Soluciones de carga para dispensadores de pantógrafo invertido de 600 A para depósitos de autobuses eléctricos

Soluciones de carga para dispensadores de pantógrafo invertido de 600 A para depósitos de autobuses eléctricos

Los pantógrafos se utilizan habitualmente para la carga rápida de autobuses eléctricos. Con el continuo desarrollo de la tecnología de carga, ha surgido una nueva generación de pantógrafos para satisfacer las necesidades de carga rápida en las cocheras.

Este artículo explora primero los pantógrafos utilizados para la carga de autobuses eléctricos y luego presenta su aplicación en la carga oportunista. Finalmente, proponemos la posibilidad de utilizar pantógrafos como cargadores rápidos para autobuses eléctricos en cocheras.

Pantógrafos Los pantógrafos tienen brazos en forma de tijera que conectan el techo del autobús a un poste fijo en la estación de carga. El sistema de pantógrafo para autobuses eléctricos deriva del de los tranvías o trenes ligeros. Cuando un autobús eléctrico llega a una estación de carga, el pantógrafo se extiende automáticamente. Al entrar en contacto con ella, la batería del autobús eléctrico comienza a cargarse.

Los pantógrafos son cargadores de alta capacidad, con una potencia que suele oscilar entre 150 kW y 550/650 kW. Se utilizan a menudo como conexiones temporales a estaciones de carga designadas a lo largo de la ruta para recargar la batería del autobús eléctrico. Esto se conoce como carga oportunista.

Configuraciones de pantógrafo

Existen dos configuraciones de carga mediante pantógrafo: el pantógrafo puede elevarse desde el techo del autobús (tipo pantógrafo elevador) o puede extenderse hacia abajo desde la estación de carga para conectarse con el autobús (tipo pantógrafo descendente).

Sistema de descenso del pantógrafo
En un sistema de descenso de pantógrafo, el pantógrafo invertido desciende desde la parte superior de la estación de carga y se conecta a un riel en el techo del autobús, conectándose así a la batería.

El pantógrafo recibe las llamadas entrantes del autobús de forma inalámbrica, se conecta e inicia el proceso de carga.

Sistema de elevación del pantógrafo
En un sistema de pantógrafo elevable, el pantógrafo está montado en el techo del autobús eléctrico. Cuando el autobús llega a la estación de carga, el pantógrafo se eleva desde el techo y establece una conexión eléctrica con el conector de la estación de carga.

De los dos sistemas, el de pantógrafo elevable es técnicamente más fácil de implementar. Este tipo de pantógrafo es controlado por el conductor desde la cabina, mientras que el sistema de pantógrafo descendente requiere infraestructura Wi-Fi para activar la conexión.

La carga in situ para autobuses eléctricos puede no ser suficiente para cubrir las necesidades operativas de la ruta, especialmente en trayectos largos. En estos casos, el autobús eléctrico necesita recargarse o cargarse rápidamente. Los pantógrafos instalados en la ruta pueden ampliar la autonomía del autobús durante su funcionamiento. Por lo tanto, además de cargar los autobuses eléctricos por la noche en la cochera, el pantógrafo y su cargador de alto voltaje proporcionan carga rápida, lo que permite a los autobuses eléctricos operar en rutas más largas durante todo el día. Los pantógrafos suelen estar ubicados en paradas de autobús, terminales o paradas principales a lo largo de la ruta.

Potencia de carga del pantógrafo
La potencia de carga de los pantógrafos oscila entre 150 kW y 600 kW. La carga completa de un autobús eléctrico puede tardar entre 5 y 20 minutos. La carga rápida (que no necesariamente implica una carga completa) puede tardar entre 5 y 7 minutos. La carga puede realizarse durante las paradas en las estaciones de autobuses. Los pasajeros pueden subir y bajar con normalidad mientras se carga el autobús.

Pantógrafo como dispositivo de carga rápida
En algunos países desarrollados, además de las estaciones terminales, también se instalan pantógrafos en paradas importantes a lo largo de la ruta. Los autobuses eléctricos se cargan rápidamente mientras los pasajeros suben y bajan en estas paradas. Se ha informado que una estación de pantógrafo de carga rápida de 600 kilovatios en Ginebra ha logrado recargar las baterías en tan solo 15-20 segundos.

Estaciones de carga lenta y rápida
La tecnología de carga en las estaciones de carga está en constante evolución. Inicialmente, las estaciones de carga utilizaban cargadores de CA enchufables, que tardaban entre 6 y 8 horas en cargar completamente un autobús eléctrico. Este método de “carga lenta” no era ideal:

• Para las empresas con grandes flotas de autobuses eléctricos, la demanda de recarga era alta.

· Para situaciones en las que el período de carga disponible durante la noche era mucho más corto que el tiempo de carga del cargador de CA.

• Los cargadores de CA requerían que los autobuses eléctricos tuvieran convertidores a bordo. Los convertidores a bordo tienen una capacidad limitada y, por lo tanto, suelen ser pequeños, lo que resulta en tiempos de carga más prolongados.

Para las estaciones de carga que pasan de cargadores de CA lentos a cargadores rápidos, la tendencia natural es adoptar cargadores rápidos de CC enchufables. El convertidor de carga de CC se ubica en el equipo de carga, no en el bus eléctrico. Por lo tanto, los convertidores externos pueden tener una mayor capacidad de conversión. Esto no solo aumenta la velocidad de carga, sino que también reduce el tiempo de carga.

Normalmente, cargar un autobús con un cargador rápido de CC enchufable con una potencia no superior a 100 kW tarda unas cuatro horas, dependiendo de la capacidad de la batería.

 

Los autobuses eléctricos pueden equiparse con un sistema de carga rápida mediante pantógrafo que permite cargar las baterías en las paradas a lo largo de la ruta y en las cocheras, mejorando así la eficiencia operativa y la rapidez de respuesta.

Existen dos métodos de instalación para el sistema de pantógrafo: el pantógrafo se puede montar en el techo del autobús o directamente en el pilar de carga (pantógrafo invertido).

La infraestructura existente suele determinar el tipo de pantógrafo a utilizar. Si una ciudad ya cuenta con estaciones de carga con pantógrafos aéreos, los operadores suelen optar por una solución inversa, que consiste en instalar los raíles de carga únicamente en los vehículos.

La estación de carga con pantógrafo es una instalación de carga ubicada junto a la carretera que cuenta con una estructura elevada. Cuando llega un autobús, los puntos de contacto de la unidad superior descienden y se conectan al riel en el techo delantero del autobús, lo que permite una carga rápida de corriente continua de alta potencia.

iEngineering Group ofrece soluciones de carga de CC de largo alcance para autobuses eléctricos. Nuestra serie iPower integra estaciones de carga y pantógrafos en una solución compacta y eficiente.

El sistema admite tres módulos funcionales: carga mediante conector, carga mediante pantógrafo y realimentación a la red (CC a CA). Es ideal para estaciones de carga rápida en los puntos de inicio y fin de las líneas eléctricas y puede personalizarse para alcanzar una potencia máxima de 400 kW.

• Pantógrafo abajo: Dado que el motor del actuador del pantógrafo se encuentra en el lado del cargador, no en el del autobús, se añaden varios pasos, ya que el autobús debe indicarle al cargador que descienda. El autobús establece una conexión wifi con el cargador (preferiblemente segura) y luego le indica al cargador que baje el pantógrafo. Como puede haber varios cargadores cerca, el cargador debe asegurarse de que el autobús que está debajo sea el que solicita el pantógrafo (y no un autobús vecino) y que esté correctamente posicionado. Esto se logra mediante un sistema de posicionamiento RFID con balizas en el autobús. Una vez que el cargador ha confirmado la posición e identidad del autobús, puede bajar el pantógrafo. Estos componentes adicionales de comunicación wifi y RFID, y los controladores asociados, añaden una complejidad considerable. El controlador del pantógrafo en el lado del cargador es un componente adicional en comparación con el pantógrafo arriba. Dado que solo se utiliza para autobuses, seguirá siendo un producto especializado de bajo volumen. Esto resultará en un menor número de fabricantes de cargadores que puedan admitir el pantógrafo abajo, y con un mayor costo y complejidad electrónica.