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Cargadores para buses eléctricos

Los sistemas de buses eléctricos para el transporte público están incorporando principalmente tecnologías conductivas, es decir, mediante el contacto de un conductor para la transferencia eléctrica. Sin embargo, es posible identificar en las principales ciudades de Europa varios programas pilotos utilizando tecnologías inductivas, (ZeEUS, 2016) (ZeEUS, 2018), es decir, transferencia eléctrica sin contacto y por medio de campos magnéticos.

Considerando el esquema operacional de buses del transporte público, la Figura 1 resume los esquemas de carga para tecnologías eléctricas: rápida o también conocido como de oportunidad; y lenta o semi-rápida, conocido como carga nocturna. Los esquemas de carga de oportunidad instalan la infraestructura (conductivo tipo pantógrafo o cargadores inductivos) en paraderos y los buses cargan electricidad a sus baterías mientras los pasajeros ingresan o se bajan del bus. Los esquemas de carga larga, o también conocido como nocturna, se instalan en los terminales de buses, donde las recargas ocurren durante la noche, cuando no se está en servicio o en horarios valles (BID, 2015). Cada esquema de carga y tecnología asociada presenta ventajas y desventajas.

Los esquemas de carga de oportunidad requieren buses con menor autonomía, menor capacidad en baterías, por lo que implica reducir los costos de inversión. Sin embargo, la circulación de los buses eléctricos queda confinado a donde existan paraderos con pantógrafos o sistemas inductivos, es decir, es poco flexible. Otro punto relacionado particularmente a los cargadores tipo pantógrafo es la disponibilidad de espacio público para su instalación pues requieren además de espacio para una subestación (ver Figura 1), a a disponibilidad de potencias elevadas para conectarse, a la aceptación social de este elemento en la ciudad que impacta el espacio público. De los tres (3) tipos de cargadores mencionados para buses, los sistemas inductivos son los menos utilizados ya que son tecnología en desarrollo y de alto costo.

Cargador tipo plug-in

El cargador tipo plug-in sigue siendo por lejos el cargador más popular y utilizado por los buses eléctricos en la actualidad. La mayor autonomía que presentan las baterías actuales y la poca accesibilidad a otros tipos de cargadores por parte de los operadores ayuda a la proliferación de esta tecnología.

Uno de los grandes avances que ha tenido la tecnología tipo plug-in es su estandarización hacia modelos compatibles con distintos modelos de fabricantes. En el inicio de su desarrollo, cada fabricante de cada país adoptaba una configuración del plug-in según los estándares que lo regían. El sistema de plug-in de carga rápida es el gran avance de la tecnología, la cual permite cargar el 80% de una batería en tan sólo 30 minutos, acortando los tiempos de 5[h] y 2[h] de sus predecesores.

La mayor ventaja de los sistemas plug-in es su utilización sencilla en los terminales de los buses. A diferencia de los cargadores tipo pantógrafo o por inducción, no requieren de espacio en la vía pública (en este caso paraderos) y su instalación no exige una gran obra civil. Los requerimientos de potencias dependerán de cuántos cargadores se instalen en un determinado terminal. El mercado ofrece cargadores tipo plug-in de 40 (kW), 80 (kW) a 150-200 (kW).

Figura 1 Cargador tipo enchufe o plug utilizado por empresa STP, sistema de transporte RED, Santiago, Chile (Reporte Minero, 2019).

Cargador tipo pantógrafo

Este tipo de cargador aún no tiene presencia masiva para el uso de buses eléctricos. Si bien se ofreció como una tecnología que permite gestionar la autonomía operacional de un bus con menor cantidad de baterías, lo que implica que es un bus con menor costo de inversión y más liviano, la velocidad con que se está avanzando en el desarrollo de baterías más eficientes, de menor peso y costo, ha implicado que los pantógrafos no sean la opción preferida. En general, la obra civil – eléctrica es más compleja, ya que requieren una cantidad de espacio en la vía pública para ser instalados, lo cual trae otros inconvenientes asociados a permisos, seguridad y aceptación de la sociedad.

En síntesis, el desarrollo de cargadores tipo pantógrafo es posible encontrar en la actualidad versiones de carga rápida, dispuestos en las paradas y con tiempos de carga entre 3 a 5 minutos, y de carga lenta, dispuestos en los terminales que cargan las baterías en 30 minutos. Este avance va de la mano con la mejora en las baterías para aceptar ciclos de carga rápida a lo largo de la vida útil del bus y de la oferta de OEMs que desarrollen buses que permitan carga por pantógrafo. Todo lo anterior permite configurar el sistema según el requerimiento del cliente en términos de “hacer a la medida” el bus eléctrico con más o menos capacidad de batería. Sin embargo, la implementación condice a recorridos fijos donde se instales estos pantógrafos, cuyas potencias van de los 150 a 350 (kW), incluso mayores.

Figura 2 Pantógrafo utilizado en ciudad de St Moritz, Suiza (TECVOLUCIÓN, 2017)

Cargador por inducción

El desarrollo y despliegue del cargador por inducción no ha crecido notriamente desde el 2014, donde se observa a un proveedor principal: Bombardier Primove, de origen alemán y que ha implementado del orden de 7 paradas de buses con tecnología de carga por inducción. Los modelos más eficientes de baterías permiten que la carga por inducción sea más rápida y eficiente aún. Cargadores inductivos tienen potencias entre 100 y 200 (kW).

El despliegue de esta tecnología requiere además que los buses eléctricos dispongan de este sistema para cargarse. Existen muy pocos OEMs que han lanzado modelos de buses eléctricos capaces de cargar con este tipo de tecnología inalámbrica. En el año 2014, la oferta era asociada al OEM Solaris, al 2018 es posible ver modelos de buses del fabricante Van Hool y Hess Swiss.

Una nueva aplicación para los cargadores por inducción ha sido desarrollada en Corea del Sur bajo el nombre de Online Electric Vehicle (OLEV, por sus siglas en inglés) por el Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST). Consiste en un vehículo eléctrico que se carga inalámbricamente mientras se mueve utilizando inducción electromagnética. Funciona utilizando una carretera segmentada de recarga que induce corriente en los módulos pick-up del vehículo. Esto elimina la necesidad de detener el bus en una estación de carga y no necesita de pantógrafo. El OLEV recibe la energía inalámbricamente a través de la aplicación de la tecnología "Campo magnético en forma de resonancia” (SMFIR por sus siglas en inglés)". El SMFIR es una nueva tecnología desarrollada por KAIST que permite a los vehículos eléctricos recibir electricidad inalámbricamente desde la superficie de la calle mientras se mueve. El bus recibirá 20 kHz y 100 kW (136 hp) de electricidad y una eficiencia de transmisión máxima del 85% mientras se mantenga una banda de aire de 17 cm entre la base del bus y la calle.

Figura 3 Cargador inductivo utilizado en ciudad de Brunswick, Alemania (Kane, 2014)

Referencias

Suh, N. S., Cho, D. C., & Rim, C. (2011). Design of On-Line Electric Vehicle. Daejeon, South Korea.

ZeEUS. (2016). ZeEUS eBus Report. An overview of electric buses in Europe. Zero Emission Urban Bus System.

BID. (2015). Apoyo al diseño de operaciones de mitigación de cambio climático. Estudio de alternativas para la implementación de autobuses eléctricos en Asunción. Banco Interamericado de Desarrollo.

ZeEUS. (2018). ZeEUS eBUs Report #2. An updated overview of electric buses in Europe. Zero Emission Urban Bus System.

TECVOLUCIÓN. (2017). Autobuses eléctricos que se recarguen durante las paradas. Obtenido de https://tecvolucion.com/autobuses-electricos-recargan-durante-paradas/

Kane, M. (2014). Brunswick gets first of five electric buses with wireless charging. Obtenido de INSIDE EVs: https://insideevs.com/photos/660462/brunswick-gets-first-of-five-electric-buses-with-wireless-charging/

Reporte Minero. (2019). RED suma nuevo electroterminal en Bajos de Mena. Obtenido de https://www.reporteminero.cl/noticia/noticias/2019/04/red-suma-nuevo-electroterminal-en-bajos-de-mena

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