Инженеры придумали, как заряжать электромобиль в движении

Инженеры создали беспроводной способ зарядки для электромобилей в движении. Речь идет об использовании магнетизма для передачи энергии. Эту технологию также можно применить для подзарядки беспилотных дронов, роботов и прочей автоматической техники. Об этом разработчики пишут в Nature Electronics.

Беспроводные зарядные устройства уже существуют. Например, для зарядки смартфона. Но важно, чтобы само устройство при этом находилось в покое или не работало. Но для электромобилей это так же неудобно, как и существующий способ зарядки. Сейчас, чтобы зарядить батарею полностью, необходимо использовать зарядные станции в течение нескольких часов (некоторые варианты предполагают полную зарядку за 30–40 минут).

Три года назад инженер-электрик из Стэнфорда Шэнхуэй Фан и аспирант Сид Ассававоррарит создали первую систему, позволяющую беспроводным способом заряжать объекты в движении. Однако технология была слишком неэффективна, чтобы быть полезной вне лаборатории.

Сегодня эти два инженера довели эту технологию до тех показателей, когда ее можно использовать во время движения электромобиля по дороге. В ближайшем будущем предложенная система сможет осуществлять беспроводную зарядку роботов, когда те перемещаются по складам или на производственных площадках, что исключает простои и позволяет роботам работать практически круглосуточно.

«Это важный шаг на пути к практичной и эффективной системе беспроводной зарядки автомобилей и роботов, даже если они движутся с высокой скоростью», — заявил Фан. — Нам придется увеличить мощность, чтобы перезарядить движущуюся машину, но я не думаю, что это серьезное препятствие. Для перезарядки роботов мы уже находимся в пределах практической полезности».

Беспроводные зарядные устройства передают электричество при помощи магнитного поля, которое колеблется с частотой резонирующей вибрации в магнитных катушках на приемном устройстве. Проблема заключается в том, что резонансная частота изменяется, если расстояние между источником и приемником изменяется даже на небольшую величину.

В своем первом варианте беспроводного зарядного устройства, предложенного три года назад, исследователи решили эту проблему. Технология позволяла передавать электроэнергию даже при изменении расстояния до приемника. Они сделали это, включив в схему усилитель и резистор обратной связи, позволявший системе автоматически регулировать свою рабочую частоту при изменении расстояния между зарядным устройством и движущимся объектом.

Но первоначальная система не была достаточно эффективной, чтобы использоваться на практике. Усилитель потреблял внутри столько электричества, что системе удавалось передать только 10% от изначальной мощности.

В новой статье исследователи повысили эффективность беспроводной передачи системы до 92%. Ключевым моментом, объяснил Ассававоррарит, была замена оригинального усилителя гораздо более эффективным усилителем в «переключаемом режиме». Такие усилители не новы, но они привередливы и будут производить высокоэффективное усиление только в очень точных условиях. Потребовались годы переделок и дополнительной теоретической работы, чтобы разработать работоспособную схему.

Новый лабораторный прототип может передавать по беспроводной сети 10 Вт электроэнергии на расстояние в 2–3 фута. Фан говорит, что нет никаких фундаментальных препятствий для расширения системы для передачи десятков или сотен киловатт, которые понадобятся машине. Он говорит, что система достаточно быстра, чтобы перезаряжать автомобиль на приличной скорости. Беспроводная передача занимает всего несколько миллисекунд — крошечная доля времени, в течение которой автомобиль будет двигаться со скоростью 70 миль/ч, чтобы пересечь четырехфутовую зону зарядки. Фан сказал, что единственным ограничивающим фактором будет то, насколько быстро автомобильные аккумуляторы смогут поглотить всю мощность.

По словам Ассававоррарита, беспроводные зарядные устройства не должны представлять опасности для здоровья, потому что даже те, которые достаточно мощны для автомобилей, могут создавать магнитные поля, соответствующим установленным правилам безопасности. Действительно, магнитные поля могут передавать электричество через людей без побочных ощущений.