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Tiras de transferencia de energía inalámbrica para vehículos eléctricos y autobuses

Tiras de transferencia de energía inalámbrica para vehículos eléctricos y autobuses

El autobús coreano de vehículos eléctricos en línea KAIST (OLEV) [Fuente de la imagen:KAIST, vía Wired Magazine]

Junto con la tecnología innovadora de baterías, otro método potencial para cargar vehículos eléctricos (EV) podrían ser las tiras de transferencia de energía inalámbrica instaladas en las superficies de las carreteras. El potencial de los nuevos vehículos eléctricos es bastante emocionante, particularmente en lo que respecta a los vehículos de transporte público como autobuses y tranvías, pero la tecnología podría algún día usarse también para los vehículos eléctricos.

La transferencia inalámbrica fue demostrada por primera vez por Nikolai Tesla en 1891. Tesla tenía un interés obsesivo en el tema que le permitió desarrollar su Tesla Coil. Este dispositivo, que produce corrientes alternas de alta frecuencia y alto voltaje, permitió a Tesla transferir energía en distancias cortas sin interconectar cables mediante un acoplamiento inductivo resonante, la transmisión inalámbrica de campo cercano de energía eléctrica entre dos bobinas acopladas magnéticamente.

Este enfoque se está probando cada vez más en varios países como un medio potencial para cargar vehículos eléctricos en movimiento. Implica la transferencia de electricidad entre dos placas cargadas magnéticamente, una de ellas enterrada debajo de la carretera o el ferrocarril y la otra colgada debajo del chasis de un vehículo. En Italia, este sistema se ha utilizado en Génova y Turín durante más de diez años, proporcionando entre el 10 y el 15 por ciento de la energía de 30 autobuses eléctricos que se recargan en cada parada de autobús. El sistema fue desarrollado por una empresa alemana, Conductix-Wampfler, que afirma una eficiencia de transferencia de energía del 95 por ciento. Actualmente se está desarrollando otro sistema en la Universidad Estatal de Utah, con el apoyo de fondos de la Administración Federal de Tránsito y un sistema de inducción también lanzado en Holanda en 2010.

En 2009, el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) probó su proyecto de Vehículo Eléctrico en Línea (OLEV). Esto incorporó una tecnología llamada campo magnético en forma de resonancia (SMFIR) que involucra el entierro de regletas de energía eléctrica a una profundidad de 30 cm (11,8 pulgadas) debajo de la superficie de la carretera, conectadas a la red nacional. Se utilizó un tren sin rieles como vehículo de demostración, compuesto por un tractor equipado con pick-ups de inducción magnética y tres vagones de pasajeros. Posteriormente, KAIST desplegó tranvías utilizando el sistema en el Gran Parque de Atracciones de Seúl y siguió con el primer autobús eléctrico del mundo en julio de 2013, viajando una distancia de 15 millas entre la estación de tren en la ciudad de Gumi y el distrito de In-dong. . Para entonces, el proyecto inicial ya había llevado a la formación de dos empresas spin-off, OLEV Korea y OLEV Boston, esta última lanzada en 2011 y que tiene como objetivo comercializar su sistema para su uso en Estados Unidos.

El autobús KAIST OLEV en funcionamiento en la ciudad coreana de Gumi [Fuente de la imagen:KAIST]

El sistema de transferencia inalámbrica significa que las baterías de los vehículos eléctricos se pueden reducir en tamaño a aproximadamente un tercio del que normalmente esperaría encontrar en un automóvil eléctrico. Un espacio de 6.7 pulgadas entre la superficie de la carretera y la parte inferior de cada vehículo ofrece una eficiencia de carga del 85 por ciento a 100 kilovatios. Las placas enterradas debajo de la superficie de la carretera representan entre el 5 y el 10 por ciento de toda la ruta y permanecen apagadas hasta que se acerca un vehículo. OLEV tarda unos 30 minutos en cargarse por completo y pueden viajar 40 kilómetros entre cargas (aproximadamente 24 millas), lo que significa que podrían desviarse de la ruta de carga establecida en ocasiones si lo necesitaran. Los autobuses pueden viajar a una velocidad máxima de 85 kilómetros por hora (km / h) pero generalmente viajan a 60 km / h en servicio ordinario.

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En realidad, esto se está volviendo bastante emocionante, dado que otras empresas de todo el mundo están comenzando a darse cuenta de esto. Qualcomm, Momentum Dynamics, WiTricity, Evatran y WAVE tienen sistemas en desarrollo en este momento. Algunas personas se preguntan si el sistema podría alguna vez ser refinado para que pueda usarse en automóviles, simplemente porque el equipo que se usa en los vehículos es demasiado voluminoso con 400 libras. Sin embargo, es perfecto para autobuses, lo que les permite ahorrar un peso considerable en las baterías. Los autobuses eléctricos que utilizan el sistema de transferencia inalámbrica no son actualmente competitivos con los autobuses diésel en términos de costos de capital, pero sí lo son en términos de costos totales de propiedad debido a los ahorros en baterías que son posibles con este sistema, así como a los bajos requisitos de mantenimiento.

El Reino Unido anunció su intención de probar las autopistas de "carga mientras conduce" en agosto del año pasado, tras la finalización de un estudio de viabilidad encargado por Highways England. Las pruebas, que se llevarán a cabo fuera de la carretera en algún momento este año o el próximo, evaluarán el potencial del sistema para ayudar a reducir los costos de combustible, generar un impacto mínimo en las superficies de las carreteras y reducir el impacto ambiental del transporte por carretera, incluidas las mejoras en la calidad del aire. , ruido reducido y emisiones de carbono más bajas. El ministro de Transporte del Reino Unido, Andrew Jones, dijo en ese momento que la transferencia inalámbrica podría ofrecer posibilidades interesantes para el país, dado que el gobierno está comprometiendo £ 500 millones durante los próximos cinco años para mantener al Reino Unido a la vanguardia de esta tecnología y el potencial de impulsar empleos y crecimiento.

Un sistema de tarifa de estacionamiento inalámbrico en exhibición en un salón del automóvil [Fuente de la imagen:Wikimedia Commons]

Si las pruebas tienen éxito, podría conducir a una revolución en los viajes por carretera sostenibles dentro del Reino Unido. Estas pruebas tendrán una duración total de aproximadamente 18 meses, después de lo cual probablemente sea necesario realizar más pruebas en carretera. Mientras tanto, al menos una ciudad en el Reino Unido, Milton Keynes, ya ha seguido adelante con su propio sistema de transferencia inalámbrica, aunque esto es bastante limitado y requiere que los autobuses se detengan durante varios minutos mientras se cargan.

La carga inalámbrica en el Reino Unido no está exenta de críticas. Por ejemplo, el Dr. Paul Nieuwenhuis, director del Centro de Excelencia de Vehículos Eléctricos de Cardiff Business School, es bastante escéptico, debido al costo y al hecho de que la tecnología de las baterías está mejorando todo el tiempo, particularmente con respecto a lo que Tesla ha logrado lograr en los últimos años. años. Incluso si la carga inalámbrica llega a las carreteras de Gran Bretaña, Highways England todavía tiene la intención de instalar puntos de carga enchufables para vehículos eléctricos a intervalos de 20 millas en la red de autopistas. Esto, a su vez, debería ayudar a mejorar la aceptación de los vehículos eléctricos de consumo.

Un instituto que está analizando el potencial de la transferencia inalámbrica para vehículos eléctricos es el Instituto Fraunhofer de Alemania. Los investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Sistemas de Energía y Energía Eólica IWES en Kassel desarrollaron un diseño rentable en agosto del año pasado, utilizando componentes estándar que están disponibles en el mercado masivo. Los científicos han logrado reducir la cantidad de hojas de ferrita voluminosas mediante el uso de sistemas de bobinas, lo que también reduce el costo. IWES descubrió que incluso cuando un automóvil está a 20 centímetros de una bobina incrustada en la carretera, todavía se puede alcanzar un nivel de eficiencia de entre el 93 y el 95 por ciento en todo el rango de potencia de 400 vatios a 3.6 kilovatios. Otra ventaja de este sistema es que también puede descargar energía a la red eléctrica general. Esto significa que el exceso de energía de la red podría inyectarse en estos automóviles, utilizándolos como instalaciones de almacenamiento de energía hasta que se requiera la energía cuando pueda volver a la red.

Bobina de carga inductiva de Fraunhofer para coches eléctricos [Fuente de la imagen:Instituto Fraunhofer]

Otros dos institutos Fraunhofer, los Institutos Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM y de Sistemas de Transporte e Infraestructura IVI, han probado con éxito sistemas de transferencia inalámbrica para su uso en automóviles, utilizando una ruta de prueba de 25 metros de largo con bobinas incrustadas en la carretera. El vehículo de prueba, un deportivo convertido en vehículo eléctrico, logró recorrer toda la ruta a una velocidad moderada mientras cargaba simultáneamente su batería.

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