Coches eléctricos de carga inalámbrica: inducir para conducir

La eficiencia energética es un requisito fundamental para alcanzar el objetivo común mundial de frenar el cambio climático. Con la modificación de hábitos y rutinas simples, como cerrar el grifo o apagar las luces, se contribuye a un ahorro energético en lo cotidiano. Cambiar el origen de las fuentes de energía en los hogares, también.

Las limitaciones en el acceso de vehículos a las ciudades como consecuencia de que la contaminación atmosférica se eleve es una realidad cada vez más frecuente. Cualquiera que viva en una gran ciudad lo sabe. En ocasiones, ni siquiera se puede ver el sol.

El tráfico rodado es, además, la causa principal de contaminación acústica de las ciudades.

En el camino hacia un mundo más sostenible, las instituciones públicas apoyan la implantación de medidas que contribuyan a una eficiencia energética real. Una de las acciones que se llevan a cabo actualmente es la subvención en la compra de coches eléctricos. El objetivo es reducir las emisiones de gases de combustión a la atmósfera, pero las ventas no terminan de despegar.

El Ministerio de Industria, Comercio y Turismo se planteaba alcanzar en 2023 los 250.000 vehículos eléctricos matriculados y entre 80.000 y 110.000 puntos de recarga desplegados. Sin embargo, el parque de este tipo de vehículos en España aún no llega al 50% de ese objetivo, según los últimos datos de la Dirección General de Tráfico.

Los principales problemas que encuentran los compradores es que con cargadores domésticos la autonomía de viaje no supera los 500 kilómetros, y son necesarias unas 20 horas para la carga completa de la batería. Por otro lado, aún no se cuentan con suficientes puntos para recargar.

El estado de la técnica se enfoca hacia varias soluciones como la posibilidad de la sustitución de baterías en el trayecto o la creación de puntos de abastecimiento con una mayor potencia para reducir los tiempos. También se investiga sobre otras formas de energía que no requieran enchufar los vehículos a la red eléctrica, como la inductiva o la magnética. En esta última línea, un equipo de investigación de la Universidad de Málaga ha ampliado las posibilidades de carga de las baterías para vehículos eléctricos utilizando una tecnología que no requiere cables para el proceso. Así, en un artículo publicado en la revista IEEE Transactions on Industrial Electronics, los expertos desarrollan un algoritmo con el que mejoran la funcionalidad de la carga sin cables y las acercan a la eficiencia de las actuales enchufables.

El sistema de carga por inducción mejora el consumo y el espacio ya que las baterías que se necesitan pesan menos y son más pequeñas que las enchufables.

Mediante una nueva configuración en la que han optimizado los parámetros de operación de los convertidores de potencia han logrado ampliar su capacidad hasta superar el 95% de eficiencia. El sistema utilizado es la carga por inducción, que mejora el consumo y el espacio, ya que las baterías que se necesitan pesan menos y son más pequeñas que las enchufables. Además aportan mayor comodidad al proceso de carga, ya que el sistema podría instalarse en garajes comunitarios o en la vía pública para aprovechar mejor los tiempos de inactividad. “Esto es interesante especialmente en vehículos destinados a aplicaciones específicas, como autobuses, que podrían aumentar su autonomía al cargar en las cabeceras de líneas. Por otro lado, otorga mayor seguridad a los usuarios al no tener que manipular ningún sistema eléctrico”, indica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Málaga José Manuel González, autor del artículo.

Magnetismo eficiente

Los acumuladores se cargan mediante dos bobinas, una situada en el coche y otra en el suelo. Crean un campo magnético con el que se transmite la energía de una a otra. Es decir, el coche puede cargarse con tan solo colocarse sobre un lugar concreto para que las bobinas queden enfrentadas y se produzca la transmisión.

Es lo que se llama la corriente inducida, al no estar conducida por ningún elemento externo, como puede ser un cable. “La principal ventaja radica en el hecho de que no necesita supervisión constante y ofrece una respuesta rápida. Este control también mejora la compatibilidad con diferentes fabricantes de automóviles y puede trabajar con receptores y baterías de diversas características”, añade.

Así, han confirmado la validez de su propuesta mediante análisis teóricos, simulaciones y con un prototipo con una potencia de carga de 2 kilovatios y 3,7. Esta medida indica la rapidez con la que puede cargarse la batería. Los puntos de carga actuales oscilan desde los 3,6, considerados de carga lenta, hasta los 150, llamados de carga ultrarrápida. Los resultados demuestran la mejora en la eficiencia del sistema.

Los resultados de los estudios confirmaron que el ajuste de los tres parámetros en el algoritmo implantado conduce a una mejor transferencia de potencia, alcanzando un nivel de eficiencia, que es hasta un 4% mayor que con otras configuraciones testadas con anterioridad, logrando valores similares a los de las baterías enchufables.

El equipo de investigación de la Universidad de Málaga autor del artículo.

En estudios previos, los expertos han trabajado con tres prototipos diferentes hasta obtener uno que cumple con la normativa vigente y que logra una buena eficiencia de carga. Sin embargo, encontraron la dificultad de conseguir una frecuencia adecuada para un uso práctico. Si se tiene en cuenta que la red eléctrica doméstica tiene 50 hertzios, para lograr el funcionamiento de un coche era necesario llegar a 85.000. Mediante convertidores de potencia y la configuración de estos parámetros han conseguido que la transmisión de electricidad llegue a más del 95% de eficiencia.

Esto supone un acercamiento a nuevas vías de estudio que permitan la aplicación en vehículos comerciales. Uno de los usos más prácticos que se puede dar a esta tecnología es la carga de grandes vehículos, como autobuses, que pueden estar cargando mientras están parados en marquesinas o estaciones o, incluso, durante la bajada y subida de viajeros.

Los investigadores deben aunar esfuerzos para lograr el objetivo de que en 2035 no exista la venta de coches que no sean de emisiones cero que marca la Ley del Cambio Climático y Transición Energética, aprobada en 2021. Así caminaremos hacia la eficiencia energética real y, sin malos humos en las ciudades, se podrá ver de nuevo el sol.

Más información en #CienciaDirecta: Mejoran la capacidad de carga inalámbrica para vehículos eléctricos