CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se inserta dentro del campo técnico del transporte público terrestre y la incorporación de buses eléctricos al sistema de transporte público, en forma más específica, se puede señalar, que está referida a la recarga energética necesaria de los buses eléctricos. Así entonces, en forma particular, la presente invención apunta a disponer de una estación de recarga para buses eléctricos, que permita una máxima utilización del espacio disponible y el menor riesgo posible para la operación y gestión de recarga eléctrica de los buses.

ANTECEDENTES

El considerable progreso industrial y el aumento poblacional que se ha producido en los últimos años en el mundo, ha llevado a que la población de las más grandes ciudades del orbe aumente considerablemente su número, junto a lo anterior, las principales ciudades del mundo, han visto una fuerte expansión territorial, lo que ha llevado al poblamiento de las zonas periféricas de la ciudad. Si bien, todo el crecimiento poblacional y la ocupación territorial pueden considerarse como factores normales dentro del desarrollo económico y social para todo el mundo, también es sabido que, dicho desarrollo, es acompañado de condiciones que, de una u otra manera, han significado nuevas necesidades para la sociedad. Efectivamente, el notable crecimiento demográfico de las ciudades, trae aparejado distintos elementos que van haciendo más complicado el desarrollo urbanístico y social, como por ejemplo, los grandes desplazamientos de miles de personas que deben trasladarse a distintos puntos de la ciudad, ya sea por razones laborales, familiares, de salud u otras. Sin duda, que para el gran número de personas que se deben desplazar, se hace necesario que cada ciudad o región, disponga de un sistema de transporte público lo más eficiente posible, de manera que se pueda soportar la mayor cantidad de traslados y, a la vez, cubrir el mayor territorio posible.

Hasta la primera década del siglo XXI, el gran sostén del transporte publico han sido los buses que utilizan combustibles fósiles, principalmente el petróleo diésel. Pero, si bien, la gran cantidad de buses de combustión interna que utilizan petróleo diésel (buses diésel en adelante) logró contener la alta demanda de pasajeros que han necesitado trasladarse en transporte público, llevó también a que el alto número de buses diésel circulando se transformara en una de las principales fuentes de contaminación ambiental (acústica y atmosférica). Estudios científicos han identificado que los contaminantes emitidos por los buses diésel (y otros vehículos diésel) tienen impactos negativos en casi todos los órganos del cuerpo. La contaminación de los buses diésel de transporte público, está dividida en contaminación primaria y secundaria. La contaminación primaria es emitida directamente a la atmósfera, mientras que la contaminación secundaria es el resultado de reacciones químicas entre contaminantes. Los bebés, los niños y las personas con enfermedades crónicas son particularmente susceptibles a los efectos de la contaminación del aire. Los principales contaminantes del aire emitidos por buses diésel son:

- Material Particulado (MP). Altas concentraciones de material particulado componen el humo negro cargado de hollín que sale por los escapes de los buses diésel.

- Compuestos Orgánicos Volátiles (COV). Estos contaminantes reaccionan con los óxidos de nitrógeno en la presencia de luz solar para formar ozono a nivel del suelo, el principal ingrediente del smog.

- Óxidos de nitrógeno (NOx). Estos contaminantes forman ozono a nivel del suelo y material particulado (secundario).

- Monóxido de carbono (CO). Este peligroso gas tóxico incoloro e inodoro es formado a partir de la combustión de combustibles.

- Dióxido de azufre (SO2). Los buses diésel emiten este gas cuando queman combustibles que contienen azufre.

- Gases de efecto invernadero. Los buses de transporte público emiten gases que atrapan calor en la atmósfera y por tanto contribuyen al calentamiento global, predominantemente dióxido de carbono.

Reducir la contaminación que generan los vehículos se ha transformado en un desafío universal, principalmente, reducir los contaminantes emitidos por buses del transporte público, por lo que se hace necesario mejorar la calidad del aire y disminuir las emisiones asociadas al calentamiento global en todo el mundo. La calidad del aire es una preocupación que se ha convertido en crónica en la mayoría de las grandes ciudades del mundo, principalmente por las repercusiones directas que tiene para la salud humana. Como ya se ha mencionado, las emisiones arrojadas por los tubos de escape de los motores de combustión interna en vehículos diésel, principalmente, las emisiones de buses diésel que son parte del sistema de transporte público, son una de las principales fuentes de contaminantes altamente nocivos, como los ya nombrados óxidos de nitrógeno (NOx) y las diferentes partículas en suspensión. Así, entonces, con una población urbana que no para de crecer y necesitar el traslado en buses de transporte público, se ha tornado una real necesidad diseñar y desplegar opciones de transporte público sostenibles y eficientes.

Dado lo anterior, en la última década, ha avanzado la implantación de la electromovilidad como una solución inteligente y ambientalmente sustentable para superar los efectos nocivos de los sistemas de transporte que utilizan combustibles fósiles como fuente de energía. Bajo esta consideración, se ha ¡do acrecentando la realidad de los buses eléctricos como una de las formas más prometedoras para reducir las emisiones nocivas y mejorar la calidad general del aire en los entornos urbanos. Así, entonces, la urgencia mundial por disminuir la contaminación y modernizar el transporte público de los países ha impulsado recientemente el cambio de las flotas de buses diésel a buses eléctricos. Sin duda alguna, China se ha convertido en pionera y líder en esta materia, a fines del año 2019, ya contaba con más de 400 mil buses eléctricos circulando en sus calles. De la misma forma, aunque en una menor escala, la ciudad de Santiago de Chile, ha incrementado notablemente su flota de buses eléctricos en el sistema de transporte público. Se estima que para fines del año 2020, la flota de buses eléctricos que recorrerán las cales de Santiago de Chile llegará a cerca de 800 buses. A mediados del año 2020, los más de 410 buses que recorrían las calles de Santiago, generaron entre un 25% y un 70% menos de ruido que los buses diésel normales y se ahorraron 24.600 toneladas de emisiones de CO2 por año, según estimaciones del gobierno.

Es relevante señalar que Chile ha adquirido y ratificado acuerdos internacionales que plantean reducir emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y abordar los desafíos del Cambio Climático, a través de compromisos de mitigación que buscan reducir al año 2030 la intensidad de emisiones en un 30% respecto a los niveles observados en 2007. Por lo que, el país, ha articulado una institucionalidad y objetivos claros para ello, lo que incluye la electromovilidad. Así se tiene que, en términos prácticos, como respuesta a los efectos ambientales adversos y en la búsqueda de la eficiencia energética, ha destacado el desarrollo de instrumentos de política publica, tal como la Estrategia Nacional de Electromovilidad (2016) o la Ruta Energética 2018 - 2022. En estos instrumentos, se hace explícita la necesidad de implementar políticas públicas que contribuyan a reducir los efectos del consumo de energía del sector transporte, disminuyendo los efectos en el medioambiente y, también, la dependencia del país por combustibles fósiles importados. De este modo, la Ruta Energética 2018 - 2022 plantea que en el corto plazo se aumente en 10 veces, al menos, la dotación de vehículos eléctricos. En una perspectiva más amplia, la Estrategia fijó como metas que al año 2050 el 40% de los vehículos particulares y el 100% de los vehículos de transporte público sean eléctricos. De esta manera, al considerar que un tercio del consumo energético final en Chile corresponde al sector transporte (donde el 98% corresponde a derivados del petróleo), se proyecta evitar la emisión de unos 11 millones de toneladas de dióxido de carbono (CO2) lo que reduciría el gasto energético del país en más de 3.300 millones de dólares anualmente, equivalente al 1 ,5% del PIB del 2016. A partir de las relevantes cifras expuestas y en paralelo al importante desarrollo del resto de los países en el tema de la electromovilidad, Chile ha reconocido la necesidad de generar las condiciones normativas, regulatorias y de infraestructura necesarias para el desarrollo eficiente de la electromovilidad desde el punto de vista energético, ambiental y de movilidad. De este modo, con el objetivo de establecer la estandarización y normativa de la red de cargadores, una normativa de diseño de estaciones de carga (electrolineras), propuesta de homologación de cargadores, entre otros temas, en la Hoja de Ruta destacan algunas propuestas concretas, entre las que se pueden mencionar:

- Aumentar la oferta de vehículos eléctricos en Chile;

- Aumentar la disponibilidad de estaciones de carga para vehículos eléctricos;

- Impulsar el desarrollo de capital humano en esta materia,

- Participar en instancias de colaboración público-privadas.

- Definir normativa técnica/económica de la carga. - Definir normativa de disponibilidad de instalaciones de carga de edificaciones.

A través de esta Hoja de Ruta, se comprometió a que empresas vinculadas contribuyan al aumento de la oferta de vehículos, las estaciones de carga, realicen proyectos de investigación, entre otros objetivos ¹ .

Como bien se puede observar, la tecnología de los buses eléctricos ha llegado para quedarse y, más aún, continuar expandiéndose en todas las ciudades del mundo que necesitan de sistemas de transporte público eficiente. Pero, la incorporación de esta nueva tecnología de buses eléctricos en los sistemas de transporte público, trae consigo nuevos desafíos que deben ser superados para lograr una correcta operación del sistema en su conjunto. Así por ejemplo, la mayor penetración de buses eléctricos también plantea más de un desafío para la gestión del sistema eléctrico, como puede ser la sobreutilización de las redes durante periodos alternados de tiempo, debido a la carga rápida de un vehículo eléctrico o a la carga pausada y constante, por lo que puede existir una red con muchos peaks repetitivos de demanda, pero no permanentes en el tiempo. Por tal condición, algunos especialistas indican que la adopción masiva podría impactar fuertemente en el diseño de las redes de distribución, al requerirse alimentadores exclusivos para realizar cargas rápidas, por otra parte, también podrían significar desafíos en la gestión de la demanda debido a la oportunidad en la que se realizarán las cargas (día/noche), por otra parte, y ya con una visión más de futuro, éstos incluso

¹ Electromovilidad. Tendencias y experiencia nacional e internacional. Biblioteca del Congreso Nacional de Chile, mayo 2019. podrían actuar como sistemas de almacenamiento de energía. En conclusión, tanto las transmisoras como las distribuidoras deberían prepararse para estos fenómenos, ya sea sobredimensionando la red actualmente existente o instalando sistemas de respaldo energético que apacigüen este fenómeno. Para el caso particular de los buses eléctricos que forman parte de un sistema de transporte público, se presenta, además, el gran desafío, para dicho sistema de transporte, de disponer de estaciones de carga que permitan recargar los respectivos buses eléctricos de una manera eficiente y que esté integrada a toda la gestión de operación para la flota de buses eléctricos que se desplazan a través de los diferentes recorridos que cubren.

En la actualidad, se han dispuesto diversas tecnologías para la recarga de buses eléctricos, todas ella adaptadas para la disposición de las baterías en los buses eléctrico, el tipo de conexión requerido y la ubicación de la conexión en el bus eléctrico. Así, entonces, de acuerdo al esquema operational de los buses eléctricos que forman parte del sistema de transporte público, la tecnología eléctrica para la recarga de los buses, se puede clasificar en dos tipos: (i) rápida o también conocido como de oportunidad; y (¡i) lenta o semi- rápida. Los esquemas de carga de oportunidad instalan la infraestructura (conductivo tipo pantógrafo o cargadores inductivos) en paraderos o terminales y los buses cargan electricidad a sus baterías mientras los pasajeros ingresan o se bajan del bus. Los esquemas de carga larga, o también conocido como nocturna, se instalan en los terminales de buses, donde las recargas ocurren durante la noche, cuando no se está en servicio o en horarios valles. Cada esquema de carga y tecnología asociada presenta ventajas y desventajas. En el caso de los cargadores tipo “pantógrafo” permite gestionar la autonomía operational de un bus con baterías de menor autonomía, lo que implica que es un bus con menor costo de inversión y más liviano, los que se adaptan para recorridos no muy extensos. Por otra parte, la obra civil-eléctrica requerida, es más compleja, ya que requieren una cantidad de espacio en la vía pública para ser instalados, lo cual trae otros inconvenientes asociados a permisos, seguridad, altos costos económicos y aceptación de la sociedad. En el caso de los cargadores por inducción, que corresponde a un tipo de tecnología inalámbrica, los modelos más eficientes de baterías permiten que la carga por inducción sea más rápida y eficiente, pero, el uso de esta tecnología requiere además que los buses eléctricos dispongan de este sistema para cargarse. Esta tecnología aún se encuentra en desarrollo y habrá que esperar un tiempo para conocer su real beneficio para la recarga de buses eléctricos. Finalmente, el cargador tipo plug-in es el tipo de cargador más popular y utilizado por los buses eléctricos en la actualidad. La mayor autonomía que presentan las baterías actuales y la poca accesibilidad a otros tipos de cargadores por parte de los operadores han ayudo a la proliferación de esta tecnología. De esta manera, uno de los grandes avances que ha tenido la tecnología tipo plug-in es su estandarización hacia modelos compatibles con distintos modelos de fabricantes. En el inicio de su desarrollo, cada fabricante de cada país adoptaba una configuración del plug-in según los estándares que lo regían. El sistema de plug-in de carga rápida es el gran avance de la tecnología, la cual permite cargar el 80% de una batería en tan sólo 30 minutos, acortando los tiempos de 5[h] y 2[h] de sus predecesores. La mayor ventaja de los sistemas plug-in es su utilización sencilla en los terminales de los buses. A diferencia de los cargadores tipo pantógrafo o por inducción, no requieren de espacio en la vía pública (en este caso paraderos) y su instalación no exige una gran obra civil. Los requerimientos de potencias dependerán de cuántos cargadores se instalen en un determinado terminal ² .

Dada la disponibilidad de tecnologías de carga de buses eléctricos antes señaladas, es fácil comprender que, en Chile y en la mayoría de los países latinoamericanos, los buses eléctricos que conforman las distintas redes de transporte público, dispongan de buses cuya tecnología de carga está asociada al cargador plug-in. Así, entonces, debido al tamaño de las baterías y a la disposición y ubicación de éstas en los buses eléctricos, la conexión para el cargador plug-in, se encuentra dispuesta en la zona posterior de los buses.

Así, por ejemplo, en el estado de la técnica, ya se conocen diversas tecnologías que apuntan a mejorar la recarga de buses eléctricos. La patente de invención US 8324858, divulga una estación de carga que comprende: un chasis de carga que incluye un par de tirantes de colector, formados cada uno con bandas guía separadas, con una superficie eléctricamente conductiva para hacer contacto con un electrodo y conectada mecánicamente a una instalación de carga y que se extiende descendentemente y lejos de la instalación de

² Plataforma de Electromovilidad. Ministerio de Energía carga, en donde las bandas guía proporcionan la posición y la orientación del par de tirantes de colector, un poste conectado mecánicamente a la instalación de carga; y un soporte conectado mecánicamente al poste y que soporta el poste y la instalación de carga. El bus que se recargará comprende dos o más placas de contacto a una posición debajo de una instalación de carga, en donde la instalación de carga se conecta a dos o más tirantes de colector, lo que permite establecer una conexión eléctrica entre un primer tirante de colector y una primera placa de contacto y entre un segundo tirante de colector y una segunda placa de contacto.

La solicitud de patente de invención US 2016/167530 divulga un sistema de carga de un bus eléctrico que posee un acumulador de energía y una estación de carga. La estación de carga tiene un mástil al que se fija un conector de corriente. Los contactos de la estación de carga pueden ponerse en contacto con un riel del bus. Un dispositivo de comunicación de la estación de carga está montado en el mástil de la estación de carga, pudiéndose establecer una comunicación inalámbrica con un dispositivo de comunicación del lado del vehículo.

La solicitud de patente de invención US 2019/0351777, divulga un sistema y método para cargar un bus eléctrico que tiene una interfaz de carga en su techo, en donde se establece la aproximación del bus a la estación de carga, luego se baja el cabezal de carga de la estación de carga para que descienda sobre el techo del bus y se mueva el bus con el cabezal de carga en el techo para conectar el cabezal de carga con la interfaz de carga. Se describe, además, un vehículo eléctrico que contiene una placa de contacto, un emisor de señal y un receptor de señal.

La patente de invención ES 1249144, divulga una estación de recarga de vehículos eléctricos, que comprende un espacio con una serie de plazas de aparcamiento y una estructura próxima, caracterizada por que: la estructura porta una serie de sensores de presencia de vehículos que vigilan las plazas, comprende una guía próxima a las plazas sobre la que circula un único carro que porta: un cuadro eléctrico y de control, de suministro de alta potencia desde una o más barras de distribución; un dispositivo de recarga que transforma la potencia de las condiciones requeridas para la recarga, y conectado a un conductor portado por un brazo robótico; un sensor de posición del carro; y una señe de controladores de carga fijos, con una manguera con cabezal de conexión al puerto de carga de los vehículos adyacente a cada plaza de forma que los controladores de carga están desconectados de la red eléctrica de carga y el brazo robótico está configurado para conectar el conductor a los controladores de carga de forma sucesiva.

En la actualidad, las principales estaciones de recarga para buses eléctricos, utilizan la tecnología de conexión plug-in. En estos casos, en el espacio dispuesto para el estacionamiento de los buses se ubican los distintos cargadores a ras de piso, desde los cuales emerge el cable de conexión que se conectará al dispositivo de conexión que se encuentra en la parte posterior del bus. De esta manera, todos los buses deben realizar una operación de acercamiento hacia el cargador, pero, dicha operación, debe ser ejecutada en marcha reversa, es decir, el bus realiza el acercamiento por su parte trasera (de cola), lo cual, en sí mismo, es una operación compleja, con el consiguiente riesgo que ello conlleva de golpear el cargador si es que la operación de acercamiento sufre un descuido, además, por tratarse de buses silenciosos, se corre el riesgo de atropellos del personal que trabaja en la estación, ya que pueden no fijarse del retroceso del bus al estar influenciados por otros ruidos ambientales en la estación. Por lo demás, la disposición de los cargadores a ras de piso, genera la ocupación de un espacio adecuado y una zona de seguridad adyacente, todo lo cual, redunda en una disminución del espacio disponible para estacionar -y recargar- un mayor número de buses.

Como bien se puede observar, las estaciones de recarga de buses eléctricos, que no utilizan la tecnología de recarga por inducción o pantógrafo, necesitan amplias zonas de estacionamiento para la recarga de buses por medio de tecnología plug-in, en donde, la disposición de los cargadores juega un rol fundamental a la hora de maximizar el espacio disponible. En la presente invención, se presenta una estación de recarga simultánea para un gran número de buses eléctricos, en donde, la disposición de los cargadores en un nivel superior al nivel de estacionamiento de los buses, permite maximizar el espacio disponible, además, evita el riesgo de alcance o choque del bus con el cargador, ya que la disposición de los andenes de estacionamiento y la ubicación superior de los cargadores permite que los buses se estacionen en marcha frontal, evitando el estacionamiento en marcha reversa.

La compañía alemana “Daimler Buses”, ha equipado su planta de fabricación de autobuses de Mannheim, con una estación de carga central para el bus eCitaro totalmente eléctrico. La característica especial de esta estación de carga es que gabinetes rectificadores (corriente alterna a corriente continua) se encuentran ubicados a una altura de unos cinco metros sobre el suelo. Pero, dicha estación sólo sirve para cargar los buses como parte del proceso de producción y antes de la entrega a los clientes. La estación de carga es compatible con todas las tecnologías de carga comunes: carga por cable de 150 kW, carga rápida de 300 kW usando un pantógrafo en el techo del autobús y carga rápida de 300 kW usando un juego de rieles de carga instalados permanentemente en el techo del autobús. La estación de carga tiene cuatro plazas de aparcamiento y utiliza cuatro dispositivos de carga con una potencia de 150 kW cada uno y dos con 300 kW cada uno. Aquellos gabinetes rectificadores pueden conectarse por un canal de cable extensible bajo el suelo hasta llegar a un cargador o módulo de carga que sobresale del piso y del cual emerge un nuevo cable que se conecta al bus, ocupando un espacio importante sobre o adyacente al andén de estacionamiento.

Así entonces, existe la real necesidad de disponer de una estación de recarga para buses eléctricos, cuya disposición global permita una máxima utilización del espacio disponible y que, además, esté dispuesta en un terreno especialmente adaptado para recibir y recargar dos o más buses a la vez, con la particularidad de que la estación de recarga se componga de una marquesina soportada por una estructura metálica y, bajo la marquesina y a nivel de piso, se encuentran andenes ordenadamente demarcados para el estacionamiento ordenado de buses. Además, la disposición en un segundo nivel de los cargadores, sin módulos en el primero, y que los cables de conexión cuelguen desde el segundo nivel, reduce al mínimo el riesgo de fallas por de inundaciones, en donde pueda entrar agua a las cámaras subterráneas de módulos de carga, como se puede dar en el caso del proyecto de Daimler Buses.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La estación de recarga de buses eléctricos, que se describe en la presente invención, se encuentra dentro del innovador concepto de la electromovilidad, en donde, una suma de elementos y procesos, permite una correcta operación de todo un sistema de transporte público. Más allá del beneficio directo para los usuarios del sistema de transporte, al poder disponer de flotas de buses modernos y tecnológicamente avanzados, existen beneficios económicos y ambientales por las externalidades positivas generadas por el uso de buses eléctricos. En forma particular, la presente invención, presenta una estación de recarga para buses eléctricos que permite una máxima utilización del espacio, en donde dicha estación está dispuesta en un terreno especialmente adaptado para recibir y recargar dos o más buses a la vez, estando la estación comprendida por una marquesina soportada por una estructura metálica y bajo la marquesina, a nivel de piso, se encuentran andenes demarcados para el estacionamiento ordenado de buses, y en donde en una estructura de soporte y pasillo dispuesta en un segundo nivel sobre el piso se encuentran dispuestos ordenadamente cargadores de alta potencia, en donde, desde cada uno de los cargadores emerge un cable de carga que cuelga hacia el andén correspondiente; tecles eléctricos anclados en el segundo nivel sostienen cada uno de los cables de carga; y una baliza indicativa con distintos colores se dispone acoplada en la zona inferior de la estructura de soporte y pasillo para marcar el color que corresponda y servir de guía para el estacionamiento de cada bus.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURAS

Una descripción detallada de la invención, se llevará a cabo en conjunto con las figuras que forman parte de esta solicitud.

Es importante indicar que las figuras sólo actúan como elementos de apoyo para una mejor comprensión de la invención, sin que ellas representen los componentes a una escala real y/o proporcional, así también, en las figuras se representan las vistas de la estación relativas a las partes esenciales de la invención, sin que se incluya detalles de la estación, de sus sistemas de operación o sus instalaciones complementarias en su estado real, tal como: elementos de transmisión, elementos de unión, elementos de seguridad, circuitos electrónicos, conectores, etc. La invención tampoco puede verse limitada sólo a lo que aparece en las figuras, pues, ellas representan elementos genéricos relevantes para la estación de recarga y pueden no incluirse elementos que son de conocimiento general en el estado de la técnica. Así entonces, se tienen las siguientes figuras:

La figura 1 representa una vista en perspectiva general de la estación de recarga para buses eléctricos.

La figura 2 representa una vista isométhca de las marquesinas y buses en la estación de recarga.

La figura 3 representa una vista en perspectiva del segundo nivel de la estación de recarga.

La figura 4 representa una vista de acercamiento de un cargador dispuesto en un segundo nivel en la estación de recarga.

La figura 5 representa la disposición en planta de una sección de tres filas de andenes para el estacionamiento de buses eléctricos que se recargarán.

La figura 6 representa la disposición en planta de una sección de dos filas de andenes para el estacionamiento de buses eléctricos que se recargarán.

La figura 7 representa una elevación longitudinal de la marquesina.

La figura 8 representa una elevación transversal de la marquesina que incluye tres corridas de cargadores en el nivel superior.

La figura 9 representa una elevación transversal de la marquesina que incluye dos corridas de cargadores en el nivel superior. La figura 10 corresponde a una representación básica de los componentes operativos asociados al cargador.

Todas las referencias numéricas que se realizan a lo largo de toda la descripción, deben considerarse en el todo el conjunto de las figuras, pues, se da el caso que en un mismo párrafo se hacen referencias numéricas a elementos que se pueden encontrar en dos o más figuras distintas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Para una mejor comprensión de la presente invención, es necesario entregar las siguientes definiciones, las que sólo deben ser entendidas como elementos que ayudan al entendimiento de las características técnicas particulares en este campo técnico:

Recarga: carga eléctrica reiterada a una misma fuente de acumulación de energía (batería) que se encuentra dispuesta en un bus eléctrico.

Electromovilidad: referencia al uso de vehículos eléctricos, siendo entendido como aquellos que hacen uso de energía alternativa impulsado por uno o más motores eléctricos.

Buses eléctricos: buses que funcionan con motores eléctricos e incluyen una cantidad suficiente de baterías a bordo para poder circular la mayor parte del día sin necesidad de recargar las baterías durante su trayecto.

Andén: espacio demarcado para el estacionamiento ordenado de un bus.

CCS (Combined Charging System): sistema de conexión normalizado que incluye la opción conjunta de carga en CA y en CC. En un solo conector se pueden cargar vehículos en CA o en CC. Dentro de la estandarización CCS existe CCS1 (norteamericano) y CCS2 (europeo).

GB/T: estándar de conexión chino Guobiao.

En el campo técnico de la electromovilidad, particularmente en lo que dice relación con la incorporación de buses eléctricos al sistema de transporte público, Chile tiene una posición de liderazgo dentro del contexto internacional, principalmente a nivel latinoamericano, dicho liderazgo no está dado por el desarrollo de la tecnología propia de los buses eléctricos, sino que está dada por el creciente número de unidades que se integran periódicamente al sistema, lo que permite que un mayor número de usuarios puedan ser transportados por buses eléctricos modernos que no tienen un impacto contaminante si se compara con los buses de combustión interna que utilizan combustibles fósiles. Si bien, la tecnología propiamente tal de los buses eléctricos no se desarrolla en Chile, el país se ha visto en la necesidad de implementar desarrollos técnicos que permitan la eficiente operación de los buses eléctricos, como pueden ser:

- Desarrollar sistemas de gestión de flotas.

- Preparar personal técnico idóneo para el correcto mantenimiento de los buses.

- Adecuar vías, de preferencia exclusivas, para el mejor aprovechamiento del recorrido de los buses.

- Desarrollar estaciones óptimas de recarga para los buses. Investigar el desarrollo de nuevas baterías a partir de las materias disponibles en el país.

Debe entenderse que bajo el concepto de electromovilidad, existen cuatro tipos principales de tecnologías: trolebuses, eléctricos a batería, eléctricos híbridos enchufables (motor de combustión y motor eléctrico) y eléctricos con celdas de combustible de hidrógeno. En los cuatro casos se utiliza un motor eléctrico que proporciona movimiento al vehículo utilizando electricidad como fuente. En forma más específica, actualmente, se pueden considerar dos tipos de tecnología: están los vehículos con batería de ion-litio, y está el vehículo de fuel cell, donde se genera la electricidad con el combustible que es hidrógeno, y eso permite mover el motor eléctrico. Mientras que en los vehículos con batería de ion-litio se requiere una recarga eléctrica que toma varias horas, el fuel cell de hidrógeno se recarga en dos minutos y puede tener una autonomía mayor al auto eléctrico. Así, entonces, como ya se ha mencionado, técnicamente, la movilidad eléctrica tiene un conjunto de ventajas deseables que han favorecido su expansión, esta disponibilidad de vehículos eléctricos, ha contribuido a que el transporte sea más eficiente energéticamente, se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero y la dependencia del petróleo, mejora la calidad del aire local y disminuye la contaminación acústica. El aumento, a nivel mundial, en la disponibilidad de vehículos eléctricos, estaría fuertemente influenciada por la evolución del costo de las baterías de ion-litio, de modo que su expansión implicaría que las necesidades de recarga de los vehículos con baterías de ion-litio serían uno de los desafíos para las regulaciones en los usos de la red energética. Pero, sin duda, ese incremento en la disponibilidad de vehículos eléctricos, presenta el desafío de disponer de una amplia red de puntos para la recarga de las baterías que utilizan los vehículos eléctricos. En el caso particular de los buses eléctricos que ofrecen los servicios a través de los sistemas de transporte público, se hace estrictamente necesario, disponer de estaciones de recarga que permitan ofrecer una operación continua a toda la flota de buses eléctricos del sistema de transporte público.

Por lo tanto, ante la necesidad de enfrentar una creciente demanda de recarga de energía para buses eléctricos que operan en un sistema de transporte público, en la presente invención, se busca disponer de una estación de recarga para buses eléctricos que permita una máxima utilización del espacio disponible y que esté dispuesta en un terreno especialmente adaptado para recibir y recargar varios buses a la vez. Pero, dicha estación de recarga, a su vez, debe cumplir con los exigentes requisitos de seguridad operational y laboral, de forma que se asegure una operatividad continua y, en lo posible, sin accidentes. Al considerar toda la problemática existente en el estado de la técnica y después de distintos análisis y desarrollos, los inventores, han llegado en forma sorprendente e inesperada, a constituir un nuevo tipo de estación de recarga para buses eléctricos, el cual, dada su configuración y distribución, permite superar diversos problemas de la técnica y lograr las siguientes ventajas técnicas: - Mayor aprovechamiento del espacio disponible gracias a la ubicación en un segundo nivel de los cargadores, esta misma ubicación, permite evitar eventuales problemas por inundaciones en épocas de lluvias extremas o rebalses de sistemas de alcantarillado cercanos.

- La misma ubicación en un segundo nivel de los cargadores, permite que los buses tengan un acercamiento frontal a cada andén, dejando de lado el aparcamiento en marcha reversa, lo que evita las posibles colisiones de la cola del bus sobre un cargador cuando se acerca para su recarga.

- Por otra parte, al colgar los cables de conexión desde los cargadores del segundo nivel, se evita el arrastre continuo de estos cuando el cargador se encuentra a ras de piso, en el mismo nivel del bus, lo cual, redunda en una mayor vida útil del cable de carga.

- Por último, la ubicación en el segundo nivel de los cargadores, permite que se dispongan más de una fila de buses para su recarga simultanea, pero independiente una recarga de otra.

En la figura 1 , se muestra una vista general de la estación de recarga para buses eléctricos de acuerdo a la presente invención. En ella se puede apreciar la disposición de las distintas secciones que conforman la estación y el ordenamiento de los buses estacionados en sus respectivos andenes mientras son recargados. La ventaja del Layout o disposición de los andenes en la presente invención, es que los buses se pueden cargar en un esquema tipo corredor, en el cual, simplemente tienen que avanzar por un pasillo, nunca teniendo que retroceder, lo cual, evidentemente, aminora el riesgo de accidentes en la estación de recarga.

En las figuras 2 y 3, se puede ver un acercamiento de la estación de recarga para buses eléctricos que permite una máxima utilización del espacio, la que está dispuesta en un terreno especialmente adaptado para recibir y recargar dos o más buses a la vez, en donde la estación se compone de una marquesina (10) soportada por una estructura metálica (20), bajo la marquesina (10) y a nivel de piso se encuentran andenes demarcados (30) para el estacionamiento ordenado de buses, caracterizada porque en una estructura de soporte y pasillo (40) dispuesta en un segundo nivel sobre el piso, se encuentran dispuestos ordenadamente cargadores de alta potencia (50), en donde, desde cada uno de los cargadores emerge un cable de carga o conexión (51 ) que cuelga hacia el andén correspondiente; tecles eléctricos (52) anclados en el segundo nivel sostienen cada uno de los cable de carga (51 ); y una baliza indicativa (60) con distintos colores se dispone acoplada en la zona inferior de la estructura de soporte y pasillo (40) para marcar el color que corresponda y servir de guía para el estacionamiento de cada bus. Dicha baliza indicativa (60) recibe señales del cargador, de tal forma, que cambiar de color según el estado del cargador, donde dicho estado puede ser, disponible, cargando o carga finalizada. Como ya se mencionó, esta baliza indicativa (60) está conectada al cargador (50) y, al igual que el tecle eléctrico (52), lee los estados del cargador (50) para marcar el color que corresponda y servir de guía para los electrobomberos que cargan los buses y para que el conductor del bus pueda saber en qué andén le corresponde estacionarse para recargar. Tal como se aprecia en la figura 4, en la estructura de soporte y pasillo (40) dispuesta en un segundo nivel sobre el piso, se ubican los cargadores (50) y a cada costado del cargador se dispone un espacio de plataformas de al menos 50 cm.

Las figuras 5 y 6, corresponden a una vista superior de distintas configuraciones de la estación de carga, sin incluir las marquesinas (10) y la estructura metálica (20), en dichas figuras se puede apreciar los andenes demarcados (30) para el estacionamiento durante la recarga de los buses eléctricos. Los andenes (30) se encuentran claramente demarcados, de manera que se pueden formar 2 o 3 líneas de buses para su recarga simultánea. Tal como se puede apreciar también en las figuras 2 y 3, la demarcación de andenes (30) está distribuida para el estacionamiento de al menos dos filas consecutivas de buses. Dentro de dicha demarcación de los andenes (30), se incluyen topes de estacionamiento (31 ) a ras de piso para evitar el traspaso de las ruedas de los buses, también se disponen lomos de toro que fijan la posición de la rueda del bus, de tal forma, de asegurar que el bus esté en el lugar exacto para que sea recargado.

Como ya ha sido mencionado, desde cada cargador (50) ubicado en el segundo nivel de la estructura metálica (20), emerge al menos un cable de carga (51), preferentemente emergen al menos dos cables, cada cable tiene una longitud de al menos cinco metros, preferentemente diez metros, y está conformado de acuerdo a la estandarización CCS o GB/T. Particularmente, los cables son estandarizados con la normativa CCS2 (europeo), aunque, también podrían estar estandarizados de acuerdo a la normativa CCS1 (norteamericano) o GB/T (chino). Es importante señalar que, de acuerdo a los estándares internacionales de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC por sus siglas en inglés) para CCS establece un largo máximo de 7 metros para dichos cables, ya que, sobre dicha longitud, se producen pérdidas de comunicaciones y crosstalk (ruido) entre los cables de cada cargador, lo cual perjudica que el cargador pueda recibir y enviar las señales correctas de chequeo de voltaje, corriente, etc., entre el cargador y el bus. Sin embargo, en un desarrollo conjunto de los inventores y proveedores certificados, se logró disponer de un cable de carga de 10 metros, en donde se evitan las pérdidas de comunicaciones y crosstalk, para lo cual, se introduce en el cargador un repetidor PLC que amplifica la señal de comunicación y así evitar la pérdida. Con la longitud de 10 metros de cada cable cargador, se logra que el cable de carga nazca en el cargador y llegue directo al bus, sin la necesidad de un módulo de carga adicional.

Para minimizar cualquier eventualidad debido a posibles inundaciones por factores climáticos o de otra especie, la estación de recarga dispone todo el montaje eléctrico en la estructura de soporte y pasillo (40) del segundo nivel, de esta manera, nunca estarán los cables eléctricos expuestos a ras de piso o en conductos o canales bajo la superficie en el primer nivel. Los tecles eléctricos (52) anclados en el segundo nivel, tienen la finalidad de sostener a cada uno de los cables de carga (51 ) que emergen de los cargadores (50), cada uno de dichos tecles eléctricos (52), se encuentra conectado al sistema de control del cargador (50) y es activado remotamente a través de un dispositivo portátil inteligente, tal como un smartphone o una tablet, aunque, preferentemente, se emplea una tablet. El tecle eléctrico (52) puede sostener el cable de carga (51 ), subiendo y/o bajando el cable de carga (51 ) según sea necesario. En caso de estar el cable de carga (51 ) conectado al bus, el tecle eléctrico (52) no se activará, para, de esta forma, evitar roturas en las conexiones por posibles tirones. De esta forma, el tecle eléctrico (52) sólo operará si lee del cargador (50) que éste no se encuentra conectado al bus, de manera tal, de evitar que se accione una subida del cable y que rompa la conexión entre el cable y el bus.

Para una eficiente operación de toda la estación de recarga, de manera que se disponga de una información en línea y actualizada de los estados de los cargadores dispuestos sobre la estructura de soporte y pasillo del segundo nivel, dichos cargadores se encuentran interconectados por medio de una red Mesh que facilita y agiliza la comunicación. Los puntos de acceso o nodos de los cargadores, crean una red tipo malla (red Mesh), en donde, los nodos se pueden comunicar entre sí para optimizar la cobertura y las conexiones. De esta forma, la red Mesh será capaz de analizar el estado de cada nodo, en cada cargador, para decidir a cuál cargador se puede conectar un bus que entra a recargarse. Dicha red Mesh de cargadores conectados entre sí, está conectada a un rack de comunicaciones, que es básicamente un tablero estándar en donde llega un punto de red Wifi , Ethernet o similar.

Aunque no se muestra en las figuras, la estación de recarga de la presente invención, en una zona adyacente, dispone de una zona de generadores eléctricos que pueden alimentar los cargadores. No obstante, se debe considerar que los cargadores (50) operan, la inmensa mayoría del tiempo, conectados a la red eléctrica, a través de transformadores que cambian la media tensión de la red eléctrica a la baja tensión con la cual se alimentan. Si bien, existen los generadores diésel instalados en la respectiva zona de generadores, éstos sólo se emplean como un respaldo, cuando hay un corte de energía, o bien, cuando existe algún problema con los transformadores.

La figura 7, representa una vista de elevación longitudinal de la marquesina que es parte de la estación de recarga. En esta figura, se aprecia en toda su plenitud la marquesina (10) y la estructura metálica (20) que la soporta, así también, se aprecia el segundo nivel de la estructura y los cargadores (50) que se encuentran ubicados en la estructura de soporte y pasillo (40) dispuesta en un segundo nivel sobre el piso.

En las figuras 8 y 9, se representan vistas de elevación transversal de la marquesina que incluye tres corridas de cargadores en el nivel superior y dos corridas de cargadores en el nivel superior, respectivamente. En ambas figuras se aprecia la disposición de filas de cargadores y los respectivos pasillos por donde se puede transitar para la revisión y/o mantención de los cargadores. La estructura de soporte y pasillo dispuesta en el segundo nivel sobre el piso, comprende al menos dos líneas de pasillos (41 ) que recorren toda la extensión de la marquesina (10) que cubre los andenes de estacionamiento. En las mismas figuras, se aprecia que en las cabeceras de cada marquesina (10), se dispone una escalera metálica (42) que conecta el primer nivel de piso con la estructura de soporte y pasillo (40) dispuesta en el segundo nivel. Aunque no se aprecia en las figuras, la estación de recarga, también dispone de una escalerilla simple que une el segundo nivel con el techo de cada marquesina, de forma que se pueda acceder para dar el correspondiente mantenimiento a los paneles solares que se encuentran dispuestos sobre el techo de la marquesina, en este último, también hay una línea de vida para proteger al personal ante posibles caídas.

En la figura 10 se muestran los componentes operativos asociados al cargador (50), en donde se destacan el cable de carga (51), el tecle eléctrico (52) y la baliza indicativa (60).

La estación de recarga también incluye una sala eléctrica donde están instalados los transformadores, generadores y tableros eléctricos. Se debe recordar que el control de los equipos propiamente tal, se lleva a cabo por medio del dispositivo inteligente (tablet) en terreno junto a los buses. Las ventajas de la presente invención, se demuestran a través del siguiente ejemplo, el que sólo debe ser considerado como una realización ejemplificadora y por ningún motivo puede ser considerado como un elemento restrictivo para el real alcance de la invención.

EJEMPLO

Un bus eléctrico es monitoreado remotamente respecto a su nivel de carga eléctrica en las baterías, si el monitoreo indica que su carga es baja, se entrega la instrucción remota para que el bus ingrese a la estación de recarga, una vez que ha ingresado a la estación, el bus recibirá una indicación respecto a cual andén dirigirse, a su vez una luz de color específico se encenderá en la baliza indicativa para guiar al conductor del bus al andén asignado, una vez estacionado, un “electrobombero” operará desde su dispositivo inteligente (tablet) el tecle electrónico para que descienda la manguera de carga y la conecte al punto de conexión del bus. En ese momento, la luz de la baliza indicativa cambia de color para señalizar que el cargador está cargando, al mismo tiempo, el tecle electrónico se bloquea para evitar un desacople del cable de carga. Una vez que la carga se completó, el electrobombero desconecta el cable de carga desde el bus, en ese momento se desbloquea el tecle eléctrico y alza la manguera de carga, junto a lo anterior, cambia el color de la luz de la baliza indicativa, para indicar que el andén se encuentra disponible para recibir otro bus. El bus, con sus baterías ya recargadas, se retira del andén hasta su posición de estacionamiento stand-by. Para el caso de la presente invención, es extremadamente relevante que el cargador ubicado en el segundo piso tenga un cable que cuelgue hacia abajo, cargando así el bus y no existiendo un módulo adicional o repetidor como el del proyecto de “Daimler Buses”, dicha relevancia, se da por las siguientes razones:

- Al existir un módulo en el primer piso que sirva como origen del cable de carga, se pierde el concepto de tener un primer piso despejado, arriesgando colisiones entre buses y módulos de carga.

- El módulo en el primer piso es un dispositivo eléctrico extra que requiere mantenimiento y eventuales reparaciones, el cual, al ser realizado entorpecería la operación de circulación de buses en el primer piso.

- Al tener que ubicar módulos en el primer piso, hay que agregar un espacio extra entre buses en paralelo de unos 50 cm, reduciendo así el espacio disponible para estacionar y cargar buses en más de un 20%.

- Los módulos extra que se ubican en el primer piso son caros, pudiendo costar sobre 5.000 euros cada uno y sólo sirven para cargar un bus cada uno. Por otro lado, tanto la obra eléctrica extra (cables en corriente continua que unen gabinetes con módulos, tableros y sistemas de puesta a tierra) como la obra civil extra (pilares o estructuras), para hacer las bajadas de los cables en corriente continua, agrega un costo importante al proyecto de elaboración de la estación, probablemente dejándolo así económicamente inviable. Además, hoy cada marquesina cuenta con los pilares mínimamente necesarios para sostener la estructura y no es necesario agregar vigas o pilares extras que entorpezcan la operación de los buses.

- Al tener toda la obra eléctrica en el segundo piso, sin módulos en el primero, existe un riesgo ínfimo de inundaciones en las cuales pueda entrar agua a las cámaras subterráneas de módulos de carga.

- Al nunca arrastrarse el cable en el piso, como sí ocurre con los electroterminales tradicionales o en el sistema Daimler con los módulos de carga en el primer piso, éste se desgasta menos. De esta forma, existe un riesgo ínfimo de accidentes eléctricos por rotura de recubrimiento de cable y también disminuyen los costos de mantenimiento y reemplazo.

El alcance de la estación de recarga de buses eléctricos descrita en la presente invención, no debe limitarse sólo a los componentes mencionados en el texto mismo, sino que abarca todo aquel componente o sistema destinado a la recarga de buses eléctricos, en donde se incluyan las características constructivas, operativas y funcionales descritas.