La carga inalámbrica para vehículos eléctricos, o carga por inducción, es una tecnología que permite cargar la batería sin la necesidad de conectar un cable físico. En su lugar, utiliza una bobina de inducción en el vehículo y otra en una base de carga montada en el suelo. Cuando el vehículo estaciona sobre la base de carga, se establece un campo magnético entre las dos bobinas y se transfiere energía eléctrica sin necesidad de conectar un cable físico.
Aunque todavía no es una tecnología muy común en la mayoría de los vehículos eléctricos sí ha sido implementada por algunos fabricantes como Audi, BMW o Mercedes-Benz, aunque como un sistema de apoyo a la carga vinculada, puesto que, en realidad, todavía se encuentra en fase de desarrollo.
Una de sus principales ventajas es la comodidad que ofrece al no tener que enchufar y desconectar el vehículo cada vez que se carga. En el caso de las instalaciones públicas, elimina la necesidad de disponer de puntos de recarga a la intemperie, que precisan mucho mantenimiento y están expuestos al vandalismo.
Sin embargo, hasta ahora, la carga inalámbrica adolecía de algunos inconvenientes que la alejabn de un uso más práctico. En primer lugar es lenta. Su potencia máxima está muy lejos de las que se consigue, en corriente continua, con los sistemas cableados. Estos pueden alcanzar fácilmente los 150 kW y, en su desarrollo para vehículos pesados, hasta 1 MW de potencia.
La carga inalámbrica supera sus hándicaps
Un equipo de investigadores de la Universidad de Chalmers, en Suecia, ha desarrollado una tecnología de inducción que puede lograr una eficiencia del 98% con potencias de carga que alcanzan los 500 KW en corriente continua. Estas especificaciones se logran sobre una superficie de hasta 2 m2 y con 15 cm de separación entre las bobinas. Esta tecnología pondría este sistema de carga al mismo nivel que las mejores opciones actuales que precisan de cables, aportando todas sus ventajas.
El profesor Yujing Liu, responsable de la investigación en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de Chalmers, asegura que el proyecto está tan avanzado que podría ser producido y comercializado en breve, ya que todos sus componentes están ya disponibles en el mercado.
“Uno de los elementos clave es que ahora tenemos acceso a semiconductores de alta potencia basados en carburo de silicio (SiC) que llevan en el mercado solo unos pocos años”, explica Liu para argumentar las razones de este espectacular resultado. “Nos permiten tener un voltaje más elevado, trabajar a temperaturas más altas y a una frecuencia de conmutación mucho mayor en comparación con los componentes convencionales”.
La frecuencia del campo magnético es un factor determinante en la recarga por inducción porque determina el límite de la potencia que se puede transferir entre las dos bobinas. Los sistemas de inducción actuales suelen funcionar a frecuencias de alrededor de 20 kHz, que permiten cargas a muy baja potencia. El equipo de Liu trabaja con frecuencias de 80 kHz.
Otro salto tecnológico reciente son los cables de cobre con los que se fabrican las bobinas que envían y reciben el campo magnético oscilante que forma el puente para el flujo de energía a través del aire. Como el objetivo es utilizar una frecuencia tan alta como sea posible “no funciona con bobinas enrolladas con alambre de cobre ordinario porque conduciría a pérdidas muy grandes a alta frecuencia”, explica Liu.
Las bobinas están formadas por 'cuerdas’ trenzadas con 10.000 fibras (hilos Litz) compuestas cada una por hilos de cobre de 70 a 100 micrones de espesor, aproximadamente del tamaño de un cabello humano, aislados eléctricamente entre sí. Estas son adecuadas para transferir corrientes y frecuencias muy altas y sólo están disponibles recientemente en el mercado.
Por último, también se ha empleado un nuevo tipo de condensador que añade la potencia reactiva necesaria para que la bobina cree un campo magnético suficientemente potente.
Eficiencia cercana al 100%
Debido al efecto Joule, cuanto más se aumenta la frecuencia, más energía se disipa debido al aumento de la temperatura. Este fenómeno físico se produce cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor, como un alambre, produciendo calor. La energía eléctrica se transforma en energía térmica, debido a la resistencia del conductor al flujo de corriente, como resultado de la fricción que se produce entre los electrones que se mueven a través del conductor y los átomos del mismo. La energía disipada en forma de calor en un conductor es directamente proporcional al cuadrado de la corriente eléctrica que lo atraviesa, a la resistencia del conductor y al tiempo que dura el paso de la corriente.
Este principio físico es uno de los factores que limitaban la carga por inducción hasta el momento. Las pérdidas energéticas durante la transferencia pueden llegar al 50% en los sistemas convencionales. El profesor Liu afirma que con su tecnología estas son despreciables: “entre el 1 y el 2%”.
Sin embargo, también explica que la carga de vehículos eléctricos requiere varias conversiones tanto entre corriente continua y corriente alterna, como entre diferentes niveles de voltaje. “Cuando afirmamos que hemos logrado una eficiencia del 98%, nos referimos a la transferencia de la corriente continua de la estación de carga a la batería, una cifra que puede no significar mucho si no define cuidadosamente lo que se mide”. Las pérdidas ocurren tanto si la carga es conductiva (por cable) como inductiva. “La eficiencia que hemos logrado significa que las pérdidas con carga inductiva pueden ser casi tan bajas como las de un sistema conductivo. La diferencia es tan pequeña que en la práctica es insignificante”.
Listo para comercializarse
El siguiente paso será comercializar esta tecnología. Sin embargo, Liu afirma que “no será mañana cuando dispongamos de un sistema de carga inductiva en el suelo de nuestro garaje”. El propio investigador, que conduce un coche eléctrico todos los días, no le ve una utilidad práctica para el público general. “Me voy a casa, me enchufo y ya está, no hay problema”. El equipo promotor tiene la vista puesta principalmente en aplicaciones industriales y profesionales como, por ejemplo, en la carga de camiones o transbordadores, autobuses o vehículos autónomos utilizados en minería o agricultura.
“Puede tener un sistema integrado en el muelle de un ferry que, al mismo tiempo que los pasajeros suben y bajan carga sus baterías”. Según su punto de vista, sería un sistema automático y completamente independiente del clima: “la carga puede realizarse 30 a 40 veces por día”. Asimismo, también puede ser aplicado a la recarga de camiones eléctricos de gran tamaño que precisan de una potencia tan alta que “los cables son excesivamente gruesos y pesador, muy gruesos y pesados, lo que dificultará su manejo”.
