Un equipo de investigación de la Universidad de Málaga ha ampliado la capacidad de carga de las baterías para vehículos eléctricos sin necesidad de enchufarlos. Mediante una nueva configuración en la que han optimizado los parámetros de operación de los convertidores de potencia, han logrado superar su eficiencia hasta más de un 95%.

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.

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. Para vehículos destinados a aplicaciones específicas, como autobuses, es de especial interés, ya que cargarían en las cabeceras de cada línea en cada recorrido.

Los acumuladores se cargan mediante dos bobinas, una situada en el coche y otra en el suelo, que 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 alineadas y se produzca la transmisión. Es lo que se llama la carga inducida o magnético resonante, al no estar conducida por ningún elemento externo, como puede ser un cable.

El equipo está trabajando con prototipos que permiten el desarrollo de esta tecnología sin cables, pero se enfrentan a ciertas dificultades en los tiempos de carga y en la potencia necesaria para que el vehículo consiga una cierta autonomía. Así, en el artículo ‘Model Predictive Control to Maximize the Efficiency in EV Wireless Chargers’, 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 la acercan a la eficiencia de los vehículos enchufables.

Los coches eléctricos contribuyen a una mayor eficiencia energética con el uso de energías limpias. Sin embargo, siguen teniendo limitaciones en términos de autonomía y tiempos de carga, lo que puede evitarse con tecnología de carga inalámbrica.

Los expertos presentan un algoritmo de control predictivo enfocado a aumentar la eficiencia de carga, optimizando tres parámetros de configuración en los convertidores de potencia del sistema. “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”, indica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Málaga José Manuel González, autor del artículo.

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

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.

Inducir para conducir

La carga por inducción permite mejorar también algunas dificultades que presentan actualmente los coches eléctricos enchufables. “Por un lado, aporta 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 del vehículo. Por otro, otorga mayor seguridad a los usuarios al no tener que manipular ningún sistema eléctrico”, añade el experto.

Los resultados de los estudios confirmaron que el ajuste de los tres parámetros en el algoritmo implementado 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 los vehículos enchufables.

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, la dificultad es 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 energía se realice a más del 95% de eficiencia.

La carga inalámbrica aporta mayor comodidad y mayor seguridad a los usuarios al no tener que manipular ningún sistema eléctrico.

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 expertos continúan sus estudios en esta línea para continuar mejorando el estado de la técnica y ampliar la eficiencia energética de los vehículos a motor.

El trabajo ha sido financiado mediante el proyecto ’Carga avanzada para coches eléctricos: sin cables y con control coordinado para operaciones V2G realistas’ del Ministerio de Ciencia e Innovación.

Referencias

Jose Manuel González González , Alicia Triviño Cabrera y José A. Aguado. ‘Model Predictive Control to Maximize the Efficiency in EV Wireless Chargers’. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2022

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