Белые халаты в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) в Теннесси стали важной вехой в исследованиях мира электромобилей, которая кажется вполне правдоподобной реальностью в ближайшее десятилетие. Ранее в этом месяце, припарковав Hyundai Kona EV на новой конструкции беспроводного зарядного устройства, ученые и инженеры зарегистрировали максимальную скорость беспроводной зарядки 100 кВт через пятидюймовый воздушный зазор при заявленной эффективности 96%. В более раннем стендовом тесте исследователи достигли скорости беспроводной зарядки 120 кВт, но в этом тесте использовался серийный автомобиль, припаркованный на прототипе катушки. Зарегистрированная мощность эквивалентна подключаемой системе более низкого уровня 3 с использованием хорошего кабеля, что превосходит лучшие коммерчески доступные беспроводные зарядные устройства и настенные системы уровня 2 — достаточно мощные, чтобы восстановить около 350 миль за час зарядки по сравнению с примерно 42 миль. В случае с Kona EV полная зарядка на максимальной скорости займет менее часа.
Волшебство исходит от многофазной электромагнитной катушки связи, над конструкцией которой ORNL работала не менее трех лет. В документе, опубликованном лабораторией в 2022 году, утверждается: «Системы беспроводной передачи энергии (WPT) высокой мощности с многофазными электромагнитными соединителями» могут стать лучшим решением благодаря «очень высокой поверхностной плотности мощности», высокому КПД, более компактным форм-факторам и возможность интеграции автоматизированных процессов зарядки, которые могут обслуживать автономные транспортные средства.
Объяснение беспроводной зарядки для чайников заключается в том, что передающая катушка берет электричество переменного тока (переменного тока) от стены и превращает это электричество в переменное магнитное поле. Вторая катушка внутри заряжаемого устройства преобразует это магнитное поле в электричество для зарядки аккумулятора.
Блок ORNL шириной всего 14 дюймов содержит катушки, изготовленные из различных материалов, которые создают магнитное поле, аналогичное тому, которое используется в потребительских устройствах, таких как мобильные телефоны и зубные щетки, и называется индуктивной зарядкой. Приемные катушки, встроенные в блок на нижней стороне Kona EV, превращают более сильное и однородное магнитное поле в электричество с более высокой эффективностью, чем большинство установок беспроводной зарядки. Фактически, ряд тестов на зарядку электромобилей показал, что потери при зарядке уровня 2 и уровня 3 составляют от 14% до 20%.
ORNL не объяснил, чем его «многофазность» отличается от фазированных электромагнитных полей при традиционной индуктивной зарядке, но сказал, что «вращающиеся магнитные поля, генерируемые фазовыми обмотками катушки, повышают мощность». Помимо тарифа на 100 кВт, большое значение имеет пятидюймовый зазор; индуктивная беспроводная зарядка обычно ограничивается зазором в несколько миллиметров (обратите внимание, Kona EV обычно находится на высоте 5,9 дюймов от земли).
Что потребуется, чтобы поставить эту маленькую, мощную коробку на парковочные места и в гаражи? Как обычно: единые механизмы и стандарты беспроводной зарядки, анализ материалов и затрат, а также политическая и корпоративная воля оплатить счета. Если взять только стандарты, то в документе от декабря 2023 года рассматриваются восемь видов технологий беспроводной передачи энергии, все со своими плюсами и минусами. Например, в отличие от решения ORNL, MIT выделил компанию WiTricity, занимающуюся беспроводной зарядкой электромобилей, которая использует магнитно-резонансную зарядку для своего зарядного устройства Halo, максимальная мощность которого составляет 11 кВт. Пройдет минута, прежде чем мы сможем насладиться прорывом ORNL, но достижения в реальных приложениях заставляют часы идти вперед.