¿Cuáles son las Estructuras Básicas de los Autobuses Eléctricos?

Este artículo discutirá los diferentes tipos de autobuses eléctricos y sus componentes esenciales, estructura y suministro de energía.

Diferentes tipos de autobuses eléctricos

• Trolebús
• Autobús eléctrico de celda de combustible
• Autobús eléctrico de batería

Mascota del curso. PEM Motion (2023)

Como se discutió en el artículo anterior, un autobús eléctrico es un autobús cuya potencia de tracción puede ser suministrada en su totalidad por un motor eléctrico. La energía utilizada para sus baterías se obtiene de una fuente externa y/o de la frenada regenerativa.

Sus componentes principales son: batería, sistema de gestión de batería (BMS), motor eléctrico (central y en la rueda), regulador, puerto de carga e inversor.

Estructura básica

Los siguientes diagramas proporcionan una visión perspicaz del diseño básico y la disposición de un autobús eléctrico, destacando los componentes cruciales y sus disposiciones.

Click para expandir. Esquema de un autobús eléctrico. Electric Buses in India (2016)

Click para expandir. Motor eléctrico (en rueda). TUMI E-Bus Mission (2022)

Suministro de energía

Al arrancar, los autobuses eléctricos funcionan enviando una señal al controlador del sistema del tren motriz. Esto impulsa la batería de alto voltaje, donde se almacena la energía química y se convierte en energía eléctrica. A continuación, la energía eléctrica se distribuye a todos los diferentes componentes que aceleran el autobús, como el motor eléctrico y el sistema de control térmico.

CA significa corriente alterna, donde los electrones cambian de un lado a otro en ciclos. Se puede generar a partir de fuentes renovables como la eólica o la hidroeléctrica. CD significa corriente directa, con electrones que fluyen constantemente en una dirección. Se puede producir, por ejemplo, a partir de paneles solares y se utiliza para el almacenamiento de energía.

Click para expandir. Alimentación de CA y CD. PEM Motion (2023)

El proceso consiste en extraer energía de CA de la red, convertirla en energía de CD y luego almacenarla y utilizarla en baterías de alto voltaje, como se muestra en el diagrama a continuación. Este proceso de conversión también se aplica en muchas otras aplicaciones electrónicas. Por ejemplo, cuando se carga una computadora portátil, el cargador convierte la energía de CA de la red en energía de CD, lo que facilita la carga de la batería de la computadora portátil.

Click para expandir. Diferentes formas de suministrar energía. TUMI E-Bus Mission (2022)

Trolebús:

Un trolebús es similar a un autobús normal, pero incluye un brazo mecánico que lo alimenta y proporciona una fuente de alimentación continua a través de cables aéreos.

Tiene varios beneficios, como la no liberación de emisiones contaminantes, así como un funcionamiento silencioso. Sin embargo, su popularidad se ha visto afectada debido a su dependencia de los cables aéreos y su dificultad para desviarse de su ruta original.

Algunas ventajas de esta tecnología son la posibilidad de funcionamiento ininterrumpido, debido al suministro continuo de energía. Además, la larga durabilidad hace que el trolebús sea muy fiable para el transporte público. En consecuencia, este tipo de autobús eléctrico es principalmente interesante para ciudades con una red de trolebuses existente o rutas BRT con alta capacidad y corredores fijos. En el siguiente diagrama, se muestra la estructura del trolebús.

Click para expandir. Estructura del trolebús. TUMI E-Bus Mission (2022)

Autobús eléctrico de celda de combustible – FCEB

El autobús eléctrico de celda de combustible incorpora una celda de combustible de hidrógeno y baterías, creando una arquitectura híbrida. La celda de combustible suministra la energía necesaria para hacer funcionar el vehículo, mientras que las baterías contribuyen a la máxima potencia del motor. Toda la energía se genera a través de la conversión de hidrógeno en electricidad.

Los autobuses eléctricos de celda de combustible están equipados con un motor eléctrico que utiliza una mezcla de hidrógeno comprimido y oxígeno del aire, siendo el agua el único subproducto de este proceso.

Consumo de H2

• Autobús sencillo: aprox. 8-16 kg/100km
• Autobús articulado: aprox. 12-24 kg/100km

Rango

• Las largas distancias diarias pueden no suponer un problema, pero es esencial diferenciar entre la capacidad instalada y la capacidad utilizable real para el almacenamiento de H2. Además, puede ser necesario realizar ajustes en las capacidades de almacenamiento actuales.

Requisitos para los sistemas de TI

• Predicción y monitorización de la autonomía, incluyendo el estado de carga (SOC) para ambos almacenamientos de energía, por ejemplo, batería y H2.
• La planificación y programación del reabastecimiento de combustible dependerá de la disponibilidad de la infraestructura de reabastecimiento de combustible y se puede modelar en consecuencia.
• Monitoreo y evaluación de datos del vehículo, posiblemente extendiéndose a datos adicionales y datos de registro.

Click para expandir. Autobús eléctrico de celda de combustible – Estructura. TUMI E-Bus Mission (2022)

Autobús eléctrico de batería – BEB

El autobús eléctrico de batería, a menudo descrito como puramente eléctrico, funciona con electricidad almacenada en una batería a bordo y, por lo tanto, no incluye ninguna configuración de motor mecánico. Para cargar la batería, el BEB utiliza dos formas operativas: carga de oportunidad y carga nocturna.

Las diferencias entre los dos tipos se basan en la autonomía y el tiempo de carga. Los autobuses que utilizan la carga de oportunidad tienen un paquete de batería más pequeño que ofrece un alcance limitado (20 a 30 millas) y se puede cargar completamente (80 a 100%) en 5 a 10 minutos. Por otro lado, los autobuses que utilizan la carga nocturna contienen un paquete de baterías más grande con un alcance de hasta 200 millas y requieren un tiempo de carga mucho más largo (de 2 a 4 horas). En el siguiente diagrama, se muestra la estructura de un autobús eléctrico de batería.

Click para expandir. Autobús eléctrico de batería . TUMI E-Bus Mission (2022)

También puede definir estos dos tipos diferentes de autobuses eléctricos de la siguiente manera:

Cargador estándar:

• Carga durante la noche en el depósito o durante tiempos de paro más largos.
• Equipado con una batería de alta energía.

Cargador rápido:

• Oportunidad de carga a lo largo de la ruta.
• Equipado con una batería de alta potencia o de alta energía.

Las baterías de alta potencia y de alta energía son dos tipos distintos de baterías recargables diseñadas para aplicaciones específicas. Difieren en cuanto a sus características de rendimiento y las tareas para las que son más adecuados. La elección entre baterías de alta potencia y alta energía depende de los requisitos específicos de la aplicación. Las baterías de alta potencia se utilizan cuando se necesitan ráfagas rápidas de energía, mientras que las baterías de alta energía se emplean cuando es esencial un mayor tiempo de funcionamiento y capacidad de almacenamiento de energía.

Aunque la carga rápida en un depósito también puede ser una solución viable, en la mayoría de los casos, solo se necesitan unas pocas paradas en la terminal como lugares de carga. Las ventajas de esta tecnología incluyen su adaptabilidad a requisitos específicos y su alta eficiencia general. Además, proporciona la capacidad de utilizar directamente la electricidad producida de forma regenerativa, sin emisiones del tubo de escape y con emisiones totales mínimas cuando se utilizan fuentes de energía renovables. Debido a esto, esta tecnología emergente está mostrando un potencial significativo en los mercados actuales.

Conclusión

Los autobuses eléctricos, incluidos los trolebuses, los autobuses eléctricos de celda de combustible (FCEB) y los autobuses eléctricos de batería (BEB), ofrecen soluciones prometedoras para el transporte urbano sostenible. Con sus motores eléctricos, componentes esenciales y diversas opciones de carga, estos autobuses contribuyen a ciudades más limpias y a un futuro más verde. La adopción de las tecnologías para autobuses eléctricos es crucial para reducir emisiones y crear redes de transporte público más ecológicas, especialmente en las zonas urbanas. En la próxima actividad, aprenderemos más sobre el apasionante mundo de las experiencias de usuario con autobuses eléctricos. Prepárese para explorar cómo las personas interactúan y disfrutan de los beneficios de estas innovaciones de vanguardia.

Referencias

• Pleško, J., & Sullivan, H. (2021). Ev charging: The difference between AC and DC. EVBox. Recuperado de: Link
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• Sanguesa, J., Torres Sanz, V., Garrido, P., Martinez, F., & Marquez Barja, J. (2021). A Review on Electric Vehicles: Technologies and Challenges. MDPI – Smart Cities. Recuperado de: Link
• Sinhuber, P., & Wasiluk, K. (2022). Mobility Academy. Recuperado de: Link