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Los vehículos eléctricos están transformando el modo en que vemos la movilidad. Hace unos años el mito de la falta de autonomía todavía frenaba las ventas, pero el aumento de la densidad energética y la eficiencia de los motores pone al coche eléctrico en competencia directa con el de combustión.

Paralelamente, contexto de la recarga también está mejorando. Fuera de casa las electrolineras comienzan a normalizarse, y surgen nuevas tecnologías que permitirán en el futuro recargar los vehículos inalámbricamente mientras circulamos.

¿Se puede cargar un vehículo eléctrico mientras circula?

Sobresimplificando mucho el esquema de un vehículo eléctrico, el motor gira debido a la diferencia de potencial que le llega desde la batería. A mayor diferencia de potencial, más velocidad o potencia. Para desplazarnos entre grandes velocidades a baja potencia o altas potencias a bajas velocidades está el regulador de potencia. Este es capaz de aumentar el par del motor reduciendo revoluciones.

El motor de un vehículo eléctrico puede funcionar conectado a la red

Podemos trastear en nuestra casa usando una pila corriente y un pequeño motor eléctrico de algún dispositivo viejo. Si cambiamos a una pila de mayor voltaje, el motor va más rápido. Si agregamos pilas, también, hasta alcanzar el máximo de revoluciones por minuto (rpm).

Al motor eléctrico no le preocupa de dónde provenga la energía, si de una batería o dos, y la red eléctrica puede considerarse como una gigantesca batería ubicua. Esto significa que en su momento podremos conectar el vehículo eléctrico a la red para hacerlo avanzar.

La electricidad de la red trabaja en alterna a 230V mientras que el motor del coche eléctrico necesita energía en continua a 330V. Para pasar de un tipo de flujo a otro y cargar la batería, vehículos como el Citroën C-Zero hacen uso de un transformador y un inversor. La combinación de estos dos elementos da como resultado energía aprovechable para el coche.

Esto podría hacerse sobre la marcha, pero conducir con un vehículo conectado a la red eléctrica plantea un problema de conexiones. Si necesitamos que el circuito del coche esté entroncado al de la red, ¿cómo hago para que los cables no se rompan?

El pantógrafo como solución para vehículos pesados

La idea de vehículos conectados perpetuamente a la red eléctrica no es nueva. Los tranvías de mediados del siglo XIX habían dejado atrás el tiro por caballos y se habían electrificado. Durante unas décadas convivieron varios sistemas de conexión, de los que finalmente sobrevivió el pantógrafo.

El pantógrafo conecta el motor eléctrico con los dos bornes

Uno de los primeros modos para conectar el vehículo a la red eléctrica era el sistema de tres rieles, pero resultaba peligroso si alguien caía a ellas porque hacía cortocircuito. Por otro lado, el pantógrafo separaba el borne de potencial positivo del negativo. Si alguna vez has subido a un tren, lo has visto:

 

Esta idea se ha usado en todo tipo de locomoción por carril: tranvía, ferrocarril, metro, e incluso autopistas. En agosto de 2017 Alemania estrenó su primer tramo de autopista con pantógrafo para vehículos pesados: la eHighway. A su paso por el estado federal de Hessia, 10 kilómetros de la autobahn están sembrados con postes eléctricos.

La eHighway es una autopista de 10 km electrificada

Estos sostienen largas estructuras horizontales de las que cuelga un tendido eléctrico que acompaña a la autopista. A diferencia de los pantógrafos tradicionales o los sistemas de tres rieles, estos pantógrafos son bastante anchos. El motivo es que la doble catenaria usada se encuentra localizada en paralelo y separada una distancia prudencial.

Los camiones extienden el pantógrafo, que toca los dos bornes de la catenaria, y la electricidad atraviesa el regulador de potencia para viajar directamente al motor. Por supuesto, esta también puede recargar la batería. Gracias a este sistema los camiones pueden viajar a 90 km/h con cero emisiones.

Este tipo de experimentos va a cambiar el modo en que se mueven las materias primas alrededor del mundo porque los camiones no necesitan parar a recargar su batería. Tampoco necesitan desviarse en busca de una electrolinera o invertir tiempo en ella. Solo circular.

El sistema abierto, que también se ha instalado en la ciudad de Hamburgo bajo el nombre de eBus a lo largo de 7 km, es perfecto para vehículos de mucho gálibo. Pero los turismos no pueden extender un pantógrafo de dos o tres metros. Necesitan una solución más cercana a ellos, y esta se encuentra en el suelo.

¿Cómo funciona la recarga por inducción?

El mismo sistema de carga por inducción de los móviles podrá usarse para vehículos eléctricos

Si lo de tener nuestra propia electrolinera en el garaje es una gran ventaja de los vehículos eléctricos que nos evita desplazamientos, imaginemos por un instante lo que supondría no tener que cargar nunca la batería. Que esta se recargarse por sí misma al circular. Es el análogo a que nuestro depósito térmico se llene él solo de gasolina cuando lo cogemos, y no es ciencia ficción.

En 2011 la Universidad Estatal de Utah empezó a investigar con sistemas de carga inalámbrica para vehículos eléctricos. Habían dejado atrás los circuitos de “tipo Scalextric”, que contaban con dos líneas paralelas empotradas en el suelo y que eran barridas por escobillas de cobre, para saltar a la inducción magnética.

Si tienes un teléfono móvil que carga mediante inducción, habrás comprobado que el sistema funciona. En la base de carga, conectada a la red eléctrica, hay enrollada una espira oculta por la que pasa electricidad. Una espira es un conductor cerrado y plano, generalmente en forma de círculo.

Algo como lo de arriba. Si hacemos pasar una intensidad de corriente I por esta espira cerrada, observaremos cómo surge un campo magnético inducido perpendicular e.

En el teléfono móvil, conectado a la batería, hay otra espira parecida que realiza la operación inversa: el campo magnético inducido por la corriente eléctrica de la base del cargador induce una corriente eléctrica secundaria.

Parece un trabalenguas, pero es sencillo: la corriente de la base genera una corriente a distancia en el móvil usando para ello un campo magnético. Es como si el campo magnético hiciese las veces de cable eléctrico, pero con las ventajas de no tener masa ni elementos móviles.

Así es como funciona la recarga inalámbrica de los vehículos como la diseñada por Qualcomm (arriba). La tecnología actual tiene como reto el cómo conseguir este resultado sin necesidad de mantener el vehículo detenido. Es posible. Veamos la ciencia implicada.

Recarga inalámbrica por inducción en carretera

La recarga inalámbrica por inducción necesita de un control preciso de la electrónica de potencia

El mismo principio de carga inalámbrica se puede aplicar a los vehículos eléctricos y las carreteras, con algunas particularidades como la aplicación de la Ley de Lenz. La hemos visto todos en el colegio, pero se nos ha olvidado. Esta ley física dice que si hay un campo magnético perpendicular a una espira y esta se mueve, se genera una corriente inducida en la espira.

Para traer esto al mundo real imaginemos una carretera capaz de emitir campos magnéticos hacia arriba. Para generarlos, bajo el asfalto habrá escondidas miles de espiras pequeñas conectadas a la red eléctrica. Cuando son alimentadas, miles de pequeños campos magnéticos surgen invisibles hasta toparse con el coche a cargar.

Ahora imaginemos también un Citroën C-Zero ligeramente modificado que lleve en su base una espira enrollada, un “alambre” que recorriese el perímetro del vehículo. Como del suelo surge un campo magnético y en el coche eléctrico en movimiento hay una espira, aparece una corriente inducida debido a la Ley de Lenz. ¿Y si la usamos para cargar la batería o mover el motor?

Arriba hemos visto que los camiones con pantógrafo podían hacer cualquiera de estas dos cosas o ambas a la vez gracias a la conexión física a la red eléctrica. La recarga inalámbrica por inducción en carreterafunciona de un modo parecido, pero usando campos magnéticos en lugar de pantógrafos.

En el futuro acudir a un punto de recarga será considerado absurdo

Estos son mucho más cómodos porque carecen de desgaste, pero requieren un control de la red eléctrica y de la electrónica de potencia mucho más preciso. Las espiras se van encendiendo unos metros antes de que pase el coche, y apagando a medida que este las deja atrás, para optimizar.

Gracias a este sistema será posible circular ad infinitum sin necesidad de detener el vehículo. De momento es solo una tecnología que trata de crear estándares y optimizar los recursos. Ya sabemos que funciona, y gobiernos como el surcoreano o el israelí están invirtiendo en este tipo de infraestructuras.

Es posible que en unos años podamos coger el vehículo eléctrico y olvidarnos de ir a una electrolinera o de instalar un punto de recarga doméstico o en el trabajo. Tener que acudir a un punto de carga nos resultará extraño porque será suficiente con dar una vuelta con el vehículo para cargar la batería.

Imágenes | Erich WestendarpeHighwayThepalerider2012Citroën