Электромобили должны заряжаться на ходу, но как?
Мировая автомобильная промышленность стоит 2 триллиона долларов, но на электрические и гибридные автомобили в настоящее время приходится меньше 1% от этого числа. Тем не менее эксперты предсказывают взрыв в отношении к электрическим автомобилям, или просто электромобилям. Компания UBS прогнозирует, что спрос на электромобили достигнет поворотной точки в 2018 году, поскольку их стоимость будет снижаться и в конечном счете опустится ниже стоимости обычных автомобилей с двигателем внутреннего сгорания (в том числе и за счет затрат на них). В Китае наблюдали 53-процентное увеличение продаж электромобилей с 2015 по 2016 год, а Индия планирует продавать только электромобили к 2030 году.
И даже если они будут доступными, даже если они не так сильно будут отравлять воздух, электромобили будут иметь одно основное ограничение… они будут электрическими. Электрика работает на батарейках, аккумуляторах, а если батареи не заряжать, они умирают.
Tesla Model 3 сможет пройти 350 километров на одной зарядке, а новый Chevy Bolt — 400. Это не такие уж малые расстояния, особенно по сравнению с 50-километровым диапазоном пробега Volt три года назад. Несмотря на это, когда аккумулятор электромобиля иссякает, на его зарядку требуются часы.
Исследователи из Стэнфордского университета только сделали шаг к решению этой проблемы. В статье, опубликованной на прошлой неделе в Nature, команда описала новый метод беспроводной передачи электричества движущемуся объекту в пределах близкого расстояния.
Беспроводная передача энергии работает с использованием магнитно-резонансной связи. Переменное магнитное поле в катушке передатчика заставляет электроны в катушке приемника осциллировать, при этом лучшая эффективность передачи возникает, когда обе катушки настроены на одну и ту же частоту и расположены под определенным углом.
Это затрудняет передачу электричества, если объект движется. Чтобы обойти необходимость непрерывной ручной настройки, команда из Стэнфорда удалила радиочастотный источник в передатчике и заменила его усилителем напряжения и резистором обратной связи.
Система калибрует себя на требуемую частоту для разных расстояний. Используя эту систему, ученые смогли беспроводным образом передать милливаттный заряд электричества движущейся светодиодной лампочке в метре от нее. Никакой ручной настройки не требовалось, и эффективность передачи оставалась стабильной.
Один милливатт — это, конечно, далеко не десятки киловатт, потребляемых электромобилем. Но теперь, когда стало понятно, что усилитель справляется, команда работает над наращиванием количества электроэнергии, которое может быть передано с использованием этой системы.
Выключение самого усилителя может иметь большое значение — для этого теста инженеры использовали усилитель общего назначения с КПД около 10%, но изготовленные на заказ усилители могут повысить эффективность до более чем 90%.
Потребуется некоторое время, прежде чем электромобили начнут заряжаться во время движения по шоссе, однако именно такое будущее предвидят эксперты по энергетике.
«В теории, можно будет двигаться неограниченно долго, даже не останавливаясь на подзарядку», говорит Шанхуй Фан, профессор электрической инженерии и главный автор исследования. «Есть надежда на то, что вы сможете заряжать свой электромобиль, двигаясь по шоссе. Катушка на дне транспорта будет получать электричество от катушек, подключенных к энергопроводу в самом полотне дороги».
Внедрение линий электропередачи в дороги по определению будет крупным инфраструктурным проектом, и нет никакого смысла производить его, пока электромобили не появятся на каждом углу. Когда электромобили будут представлять хотя бы 50% транспорта на дорогах или больше. Но если зарядка упростится, больше водителей перейдут на электричество.
Tesla уже немного упростила владение электромобилем, вкладывая значительные средства в свою сеть Supercharger. В настоящее время по всему миру имеется 861 станция Supercharger с 5655 зарядными местами, и они продолжают строить. Станции бесплатно заряжают транспортные средства Tesla за полчаса-час.
Вскрытие дорог для встраивания линий электропередач, которые могут заряжать автомобили во время движения, кажется ненужным, потому что распространяются другие технологии. Но по мере того, как электромобили будут становиться все популярнее, водители будут ждать от них максимально плавного опыта, который может и будет включать отсутствие необходимости останавливаться, чтобы зарядить автомобиль.
Несмотря на значительные препятствия, зарядка электромобилей на ходу от команды Стэнфордского университета имеет удивительные перспективы и потенциал. Не в последнюю очередь она может найти применение в сотовых телефонах и персональных медицинских имплантатах. Возможно, с ее помощью роботы избавятся от проводов.