- El equipo de investigación desarrolló un sistema de carga inalámbrica de 20 kW con una eficiencia del 98,51 %.
- La nueva tecnología tiene como objetivo eliminar la dependencia de los vehículos eléctricos autónomos de la carga manual.
- El equipo utilizó una aleación nanocristalina a base de hierro para resolver el problema del sobrecalentamiento y mejorar la eficiencia de carga.
- La tecnología puede aplicarse a diversos vehículos automatizados, impulsándola hacia la producción comercial.
Un equipo de investigación conjunto de China y el Reino Unido ha desarrollado un sistema de carga inalámbrica de 20 kW diseñado para vehículos de nueva energía, superando las barreras críticas de calor y eficiencia en la transferencia de energía por inducción. Este sistema de carga inalámbrica de 20 kilovatios alcanzó una eficiencia sin precedentes del 98,51 %. La investigación fue liderada por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales de Dongguan, perteneciente a la Academia China de Ciencias (CAS), en colaboración con el Instituto de Física de la Academia China de Ciencias, la Universidad de la Ciudad de Hong Kong y la Universidad de Cambridge.
El desafío de la carga para vehículos autónomos
A medida que los vehículos eléctricos autónomos pueden circular por carreteras complejas, su autonomía se ve limitada cuando necesitan cargar mediante enchufe manual. Esta dependencia del ser humano supone un desafío significativo para el transporte totalmente automatizado. Por ello, la nueva tecnología de carga inalámbrica automática desarrollada busca eliminar esta limitación, permitiendo que las flotas autónomas operen y recarguen energía sin intervención humana.
Las almohadillas de carga inalámbrica convencionales utilizan principalmente núcleos de ferrita pesados para guiar el campo magnético. Aunque la ferrita funciona bien a baja potencia, cuando se aumenta la potencia para cargar rápidamente los automóviles, el material genera sobrecalentamiento, caída de eficiencia y limitación de la densidad de potencia. Los investigadores resolvieron este problema mediante el uso de una aleación nanocristalina a base de hierro sometida a recocido por tensión y un diseño conjunto de materiales y sistemas. El equipo señaló: «Informamos de un sistema de carga por inducción que utiliza una aleación nanocristalina a base de hierro, desarrollado conjuntamente mediante la optimización a nivel de materiales y de sistema».
Los ingenieros tomaron una sorprendente decisión de diseño al optar por una permeabilidad magnética moderada en lugar de la máxima, para equilibrar el rendimiento del sistema. Esta estrategia permitió desarrollar una barra de núcleo magnético compacta de 440 mm x 330 mm y apenas 4 mm de espesor. El material resultante alcanza la mitad del rendimiento de las placas de ferrita estándar en el manejo de alta densidad de potencia.
Los investigadores aplicaron un proceso especializado de recocido por tensión, combinado con laminación alineada de bobinas, para optimizar la estructura del núcleo. Estas técnicas lograron reducir la pérdida de energía del núcleo a 135 kW/m³, bajo condiciones de prueba de 85 kHz y 0,2 T. Según el estudio, el sistema ofrece una eficiencia de conversión de alterna a alterna del 98,51 % en sus bobinas y núcleo, y su densidad de potencia volumétrica alcanza 9,55 kW/L. También mantiene una estabilidad térmica fiable en ciclos de operación de alta potencia. La investigación señala: «La integración del diseño de materiales y eléctrico promueve el desarrollo de sistemas de carga por inducción que respaldan los vehículos autónomos y la movilidad eléctrica».
El potencial de comercialización de la tecnología
La conducción autónoma requiere recarga automática. Sin carga sin intervención manual, las flotas de robotaxis totalmente automáticas siguen siendo una visión lejana. Esta tecnología está diseñada para el ambicioso plan quinquenal de China (2026-2030), que apunta a lograr la conducción autónoma ampliamente comercializada en autopistas y vías rápidas de las principales ciudades para 2030. Los automóviles son solo el comienzo. El Instituto de Ciencia y Tecnología de Materiales de Dongguan ya ha llevado el prototipo a producción comercial. Además de los vehículos eléctricos de pasajeros, la tecnología se dirige a vehículos de guiado automático (AGV) industriales en fábricas, transporte ferroviario pesado e incluso aviones eléctricos de baja altitud.
Gracias a una mayor velocidad, un perfil más delgado y temperaturas de operación más bajas, este equipo conjunto chino-británico allana el camino hacia un mundo donde las máquinas pueden autorrecargarse sin esfuerzo en segundo plano. El estudio se publicó recientemente en la revista Nature Communications.
Elemento Especificación Potencia de carga 20 kW Eficiencia 98,51% Densidad de potencia volumétrica 9,55 kW/L Pérdida de energía del núcleo 135 kW/m³ Frecuencia de prueba 85 kHz Intensidad de campo magnético de prueba 0,2 T
El impacto de la tecnología de carga inalámbrica en los vehículos autónomos
Con el desarrollo de los vehículos eléctricos autónomos, el avance de la tecnología de carga inalámbrica es crucial para mejorar su autonomía. Esta nueva tecnología no solo resuelve las limitaciones de los métodos de carga tradicionales, sino que también permite respaldar la operación de flotas autónomas sin intervención. Mediante la aplicación de materiales y diseños avanzados, el equipo de investigación logró reducir la pérdida de energía, demostrando su fiabilidad en operación de alta potencia. Esto tiene un importante impulso para los futuros sistemas de transporte, especialmente para la comercialización de vehículos de conducción autónoma, y podría cambiar nuestra percepción sobre la carga de los vehículos de transporte.