Recarga inalámbrica en automoviles electricos

Gracias a la tecnología de carga o recarga inalámbrica, pronto dejarás atrás la molestia de lidiar con cables para cargar tus automoviles eléctrico o híbridos enchufable. Cargar tu vehículo será tan sencillo como cargar un teléfono móvil, aunque el proceso científico detrás de ello es considerablemente más complejo.

recarga-inalambrica automoviles

En una noche oscura y lluviosa, te encuentras en el punto de carga buscando a ciegas el conector en el extremo de la manguera mojada y sucia. Abres la portezuela de carga de tu coche, quitas los obturadores de goma y finalmente insertas el conector. Has tenido éxito: tu coche eléctrico se está cargando… y tú estás completamente empapado. ¿No podría haber una solución mejor?

En una noche oscura y lluviosa, llegas al punto de carga. A tientas, te acercas a la manguera mojada y sucia hasta encontrar el conector en el extremo. Abres la portezuela de carga de tu coche, retiras los obturadores de goma y, finalmente, conectas el conector. ¡Lo has conseguido! Tu coche eléctrico está cargando… aunque tú estás completamente empapado. ¿No habrá una alternativa más conveniente?

Por supuesto, existe una solución y se llama carga inalámbrica. Simplemente conduces hasta un espacio de estacionamiento, te posicionas sobre una placa y tu coche se identifica automáticamente, comenzando así el proceso de carga. Sin necesidad de tocar nada, sin aplicaciones complicadas, sin tener que lidiar con números de cargadores o cables incómodos.

Y cuando hayas terminado con tus asuntos, simplemente te subes al coche y te marchas. Parece magia, ¿verdad? Y como comprobarás, lograr esto no ha sido fácil. Pero así es como funcionará la carga en aproximadamente 10 años. De hecho, esta revolución ya ha comenzado: Genesis, la marca de lujo de Hyundai, ya ofrece la carga inalámbrica de serie en su modelo GV60 (un vehículo basado en el Kia EV6 que se conoce en Europa).

Permíteme explicarte cómo funciona la carga inalámbrica «normal»… y luego te sorprenderé aún más con la carga dinámica, que se realiza mientras el coche está en movimiento.

resonancia

La carga inalámbrica de vehículos se basa en un principio conocido como resonancia magnética inducida. La inducción no es un proceso desconocido, ya que podemos cargar un teléfono móvil simplemente apoyándolo sobre una superficie adecuada. Del mismo modo, podemos calentar un recipiente colocándolo en una cocina aparentemente «apagada». Ambos procesos aprovechan el magnetismo, donde un emisor genera un campo magnético mediante una corriente eléctrica variable, y un receptor convierte ese campo magnético en corriente eléctrica. Es bastante simple.

Entonces, ¿por qué no se ha aplicado esta tecnología a los coches? La principal razón es la distancia. La carga inductiva solo funciona cuando el emisor y el receptor están perfectamente alineados y en contacto, y aun así, presenta pérdidas de eficiencia de aproximadamente el 40%. ¿Te has preguntado por qué tu teléfono móvil se calienta al cargarse?

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Para lograr la carga «sin contacto» de un vehículo, se requiere un sistema que funcione cuando el coche se estaciona sobre él, lo que implica que pueda operar a una distancia de unos 15 centímetros. Además, debe permitir errores de alineación y ofrecer una eficiencia superior al 98%. Este sistema existe y se conoce como resonancia magnética inducida. Se trata de un fenómeno particular descubierto por Nikola Tesla a principios del siglo pasado, en el que se produce una transferencia de energía entre dos campos magnéticos que oscilan a la misma frecuencia de resonancia.

Este fenómeno permite la transmisión eficiente de energía eléctrica de manera inalámbrica, incluso a distancias apreciables, de varios metros. Sin embargo, la electrónica necesaria para controlar esta resonancia comenzó a perfeccionarse a partir de 2007, cuando ingenieros del MIT lograron encender una bombilla utilizando energía transmitida a través de toda una habitación, con pérdidas mínimas.

Este proyecto, que dio lugar a la empresa Witricity, abrió el camino hacia la carga inalámbrica de alta potencia y marcó el inicio de un período de 13 años en el que la tecnología no ha dejado de avanzar. Gracias a su trabajo, será posible cargar un coche de manera inalámbrica, incluso de forma más eficiente que con un cable.

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Una vez que se ha establecido una forma de transmitir energía entre dos bobinas situadas a unos centímetros de distancia, el proceso de carga inalámbrica se simplifica en gran medida. Aunque los detalles pueden variar, el proceso básico es el siguiente. Se instala una caja mural que se encarga de convertir la corriente alterna convencional (la que proviene del enchufe, a 220 voltios y 50 Hz) en corriente alterna a la frecuencia adecuada, que suele estar alrededor de los 100 kHz.

Esta corriente se envía a una placa instalada en el suelo, sobre la cual se debe estacionar el coche. Dentro de esta placa, se encuentran una o dos bobinas que pueden tener una forma similar a una D doble (como se muestra en la fotografía, correspondiente a un sistema Halo de Qualcomm).

Una vez que se ha autorizado la carga, la placa verifica que no haya suciedad, objetos metálicos o seres vivos entre ella y el coche, y luego comienza el proceso de carga.

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En el coche, el proceso es similar al de una carga convencional con cable de corriente alterna: la corriente inducida se envía a un rectificador que la convierte en corriente continua y ajusta el voltaje de acuerdo con la capacidad de carga requerida por la batería, que depende de su nivel actual de carga.

La estandarizacion de la carga inalambrica

En la actualidad, la falta de un estándar europeo es la principal barrera para la generalización de la carga inalámbrica, y es la razón por la cual tomará una década para su implementación completa. Mientras que Estados Unidos ha establecido un estándar (el J2954), que define diferentes categorías de carga (hasta 11 kW de potencia para vehículos) y las frecuencias a las que deben operar estos sistemas, en Europa aún no se ha establecido un estándar similar. Esto significa que los sistemas Witricity y Qualcomm Halo, por ejemplo, no son compatibles entre sí.

La recarga inalambrica dinamica

La idea de la recarga inalámbrica dinámica es relativamente sencilla. Hemos visto que es posible contar con un sistema electrónico que detecta la presencia de la bobina receptora de un vehículo y realiza ajustes en la frecuencia de resonancia para compensar pequeñas desalineaciones. Entonces, ¿qué sucedería si colocamos múltiples bobinas en el asfalto, una tras otra? ¿Sería posible cargar el vehículo mientras está en movimiento?

La respuesta es sí, en teoría, sería posible implementar la carga inalámbrica dinámica. Imagina un escenario en el que las carreteras están equipadas con una serie de bobinas emisoras incrustadas en el pavimento. Estas bobinas generarían campos magnéticos que pueden inducir corriente en las bobinas receptoras de los vehículos eléctricos mientras se desplazan por la carretera. Esto permitiría que los vehículos reciban una carga continua mientras están en movimiento.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que la implementación de la carga inalámbrica dinámica plantea desafíos técnicos y de seguridad significativos. Es necesario garantizar la eficiencia de transferencia de energía, la alineación precisa entre las bobinas emisoras y receptoras, y la seguridad para los conductores y peatones. Además, se requiere una infraestructura extensa para implementar este sistema en las carreteras y garantizar una cobertura adecuada.

Si bien la carga inalámbrica dinámica es un concepto prometedor, aún se encuentra en las etapas de desarrollo y no es una tecnología ampliamente disponible en la actualidad. Se necesitarán más investigaciones, pruebas y estándares para hacer realidad esta visión de cargar vehículos eléctricos mientras se desplazan.

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vias autocargantes

La buena noticia es que la recarga inalámbrica dinámica es posible y ya se están realizando pruebas en varias pistas de ensayo alrededor del mundo. Sin embargo, su implementación plantea ciertos desafíos, especialmente en términos de costos.

Para ilustrar esto, consideremos un escenario hipotético: supongamos que una bobina tiene un tamaño de 50 centímetros y un automóvil viaja a una velocidad de 60 km/h (15 metros por segundo). Para cargar durante un segundo, sería necesario enterrar 30 bobinas en secuencia.

Como resultado, la infraestructura requerida para la carga inalámbrica dinámica sería relativamente costosa y difícil de amortizar, incluso si varios vehículos la utilizan simultáneamente. Sin embargo, a largo plazo, es posible que veamos la aparición de los primeros «carriles de carga» destinados a vehículos específicos. Por ejemplo, vehículos pesados en los que el ahorro derivado de poder utilizar baterías más pequeñas justifique la inversión en electrificar una carretera.

Aunque puede llevar tiempo y esfuerzo desarrollar una infraestructura de carga inalámbrica dinámica rentable y ampliamente accesible, los avances tecnológicos y las pruebas en curso son un paso en la dirección correcta para hacer realidad esta visión en el futuro.

Investigacion en automoviles

Actualmente, hay varios proyectos de investigación en todo el mundo que se centran en la recarga inalámbrica. Algunos ejemplos destacados son los siguientes:

  1. Renault y Qualcomm: Han llevado a cabo experimentos utilizando una Kangoo y la tecnología Halo. Construyeron una pista de 250 metros y lograron transmitir hasta 10 kW de potencia. Utilizaron dos bobinas montadas en los bajos del coche como receptores.
  2. Stellantis: Recientemente inauguraron un circuito oval de un kilómetro de longitud llamado «Arena del Futuro» en Chiari, Italia. Este circuito servirá como lugar de pruebas para investigar y desarrollar la tecnología de carga inalámbrica.
  3. ElectReon: Esta startup israelí tiene planes de construir una pista de pruebas de 30 kilómetros en Suecia. Su enfoque se basa en módulos de 20 kW de potencia. Su objetivo es permitir que los camiones eléctricos solo necesiten llevar suficiente energía en la batería para completar los primeros y últimos kilómetros de cada ruta, mientras que el resto del trayecto, que se llevaría a cabo en vías de alta capacidad, se realizaría mediante carga inalámbrica.

pruebas

Estos proyectos demuestran el creciente interés y la inversión en la investigación y desarrollo de la carga inalámbrica. A través de estas iniciativas, se busca perfeccionar la tecnología y explorar su viabilidad en diferentes contextos y aplicaciones, como vehículos comerciales y rutas de larga distancia.

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