Jednym z poważnych wyzwań związanych z powszechnym przyjęciem samochodów elektrycznych jest ładowanie pojazdów. Wielu potencjalnych kierowców pojazdów elektrycznych ma obawy związane z zasięgiem lub nie chce spędzać dużo czasu na ładowaniu akumulatora pojazdu elektrycznego podczas długich podróży. Chociaż bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych może wydawać się czymś z filmu science fiction, może to być realny sposób na przezwyciężenie problemów związanych z ładowaniem pojazdów elektrycznych. Te bezprzewodowe systemy transferu energii działają, gdy pojazd jest w ruchu, zapewniając liczne korzyści.
Wraz ze wzrostem popularności pojazdów elektrycznych i wykorzystywaniem ich w różnych zastosowaniach, takich jak pojazdy dostawcze, floty korporacyjne i podróże osobiste, kluczowe znaczenie będzie miało utrzymanie naładowania akumulatorów pojazdów elektrycznych bez ograniczania zasięgu pojazdu. Chociaż pojemność i zasięg akumulatorów pojazdów elektrycznych znacznie wzrosły w ostatnich latach, rozwiązania w zakresie ładowania mogą również sprawić, że pojazdy elektryczne będą bardziej opłacalne w powszechnym użyciu. Dlatego warto, aby specjaliści ds. pojazdów elektrycznych rozumieli rozwój branży, aby pomóc we wdrażaniu innowacyjnych podejść w tworzeniu świata neutralnego pod względem emisji dwutlenku węgla.
Czym jest bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych?
W przeciwieństwie do ładowania statycznego, dynamiczne ładowanie bezprzewodowe pojazdów elektrycznych lub ładowanie w ruchu umożliwia samochodom elektrycznym i ciężarówkom ciągłe ładowanie w ruchu, dzięki czemu nie muszą się zatrzymywać, aby zatankować lub naładować. Zamiast tego otrzymują stały strumień energii przez szczelinę powietrzną, gdy pojazd jest w ruchu. W systemach tych falownik wysokiej częstotliwości jest wykorzystywany do generowania zmiennego pola magnetycznego niezbędnego do bezprzewodowego przesyłania energii elektrycznej do pojazdu na zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Innymi słowy, infrastruktura publiczna jest wykorzystywana do zaawansowanego ładowania akumulatorów pojazdów elektrycznych.
Jednak ładowanie indukcyjne lub indukcyjny transfer energii nie jest nowym zjawiskiem i mogą już Państwo korzystać z tej technologii w domu za pomocą elektrycznej szczoteczki do zębów lub bezprzewodowej ładowarki do telefonu komórkowego. Rezonans magnetyczny bezprzewodowego transferu energii (WPT) wykorzystuje ładowanie indukcyjne za pomocą podkładki na ziemi i odbiornika w pojeździe, który jest dostrojony do tej samej częstotliwości. Zaletą jest to, że moduły nie muszą być idealnie wyrównane, aby przesyłać moc, jeśli są na tej samej częstotliwości roboczej.
“Otwarcie nowych części sektora transportu na elektryfikację jest kluczową zaletą tej technologii” – powiedział Burak Ozpineci, kierownik sekcji badań nad pojazdami i systemami mobilności w amerykańskim Departamencie Energii (DOE) Oak Ridge National Laboratory (ORNL). “Nie chodzi tylko o szybkie ładowanie pojazdu. Chodzi również o możliwość konwersji na energię elektryczną ciężarówek długodystansowych, które spalają znaczną część paliwa używanego w tym kraju”
Pomimo wyzwań, dynamika rośnie, a firmy skupiają się wokół znormalizowanej technologii, a producenci samochodów i gminy badają przypadki użycia. Nawet Tesla wykazała zainteresowanie technologią bezprzewodowego ładowania. Obecnie trwają projekty pilotażowe, a próby koncentrują się zarówno na pojazdach osobowych, jak i użytkowych. Trwają również prace standaryzacyjne prowadzone przez SAE International, które mogą jeszcze bardziej przyspieszyć przyjęcie dynamicznego ładowania bezprzewodowego.
Jakie badania przeprowadzono w zakresie dynamicznego bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych?
DOE i ORNL pracują nad rozwojem dynamicznego bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych, aby korzystanie z nich było wygodniejsze, bardziej opłacalne dla konsumentów i opłacalne przy prędkościach autostradowych. Celem jest zintegrowanie wysokowydajnej technologii bezprzewodowego ładowania z krajową siecią energetyczną i utrzymanie mocy ładowania dla zastosowań wymagających dużej prędkości.
Wśród współpracowników znajdują się Idaho National Laboratory, National Renewable Energy Laboratory, Hyundai Motor Group, American Center for Mobility i Virginia Tech Transportation Institute. Prace te są również wspierane przez DOE Office of Energy Efficiency and Renewable Energy’s Vehicle Technologies Office.
Naukowcy osiągnęli już liczne osiągnięcia techniczne, w tym wysokopoziomowe studia kosztów i wykonalności, identyfikując odpowiednią architekturę dla 200 kW dynamicznych bezprzewodowych sprzęgieł transferu mocy (DWPT) oraz analizując wykonalność wdrożenia na dużą skalę na głównych drogach Atlanty. Niektórzy badacze analizują niewspółosiowość pojazdów, bezpieczeństwo pola elektromagnetycznego oraz wyzwania związane z gęstością mocy i wydajnością ze względu na wysokie natężenie prądu (~750 A), wysokie napięcie (~4 kV) i wysoką częstotliwość (~85 kHz).
ORNL opracował technologię dynamicznego bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych i udzielił licencji firmie HEVO z Brooklynu. Licencja obejmuje unikalną polifazową cewkę elektromagnetyczną ORNL i konwerter Oak Ridge. Zgodnie z umową, ORNL i HEVO będą współpracować w celu przygotowania technologii do produkcji komercyjnej.
“Cieszymy się, że kolejna z naszych technologii trafia do sektora prywatnego, gdzie może tworzyć nowe zielone miejsca pracy i wspierać krajowe cele w zakresie czystej energii”
– powiedział Xin Sun, zastępca dyrektora laboratorium ds. nauki i technologii energetycznej w ORNL.
“Ładowanie pojazdów elektrycznych musi być proste, bezproblemowe i bezpieczne, aby przyspieszyć masową adopcję i przygotować się na autonomiczną przyszłość”
– powiedział Jeremy McCool,
założyciel i dyrektor generalny HEVO. “Nasza współpraca z ORNL wykorzystuje siłę HEVO w projektowaniu, rozwijaniu i komercjalizacji technologii ładowania bezprzewodowego i oprogramowania jako pierwszej i jedynej firmy na świecie, która jest zgodna zarówno z normami bezpieczeństwa i wydajności SAE, jak i UL”
Detroit ma pierwszą drogę do bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych.
Motor City może pochwalić się pierwszą publiczną drogą do bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych w USA na ćwierćmilowym odcinku drogi w Corktown. W listopadzie 2023 r. Departament Transportu Michigan (MDOT) i miasto Detroit zaprezentowały nowy odcinek na 14th Street, rozciągający się między ulicami Marantette i Dalzelle w pobliżu Michigan Central Station.
“Rozwój zelektryfikowanych dróg może być katalizatorem przyspieszającym zainteresowanie i akceptację pojazdów elektrycznych przez wszystkich konsumentów” – powiedział dyrektor MDOT, Bradley C. Wieferich. “Ułatwienie użytkownikom pojazdów elektrycznych znalezienia niezawodnego źródła ładowania bez zakłócania ich dojazdów do pracy wspiera zarówno operacje flotowe, jak i podróże pasażerskie. Jesteśmy dumni, że możemy współpracować z partnerami z branży prywatnej i miastem Detroit, aby wspierać te ważne inicjatywy prowadzące nas w kierunku bardziej zrównoważonej przyszłości z mniejszą emisją”
Ten eksperymentalny obszar jest istotny, ponieważ Ford Motor Co. aktywnie buduje kampus pojazdów elektrycznych i autonomicznych. Droga została wyposażona w indukcyjne cewki ładujące dostarczone przez Electreon Wireless Ltd., izraelską firmę. Ta bezprzewodowa instalacja ładowania pojazdów elektrycznych ma na celu ocenę skuteczności technologii i zbadanie jej potencjalnych zastosowań w transporcie publicznym. Jednak tylko pojazdy elektryczne wyposażone w specjalistyczny odbiornik ładowania bezprzewodowego mogą korzystać z tej infrastruktury ładowania pojazdów elektrycznych.
“Cieszymy się, że możemy przewodzić rozwojowi i wdrożeniu pierwszej w Ameryce drogi do bezprzewodowego ładowania” – powiedział dr Stefan Tongur, wiceprezes Electreon ds. rozwoju biznesu. “Ten kamień milowy jest świadectwem naszych wspólnych wysiłków ze stanem Michigan i MDOT, miastem Detroit, Michigan Central, Ford, Jacobs, Next Energy, DTE i innymi. Wraz z doświadczeniem Michigan w branży motoryzacyjnej zademonstrujemy, w jaki sposób bezprzewodowe ładowanie odblokowuje powszechne przyjęcie pojazdów elektrycznych, rozwiązując problem ograniczonego zasięgu, ograniczeń sieci oraz rozmiaru i kosztów baterii. Projekt ten toruje drogę do bezemisyjnej przyszłości mobilności, w której pojazdy elektryczne są normą, a nie wyjątkiem”
Zalety i wady bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych.
Chociaż technologia bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych ma wiele zalet, jej komercyjna opłacalność wymaga przezwyciężenia pewnych wyzwań i potrzebne są dalsze badania i oceny.
Potencjalne zalety dynamicznego ładowania.
Jeśli technologia bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych może zostać udoskonalona i wdrożona w infrastrukturze, powszechne wykorzystanie dynamicznego indukcyjnego transferu mocy ma wiele potencjalnych zalet.
- Ciągłe ładowanie akumulatorów pojazdów elektrycznych może złagodzić obawy o zasięg, ponieważ pojazdy mogą ładować się podczas jazdy, potencjalnie zwiększając ich udział w rynku.
- Skuteczne rozwiązania dynamicznego ładowania zmniejszają zapotrzebowanie na stacje ładowania typu plug-in, oszczędzając miejsce.
- Ciągłe ładowanie pozwala na zmniejszenie rozmiaru akumulatora pojazdu elektrycznego przy jednoczesnym zmniejszeniu jego wagi, co pomaga obniżyć koszty pojazdów elektrycznych i oszczędza materiały.
- Dynamiczne ładowanie jest wygodniejsze niż korzystanie ze stacji benzynowych lub stacjonarnych stacji ładowania pojazdów elektrycznych, ponieważ oszczędza czas, pomagając zwiększyć popularność i atrakcyjność pojazdów elektrycznych.
- Jeśli technologia bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych stanie się powszechnie stosowana, może przyspieszyć przejście na czystsze źródła energii i pomóc w łagodzeniu zmian klimatycznych.
- Zwiększa potencjalne zastosowania pojazdów elektrycznych, w tym ciężarówek długodystansowych.
Wady bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych.
Chociaż dynamiczne ładowanie bezprzewodowe jest obiecujące, wiąże się z wyzwaniami wymagającymi dalszych badań i finansowania.
- Potrzebne są dalsze badania w celu zwiększenia poziomów mocy i wydajności istniejącej technologii. Na przykład, niewspółosiowość lub odchylenia pozycji cewki odbiorczej od optymalnej pozycji nad cewką nadawczą mogą wpływać na wydajność i niezawodność bezprzewodowych systemów dynamicznego ładowania.
- Znalezienie miejsca na podkładkę do ładowania bezprzewodowego i sprzęt na spodzie istniejącego pojazdu może być wyzwaniem.
- Przezwyciężenie wyzwań technologicznych związanych z interferencją nadwozia pojazdu z wydajnością transferu mocy.
- Modernizacja infrastruktury i integracja funkcji dynamicznego ładowania bezprzewodowego z istniejącą konstrukcją w celu powszechnego wdrożenia byłaby kosztowna.
Jakie pojazdy elektryczne są wyposażone w funkcję dynamicznego ładowania?
Obecnie jedynym pojazdem elektrycznym dostępnym w Stanach Zjednoczonych z wbudowaną funkcją ładowania bezprzewodowego jest hybrydowy sedan BMW 530e. WiTricity, dostawca bezprzewodowego ładowania, który w 2022 roku zapewnił sobie inwestycję w wysokości 25 milionów dolarów od firmy Siemens, aktywnie pracuje nad umowami licencyjnymi. Umowy te, które przyciągnęły uwagę General Motors, są częścią ciągłych wysiłków WiTricity na rzecz rozwoju technologii ładowania bezprzewodowego.
Czy istnieje duże zainteresowanie bezprzewodowym ładowaniem pojazdów elektrycznych?
Według WiTricity, istnieje duże zapotrzebowanie konsumentów na dynamiczne ładowanie bezprzewodowe. Firma WiTricity przeprowadziła ankietę wśród 1000 osób w Stanach Zjednoczonych, które posiadają lub rozważają zakup pojazdu elektrycznego i odkryła, że 81% z nich jest bardzo zainteresowanych pojazdami elektrycznymi wyposażonymi w funkcję ładowania bezprzewodowego.
Prawodawstwo wspierające dynamiczne ładowanie samochodów elektrycznych.
Przedstawicielka Haley Stevens z Michigan przedstawiła ustawę o programie dotacji na bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych z 2023 roku. Ustawa ta ma na celu ustanowienie inicjatywy dotacji w ramach Departamentu Transportu Stanów Zjednoczonych (DOT) w celu wspierania dynamicznego bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych. Zainspirowana programem pilotażowym w Michigan, ustawa o dynamicznym ładowaniu bezprzewodowym ma na celu umieszczenie Stanów Zjednoczonych w czołówce tej technologii.
“Dynamiczne ładowanie bezprzewodowe ma ogromny potencjał w zrewolucjonizowaniu sposobu ładowania pojazdów elektrycznych i może umożliwić powszechne przyjęcie pojazdów elektrycznych poprzez sprostanie niektórym z największych wyzwań związanych z elektryfikacją”
– powiedziała kongresmenka Stevens.
“Michigan wprowadza innowacje w przyszłość pojazdów elektrycznych, a ułatwienie ładowania konsumentom jest kolejnym krokiem. Inwestowanie w nowe technologie pojazdów elektrycznych ma kluczowe znaczenie dla zwiększenia globalnej konkurencyjności Ameryki. Bezprzewodowe ładowanie może zmniejszyć rozmiar i koszt baterii, zwiększyć zasięg jazdy, zmniejszyć presję na sieć elektryczną i umożliwić elektryfikację pojazdów autonomicznych”
Dynamiczne ładowanie pojazdów elektrycznych może przyczynić się do wzrostu ich popularności.
W miarę jak pojazdy elektryczne zdobywają udział w rynku motoryzacyjnym i pomagają zmniejszyć emisję spalin, zużycie energii z paliw kopalnych i zanieczyszczenie środowiska, wygodne rozwiązania w zakresie ładowania akumulatorów stają się coraz bardziej krytyczne. Bezprzewodowe ładowanie samochodów elektrycznych ma potencjał, aby przyspieszyć elektryfikację pojazdów i ich powszechne przyjęcie. Ze względu na ich niesamowity potencjał, prowadzone są znaczące badania nad bezprzewodowymi systemami ładowania o dużej mocy.