acordo com a capacidade necessária basta fazer a proporção a partir do percentual de carga do momento que estiver iniciando a carga

Capacidade Bateria (kWh)	Capacidade OBC do Carro(W)	Tipo de Ligação	Tensão(V)	Corrente Máxima(A)	Potencia Máxima(W)	Contas	Tempo
66	MONO/BI=7380	Fase-Neutro	110	10	(110 * 10) = 1100	(66000 / 1100)	60 horas
66	MONO/BI=7380	Fase-Neutro	127	10	(127 * 10) = 1270	(66000 / 1270)	51.9 = 05:58 horas
66	MONO/BI=7380	Fase-Fase ou Fase-Neutro	220	10	(220 * 10) = 2200	(66000 / 2200)	30 horas
66	MONO/BI=7380	Fase-Fase ou Fase-Neutro	220	20	(220 * 20) = 4400	(66000 / 4400)	15 horas
66	MONO/BI=7380	Fase-Fase ou Fase-Neutro	220	32	(220 * 32) = 7040	(66000 / 7040)	9.3 horas = 09:18 horas
66	MONO/BI=7380 - limite carro 6.5kW	Fase-Fase ou Fase-Neutro	220	32	(220 * 32) = 7040	(66000 / 6500)	10.15 horas = 10:09 horas
66	MONO/BI=7380 TRI=22080	trifásico Fase-Neutro	127/F-N 220/F-F	32	(127 * 32 * 3) = 12192	(66000 / 12192)	5.413 horas = 05:25 horas
66	MONO/BI=7380	trifásico Fase-Neutro	127/F-N 220/F-F	32	(127 * 32 * 1) = 4064	(66000 / 4064)	16.240 horas = 16:14 horas
66	MONO/BI=7380 TRI=22080	trifásico Fase-Neutro	220/F-N 380/F-F	32	(220 * 32 * 3) = 21120	(66000 / 21120)	3.125 horas = 03:08 horas
66	MONO/BI=7380 TRI=11040	trifásico Fase-Neutro	220/F-N 380/F-F	16	(220 * 16 * 3) = 10560	(66000 / 10560)	6.250 horas = 06:15 horas
66	MONO/BI=7380	trifásico Fase-Neutro	220/F-N 380/F-F	16	(220 * 16) = 3520	(66000 / 3520)	18.75 horas = 18:45 horas

• Exemplo de condições que podem existir e gerar situações não esperadas :

  • Carregador instalado em modo trifásico onde a tensão FASE-FASE é 220 V e FASE-NEUTRO de 127 V e a corrente máxima é de 32 (isso seria equivalente a 11 kW)
    • Nem todos carregadores trifásicos aceitam esse tipo de instalação, o JuiceBox por exemplo liga e faz comunicação com a rede, mas não ativa a recarga pois deve ter contatoras internas de 220 V
    • um Renault ZOE (que tenha OBC de 22 kW) deve carregar em aproximadamente 11 kW
    • um Chevrolet Bolt carrega com aproximadamente 4 kW pois vai utilizar SOMENTE uma FASE com 32 A.
    • um Volvo XC40 carrega com aproximadamente 6 kW pois vai utilizar no máximo 16 A e as três fases
  • No mesmo local utilizando duas FASES - 220 V
    • o Renault ZOE não consegue carregar pois necessita do NEUTRO
    • o Chevrolet Bolt carrega em 7 kW
    • o Volvo XC40 carrega em 7 kW
  • Nesse caso fica bem claro que se não houver um Renault ZOE para carregar nesse local a instalação bifásica é a melhor opção

• É importante considerar que os valores apresentados são teóricos validos se a corrente for constante durante todo o período de carga. Mas normalmente os carros reduzem a potência no final da carga.

• Dependendo da temperatura das baterias e carga atual da bateria o veículo pode limitar a corrente de carga e portanto os números podem variar.

[ivanfm]

Demonstração gráfica sobre os diversos tipos de carga em um veiculo que permita a carga máxima disponível nas estações

286963e9-bbaa-4f2f-8416-26306ee5e500.jpeg (85.88 KiB) Exibido 9271 vezes

[ivanfm]

Diversas informações e referencias sobre ponto de recarga na Norma Tecnica COPEL 902210 : FORNECIMENTO DE ENERGIA ESTAÇÕES DE RECARGA DE VEÍCULO ELÉTRICO NORMA TÉCNICA COPEL - 902210 -

[ivanfm]

Guia PROMOB : COMO ABASTECER UM CARRO ELÉTRICO? - INSTALAÇÃO DE EQUIPAMENTOS DE RECARGA EM CASA

[ivanfm]

Requisitos de Recarga Renault

[ivanfm]

Um vídeo do "Curso Projeto Elétrico" que mostra diversos detalhes a serem considerados com exemplos e referências da norma NBR IEC 61851-1

---

Ver no youtube

---