Carga inductiva
Tipo de transferencia de energía inalámbrica
La bobina primaria del cargador induce una corriente en la bobina secundaria del dispositivo que se está cargando.

La carga inductiva (también conocida como carga inalámbrica o carga sin cables ) es un tipo de transferencia de energía inalámbrica . Utiliza la inducción electromagnética para proporcionar electricidad a dispositivos portátiles. La carga inductiva también se utiliza en vehículos, herramientas eléctricas, cepillos de dientes eléctricos y dispositivos médicos. El equipo portátil se puede colocar cerca de una estación de carga o una almohadilla inductiva sin necesidad de estar alineado con precisión o hacer contacto eléctrico con una base o enchufe.

La carga inductiva se denomina así porque transfiere energía a través del acoplamiento inductivo . Primero, la corriente alterna pasa a través de una bobina de inducción en la estación o plataforma de carga. La carga eléctrica en movimiento crea un campo magnético , cuya intensidad fluctúa porque la amplitud de la corriente eléctrica fluctúa. Este campo magnético cambiante crea una corriente eléctrica alterna en la bobina de inducción del dispositivo portátil, que a su vez pasa a través de un rectificador para convertirla en corriente continua . Finalmente, la corriente continua carga una batería o proporciona energía para su funcionamiento. [1] [2]

Se pueden lograr mayores distancias entre las bobinas transmisora ​​y receptora cuando el sistema de carga inductiva utiliza acoplamiento inductivo resonante , donde se agrega un capacitor a cada bobina de inducción para crear dos circuitos LC con una frecuencia de resonancia específica. La frecuencia de la corriente alterna se combina con la frecuencia de resonancia, y la frecuencia se elige dependiendo de la distancia deseada para la máxima eficiencia. [1] Las mejoras recientes a este sistema resonante incluyen el uso de una bobina de transmisión móvil (es decir, montada en una plataforma o brazo elevador) y el uso de otros materiales para la bobina receptora, como cobre plateado o, a veces, aluminio para minimizar el peso y disminuir la resistencia debido al efecto pelicular .

Historia

La transferencia de energía por inducción se utilizó por primera vez en 1894, cuando M. Hutin y M. Le-Blanc propusieron un aparato y un método para alimentar un vehículo eléctrico. [3] Sin embargo, los motores de combustión resultaron más populares y esta tecnología quedó olvidada por un tiempo. [2]

En 1972, el profesor Don Otto de la Universidad de Auckland propuso un vehículo propulsado por inducción utilizando transmisores en la carretera y un receptor en el vehículo. [2] En 1977, John E. Trombly recibió una patente para un "cargador de batería acoplado electromagnéticamente". La patente describe una aplicación para cargar baterías de faros para mineros (US 4031449). La primera aplicación de carga inductiva utilizada en los Estados Unidos fue realizada por JG Bolger, FA Kirsten y S. Ng en 1978. Fabricaron un vehículo eléctrico propulsado con un sistema a 180 Hz con 20 kW. [2] En California, en la década de 1980, se fabricó un autobús que funcionaba con carga inductiva, y en esa época se estaban realizando trabajos similares en Francia, Alemania y Europa. [2]

En 2006, el MIT comenzó a utilizar [ aclaración necesaria ] el acoplamiento resonante . Pudieron transmitir una gran cantidad de energía sin radiación a lo largo de unos pocos metros. Esto resultó ser mejor para las necesidades comerciales y fue un gran paso para la carga inductiva. [2] [ verificación fallida ]

El Consorcio de Energía Inalámbrica (WPC) se estableció en 2008, y en 2010 establecieron el estándar Qi . En 2012, se fundaron la Alianza para la Energía Inalámbrica (A4WP) y la Alianza Power Matter (PMA). Japón estableció el Foro Inalámbrico de Banda Ancha (BWF) en 2009, y establecieron el Consorcio de Energía Inalámbrica para Aplicaciones Prácticas (WiPoT) en 2013. El Consorcio de Cosecha de Energía (EHC) también se fundó en Japón en 2010. Corea estableció el Foro Coreano de Energía Inalámbrica (KWPF) en 2011. [2] El propósito de estas organizaciones es crear estándares para la carga inductiva. En 2018, el Estándar Inalámbrico Qi fue adoptado para su uso en equipos militares en Corea del Norte, Rusia y Alemania.

Áreas de aplicación

Las aplicaciones de carga inductiva se pueden dividir en dos grandes categorías: baja potencia y alta potencia:

  • Las aplicaciones de bajo consumo suelen ser compatibles con dispositivos electrónicos de consumo pequeños, como teléfonos móviles , dispositivos portátiles, algunas computadoras y dispositivos similares que normalmente se cargan a niveles de potencia inferiores a 100 vatios. A menudo se utiliza la frecuencia de red de CA de 50 o 60 hercios [4] o, en el caso de dispositivos compatibles con Qi, las frecuencias típicas oscilan entre 87 y 205 kHz [5] .
  • La carga inductiva de alta potencia generalmente se refiere a la carga inductiva de baterías a niveles de potencia superiores a 1 kilovatio. El área de aplicación más destacada para la carga inductiva de alta potencia es en apoyo de vehículos eléctricos , donde la carga inductiva proporciona una alternativa automatizada e inalámbrica a la carga enchufable. Los niveles de potencia de estos dispositivos pueden variar de aproximadamente 1 kilovatio a 300 kilovatios o más. Todos los sistemas de carga inductiva de alta potencia utilizan bobinas primarias y secundarias resonantes. Estos sistemas funcionan en el rango de onda larga con frecuencias de hasta 130 kHz. El uso de frecuencias de onda corta puede mejorar la eficiencia y el tamaño del sistema [6], pero eventualmente transmitiría la señal a todo el mundo. Las altas potencias plantean la preocupación de la compatibilidad electromagnética y la interferencia de radiofrecuencia .

Ventajas

  • Conexiones protegidas: no hay corrosión cuando los componentes electrónicos están encerrados, lejos del agua o el oxígeno de la atmósfera. Menor riesgo de fallas eléctricas, como cortocircuitos, debido a fallas de aislamiento, especialmente cuando las conexiones se realizan o se interrumpen con frecuencia. [7]
  • Bajo riesgo de infección: en el caso de los dispositivos médicos integrados, la transmisión de energía a través de un campo magnético que pasa a través de la piel evita los riesgos de infección asociados con los cables que penetran la piel. [8]
  • Durabilidad: sin la necesidad de enchufar y desenchufar constantemente el dispositivo, hay significativamente menos desgaste en el enchufe del dispositivo y el cable de conexión. [7]
  • Mayor comodidad y calidad estética.
  • La carga inductiva automatizada de alta potencia de vehículos eléctricos permite eventos de carga más frecuentes y, en consecuencia, una ampliación de la autonomía de conducción.
  • Los sistemas de carga inductiva pueden funcionar automáticamente sin necesidad de que las personas los conecten y desconecten, lo que se traduce en una mayor fiabilidad.
  • El funcionamiento automático de la carga inductiva en las carreteras permite teóricamente que los vehículos funcionen indefinidamente. [9]

Desventajas

La carga por inducción (imagen de la izquierda) genera más calor residual que la del uso de un cable (imagen de la derecha).

Se han observado las siguientes desventajas para los dispositivos de carga inductiva de baja potencia (es decir, menos de 100 vatios) y es posible que no se apliquen a los sistemas de carga inductiva de vehículos eléctricos de alta potencia (es decir, más de 5 kilovatios). [ cita requerida ]

  • Carga más lenta: debido a la menor eficiencia, los dispositivos tardan un 15 por ciento más en cargarse cuando la energía suministrada es la misma. [10]
  • Más costoso: la carga inductiva también requiere electrónica de accionamiento y bobinas tanto en el dispositivo como en el cargador, lo que aumenta la complejidad y el costo de fabricación. [11] [12]
  • Inconveniente: cuando un dispositivo móvil está conectado a un cable, se puede mover (aunque en un rango limitado) y operar mientras se carga. En la mayoría de las implementaciones de carga inductiva, el dispositivo móvil debe dejarse sobre una plataforma para cargar y, por lo tanto, no se puede mover ni operar fácilmente mientras se carga. Con algunos estándares, la carga se puede mantener a distancia, pero solo sin nada presente entre el transmisor y el receptor. [7]
  • Estándares compatibles: no todos los dispositivos son compatibles con distintos cargadores inductivos. Sin embargo, algunos dispositivos han comenzado a admitir múltiples estándares. [13]

La ineficiencia tiene otros costos además de los tiempos de carga más largos. Los cargadores inductivos producen más calor residual que los cargadores con cable, lo que puede afectar negativamente la longevidad de la batería. [14] [ se necesita una mejor fuente ] Un análisis amateur de 2020 del uso de energía realizado con un Pixel 4 descubrió que una carga con cable de 0 a 100 por ciento consumía 14,26 Wh ( vatios-hora ), mientras que un soporte de carga inalámbrica usaba 19,8 Wh, un aumento del 39%. El uso de una plataforma de carga inalámbrica de marca genérica y la desalineación del teléfono produjeron un consumo de hasta 25,62 Wh, o un aumento del 80%. El análisis señaló que, si bien es poco probable que esto sea perceptible para las personas, tiene implicaciones negativas para una mayor adopción de la carga inalámbrica de teléfonos inteligentes. [15]

Los nuevos enfoques reducen las pérdidas de transferencia mediante el uso de bobinas ultradelgadas, frecuencias más altas y electrónica de accionamiento optimizada. Esto da como resultado cargadores y receptores más eficientes y compactos, lo que facilita su integración en dispositivos móviles o baterías con cambios mínimos necesarios. [16] [17] Estas tecnologías proporcionan tiempos de carga comparables a los enfoques cableados y rápidamente se están abriendo camino en los dispositivos móviles.

Seguridad

El aumento de los dispositivos de carga inductiva de alta potencia ha llevado a los investigadores a estudiar el factor de seguridad de los campos electromagnéticos (CEM) emitidos por bobinas inductoras de mayor tamaño. Con el reciente interés en la expansión de la carga inductiva de alta potencia con los coches eléctricos, han surgido un aumento de las preocupaciones sobre la salud y la seguridad. Para proporcionar una mayor distancia de cobertura, las personas necesitarían a cambio una bobina más grande para el inductor. Un coche eléctrico con un conductor de este tamaño necesitaría unos 300 kW de una batería de 400 V para emitir suficiente carga para cargar el vehículo. [ Aclaración necesaria ] Esta gran exposición a las ondas electromagnéticas de la piel de un ser humano podría resultar perjudicial si no se cumple en las condiciones adecuadas. Los límites de exposición pueden cumplirse incluso cuando la bobina transmisora ​​está muy cerca del cuerpo. [18]

Se han realizado pruebas para determinar cómo pueden afectar los órganos estos campos cuando se los expone a niveles bajos de frecuencia. Cuando se expone a varios niveles de frecuencia, se pueden experimentar mareos, destellos de luz u hormigueo en los nervios. A rangos más altos, también se puede experimentar calor o incluso ardor en la piel. La mayoría de las personas experimentan campos electromagnéticos bajos en la vida cotidiana. El lugar más común donde se experimentan estas frecuencias es con un cargador inalámbrico, generalmente en una mesita de noche ubicada cerca de la cabeza. [19] [ aclaración necesaria ]

Normas

Los estándares hacen referencia a los distintos sistemas operativos con los que son compatibles los dispositivos. Existen dos estándares principales: Qi y PMA. [13] Los dos estándares funcionan de manera muy similar, pero utilizan frecuencias de transmisión y protocolos de conexión diferentes. [13] Debido a esto, los dispositivos compatibles con un estándar no son necesariamente compatibles con el otro estándar. Sin embargo, existen dispositivos compatibles con ambos estándares.

  • Magne Charge , un sistema de carga inductiva en gran parte obsoleto, también conocido como J1773, utilizado para cargar vehículos eléctricos de batería (BEV) anteriormente fabricados por General Motors.
  • La norma emergente SAE J2954 permite la carga inductiva de automóviles a través de una plataforma, con un suministro de potencia de hasta 11 kW. [20]
  • Qi , un estándar de interfaz desarrollado por el Wireless Power Consortium para la transferencia de energía eléctrica inductiva. En julio de 2017, era el estándar más popular del mundo, con más de 200 millones de dispositivos que lo soportaban.
  • Alianza AirFuel:
    • En enero de 2012, el IEEE anunció el inicio de la Power Matters Alliance (PMA) en el marco de las Conexiones Industriales de la IEEE Standards Association (IEEE-SA). La alianza se formó para publicar un conjunto de estándares para la energía inductiva que sean seguros y energéticamente eficientes, y tengan una gestión inteligente de la energía. La PMA también se centrará en la creación de un ecosistema de energía inductiva [21].
    • Rezence fue un estándar de interfaz desarrollado por la Alliance for Wireless Power (A4WP).
    • A4WP y PMA se fusionaron en AirFuel Alliance en 2015. [22]

Dispositivos electrónicos

Los teléfonos inteligentes plegables Samsung Galaxy Z tienen tecnología “Wireless PowerShare”.

Muchos fabricantes de teléfonos inteligentes han comenzado a incorporar esta tecnología a sus dispositivos, la mayoría de ellos adoptando el estándar de carga inalámbrica Qi . Los principales fabricantes, como Apple y Samsung, producen muchos modelos de sus teléfonos en grandes cantidades con capacidades Qi. La popularidad del estándar Qi ha llevado a otros fabricantes a adoptarlo como su propio estándar. [23] Los teléfonos inteligentes se han convertido en la fuerza impulsora de esta tecnología que ingresa a los hogares de los consumidores, donde se han desarrollado muchas tecnologías domésticas para utilizarla.

Samsung y otras empresas han comenzado a explorar la idea de la "carga de superficie", construyendo una estación de carga inductiva en una superficie entera, como un escritorio o una mesa. [23] Por el contrario, Apple y Anker están impulsando una plataforma de carga basada en bases. Esto incluye almohadillas y discos de carga que ocupan mucho menos espacio. Están orientados a los consumidores que desean tener cargadores más pequeños que se ubiquen en áreas comunes y se integren con la decoración actual de su hogar. [23] Debido a la adopción del estándar Qi de carga inalámbrica, cualquiera de estos cargadores funcionará con cualquier teléfono siempre que sea compatible con Qi. [23]

Otro desarrollo es la carga inalámbrica inversa , que permite que un teléfono móvil descargue de forma inalámbrica su propia batería en otro dispositivo. [24]

Ejemplos

Un iPhone X cargándose mediante un cargador inalámbrico
Transferencia de energía inalámbrica desde el cargador inductivo al teléfono Deutsche Telekom T Phone Pro 5G
  • Los cepillos de dientes recargables Oral-B de la empresa Braun utilizan carga inductiva desde principios de los años 90.
  • En el Consumer Electronics Show (CES) de enero de 2007, Visteon presentó su sistema de carga inductiva para uso en vehículos que podía cargar únicamente teléfonos celulares especialmente diseñados para este fin en reproductores MP3 con receptores compatibles. [25]
  • 28 de abril de 2009: IGN informó sobre una estación de carga inductiva Energizer para el control remoto de Wii. [26]
  • En el CES de enero de 2009, Palm, Inc. anunció que su nuevo teléfono inteligente Pre estaría disponible con un accesorio de carga inductiva opcional, el "Touchstone". El cargador venía con una placa posterior especial que se convirtió en estándar en el modelo Pre Plus posterior anunciado en el CES de 2010. Esto también se incluyó en los teléfonos inteligentes Pixi, Pixi Plus y Veer 4G posteriores. En el momento de su lanzamiento en 2011, la desafortunada tableta Touchpad de HP (después de la adquisición de Palm Inc. por parte de HP) tenía una bobina Touchstone incorporada que funcionaba como antena para su función Touch to Share similar a NFC. [16] [27] [28]
  • 24 de marzo de 2012: Samsung lanzó el Galaxy S3 , que admite un accesorio de cubierta posterior opcional, incluido en su “Kit de carga inalámbrica” separado.
  • Nokia anunció el 5 de septiembre de 2012 los modelos Lumia 920 y Lumia 820 , que soportan respectivamente la carga inductiva integrada y la carga inductiva con un accesorio posterior.
  • 15 de marzo de 2013: Samsung lanzó el Galaxy S4 , que admite carga inductiva con una cubierta posterior accesoria.
  • 26 de julio de 2013: Google y ASUS lanzaron el Nexus 7 2013 Edition con carga inductiva integrada.
  • 9 de septiembre de 2014: Apple anunció el Apple Watch (lanzado el 24 de abril de 2015), que utiliza carga inductiva inalámbrica.
  • 27 de agosto de 2017: Wärtsilä afirmó haber puesto en funcionamiento una instalación piloto a gran escala con 1,6 MW y una distancia de 500 mm entre las bobinas de tierra y de a bordo para cargar un ferry híbrido eléctrico en operación comercial; la prueba piloto duró un año. [29]
  • 12 de septiembre de 2017: Apple anunció la base de carga inalámbrica AirPower . Se suponía que sería capaz de cargar un iPhone , un Apple Watch y AirPods simultáneamente; sin embargo, el producto nunca se lanzó. El 12 de septiembre de 2018, Apple eliminó la mayoría de las menciones de AirPower de su sitio web y el 29 de marzo de 2019, canceló el producto por completo. [30]

Dispositivos Qi

Base de carga inalámbrica utilizada para cargar dispositivos con el estándar Qi
  • Nokia lanzó dos teléfonos inteligentes ( Lumia 820 y Lumia 920 ) el 5 de septiembre de 2012, que cuentan con carga inductiva Qi. [31]
  • Google y LG lanzaron el Nexus 4 en octubre de 2012, que admite la carga inductiva mediante el estándar Qi.
  • Motorola Mobility lanzó sus Droid 3 y Droid 4 , ambos con soporte opcional para el estándar Qi.
  • El 21 de noviembre de 2012, HTC lanzó el Droid DNA , que también es compatible con el estándar Qi.
  • 31 de octubre de 2013 Google y LG lanzaron el Nexus 5 , que admite carga inductiva con Qi.
  • 14 de abril de 2014 Samsung lanzó el Galaxy S5 que admite la carga inalámbrica Qi con un receptor o respaldo de carga inalámbrica.
  • El 20 de noviembre de 2015 Microsoft lanzó los Lumia 950 XL y Lumia 950 que admiten la carga con el estándar Qi.
  • 22 de febrero de 2016 Samsung anunció sus nuevos buques insignia Galaxy S7 y S7 Edge, que utilizan una interfaz que es casi la misma que la Qi. El Samsung Galaxy S8 y el Samsung Galaxy Note 8 lanzados en 2017 también cuentan con tecnología de carga inalámbrica Qi.
  • 12 de septiembre de 2017 Apple anunció que el iPhone 8 y el iPhone X contarían con carga inalámbrica estándar Qi. Los modelos 2020 denominaron esta capacidad MagSafe con imanes añadidos.

Muebles

  • Ikea tiene una serie de muebles de carga inalámbrica que soportan el estándar Qi.

Doble estándar

  • 3 de marzo de 2015: Samsung anunció sus nuevos teléfonos insignia Galaxy S6 y S6 Edge con carga inductiva inalámbrica a través de cargadores compatibles con Qi y PMA . Todos los teléfonos de las líneas Samsung Galaxy S y Note posteriores al S6 son compatibles con la carga inalámbrica.
  • 6 de noviembre de 2015 BlackBerry lanzó su nuevo buque insignia BlackBerry Priv , el primer teléfono BlackBerry que admite la carga inductiva inalámbrica a través de cargadores compatibles con Qi y PMA .

Investigación y otros

  • Sistemas de Transferencia de Energía Transcutánea (TET) en corazones artificiales y otros dispositivos implantados quirúrgicamente.
  • En 2006, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts informaron que habían descubierto una forma eficiente de transferir energía entre bobinas separadas por unos pocos metros. El equipo, dirigido por Marin Soljačić , teorizó que podrían extender la distancia entre las bobinas agregando resonancia a la ecuación. El proyecto de energía inductiva del MIT, llamado WiTricity , utiliza una bobina curva y placas capacitivas. [32] [33]
  • En 2012 se inauguró el museo privado ruso Grand Maket Rossiya, que exhibe modelos de automóviles con carga inductiva.
  • A partir de 2017, Disney Research ha estado desarrollando e investigando la carga inductiva a escala de habitación para múltiples dispositivos.

Transporte

Un modelo de camión propulsado por radio en el museo Grand Maket Rossiya

La transferencia de energía inalámbrica de vehículos eléctricos o la carga inalámbrica generalmente se divide en tres categorías: carga estacionaria cuando el vehículo está estacionado durante un período prolongado de tiempo; carga dinámica cuando el vehículo se conduce por carreteras o autopistas; y carga cuasidinámica o semidinámica, cuando el vehículo se mueve a bajas velocidades entre paradas, [34] : 847  por ejemplo, cuando un taxi conduce lentamente en una parada de taxis. [35] La carga inductiva no se considera una tecnología de carga dinámica madura, ya que proporciona la menor potencia de las tres tecnologías de carreteras eléctricas , sus receptores pierden entre el 20% y el 25% de la potencia suministrada cuando se instalan en camiones y sus efectos sobre la salud aún no se han documentado, según un grupo de trabajo del gobierno francés sobre carreteras eléctricas . [36] El Ministerio de Economía alemán, BMWK, probó la infraestructura de Electreon en 2023 con un autobús equipado con bobinas inductivas que reciben energía de una franja de 200 metros de transmisores debajo de la superficie de la carretera. Los receptores pudieron recolectar el 64,3% de la energía emitida por los transmisores. La instalación resultó compleja y costosa, y encontrar ubicaciones adecuadas para los gabinetes de energía de las bobinas al costado de la carretera resultó difícil. [37]

Carga estacionaria

En un sistema de carga inductiva, un devanado se fija a la parte inferior del coche y el otro permanece en el suelo del garaje. [38] La principal ventaja del método inductivo para la carga de vehículos es que no hay posibilidad de descarga eléctrica , ya que no hay conductores expuestos, aunque los enclavamientos, los conectores especiales y los RCD (interruptores de falla a tierra o GFI) pueden hacer que el acoplamiento conductivo sea casi tan seguro. Un defensor de la carga inductiva de Toyota sostuvo en 1998 que las diferencias de costo generales eran mínimas, mientras que un defensor de la carga conductiva de Ford sostuvo que la carga conductiva era más rentable. [39]

A partir de 2010, los fabricantes de automóviles manifestaron su interés en la carga inalámbrica como otro elemento de la cabina digital . En mayo de 2010, la Asociación de Electrónica de Consumo creó un grupo para establecer una base de interoperabilidad para los cargadores. En una señal del camino que queda por delante, un ejecutivo de General Motors preside el grupo de trabajo de normalización. Los directivos de Toyota y Ford dijeron que también están interesados ​​en la tecnología y en el esfuerzo de normalización. [40]

Sin embargo, el director de Movilidad del Futuro de Daimler, el profesor Herbert Kohler, ha expresado cautela y ha dicho que la carga inductiva para vehículos eléctricos está al menos a 15 años de distancia (a partir de 2011) y los aspectos de seguridad de la carga inductiva para vehículos eléctricos aún deben analizarse con mayor detalle. Por ejemplo, ¿qué sucedería si alguien con un marcapasos está dentro del vehículo? Otro inconveniente es que la tecnología requiere una alineación precisa entre el sensor inductivo y la instalación de carga. [41]

En noviembre de 2011, el alcalde de Londres , Boris Johnson , y Qualcomm anunciaron una prueba de 13 puntos de carga inalámbrica y 50 vehículos eléctricos en el área de Shoreditch de Tech City de Londres , que se implementaría a principios de 2012. [42] [43] En octubre de 2014, la Universidad de Utah en Salt Lake City , Utah, agregó un autobús eléctrico a su flota de transporte público que utiliza una placa de inducción al final de su ruta para recargarse. [44] UTA , la agencia regional de transporte público, planeó introducir autobuses similares en 2018. [45] En noviembre de 2012 se introdujo la carga inalámbrica con 3 autobuses en Utrecht , Países Bajos. En enero de 2015, se introdujeron ocho autobuses eléctricos en Milton Keynes, Inglaterra, que utiliza carga inductiva en la carretera con tecnología proov/ipt en cada extremo del viaje para prolongar las cargas nocturnas. [46] Más tarde siguieron rutas de autobús en Bristol, Londres y Madrid.

Carga dinámica

Se considera generalmente que el primer prototipo funcional de un vehículo eléctrico que se carga de forma inalámbrica mientras se conduce, lo que se conoce como "carga inalámbrica dinámica" o "transferencia de energía inalámbrica dinámica", se desarrolló en la Universidad de California, Berkeley en los años 1980 y 1990. El primer sistema de carga inalámbrica dinámica comercializado, Online Electric Vehicle (OLEV), fue desarrollado ya en 2009 por investigadores del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST). [34] : 848  Los vehículos que utilizan el sistema obtienen energía de una fuente de energía debajo de la superficie de la carretera, que es una serie de rieles o bobinas inductivas. [47] [48] Los esfuerzos de comercialización de la tecnología no han tenido éxito debido a los altos costos, [49] y su principal desafío técnico es la baja eficiencia. [50] : 57  A partir de 2021, empresas y organizaciones como Vedecom, [51] Magment, Electreon e IPT están desarrollando tecnologías de carga dinámica de bobinas inductivas. [52] IPT también está desarrollando un sistema que utiliza rieles inductivos en lugar de bobinas, ya que los estándares actuales que utilizan bobinas son "extremadamente caros" para la carga dinámica, según el CEO de IPT. [53]

Investigación y desarrollo

Actualmente se está trabajando y experimentando para diseñar esta tecnología para su aplicación en vehículos eléctricos. Esto podría implementarse mediante el uso de una ruta predefinida o conductores que transferirían energía a través de un espacio de aire y cargarían el vehículo en una ruta predefinida, como un carril de carga inalámbrica. [54] Los vehículos que podrían aprovechar este tipo de carril de carga inalámbrica para ampliar el alcance de sus baterías de a bordo ya están en la carretera. [54] Algunos de los problemas que actualmente impiden que estos carriles se generalicen es el costo inicial asociado con la instalación de esta infraestructura que beneficiaría solo a un pequeño porcentaje de los vehículos que actualmente están en la carretera. Otra complicación es el seguimiento de la cantidad de energía que cada vehículo estaba consumiendo/extrayendo del carril. Sin una forma comercial de monetizar esta tecnología, muchas ciudades ya han rechazado los planes de incluir estos carriles en sus paquetes de gastos de obras públicas. [54] Sin embargo, esto no significa que los automóviles no puedan utilizar la carga inalámbrica a gran escala. Ya se están dando los primeros pasos comerciales con alfombrillas inalámbricas que permiten cargar vehículos eléctricos sin una conexión con cable mientras están estacionados en una alfombrilla de carga. [54] Estos proyectos a gran escala han traído consigo algunos problemas que incluyen la producción de grandes cantidades de calor entre las dos superficies de carga y pueden causar un problema de seguridad. [55] Actualmente, las empresas están diseñando nuevos métodos de dispersión de calor para combatir este exceso de calor. Estas empresas incluyen a la mayoría de los principales fabricantes de vehículos eléctricos, como Tesla , Toyota y BMW . [56]

Efectos sobre la superficie de la carretera

Se ha descubierto que la infraestructura de carga inductiva aumenta la aparición de grietas reflectantes en las superficies de las carreteras . [50] : 64  [57] Las pruebas de varios materiales de unión entre las bobinas inductivas y el asfalto mostraron que las técnicas de instalación estándar de bobinas inductivas debajo del asfalto no eran satisfactorias y daban lugar a tensiones críticas. El rendimiento fue satisfactorio con el uso de resinas de unión específicas, con una degradación no crítica del rendimiento en comparación con los pavimentos de referencia sin bobinas inductivas. A pesar de los resultados satisfactorios, incluso los métodos de mejor rendimiento mostraron riesgo de desprendimiento. [58]

Ejemplos

Plataforma de carga de 200 kW para autobuses, 2020 Bombardier Transportation .
  • EPCOT Universe of Energy está equipado con "bancos" de teatro móviles, que llevan a los pasajeros/espectadores a través de la exhibición. Son autopropulsados ​​y se recargan por inducción cuando están en reposo. [59] Esta exhibición con la tecnología de recarga estuvo en funcionamiento alrededor de 2003.
  • Hughes Electronics desarrolló la interfaz Magne Charge para General Motors . El automóvil eléctrico General Motors EV1 se cargaba insertando una paleta de carga inductiva en un receptáculo del vehículo. General Motors y Toyota acordaron esta interfaz y también se utilizó en los vehículos Chevrolet S-10 EV y Toyota RAV4 EV .
  • En septiembre de 2015 Audi Wireless Charging (AWC) presentó un cargador inductivo de 3,6 kW [60] durante el 66º Salón Internacional del Automóvil (IAA) 2015.
  • 17 de septiembre de 2015 Bombardier-Transportation PRIMOVE presentó un cargador de 3,6 kW para automóviles, [61] desarrollado en la planta de Mannheim, Alemania. [62]
  • Transport for London ha introducido la carga inductiva en una prueba para autobuses de dos pisos en Londres. [63]
  • La carga inductiva Magne Charge se empleó en varios tipos de vehículos eléctricos alrededor de 1998, pero se suspendió [64] después de que la Junta de Recursos del Aire de California seleccionara la interfaz de carga conductiva SAE J1772-2001 , o " Avcon ", [65] para vehículos eléctricos en California en junio de 2001. [66]
  • En 1997 Conductix Wampler comenzó con la carga inalámbrica en Alemania, en 2002 20 autobuses comenzaron a operar en Turín con 60 kW de carga. En 2013 la tecnología IPT fue comprada por Proov. En 2008 la tecnología ya se utilizó en la casa del futuro en Berlín con Mercedes Clase A. Más tarde Evatran también comenzó el desarrollo de Plugless Power , un sistema de carga inductiva que afirma ser el primer sistema de carga de proximidad, manos libres y sin enchufes del mundo para vehículos eléctricos . [67] Con la participación del municipio local y varias empresas, se iniciaron las pruebas de campo en marzo de 2010. El primer sistema se vendió a Google en 2011 para uso de los empleados en el campus de Mountain View. [68]
  • Evatran comenzó a vender el sistema de carga inalámbrica Plugless L2 al público en 2014. [69]
  • En enero de 2019, Volvo Group invirtió en Momentum Dynamics, un especialista en carga inalámbrica con sede en Estados Unidos. [70] Volvo y Momentum Dynamics ejecutarán un proyecto piloto de tres años, que comenzará en 2022, para la carga inalámbrica de taxis eléctricos en las paradas de taxis. [71]
  • BRUSA Elektronik AG, empresa especializada en el desarrollo y suministro de vehículos eléctricos, ofrece un módulo de carga inalámbrica denominado ICS con una potencia de 3,7 kW. [72]
  • Una asociación entre Cabonline, Jaguar, Momentum Dynamics y Fortum Recharge está lanzando una flota de taxis con carga inalámbrica en Oslo, Noruega. La flota consta de 25 SUV Jaguar I-Pace equipados con plataformas de carga inductiva con una potencia nominal de entre 50 y 75 kW. Las plataformas utilizan un acoplamiento inductivo resonante que funciona a 85 Hz para mejorar la eficiencia y el alcance de la carga inalámbrica. [73]
  • El 3 de febrero de 2022, Hyundai Motor Group desarrolló un sistema de carga inalámbrica para vehículos eléctricos que utiliza el principio de inducción magnética. [74] La energía se transmite al vehículo a través de la resonancia entre la almohadilla magnética en la parte inferior del espacio de carga y la almohadilla magnética en la parte inferior del vehículo. La energía transmitida se almacena en la batería a través de un convertidor en el sistema del vehículo. Se aplicó a modo de prueba en la estación de carga de vehículos eléctricos Genesis Motor ubicada en Corea del Sur. [75]

Implicaciones médicas

La carga inalámbrica está teniendo un impacto en el sector médico al permitir cargar implantes y sensores a largo plazo ubicados debajo de la piel. Varias empresas ofrecen implantes médicos recargables (por ejemplo, neuroestimuladores implantables) que utilizan carga inductiva. Los investigadores han podido imprimir antenas de transmisión de energía inalámbrica en materiales flexibles que podrían colocarse debajo de la piel de los pacientes. [55] Esto podría significar que los dispositivos subcutáneos que podrían monitorear el estado del paciente podrían tener una vida útil más prolongada y proporcionar períodos de observación o monitoreo prolongados que podrían conducir a un mejor diagnóstico por parte de los médicos. Estos dispositivos también pueden hacer que la carga de dispositivos como los marcapasos sea más fácil para el paciente en lugar de tener una parte expuesta del dispositivo empujando a través de la piel para permitir la carga con cable. Esta tecnología permitiría un dispositivo completamente implantado, lo que lo haría más seguro para el paciente. No está claro si esta tecnología será aprobada para su uso; se necesita más investigación sobre la seguridad de estos dispositivos. [55] Si bien estos polímeros flexibles son más seguros que los conjuntos de diodos estriados, pueden ser más susceptibles a rasgarse durante la colocación o la extracción debido a la naturaleza frágil de la antena que está impresa en el material plástico. Si bien estas aplicaciones médicas parecen muy específicas, la transferencia de energía de alta velocidad que se logra con estas antenas flexibles se está estudiando para aplicaciones más amplias. [55]

Véase también

Referencias

  1. ^ ab Carga inalámbrica: el estado de la desunión
  2. ^ abcdefg Treffers, Menno (2015). "Historia, estado actual y futuro del Wireless Power Consortium y la especificación de interfaz Qi". Revista IEEE Circuits and Systems . Vol. 15, núm. 2. págs. 28–31. doi :10.1109/mcas.2015.2418973.
  3. ^ US527857A, Maurice Hutin y Maurice Leblanc, "SISTEMA DE TRANSFORMADORES PARA FERROCARRILES ELÉCTRICOS", publicado el 23 de octubre de 1894 
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  • Torre Tesla – Carga inductiva en el año 1900
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