Una de los objetivos de la incursión de los vehículos eléctricos en la sociedad es frenar la contaminación del planeta. Esto debido a que la energía eléctrica es más limpia en comparación de la proveniente de los combustibles fósiles. Uno de los factores por el cual aún no se está consolidando la inclusión total de los vehículos eléctricos en las ciudades es debido a su limitado rango de autonomía. Esto ocurre principalmente porque los métodos de suministro de energía para estos vehículos aún no son del todo satisfactorios. Se han desarrollado diversas infraestructuras de carga, las cuales se clasifican en 2 criterios de carga. Los cargadores AC son clasificados como dispositivos de carga lenta y los cargadores DC son clasificados como dispositivos de carga rápida. Todos estos cargadores funcionan bajo un protocolo de carga que se diferencian en el tipo de conector, rangos de potencia de carga y la comunicación de control entre el vehículo eléctrico y la infraestructura de carga. Los cargadores DC más modernos pueden cargar por completo un vehículo en un tiempo alrededor de 10 minutos. Mientras que con los cargadores AC, el tiempo de carga puede extenderse hasta varias horas. En este trabajo se desarrollará un modelo de solución del diseño de un prototipo de cargador portátil DC para EVs bajo el protocolo de carga CCS Combo1. Este servirá para poder cargar un vehículo eléctrico sin la necesidad de tener acceso a un punto de red eléctrica.

Gran parte de la contaminación del planeta se debe a las emisiones de gases de efecto invernadero provenientes de la combustión de hidrocarburos producto de los vehículos a combustión interna. En contra parte, un vehículo eléctrico genera mucha menos cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero considerando toda la cadena de producción de energía y a lo largo de su vida útil gracias a su mayor eficiencia energética y al uso de electricidad cada vez más sostenible en lugar de combustibles fósiles. Es debido a esto que la adopción de la electromovilidad, como parte de la transición energética, será de vital importancia para la disminución de la contaminación en el planeta. Esto trae consigo el reto de gestionar la energía que será suministrada para cargar las baterías de este tipo de vehículos, teniendo en cuenta que la mayor parte de la carga es en corriente alterna (AC) y se realiza en casa, oficinas o centros comerciales. La presente tesis tiene como objetivo desarrollar un cargador AC para vehículos eléctricos que sea capaz de ser gestionado por medio de un protocolo de interoperabilidad. Para lograrlo, se diseñará el control para la carga del vehículo según las normas NTP-IEC 61851 y NTP-IEC 62196-2, en donde se establecen el tipo de comunicación (PWM) y el estándar de carga (AC Tipo 2) que se utilizarán. Además, se toma en consideración el Reglamento para la Instalación y Operación de la Infraestructura de Carga de la Movilidad Eléctrica publicado por el Ministerio de Energía y Minas con el objetivo de definir las especificaciones técnicas y las condiciones de instalación que deben cumplir los sistemas de carga en distintos tipos de entorno. Para comprender los conceptos, ventajas y beneficios relacionados con la interoperabilidad, se describen los componentes, entidades y protocolos de comunicación que conforman actualmente el ecosistema de la movilidad eléctrica, así como los intercambios de información, funciones y servicios que se brindan dentro del mismo. Como parte principal del diseño del cargador, se adicionará una capa superior de comunicación a través del protocolo OCPP 1.6, que permitirá gestionar el cargador desde un sistema central, y además, podrá ser incluido dentro de una red de cargadores.

La electrificación del transporte juega un rol clave en la lucha contra el cambio climático, debido a que constituye más del 40% del consumo final de energía y aporta más del 20% de emisiones de CO2. Es por ello que instituciones como Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) y la International Electrotechnical Commission (IEC) han puesto su esfuerzo en desarrollar y normalizar nuevas tecnologías en los vehículos eléctricos y sus estándares de carga. Siendo el estándar japonés Charge de Move (CHAdeMO) uno de los más adoptados por reconocidas empresas fabricantes de vehículos y equipos eléctricos industriales. En este contexto, la presente tesis propone el diseño de un cargador rápido DC bajo el estándar CHAdeMO para el sector privado por el impacto positivo que este generaría en el cuidado del medio ambiente, en la economía y en el desarrollo tecnológico en el Perú. Para ello, el proceso de diseño seguirá las Normas Técnicas Peruanas (NTPs) IEC 61851 del 2020. Al igual que un proceso de carga, el diseño iniciará desde la toma de energía de la red de suministro de 220 V Alternating Current (AC) a través de un bloque de potencia, capaz de generar 20 kW, y luego pasar por un proceso de transformación para la carga de las baterías. Durante este proceso, se regula la corriente mediante un controlador Proportional Integral (PI) en base a los requerimientos del vehículo. Estas solicitudes se realizan en paralelo mediante una comunicación Controller Area Network (CAN) 2.0B y un circuito de secuencia (estándar CHAdeMO) entre el cargador y vehículo. Finalmente, mediante el control de un indicador visual, pantalla Liquid Cristal Display (LCD), el cargador permitirá al usuario ver el consumo y costo respectivo durante el tiempo que dure la carga del vehículo. Por medio de simulaciones realizadas a cada etapa en Matlab-Simulink, Proteus y el Integrated Development Environment (IDE) Arduino, se comprobó que el cargador cumple los requerimientos de la normativa y posee especificaciones que están al nivel de un cargador comercial de alto performance.