Usach prepara pruebas Vehicle-to-Vehicle para transferencia de energía entre EVs
Los vehículos eléctricos deben tener equipos electrónicos bidireccionales que permitan mover energía eléctrica del vehículo 1 al vehículo 2.
La electromovilidad ha avanzado rápidamente en nuestro país, posicionándonos como líderes en la región. Diversas iniciativas enmarcadas en el Acuerdo Público Privado de la Electromovilidad 2018 ya muestran resultados tangibles. Por ejemplo, la flota de buses del transporte público ha se ha incrementado, hacia finales de año se debería contar con cerca de 150 estaciones de carga públicas, y hace pocas semanas se inauguró el primer cargador Vehicle-to-Grid (V2G) de Latinoamérica, que permite carga bidireccional vehículo-red.
Todas estas acciones tienen como objetivo preparar a nuestro país para una inserción masiva de vehículos eléctricos en el mediano plazo. Tal y como se estipula en la Estrategia Nacional de Electromovilidad, al 2050 los vehículos eléctricos deberían representar un 40% de los vehículos particulares y un 100% del transporte público urbano.
En un escenario de alta inserción de vehículos eléctricos, aparecerán diversas oportunidades y desafíos respecto de las tecnologías empleadas para cargar los vehículos eléctricos. En sistemas eléctricos con alta tasa de integración de energías renovables, el uso de la energía almacenada en las baterías de los autos eléctricos resultará muy gravitante en términos de flexibilidad y provisión de inercia. Por lo tanto, ya no solo se requiere flujo de energía eléctrica “hacia las baterías”, sino que también es deseable poder enviar energía desde las baterías a la red, a otro vehículo o bien una casa. Esto se conoce como tecnologías V2X, concepto en el cual los EV`s (Electric-Vehicles) pueden intercambiar su energía almacenada con edificios, casas y otros vehículos. Esto da origen a los términos Vehicle to Home (V2H), Vehicle to Bulding (V2B), Vehicle to Grid (V2G), Vehicle to Vehicle (V2V).
En estos procesos, es vital que los componentes electrónicos de los EV tengan la capacidad de controlar flujos de potencia bidireccionales, tal y como se muestra en la Figura 1.
La tecnología V2x es una base potente para definir, desde el punto de vista de transferencia de energía múltiples plataformas se ha masificado internacionalmente en los últimos años. La transferencia de energía requiere que los vehículos cuenten con sistemas de comunicación y hardware capaz de manejar la transferencia de energía de manera segura y sin comprometer la autonomía de los EV. Esta comunicación incluye acuerdos entre los propietarios de EV para acordar la transferencia de energía, el intercambio de mediciones entre los cargadores de EV con sus respectivos interruptores de acoplamiento, y las señales para activar la transferencia.
En la figura 1 se identifica una topología de carga bidireccional típico para los tres casos, el cual tiene dos etapas: un convertidor de AC a DC Bidireccional conectado a la Red y un convertidor DC a DC bidireccional para regular la corriente de la batería. En estos cargadores se recomienda usar configuración de circuito aislado, con transformadores con aislación galvánica.
Al operar en modo de carga de la red al vehículo, se debe rectificar la onda sinusoidal para controlar potencia activa, de esta forma pasar al convertidor DC a DC y luego inyectar energía a las baterías. En el modo descarga de baterías, el cargador debe devolver la corriente en forma sinusoidal similar. Un cargador bidireccional admite la inyección de energía de la batería de vuelta a la red, con el fin de poder estabilizar potencia.
V2V, Vehicle to Vehicle
El caso particular de V2V, permitiría intercambiar energía entre dos vehículos eléctricos, tal y como se hace con los smartphones de última generación. Como se muestra en el esquema de la Fig 2, un propietario de EV-B publica una solicitud para transferir energía a los otros propietarios mediante una aplicación móvil, una vez que un propietario secundario EV-A decide aprobar la solicitud, el móvil de este propietario publica un mensaje de aprobación mandando una señal para activar la transferencia de energía hacia el interruptor de acoplamiento. Una vez que se ha cumplido la condición de carga establecida, se envía un mensaje de estado al interruptor de acoplamiento para anunciar que este debe cerrarse 1.
Para esto, y como se muestra en la Figura 3, los vehículos eléctricos deben tener equipos electrónicos bidireccionales que permitan mover energía eléctrica del vehículo 1 al vehículo 2. Para esto, los cargadores “onboard” (Carga directa entre EV) con los que se equipan los vehículos eléctricos deben tener la capacidad de operar con flujos bidireccionales de energía eléctrica. Además, en caso de interconectarse a través de un cargador (AC o DC), éste también debe tener la capacidad de operar bidireccionalmente.
Es en este contexto, que en el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Santiago, se trabaja en el diseño, construcción y programación de convertidores de potencia que permitan este intercambio de energía. En particular, como se muestra en la Fig.4, se trabaja con topologías que permiten manejar flujos de energía eléctrica bidireccionales además de proveer de modularidad y aislación galvánica3,4.
Además, se están realizando pruebas preliminares de intercambio de energía entre vehículos eléctricos. Para esto, como se muestra en las Figuras 5 y 6, se emplean realizan enviando energía desde el Auto Solar Apolo IV5 (fabricado íntegramente por estudiantes USACH), a un EV Hyundai IONIC. En la Tabla 1, se presentan las principales características de ambos vehículos. Al conectar ambos vehículos empleando sistemas de conversión bidireccionales, posible emplear el banco de baterías del Apolo IV para cargar el Hyundai IONIC. En este caso, los 5 kWh de capacidad de las baterías del Apolo IV, otorgarían una autonomía equivalente de 40 km al IONIC (considerando un consumo promedio de 8 kms/kWh). De esta manera podría ser posible, por ejemplo, recargar el vehículo para que pueda llegar a su destino o lugar de recarga más cercano. Ahora bien, debe mencionarse que el proceso inverso no es posible (enviar energía desde el Hyonic al Apolo IV), pues el Hyundai IONIC no cuenta con bidireccionalidad de potencia, como se recomienda en la fig. 5. Actualmente, el único modelo en Chile que tiene equipada esta tecnología es el Nissan Leaf. Una de las tendencias tecnológicas apunta al desarrollo de vehículos comerciales que incorporen esta característica.
Mayor detalle sobre estos y otros conceptos relativos a tecnología V2X serán integrados en el Diplomado en Electromovilidad: Tecnología, Políticas Públicas y Modelos de Negocio que comenzará a dictarse en Octubre 2019 en la Universidad de Santiago de Chile.
Sobre los autores de este artículo:
- Emilio Contreras, Tesista del programa de Ing. de Ejecución en Electricidad, Universidad de Santiago de Chile.
- Dr. Matías Díaz, Académico Universidad de Santiago de Chile.
1.- Taghizadeh, S., Jamborsalamati, P., Hossain, M. J., & Lu, J. (2018, June). Design and Implementation of an Advanced Vehicle-to-Vehicle (V2V) Power Transfer Operation Using Communications. In 2018 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2018 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC/I&CPS Europe) (pp. 1-6). IEEE.
2.- Yilmaz, M., & Krein, P. T. (2012). Review of the impact of vehicle-to-grid technologies on distribution systems and utility interfaces. IEEE Transactions on power electronics, 28(12), 5673-5689.
3.- J. Salgado, “Desarrollo de un convertidor Synchronous Buck Multiphase para un sistema de carga rápida de vehículos eléctricos”, Trabajo Titulación Ingeniería Civil en Electricidad, Universidad de Santiago de Chile, 2020.
4.- C. Ortega, “Desarrollo de convertidor matricial monofásico para cargador de vehículos eléctricos”, Trabajo Titulación Ingeniería de Ejecución en Electricidad, Universidad de Santiago de Chile, 2020
