Jak działa bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych
Opublikowany: 2022-11-04
Wszyscy już przyzwyczailiśmy się do bezprzewodowego ładowania smartfonów, ale co by było, gdyby w ten sam sposób można było ładować samochód elektryczny? Technologia jest obecnie opracowywana — wkrótce wszystko, co możesz zrobić, aby naładować swoją Teslę, to ją zaparkować.
Jak działa bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych
Bezprzewodowe ładowanie EV działa w podobny sposób, jak ładowanie smartfonów – za pomocą indukcji magnetycznej. Ładowanie indukcyjne działa poprzez wytworzenie pola elektromagnetycznego w jednym obszarze, zwykle za pomocą naładowanej metalowej cewki, która wytwarza prąd w innym obszarze wystarczająco blisko, aby to pole miało wpływ. Ponieważ pole elektromagnetyczne wytwarza prąd, do przesyłania energii nie jest potrzebny przewód.
W smartfonach proces ten przebiega za pomocą magnesów lub podkładek, z którymi telefon musi pozostawać w kontakcie. W samochodach elektrycznych ta sama podstawowa koncepcja jest stosowana na większą skalę z większą mocą, która pozwala na większą przestrzeń między podkładką ładującą a pojazdem. Indukcyjna podkładka ładująca leży na ziemi, a samochód jest nad nią zaparkowany. Kamery wewnątrz samochodu informują kierowcę, kiedy są prawidłowo ustawione nad podkładką ładującą.
Gdy samochód zostanie zaparkowany nad podkładką, podkładka naziemna i podkładka przymocowana do pojazdu elektrycznego generują prąd. Podkładka uziemiająca jest ładowana energią z sieci, tworząc pole elektromagnetyczne. Podkładka ładująca na spodzie samochodu rezonuje z taką samą częstotliwością magnetyczną jak podkładka na ziemi i wytwarzany jest prąd do ładowania akumulatora pojazdu. W przeciwieństwie do ładowania smartfonów, które wymaga precyzyjnego wyrównania i dotykania magnesów, ładowanie indukcyjne EV ma większą swobodę — szczelina powietrzna może wynosić cale zamiast milimetrów.
Tam, gdzie bezprzewodowe ładowanie smartfonów jest wydajne przy przenoszeniu mocy na poziomie około 80%, bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych jest znacznie lepsze. Tech YouTuber Matt Ferrell w jednym ze swoich filmów rozmawiał z firmą, która produkuje technologię bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych o nazwie WiTricity. Dyrektor generalny firmy twierdzi, że jej bezprzewodowy sprzęt do ładowania ma około 99% wydajności. Byłoby to mniej więcej takie samo, jak podłączenie do stacji ładującej lub w domu.
To zaskakujące, ponieważ spodziewalibyśmy się utraty wydajności z powodu bezprzewodowego ładowania, a nie podłączania. Ale inne dane wydają się wspierać ten poziom wydajności ładowania. Centrum Akceleratora Zielonych Technologii Rochester Institute of Technology nawiązało współpracę z firmą HEVO zajmującą się ładowaniem bezprzewodowym, aby przeprowadzić badanie, w którym bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych było wydajne w 95% w urządzeniach prototypowych. Bezprzewodowe ładowanie do 120 kW z 97% wydajnością zostało przeprowadzone w 2018 roku w National Laboratory (ORNL) Departamentu Energii w Oak Ridge.
Nie oznacza to, że jutro wszyscy będziemy ładować nasze Tesle bezprzewodowo; technologia wciąż jest w fazie testów. Ale WiTricity już zmodernizowało wiele modeli EV za pomocą ich technologii, która podobno działa dobrze. Wiele innych krajów również testuje to i pracuje nad rozwiązaniem na rynek masowy. Jeśli udoskonalono by je na tyle, aby można je było wdrożyć na masową skalę, zestawy do ładowania bezprzewodowego dla obecnych modeli byłyby powszechnie dostępne, a nowe pojazdy elektryczne miałyby wbudowaną funkcję ładowania bezprzewodowego.
Mogłoby to umożliwić, o czym mówił Ferrell w swoim filmie, większą autonomię dla samochodów autonomicznych i parkujących. Gdyby mogły się ładować za pomocą ładowarek wbudowanych w miejsca parkingowe lub drogi, tak naprawdę nie potrzebowaliby żadnej interakcji międzyludzkiej, aby wykonywać swoje zadania przez cały dzień. Na przykład pojazdy floty ostatniej mili mogą ładować się, parkując lub jeżdżąc po bezprzewodowych panelach ładujących i nie trzeba ich podłączać przez cały dzień, chociaż konieczne są dalsze ulepszenia technologii autonomicznej jazdy, zanim stanie się to nawet zbliżone do rzeczywistości.
Ponadto Uniwersytet Cornell pracuje już nad bezprzewodowymi podkładkami ładującymi, które można wszczepić na jezdnię i zasilać samochód podczas jazdy. Drexel University opracowuje również technologię bezprzewodowego ładowania, która może być wbudowana w drogi i lepiej tolerować niewspółosiowość między podkładkami ładującymi.
Koszt wbudowania tego rodzaju technologii w drogi na szeroką skalę pozostaje niezauważony i może przeszkodzić w tym, by drogi ładowania bezprzewodowego stały się głównym nurtem, jeśli byłyby zbyt wysokie. Stany Zjednoczone nie mają dobrych wyników, jeśli chodzi o utrzymanie naszych obecnych dróg i mostów, ale dzięki niedawnemu zatwierdzeniu przez Kongres dużej ustawy o infrastrukturze możemy, miejmy nadzieję, zauważyć poprawę tego trendu.
Wyzwania bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych
Jedną dużą przeszkodą w masowym ładowaniu bezprzewodowym jest koszt. W chwili pisania tego tekstu WiTricity twierdzi, że jedna z ich bezprzewodowych stacji ładowania kosztuje około 700 USD. Ale obliczenie rzeczywistych kosztów jest trudne w tym momencie, ponieważ technologia jest tak nowa. To zależy od tego, czy mówisz o modernizacji jednego pojazdu, czy o wyposażeniu całej floty. Dodanie kilku elektrod do dużego autobusu elektrycznego będzie również kosztować więcej niż zainstalowanie zwykłego sedana EV z bezprzewodowym ładowaniem – według The Eco Experts nawet do tysięcy. Najważniejsze jest to, że w momencie pisania tego artykułu technologia ładowania bezprzewodowego będzie kosztować znacznie więcej niż instalacja przewodowej stacji ładowania do użytku osobistego.
W miarę rozwoju technologii i zbliżania się do szerszego zastosowania na rynku, miejmy nadzieję, że cena spadnie. Na razie pozostaje jednak bardziej kosztowną nowością niż praktycznym rozwiązaniem dla wielu kierowców pojazdów elektrycznych. Do tego dochodzi fakt, że obecnie istnieje niewiele infrastruktury do bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych.
Kolejną przeszkodą jest szybkość ładowania. Kiedy ta technologia zaczęła stawać się popularna kilka lat temu, przekazywała moc tylko na poziomie około 3,5 kW, według Green Car Reports. W chwili pisania tego tekstu prędkość ta wzrosła do 11 kW, co wystarcza, aby dodać około 34 mile mocy do akumulatora na godzinę ładowania. To całkiem szybko, zwłaszcza jeśli będziesz zaparkowany przez jakiś czas, ale jest to dalekie od przeciętnej stacji szybkiego ładowania DC (DCFC).
Należy również zająć się niektórymi wyzwaniami dotyczącymi bezpieczeństwa, takimi jak to, co by się stało, gdyby coś metalowego zetknęło się z podkładką ładującą, gdy była aktywna. Ponieważ prąd elektryczny przepływa przez podkładkę, metalowy przedmiot nagrzewa się i może spowodować pożar.
Aby temu zaradzić, producenci budują sejfy na wypadek awarii. W filmie Ferrella dyrektor generalny WiTricity wyjaśnił, że jeśli wykryty zostanie przedmiot, taki jak metalowa puszka lub kot, który czołgał się pod samochodem, aby się ogrzać, ładowarka wyłączy się i wyśle powiadomienie na telefon. Jeśli osoba zbliży się do podkładki ładującej, również się wyłączy. Witryna internetowa WiTricity przedstawia te środki ostrożności bardziej szczegółowo.
Co dalej z bezprzewodowym ładowaniem pojazdów elektrycznych
Rozwijany od około 2007 roku, bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych może wreszcie wejść do głównego nurtu w ciągu najbliższych kilku lat. Stowarzyszenie Inżynierów Motoryzacyjnych (SAE) ratyfikowało standard bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych w 2020 r., sygnalizując, że może on zostać wprowadzony na rynek masowy. Gdy producenci odpowiednio przetestują i rozwiną tę technologię, prawdopodobnie zaczniemy widzieć, że bezprzewodowe ładowanie jest standardem w samochodach elektrycznych.
Minie trochę czasu, zanim infrastruktura dogoni ten pomysł, a zestawy modernizacyjne do poprzednich modeli staną się przystępne dla przeciętnego konsumenta. Ale to krok w ciekawym kierunku.