Estudio de factibilidad de un sistema de transferencia inalámbrica de energía para la alimentación de vehículos eléctricos utilizando Beamforming

Abstract

La utilización de vehículos eléctricos es una forma efectiva de contrarrestar el impacto negativo producido por la humanidad en el medio ambiente del planeta, a través de la reducción de gases nocivos emitidos a la atmósfera. Sin embargo, este tipo de automóviles aún no alcanza el suficiente desarrollo, lo que hace necesario efectuar mejoras para acelerar su industrialización. Un avance tecnológico relevante es la posibilidad de alimentar el vehículo mientras está en movimiento, lo que permitiría eliminar los largos tiempos de carga de las baterías. El presente informe tiene como objetivo estudiar un sistema que permita transferir potencia a un automóvil en movimiento, utilizando la tecnología de direccionamiento de haces. Para esto, es necesario investigar previamente los conceptos de transferencia inalámbrica de energía, beamforming, diseño de antenas e interferencia de ondas. Para estudiar el sistema se crean simulaciones y pruebas de concepto. Se inicia observando la interferencia de las ondas producidas por un arreglo lineal de parlantes a través de una simulación animada. Con el objetivo de definir características del modelo, se analizan los patrones de radiación producidos por un arreglo al variar los parámetros fundamentales, además de analizar el comportamiento del mismo en distintas bandas de frecuencia. Finalmente, se realizan ensayos con sonido para visualizar el comportamiento de beamforming en un escenario con cuatro parlantes. La implementación de la simulación de interferencia consigue visualizar el comportamiento de las ondas en el tiempo y el espacio, conformando una primera aproximación al sistema. Por otro lado, la variación de los parámetros del arreglo permite definir el número de antenas, la distancia entre las mismas y la frecuencia de trabajo que permiten una mayor directividad del modelo. Finalmente, las pruebas de concepto con sonido conforman una aplicación válida de beamforming, logrando direccionar las ondas en un ángulo en particular. El principal alcance del trabajo realizado es su función como puente en la creación de trabajos futuros. Por un lado, el sistema de transferencia de energía a un vehículo puede ser utilizado como base para una aplicación real, a través del diseño de las antenas y creación de prototipos. Por otro, las pruebas de concepto posibilitan la implementación estudios que busquen probar la validez de conceptos utilizados en telecomunicaciones, aplicadas a un grupo de parlantes como sustituto de un arreglo de antenas.