El Laboratorio Nacional de Oak Ridge se encuentra en un nuevo tipo de material que se puede utilizar para transmitir potencia a frecuencias más altas. El equipo para que funcione debe escalar su sistema de carga inalámbrica a 120 kilovatios para vehículos eléctricos para cumplir con la meta del Departamento de Energía de EE. UU.
Los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge en Tennessee han desarrollado una tecnología de carga inalámbrica que, según dicen, podría llenar un auto eléctrico típico en menos de una hora. Esto representa una mejora de seis veces con respecto a un sistema de carga inalámbrica similar que anunciaron en 2016. La tecnología de carga de EV sin enchufe, informan, ahora se está modificando para aplicaciones comerciales, incluso para camiones de entrega.
El equipo no está listo, dice Burak Ozpineci, líder del grupo de Electrónica de Potencia y Maquinaria Eléctrica de Oak Ridge. Dice que están trabajando para alcanzar la meta más grande establecida por el Departamento de Energía de los EE. UU. (DoE, por sus siglas en inglés) para crear una cartera de sistemas rápidos, seguros y fáciles de cargar vehículos eléctricos, lo que, como lo establece el mandato del DoE para 2016 , acelerar la adopción de vehículos eléctricos en los Estados Unidos “.
La idea es aumentar el rendimiento de potencia de su sistema actual en otro factor de tres, lo que hace que el tiempo total de carga de una batería de un vehículo eléctrico (EV) vacío sea inferior a 15 minutos. Todo sin necesidad de enchufar nada en el automóvil o hacer otra cosa que no sea conducir el EV a través de una placa de carga inalámbrica incrustada en el concreto.
El mandato del Departamento de Energía, dice Ozpineci, no especificaba si tales sistemas deberían ser cableados o inalámbricos. Pero agrega: “Nuestra experiencia está en el lado inalámbrico. Así que dijimos, vamos a hacer la parte inalámbrica “.
Mientras que los conceptos de los artistas de hoy en día representan bombas de EV similares a estaciones de llenado que dispensan un torrente de electrones como el petróleo 2.0, la carga de EV inalámbrica representa potencialmente una nueva fuente de combustible para automóviles. Al igual que la revolución de Internet inalámbrica de 20 a 30 años atrás, la energía EV inalámbrica podría cambiar más que la fuente de alimentación de un automóvil. Algunos futuristas han visto cómo la energía inalámbrica desempeña un papel en el surgimiento de la “ciudad inteligente” y la desaparición de la estación de servicio.
Figura 1. Estas bobinas inalámbricas y de potencia electrónica diseñadas por ORNL pueden transferir grandes cantidades de electricidad de manera segura a través del aire con una eficiencia del 97 por ciento.
Ozpineci dice que dos elementos son clave para un 97 por ciento de eficiencia, la tecnología de carga inalámbrica de 120 kilovatios, se relacionan con el material del que están hechos y la bobina que transmite y recibe la energía eléctrica. Presentaron detalles, que pronto se publicarán en la base de datos IEEE Xplore.
“Transmitir energía inalámbrica de una unidad de piso a una unidad receptora de energía en un EV, separado por unas seis pulgadas de aire libre, significa que los campos eléctricos y magnéticos de la bobina oscilan rápidamente, lo que induce un comportamiento similar en la bobina receptora en el EV. En términos prácticos”, dice Ozpineci, “eso significa bombear 120 kilovatios a través de corrientes oscilantes a unos 22.000 ciclos por segundo (es decir, 22 kilohercios)”.
“El problema suele ser que tenemos dispositivos de silicona que cuando vamos a niveles de potencia más altos, no se pueden ejecutar a frecuencias de conmutación más altas”, dice. “A 10 kW, puede conmutar a 20 kHz. Pero cuando sube a 100 kW y más, tiene que reducir su frecuencia de conmutación, debido a problemas térmicos, debido a la respuesta del dispositivo, debido a una serie de cosas “.
Figura 2. Esta bobina bombea 120 kilovatios de potencia produciendo corrientes oscilantes a unos 22,000 ciclos por segundo.
Pero la transferencia de niveles de potencia más altos a una alta eficiencia exige frecuencias de conmutación más altas. Por lo tanto, esto significa efectivamente cambiar el silicio por carburo de silicio más robusto (y más caro) y fortalecer las bobinas en los extremos de envío y recepción del intercambio de energía.
El modelo 3 de Tesla también utiliza electrónica de carburo de silicio, dice Ozpineci. Por lo tanto, la confianza de la tecnología de Oak Ridge en el material no tiene precedentes en los sistemas EV. Por otro lado, admiten que su bobina de 100 libras (45 kilogramos) necesita un poco de refinamiento y optimización antes de poder ser escalada en un diseño de calidad de producción.
Luego, deben producir tres veces más energía de su diseño para alcanzar el objetivo de 350 a 400 kW del Departamento de Energía. Ozpineci dice que es un trabajo en progreso, pero sospecha que tendrá que haber múltiples módulos de potencia en cualquier supercargador inalámbrico de 350 kW o más.
Figura 3. La electrónica de potencia administra el flujo de electricidad entre los componentes que conforman un nuevo sistema de carga inalámbrica construido por el Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
“Podemos usar módulos de potencia única”, dice de la unidad actual de 120 kW. “Estamos en el límite o casi en el límite de estos módulos de potencia. Cuando vaya a algo más allá de eso, tendremos que paralizar estos módulos o tendremos dos inversores en paralelo. Y cuando haces eso, tienes muchos más desafíos para ejecutar estas cosas en sincronización ”.
Ozpineci dice que su grupo también está trabajando en un estudio de viabilidad de la llamada carga dinámica EV, en la que los cables incrustados en una superficie de la carretera pueden cargar un automóvil mientras conduce por esa carretera.
“Muchos grupos en el mundo lo han mirado, pero la mayoría lo han buscado por un poder más bajo”, dice. “Como 20 kW. Pero no nos estamos limitando a los 20 kW . ¿Necesitamos 100 kW , necesitamos 120 kW , necesitamos más? Independientemente de los resultados que obtengamos de esto, el DoE podría financiar una demostración ”.
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Traducido de: spectrum.ieee.org
