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Carga inductiva

La bobina primaria del cargador induce una corriente en la bobina secundaria del dispositivo que se está cargando. La carga inductiva , también conocida como carga inalámbrica ,...

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La bobina primaria del cargador induce una corriente en la bobina secundaria del dispositivo que se está cargando.

La carga inductiva , también conocida como carga inalámbrica , es un tipo de transferencia de energía sin cables . Utiliza la inducción electromagnética para suministrar electricidad a dispositivos portátiles. La carga inductiva también se utiliza en vehículos, herramientas eléctricas, cepillos de dientes eléctricos y dispositivos médicos. El equipo se coloca sobre una base inductiva sin necesidad de contactos eléctricos como una base o un enchufe.

La carga inductiva transfiere energía mediante acoplamiento inductivo : una corriente alterna pasa a través de una bobina de inducción , generando un campo magnético fluctuante que crea una corriente eléctrica alterna inducida en una bobina secundaria cercana. Esta corriente alterna puede rectificarse a corriente continua , la cual carga una batería o proporciona energía para el funcionamiento de un dispositivo. [ 1 ] [ 2 ]

Se pueden lograr mayores distancias entre las bobinas emisora ​​y receptora, como las requeridas para la carga inalámbrica de vehículos eléctricos , mediante acoplamiento inductivo resonante . La corriente alterna del sistema puede utilizar una frecuencia de resonancia sintonizada con condensadores para crear un circuito LC transmisor y receptor con una frecuencia de resonancia específica. La frecuencia se elige en función de la distancia deseada para una eficiencia óptima, [ 1 ] y, a partir de 2025, la frecuencia común es de 85  kHz. Algunos sistemas utilizan bucles inductivos hechos de hilo Litz que rodea núcleos de ferrita . [ 3 ] La eficiencia de carga es sensible a la desalineación lateral, longitudinal y vertical . [ 4 ] Una desalineación de más de 3 cm (1,2 pulgadas) puede reducir drásticamente la transferencia de potencia. [ 5 ] Algunos sistemas alinean sus bobinas montando las bobinas receptoras en un brazo móvil que se puede bajar más cerca de las bobinas transmisoras; por ejemplo, se puede bajar desde la parte inferior de un camión hasta una bobina transmisora ​​en el suelo. [ 6 ]  

Aplicaciones

Las aplicaciones de carga inductiva se pueden dividir a grandes rasgos en baja y alta potencia. Las aplicaciones de baja potencia generalmente se dirigen a dispositivos electrónicos de consumo como teléfonos celulares , dispositivos portátiles, computadoras y dispositivos similares que normalmente requieren una potencia inferior a 100 vatios. A menudo se utiliza la frecuencia de la red eléctrica de CA de 50 o 60 hercios , [ 7 ] o en el caso de dispositivos compatibles con Qi, son típicas frecuencias en el rango de 87 a 205 kHz. [ 8 ] Algunos métodos, como el acoplamiento inductivo resonante , pueden mantener la carga a una distancia de unas pocas pulgadas entre la bobina transmisora ​​y la receptora, [ 9 ] aunque los objetos extraños representan un riesgo de incendio o quemaduras si hay metales u organismos entre las bobinas activas para sistemas de alta potencia. [ 10 ] La carga inductiva de alta potencia generalmente se refiere a una potencia superior a 1 kilovatio. Dicha potencia es necesaria para los vehículos eléctricos , y algunas implementaciones alcanzan los 300 kilovatios o más. Los sistemas de carga inductiva de alta potencia utilizan el acoplamiento inductivo resonante para una mayor eficiencia. Estos sistemas se suelen implementar en el rango de frecuencias de onda larga en las decenas de kilohercios, comúnmente 85  kHz [ 3 ], ya que los niveles de ruido permitidos por la normativa son más altos en este rango que en los rangos circundantes. [ 11 ] Las frecuencias de onda corta pueden mejorar la eficiencia y el tamaño del sistema, pero no se utilizan porque crearían interferencias de radio en todo el mundo. [ 12 ] La alta potencia a 85  kHz plantea la preocupación de la compatibilidad electromagnética y la interferencia de radiofrecuencia sobre los niveles de ruido de fondo en rangos de hasta 300 km (190 mi) . [ 13 ]  

La carga inductiva ofrece conexiones protegidas sin necesidad de protección contra la corrosión . Los circuitos de inducción ofrecen protección contra fallas como cortocircuitos debido a fallas de aislamiento, especialmente donde las conexiones se realizan o se interrumpen con frecuencia. [ 9 ] Sin la necesidad de enchufar y desenchufar constantemente el dispositivo, hay un desgaste significativamente menor en el conector del dispositivo y el cable de conexión. [ 9 ] Para dispositivos médicos implantados, la transmisión de energía a través de un campo magnético que pasa a través de la piel evita los riesgos de infección asociados con los cables que penetran la piel. [ 14 ] El funcionamiento automático de la carga inductiva en carreteras puede permitir que los vehículos circulen sin paradas de carga mediante la carga de oportunidad a través de bobinas inductivas incrustadas en la carretera. [ 15 ]

Pérdidas de potencia y calor residual

La carga por inducción (imagen de la izquierda) genera más calor residual que la carga mediante cable (imagen de la derecha).

Debido a la menor eficiencia de la carga inductiva en comparación con la carga conductiva, los dispositivos tardaron un 15 por ciento más en cargarse cuando la potencia suministrada era la misma cantidad cuando se probó en 2018. [ 16 ] Un análisis amateur de 2020 sobre el uso de energía realizado con un Pixel 4 encontró que una carga por cable del 0 al 100 por ciento consumió 14,26 Wh ( vatios-hora ), mientras que una base de carga inalámbrica usó 19,8 Wh, un aumento del 39 %. Usar una base de carga inalámbrica genérica y desalinear el teléfono produjo un consumo de hasta 25,62 Wh, o un aumento del 80 %. El análisis señaló que, si bien es probable que esto no sea perceptible para los individuos, tiene implicaciones negativas para una mayor adopción de la carga inalámbrica de teléfonos inteligentes. [ 17 ]

Los cargadores inductivos producen más calor residual que los cargadores cableados, lo que puede afectar negativamente la vida útil de la batería. [ 18 ] El calor residual es una preocupación para las implementaciones de carga inductiva de alta potencia en el transporte . Ensayos realizados en Francia en 2023 encontraron riesgo de daños térmicos en la carretera en condiciones normales de funcionamiento debido a que las bobinas de inducción superaron temperaturas de 100 °C (212 °F) . [ 19 ]  

Estándares

Base de carga inalámbrica utilizada para cargar dispositivos con el estándar Qi.
Estación de carga inalámbrica para vehículos eléctricos

Electrónica

El estándar de mayor éxito comercial para la compatibilidad entre cargadores inductivos y pequeños dispositivos electrónicos es el estándar Qi , cuyo desarrollo comenzó en 2008 y se publicó por primera vez en 2010. Qi se expandió rápidamente a mediados de la década de 2010, [ 20 ] y después de un período con tres estándares competidores [ 1 ] Qi se volvió omnipresente a mediados de la década de 2020. [ 21 ] Otros estándares incluyen: Power Matters Alliance (PMA), que se anunció públicamente en enero de 2012; [ 22 ] y Rezence , que fue desarrollado por Alliance for Wireless Power (A4WP) y se fusionó con PMA en 2015 bajo el nombre de AirFuel. [ 23 ]

Vehículos eléctricos

En mayo de 2010, la Consumer Electronics Association creó un grupo para establecer una base de interoperabilidad para los cargadores. General Motors, Toyota y Ford expresaron interés en la tecnología y en el esfuerzo de estandarización. [ 24 ] El director de Movilidad Futura de Daimler, el profesor Herbert Kohler, expresó cautela y dijo en 2011 que la carga inductiva para vehículos eléctricos estaba a por lo menos 15 años de distancia, y que los aspectos de seguridad de la carga inductiva para vehículos eléctricos aún no se habían examinado con mayor detalle. [ 25 ] Magne Charge , también conocido como J1773, es un sistema de carga inductiva para vehículos eléctricos que antes estaba disponible a través de General Motors.

El primer estándar para la carga inalámbrica de vehículos fue el estándar SAE J2954 , publicado en 2020. Permite la carga inductiva de automóviles sobre una plataforma, con una potencia de hasta 11  kW. El estándar proporciona una metodología para activar el cargador solo cuando se detecta una alineación suficiente. [ 26 ] A principios de la década de 2020 se inició el desarrollo de estándares para la carga inalámbrica de mayor potencia y la carga durante la conducción . [ 10 ] En 2026 se inició la coordinación para el desarrollo de un estándar para la carga inalámbrica vehículo a red por parte de SAE Group Europe, Denso Alemania, Toyota Motor Europe , ABB , Fraunhofer , la Universidad de Leeds y otros. [ 27 ]

Normas de carga mientras se conduce

El desarrollo de tecnologías y estándares para la carga durante la conducción, o transferencia dinámica de energía inalámbrica (DWPT), continuó en la década de 2020 por parte de varias organizaciones. Entre ellas: la Universidad Estatal de Utah , la Universidad de Purdue , la Universidad de Auckland , [ 28 ] Vedecom, [ 29 ] ENRX (anteriormente IPT), [ 30 ] y Magment. [ 31 ]

SAE International comenzó a desarrollar estándares para la transferencia dinámica de energía inalámbrica en 2023. [ 10 ] Un representante de Electreon declaró en un podcast publicado en diciembre de 2023 que SAE, Electreon y otras organizaciones están desarrollando conjuntamente un estándar para la carga inductiva inalámbrica dinámica. [ 32 ]

Electreon también colaboró ​​a principios de la década de 2020 en la estandarización con el Departamento de Transporte de Michigan [ 33 ] y WiPowerOne, una ramificación del proyecto KAIST OLEV . [ 34 ]

IPT (que más tarde se convirtió en una subsidiaria de ENRX [ 35 ] ) ha estado trabajando en su sistema PRIMOVE que utiliza cables inductivos en lugar de bobinas; consideran que los estándares existentes que utilizan bobinas son "extremadamente caros" para la carga dinámica. [ 36 ]

Dispositivos electrónicos

Relojes inteligentes con carga inductiva para smartphones Samsung Galaxy Z

Los fabricantes de teléfonos inteligentes comenzaron a incorporar tecnología de carga inductiva en sus dispositivos a finales de la década de 2010, adoptando la mayoría el estándar de carga inalámbrica Qi . [ 37 ] Algunos dispositivos alimentados por batería ofrecen carga inalámbrica bidireccional, lo que permite que un dispositivo cargado cargue la batería de otro dispositivo. [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]

Implementaciones propietarias de la época moderna temprana

  • Los cepillos de dientes eléctricos que utilizan carga inductiva están disponibles comercialmente desde la década de 1970. [ 41 ]
  • Visteon introdujo en 2007 un sistema de carga inductiva de dispositivos para permitir que los vehículos cargaran teléfonos celulares y reproductores de MP3 especialmente fabricados con receptores compatibles. [ 42 ]
  • Energizer presentó en 2009 una estación de carga inductiva para el control remoto de Wii . [ 43 ]
  • El teléfono inteligente Palm Pre de 2009 tenía un accesorio de carga inductiva opcional, el "Touchstone". Otros dispositivos Palm y HP utilizaron la tecnología de carga Touchstone. [ 44 ] [ 45 ]
  • Un proyecto de energía inductiva del MIT iniciado en 2006, WiTricity , utiliza una bobina curva y placas capacitivas. [ 46 ] [ 47 ]

Transporte

Un camión modelo alimentado de forma inalámbrica en el museo Grand Market Rossiya.

La transferencia de energía inalámbrica o carga inalámbrica de vehículos eléctricos se divide generalmente en tres categorías: carga estacionaria cuando el vehículo está estacionado durante un período prolongado; carga dinámica cuando el vehículo se conduce por carreteras o autopistas; y carga cuasi-dinámica o semidinámica, cuando el vehículo se mueve a bajas velocidades entre paradas, [ 48 ] : 847 por ejemplo, cuando un taxi circula lentamente en una parada de taxis. [ 49 ]

La carga inductiva no se considera una tecnología de carga dinámica madura, ya que proporciona la menor potencia de las tres tecnologías de carreteras eléctricas , sus receptores pierden entre un 20 % y un 25 % de la potencia suministrada cuando se instalan en camiones, y sus efectos en la salud aún no se han documentado, según un grupo de trabajo del gobierno francés sobre carreteras eléctricas . [ 50 ] De manera similar, una investigación realizada en Alemania por BASt en 2025 estimó una eficiencia general del 76 % al 81 % para el transporte de mercancías pesadas. [ 51 ] Las pruebas realizadas en Noruega en 2025 encontraron que una desalineación de la bobina de más de 3 cm (1,2 pulgadas) puede reducir gravemente la transferencia de potencia. [ 5 ] SAE International señala que los sistemas de carga inalámbrica no cuentan con tecnologías bien establecidas de detección de objetos extraños y propone establecer pruebas de seguridad para estas tecnologías. Los objetos extraños representan un riesgo de incendio o quemaduras si hay metales u organismos entre la almohadilla de tierra y el receptor cuando el sistema está activo. [ 10 ]  

Primeros desarrollos

M. Hutin y M. Le-Blanc propusieron en 1894 un aparato y un método para alimentar un vehículo eléctrico mediante transferencia de energía inductiva. [ 52 ] En ese momento, los motores de combustión eran más populares y esta tecnología no se implementó ampliamente. [ 2 ] En 1972, el profesor Don Otto de la Universidad de Auckland propuso un vehículo alimentado por inducción utilizando transmisores en la carretera y un receptor en el vehículo. [ 2 ] Bolger, Kirsten y Ng implementaron en 1978 un vehículo eléctrico alimentado por transferencia de energía inductiva a una frecuencia de 180  Hz y una potencia de 20  kW. [ 2 ] En la década de 1980, se operó un autobús de carga inductiva en California, y se estaban explorando desarrollos similares en transferencia de energía inductiva en Francia, Alemania y otros países europeos. [ 2 ]

Ejemplos de principios de la Edad Moderna

Plataforma de carga de 200 kW para autobuses, Bombardier Transportation, 2020
  • En 1997, Conductix-Wampfler comenzó a probar la carga inalámbrica en Alemania. En 2002, la tecnología se implementó en 20 autobuses en funcionamiento en Turín , Italia. En 2008, la tecnología se implementó en un Mercedes-Benz Clase A E-CELL . [ 53 ] [ 54 ] Con la participación del municipio local y varias empresas, se iniciaron las pruebas de campo en marzo de 2010. El primer sistema se vendió a Google en 2011 para uso de los empleados en el campus de Mountain View. [ 55 ]
  • La carga inductiva Magne Charge se empleó en varios tipos de vehículos eléctricos alrededor de 1998, pero se suspendió [ 56 ] después de que la Junta de Recursos del Aire de California seleccionara la interfaz de carga conductiva SAE J1772-2001 , o " Avcon ", [ 57 ] para vehículos eléctricos en California en junio de 2001. [ 58 ] General Motors y Toyota acordaron esta interfaz y también se utilizó en los vehículos Chevrolet S-10 EV y Toyota RAV4 EV .
  • EPCOT Universe of Energy está equipado con asientos móviles tipo teatro que transportan a los visitantes a través de la exhibición. Son autopropulsados ​​y se recargan inductivamente cuando están en reposo. [ 59 ] Esta exhibición con tecnología de recarga estuvo en funcionamiento aproximadamente en 2003.
  • En noviembre de 2011, el alcalde de Londres , Boris Johnson , y Qualcomm anunciaron una prueba de 13 puntos de carga inalámbrica y 50 vehículos eléctricos en el área de Shoreditch de la Ciudad Tecnológica de Londres , que se implementaría a principios de 2012. [ 60 ] [ 61 ] En octubre de 2014, la Universidad de Utah en Salt Lake City , Utah, agregó un autobús eléctrico a su flota de transporte público que utiliza una placa de inducción al final de su ruta para recargar. [ 62 ] UTA , la agencia regional de transporte público, planeó introducir autobuses similares en 2018. [ 63 ] En noviembre de 2012 se introdujo la carga inalámbrica con 3 autobuses en Utrecht , Países Bajos. En enero de 2015, se introdujeron ocho autobuses eléctricos en Milton Keynes, Inglaterra, que utilizan carga inductiva en la carretera con tecnología IPT en ambos extremos del viaje para prolongar las cargas nocturnas. [ 64 ]
  • Bombardier-Transportation presentó en septiembre de 2015 su cargador PRIMOVE de 3,6  kW para automóviles, [ 65 ] que fue desarrollado en Site en Mannheim, Alemania. [ 66 ] Primove fue comprada en 2021 por IPT, [ 67 ] que para 2023 se convirtió en una subsidiaria de ENRX. [ 35 ]
  • Transport for London probó la carga inductiva para autobuses de dos pisos en Londres en 2014. [ 68 ]
  • Evatran comenzó a vender el sistema de carga inalámbrica Plugless L2 al público en 2014. [ 69 ]
  • En 2017, Wärtsilä puso en marcha una instalación piloto a gran escala que empleaba 1,6 MW de potencia a una distancia de 50 cm (20 pulgadas) entre las bobinas terrestres y las de a bordo para la carga de un ferry híbrido eléctrico en operación comercial. La prueba piloto se llevó a cabo durante un año. [ 70 ]  
  • Una asociación entre Cabonline, Jaguar, Momentum Dynamics y Fortum Recharge está probando la carga inalámbrica de una flota de taxis en Oslo, Noruega. La flota constaba de 25 SUV Jaguar I-Pace equipados con plataformas de carga inductiva con una potencia nominal de 50-75  kW. Las plataformas utilizan acoplamiento inductivo resonante que opera a 85  Hz. [ 71 ] Momentum Dynamics, que pasó a llamarse InductEV, [ 72 ] entró en concurso de acreedores en agosto de 2025. [ 73 ]

Carga dinámica

La carga inalámbrica de un vehículo eléctrico mientras se conduce se conoce como "carga inalámbrica dinámica" o "transferencia de energía inalámbrica dinámica", DWPT. Se considera que el primer prototipo funcional a gran escala de DWPT se desarrolló en la Universidad de California, Berkeley, en las décadas de 1980 y 1990. El primer sistema DWPT comercializado, Online Electric Vehicle (OLEV), fue desarrollado ya en 2009 por investigadores del KAIST . [ 48 ] : 848 Los vehículos que utilizan el sistema obtienen energía de una fuente de energía debajo de la superficie de la carretera, que es una matriz de rieles o bobinas inductivas. [ 74 ] [ 75 ] Se han realizado esfuerzos para estandarizar la transferencia de energía inalámbrica dinámica en la década de 2020.

El principal desafío técnico de DWPT es la baja eficiencia. [ 76 ] : 57 El Ministerio de Economía alemán, BMWK, probó la infraestructura de carga inalámbrica para vehículos eléctricos en carretera implementada por Electreon en 2023. Las pruebas incluyeron un autobús equipado con bobinas inductivas que reciben energía de una franja de 200 metros de transmisores bajo la superficie de la carretera. Los receptores pudieron recolectar el 64,3% de la energía emitida por los transmisores. La instalación resultó compleja y costosa, y encontrar ubicaciones adecuadas para los gabinetes de energía de las bobinas junto a la carretera resultó difícil. [ 77 ]

Comercialización

Los esfuerzos de comercialización de la tecnología no han tenido éxito debido a los altos costos en las décadas de 2010 [ 78 ] y 2020. [ 79 ] El costo de un solo carril eléctrico inalámbrico con una cobertura del 50% en un despliegue a gran escala se estimó en 2021 en aproximadamente 6,5 millones de dólares por milla. [ 80 ]

Un estudio sobre sistemas de carreteras eléctricas inductivas inalámbricas encontró, utilizando datos de BRTdata.org para el año 2025, que un carril de carga inalámbrica no sería rentable para la mayoría de los sistemas de transporte rápido de autobuses (BRT) en todo el mundo, con la excepción de los de Beijing , Xiamen y Bogotá . La rentabilidad requiere una combinación de alta utilización de la flota y alta densidad de tráfico: la utilización está dada por la proporción de autobuses en circulación con respecto a la flota total de autobuses disponible, y la densidad está dada por el número de autobuses en circulación por milla de carril de autobús. El estudio asume una eficiencia de transferencia de energía inalámbrica del 90%, la instalación de la longitud mínima de infraestructura de carga inalámbrica necesaria para satisfacer las necesidades de carga de la flota, y un costo fijo de $3 millones por milla de infraestructura de carga inalámbrica y un costo adicional de $10 000 por kW -milla. [ 81 ] Esto da, por ejemplo, un costo de $4 millones por milla para un  sistema de carga inalámbrica de 100 kW, donde el  sistema de 100 kW es más caro por milla que un sistema de 50  kW o 25  kW, pero requiere menos millas de carriles de carga.

Efectos sobre la superficie de la carretera

Se encontró en 2017 que la infraestructura de carga inductiva aumentaba la aparición de grietas reflectantes en las superficies de las carreteras . [ 76 ] : 64 [ 82 ] Las pruebas de varios materiales de unión entre las bobinas inductivas y el asfalto en 2023 en Nantes mostraron que las técnicas de instalación estándar de bobinas inductivas bajo el asfalto no eran satisfactorias y dieron como resultado tensiones críticas. El rendimiento fue satisfactorio con el uso de resinas de unión específicas, con una degradación no crítica en el rendimiento en comparación con pavimentos de referencia sin bobinas inductivas. A pesar de los resultados satisfactorios, incluso los métodos de mejor rendimiento mostraron riesgo de desprendimiento de la carcasa de las bobinas de la capa superior de la carretera. [ 83 ] ÉTS y Université Laval estudiaron el rendimiento estructural de las bobinas inductivas en el pavimento en 2025, encontrando de manera similar evidencia de desprendimiento. [ 84 ] [ 85 ] Las pruebas de Nantes de 2023 mostraron un mayor riesgo de daños térmicos en la carretera en condiciones normales de funcionamiento debido a que las bobinas de inducción superaron temperaturas de 100 °C (212 °F) . [ 19 ] INDOT ha estado probando en 2024 una instalación DWPT con hormigón polimérico especial utilizado previamente para puentes. [ 30 ] : 38m19s  

Implicaciones médicas

La carga inalámbrica está teniendo un gran impacto en el sector médico al permitir la carga a largo plazo de implantes y sensores ubicados bajo la piel. Varias empresas ofrecen implantes médicos recargables (por ejemplo, neuroestimuladores implantables) que utilizan carga inductiva. Los investigadores han logrado imprimir antenas transmisoras de energía inalámbrica en materiales flexibles que podrían colocarse bajo la piel de los pacientes. Esto podría significar que los dispositivos subcutáneos para monitorizar el estado del paciente tendrían una vida útil más prolongada y proporcionarían largos periodos de observación o monitorización, lo que permitiría un mejor diagnóstico por parte de los médicos. Estos dispositivos también podrían facilitar la carga de dispositivos como marcapasos, evitando que una parte expuesta del dispositivo atraviese la piel para permitir la carga con cable. Esta tecnología permitiría un dispositivo completamente implantado, lo que lo haría más seguro para el paciente. Aún no está claro si esta tecnología será aprobada para su uso; se necesita más investigación sobre la seguridad de estos dispositivos. Si bien estos polímeros flexibles son más seguros que los conjuntos rígidos de diodos, pueden ser más susceptibles a romperse durante la colocación o extracción debido a la fragilidad de la antena impresa en el material plástico. Si bien estas aplicaciones médicas parecen muy específicas, la transferencia de energía de alta velocidad que se logra con estas antenas flexibles se está estudiando para aplicaciones más amplias. [ 86 ]

Véase también

Referencias

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