High-Power Electric Charging Infrastructure for Future Ground Mobility

Abstract

Este Trabajo Fin de Grado presenta un estudio integrado de ingeniería y prefactibilidad de una estación de recarga eléctrica de alta potencia para vehículos ligeros y pesados. Desarrollado en continuidad con el proyecto PAi realizado en Centrale Lyon en colaboración con TotalEnergies OneTech, el trabajo reformula y amplía ese marco como un estudio individual que aborda conjuntamente las dimensiones técnica, económica y operativa de la infraestructura.

A partir de una estación mixta de referencia, se desarrolla un modelo que relaciona la configuración y utilización de los cargadores con la energía suministrada, la demanda máxima, la conexión a la red y las pérdidas eléctricas. Sobre esta base, se comparan arquitecturas en corriente alterna y continua, se evalúa un sistema de almacenamiento en baterías para reducir picos de potencia y se analiza el comportamiento económico bajo distintos escenarios. El estudio se completa con un análisis de sensibilidad y con principios para la circulación, la asignación de cargadores y la gestión de colas.

Los resultados muestran que el desempeño global de la estación no depende de maximizar una prestación aislada, sino de alcanzar un equilibrio entre capacidad, coste y utilización. La arquitectura en corriente continua con transformador convencional y rectificador centralizado ofrece el compromiso más sólido entre eficiencia, madurez y escalabilidad, mientras que el almacenamiento aporta una mejora técnica útil sin modificar sustancialmente la rentabilidad. En cambio, la utilización efectiva, el margen comercial y el control de la inversión determinan el resultado económico y refuerzan la importancia del diseño operativo.

En conjunto, el trabajo concluye que estas infraestructuras deben concebirse como sistemas adaptables y orientados por una demanda creíble. La coordinación de las decisiones de diseño, inversión y operación, junto con un despliegue modular apoyado en la utilización real, resulta esencial para desarrollar soluciones robustas y escalables.This Bachelor’s Final Project presents an integrated engineering and pre-feasibility study of a high-power electric charging station for passenger vehicles and heavy-duty trucks. Building on the PAi project carried out at Centrale Lyon in collaboration with TotalEnergies OneTech, the thesis reformulates and extends that initial framework as an individual study addressing the technical, economic and operational dimensions of the infrastructure.

A mixed reference station is defined, and a model is developed to link charger configuration and utilisation with delivered energy, peak demand, grid connection requirements and electrical losses. On this basis, AC- and DC-based architectures are compared, a battery energy storage system is assessed for peak shaving, and economic performance is analysed under different scenarios. The study is complemented by a sensitivity analysis and by conceptual principles for vehicle circulation, charger allocation and queue management.

The results show that the station’s overall performance does not depend on maximising any single technical parameter, but on achieving an appropriate balance between capacity, cost and utilisation. A DC architecture with a conventional transformer and centralised rectifier provides the most robust compromise between efficiency, technological maturity and scalability, while battery storage offers a useful technical improvement without materially changing profitability. By contrast, effective utilisation, the commercial margin on electricity sales and control of investment costs determine economic performance and reinforce the importance of operational design.

Overall, the study concludes that such infrastructure should be conceived as an adaptable system guided by credible demand. Coordinating design, investment and operational decisions from the outset, together with modular deployment supported by actual utilisation, is essential to developing robust and scalable solutions.