El autobús eléctrico: la autonomía es una cuestión de perspectiva

Como tienen un itinerario y un horario establecidos, la ansiedad de autonomía no tiene por qué ser un problema para los autobuses eléctricos. Más bien, la pregunta es: ¿con qué rapidez, cómo y dónde pueden recargar la batería? La recarga eficiente reduce los costes de funcionamiento del autobús eléctrico. ¿Cuáles son los principales elementos de una solución de carga para los autobuses eléctricos?

Frank Muehlon ABB E-Mobility Infrastructure Solutions Heidelberg, Germany, frank.muehlon@de.abb.com

¿Qué distancia puede recorrer un autobús eléctrico antes de tener que recargar la batería? La pregunta viene de forma natural cuando pensamos en los coches eléctricos, especialmente porque la esencia de tener un coche es la libertad de poder ir a cualquier parte, en cualquier momento. Sin embargo, un autobús no va a cualquier parte en cualquier momento, va a un lugar concreto, a lo largo de un itinerario concreto y a una hora concreta, y repite lo mismo día tras día según un horario publicado. La verdadera pregunta, por lo tanto, no es hasta dónde puede llegar sino cómo de rápido puede cargarse antes de volver a ir. Este artículo analiza por qué la recarga ultrarrápida reduce el coste total de funcionamiento de una línea de autobuses eléctricos y explica los elementos fundamentales de una solución.

Coste de los autobuses
Lograr un coste total de propiedad o TCO bajo tiene que ver con operar una línea de autobuses eléctricos estrictamente con los vehículos que sean necesarios y, para ello, la clave es tener una correspondencia de uno a uno con la solución equivalente de autobuses diésel. Esto significa tener el mismo horario, los mismos tiempos de escala, el mismo número de autobuses y conductores y la misma capacidad de pasajeros que una flota diésel.

Estrategias de carga de baterías
Las estrategias de carga actuales, ya sea durante la noche en la cochera o las cargas de oportunidad en las terminales, se rigen por el tiempo que requieren para cargar el vehículo y las limitaciones que impone el horario.

En el caso de las cargas en cochera, los  operadores de autobuses dependen de que la batería tenga capacidad suficiente para completar el itinerario. Sin embargo, el tamaño de la batería afecta negativamente a la capacidad de los pasajeros y aumenta el coste y el peso del vehículo. La batería representa hasta el 45 % del coste de un autobús eléctrico con una estrategia de carga en cochera.

Para las estrategias de recarga de oportunidad, con estaciones de carga en las terminales de la línea, el tiempo de carga de los vehículos debe ser menor que el tiempo de escala previsto. El tiempo de escala existe para que los conductores descansen, pero también para compensar los retrasos. Durante las horas punta en las que las escalas son más cortas, a menudo a los operadores de línea se les plantea un dilema: ¿se limitan a recargar parcialmente la batería para cumplir el horario y llevan la batería hasta una descarga profunda o se olvidan del horario para permitir una carga completa? Las estrategias de carga de oportunidad solo permiten el tiempo de carga suficiente si se dispone de más autobuses y conductores y más estaciones de carga en terminales y cocheras. Estos recursos adicionales aumentan las necesidades de espacio, el consumo de energía y el coste. En otras palabras, si la carga no es lo suficientemente rápida, los horarios se resienten y/o los costes suben.

Conocer las contrapartidas
Las ciudades de Ginebra en Suiza y Nantes en Francia conocen las contrapartidas que supone la recarga de los autobuses eléctricos. Ambos municipios han implantado un sistema de autobuses eléctricos que optimiza el número de vehículos y aprovecha al máximo las oportunidades de carga. Dado que ambas ciudades tienen realidades operativas diferentes y redes eléctricas diferentes, los sistemas que eligieron para aprovechar esas oportunidades locales también son diferentes. Independientemente de estas diferencias, hay elementos básicos que son comunes a ambos.

01. En 2016, TPG y el fabricante de autobuses suizo GESS adjudicaron a ABB un contrato para suministrar carga
ultrarrápida y tecnología de a bordo de vehículos eléctricos a 12 autobuses TOSA. Los autobuses eléctricos TOSA pueden
implantarse con la misma flexibilidad que los autobuses diésel.
01. En 2016, TPG y el fabricante de autobuses suizo GESS adjudicaron a ABB un contrato para suministrar carga ultrarrápida y tecnología de a bordo de vehículos eléctricos a 12 autobuses TOSA. Los autobuses eléctricos TOSA pueden implantarse con la misma flexibilidad que los autobuses diésel.

Por ejemplo, las dos ciudades no solo dependen de las oportunidades de carga en las terminales y la cochera, sino también de otras a lo largo del trayecto, mientras los pasajeros suben y bajan →1, 2. La carga durante el trayecto en paradas seleccionadas, la denominada carga ultrarrápida:

• garantiza que las baterías se mantienen en un estado de carga alto;
• reduce la necesidad de largos periodos de recarga;
• amplía la vida de la batería evitando descargas profundas.

02.  Esquema conceptual que muestra que la carga tiene lugar en paradas regulares (S) además de en las
terminales (T) y en la cochera (D).
02. Esquema conceptual que muestra que la carga tiene lugar en paradas regulares (S) además de en las terminales (T) y en la cochera (D).

En períodos de tráfico congestionado, el vehículo obtiene la mayor parte de su energía de paradas durante el trayecto, mientras que si operan fuera de hora punta, el vehículo se recupera principalmente en las terminales.

Las ventajas de la carga a bordo
Los cargadores en las terminales y a lo largo de los trayectos de Ginebra y Nantes proporcionan entre 400y 600 kW para maximizar la recuperación de los niveles de energía. Esta infraestructura solo es efectiva si se combina con una batería que es capaz de absorber una carga de tan alta potencia. Por este motivo los vehículos están equipados con baterías de óxido de titanato de litio (LTO) que se cargan rápidamente y pueden funcionar hasta a "10C". 10C se refiere a la tasa C, una medida estándar de la velocidad a la que se puede cargar o descargar una batería. Cuanto más alta sea la tasa C, más rápido será la carga o la descarga. Esta medida es un elemento diferenciador clave para ABB: una batería grande solo es útil si se carga y descarga sin afectar al horario.

Los autobuses de Nantes y Ginebra también utilizan la carga a bordo →3. En estos sistemas, el raíl aéreo proporciona una tensión de CC constante y el equipo montado en el vehículo la transforma de manera que la puedan utilizar los auxiliares y los motores. Al invertir el flujo de energía entre la batería y el motor, la CC procedente del raíl aéreo puede utilizarse para cargar las baterías.

03. Carga a brodo frente a carga convencional.
03. Carga a brodo frente a carga convencional.

Esto evita romper la comunicación de misión crítica entre la batería y el cargador de a bordo en los puntos de carga. La carga a bordo limita así las interfaces entre el vehículo y el cargador a una simple comprobación de contacto físico sin necesidad de ninguna otra comunicación.

04. La carga rápida de la batería a través de un pantógrafo se realiza en la parada y en la terminal.
04. La carga rápida de la batería a través de un pantógrafo se realiza en la parada y en la terminal.

Otro elemento que tienen en común los autobuses de Ginebra y Nantes es un pantógrafo de accionamiento rápido que permite al autobús conectarse al cargador en menos de 1 s →4 ,5. El predespliegue del pantógrafo cuando se aproxima a un punto de carga y la alineación automática con el tapón de carga permite a los conductores aproximarse a la parada de carga como lo harían a cualquier otra y acelerar el proceso. Cada segundo de carga ganado ayuda a reducir el número de puntos de carga ultra rrápidanecesarios a lo largo del trayecto, así como el tiempo necesario de recarga en la terminal. Estos ahorros ofrecen al operador de línea mayor flexibilidad, mejores tiempos de recuperación del horario durante las horas punta y, gracias al tamaño común de la batería de los vehículos, la capacidad de reasignar cualquier autobús a cualquier línea y satisfacer fácilmente nuevas demandas. 

05. Cargador ultrarrápido TOSA con una unidad de almacenamiento de energía en  Ginebra. La línea de Nantes no necesitaba
energía almacenada en las paradas de autobús.
05. Cargador ultrarrápido TOSA con una unidad de almacenamiento de energía en Ginebra. La línea de Nantes no necesitaba energía almacenada en las paradas de autobús.

Cumplir el horario

Elegir la filosofía de carga de batería adecuada limita los costes de los autobuses eléctricos →6. Las estrategias de recarga en cochera requieren baterías más grandes y costosas que reducen la capacidad de pasajeros; las estrategias de carga de oportunidad afectan rápidamente a los tiempos de escala y requieren más vehículos y más infraestructuras si desean mantenerse los horarios. Lo mejor para cumplir los horarios y mantener el compromiso con los pasajeros durante las horas punta, condiciones meteorológicas difíciles, etc. →7, sin dejar que el TCO suba, es cargar en menos tiempo de lo que dura la escala y con la máxima frecuencia posible, como se hace en Ginebra y Nantes.

06. Elementos clave de un sistema de autobús eléctrico
06. Elementos clave de un sistema de autobús eléctrico

Cuando se trata de autobuses eléctricos, la atención no debe centrarse en la autonomía, sino en cumplir el horario. Si se la batería se recarga con inteligencia, se puede tener una red de autobuses eléctricos no solo con un TCO bajo, sino también con credenciales respetuosas con el medioambiente, lo que beneficia a todos. 

07. Cargar rápido y a menudo es una excelente manera de minimizar los costes y garantizar que se cumplen los horarios
en rutas con mucho tráfico o en condiciones climáticas difíciles
07. Cargar rápido y a menudo es una excelente manera de minimizar los costes y garantizar que se cumplen los horarios en rutas con mucho tráfico o en condiciones climáticas difíciles

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