Científicos de la Universidad de Stanford han diseñado un sistema inalámbrico de carga eléctrica para coches eléctricos que transmite la electricidad entre bobinas de metal. Los investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado un sistema de recarga de los automóviles eléctricos sin cables. Es un sistema de carga que utiliza campos magnéticos para transmitir de forma inalámbrica grandes corrientes eléctricas entre bobinas de metal colocadas a varios metros de distancia.
La autonomía de los vehículos eléctricos es uno de los problemas para su despegue. Esta nueva tecnología podría aumentar sustancialmente el tiempo de viaje sin necesidad de recarga, según afirman los investigadores.
La transferencia de energía inalámbrica se basa en una tecnología llamada de acoplamiento por resonancia magnética. Dos bobinas de cobre se sintonizan para resonar en la misma frecuencia natural. Una de ellas se instala bajo el asfalto, conectada a una corriente eléctrica. Las bobinas receptoras estarían colocadas en la parte inferior del coche.
El sistema de carga diseñado tiene una alta eficiencia. El objetivo a largo plazo de la investigación es el desarrollo de una carretera que permita que el vehículo eléctrico se cargue de forma inalámbrica a medida que circula por ella.
La nueva tecnología tiene el potencial de aumentar drásticamente la autonomía de los vehículos eléctricos y de este modo transformar el viaje por carretera, según los investigadores. Sus resultados se publican en la revista Applied Physics Letters (APL).
"Nuestra visión es que usted será capaz de conducir en cualquier carretera y cargar el coche", dijo Shanhui Fan, profesor asociado de ingeniería eléctrica. "Despliegue a gran escala que implican la modernización de la red de autopistas completa e incluso podría tener aplicaciones más allá del transporte".
Un sistema de carga “as-You-Drive superaría las limitaciones de carga actuales de los vehículos eléctricos. "Lo que hace este interesante concepto es que potencialmente podría conducir a una cantidad ilimitada de tiempo sin tener que recargar", dijo Richard Sassoon coautor del estudio APL, y director gerente del Clima Global de Stanford y el Proyecto de Energía (GCEP), que financió la investigación. "En realidad, podría tener más energía almacenada en su batería al final de su viaje que con la que usted comenzó."
La transferencia de energía inalámbrica se basa en una tecnología llamada de acoplamiento por resonancia magnética. Dos bobinas de cobre se sintonizan para resonar a la misma frecuencia natural – como dos copas de vino que vibran cuando una nota específica se canta. Las bobinas se colocan unos metros de distancia: una bobina está conectada a una corriente eléctrica, que genera un campo magnético que hace que resonar a la segunda bobina. Esto da como resultado la resonancia magnética y la transferencia invisible de energía eléctrica a través del aire desde la primera bobina de la bobina receptora.
"La transferencia inalámbrica de energía sólo se producirá si los dos resonadores están en sintonía", señaló Fan. "Los objetos sintonizados a diferentes frecuencias no se verá afectado."
En 2007, investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts utilizaron la resonancia magnética para encender una bombilla de 60 vatios. El experimento demostró que la energía podía ser transferida entre dos bobinas estacionarias, separadas aproximadamente 183 cm, incluso cuando los seres humanos y otros obstáculos se colocan en el medio.
"En el experimento del MIT, el campo magnético parecía no tener ningún impacto en las personas que se encontraban entre las bobinas," dijo Fan. "Eso es muy importante en términos de seguridad."
Fan y sus colegas se preguntaron si el sistema del MIT podría ser modificado para transferir 10 kilovatios de energía eléctrica a una distancia de 6,5 metros – suficiente para cargar un vehículo en movimiento a velocidades de autopista. La batería del coche proporcionaría un impulso adicional para la aceleración o la conducción cuesta arriba.
Para determinar la forma más eficiente para transmitir 10 kW de potencia para un coche de verdad, el equipo de Stanford creo modelos informáticos de los sistemas con placas de metal agregado a la bobina de diseño básico.
"El asfalto de la carretera, probablemente tendría poco efecto, pero los elementos metálicos en el cuerpo del coche puede alterar drásticamente los campos electromagnéticos", explicó Fan. "Por eso hicimos el estudio APL -. Para averiguar el esquema de transferencia óptima si los objetos metálicos de gran tamaño están presentes".
Con el uso de simulaciones matemáticas, los investigadores Xiaofang Yu y Sunil Sandhu encontraron la respuesta: Una bobina dobladas en un ángulo de 90 grados y unido a una placa de metal puede transferir 10 kilovatios de energía eléctrica a una bobina idéntica a 6,50 metros de distancia.
"Eso es lo suficientemente rápido para mantener una velocidad constante", dijo Fan. "Para cargar la batería del coche en la realidad se requerirán adaptaciones de las bobinas incrustadas en la carretera. Este esquema de transferencia inalámbrica tiene una eficiencia del 97 por ciento."
El futuro inalámbrico
Fan y sus colegas presentaron recientemente una solicitud de patente para su sistema inalámbrico. El siguiente paso es probarlo en el laboratorio y, finalmente, probar en condiciones reales de conducción. "Puede ser muy fiable la utilización de estas simulaciones por ordenador para predecir cómo se comportaría un dispositivo real", dijo Fan.
Los investigadores también quieren asegurarse de que el sistema no afectará a los conductores, pasajeros o a las decenas de microcomputadoras que llevan hoy día instalados los vehículos para el control de la dirección, la navegación, el aire acondicionado y otros muchos.
"Tenemos que determinar muy pronto que no se haga daño a las personas, los animales, la electrónica del coche o las tarjetas de crédito en su billetera", dijo Sven Beiker, director ejecutivo del Centro de Investigación Automotriz en Stanford (CARS). Aunque una eficiencia de transferencia de potencia del 97 por ciento es extremadamente alta, Beiker y sus colegas quieren estar seguros de que el 3 por ciento restante se pierde como calor y no como la radiación potencialmente perjudicial.
Algunos expertos prevén un sistema de transporte automatizado de la carretera donde los vehículos eléctricos sin conductor se cargan de forma inalámbrica con energía solar u otras fuentes de energía renovables.
Beiker, quien es co-autora del estudio APL, dijo que la tecnología inalámbrica podría algún día ayudar a la navegación GPS de los coches sin conductor. "El GPS tiene una precisión básica de 30-40 pies", dijo. "Te dice dónde se encuentra en el planeta, pero para mayor seguridad, usted quiere asegurarse de que su coche está en el centro de la pista." En el sistema propuesto, los campos magnéticos también se podrían utilizar para controlar la dirección, explicó. Puesto que las bobinas estarían en el centro del carril, podrían proporcionar un posicionamiento muy preciso sin coste adicional.
Los investigadores también han comenzado las conversaciones con Michael Lepech, profesor asistente de ingeniería civil y ambiental, para estudiar el diseño óptimo de los transmisores de firme y determinar si los metales y otras barras de refuerzo en el pavimento reducen la eficiencia.
"Tenemos la oportunidad de repensar la forma en que la energía eléctrica se suministra a nuestros coches, casas y dispositivos", dijo Fan. "Estamos acostumbrados a pensar en el suministro de energía en función de los cables y conectar las cosas en la pared. Imagina que en lugar de cables y enchufes, se puede transferir la energía a través del vacío. Nuestro trabajo es un paso en esa dirección".