Учёные доверили шоссе зарядку электромобилей

Инженеры и физики создали компьютерную модель, детально описывающую систему передачи электричества по воздуху от дороги к движущемуся автомобилю. Исследователи показали работоспособность подобной схемы и определили оптимальный дизайн её узлов.

Новую вариацию дороги, самостоятельно питающей электрокары, придумали Шаньхуэй Фань (Shanhui Fan) и его коллеги из Стэнфорда.

Авторы работы решили, что для успешной подзарядки электромобиля, несущегося по загородной трассе, необходима аппаратура, способная перебрасывать мощность в 10 кВт на расстояние до 2 метров. Разумеется, для преодоления подъёмов или ускорений использовалась бы энергия из батареи. Но цепочка таких передатчиков под асфальтом придала бы электромобилям новое дыхание.

«Что делает эту концепцию замечательной, так это тот факт, что вы сможете вести автомобиль неограниченное время без подзарядки, — говорит один из авторов исследования Ричард Сассун (Richard Sassoon), директор проекта „Глобальный климат и энергетика“ (GCEP), который финансировал исследование. — Вы будете иметь в батарее больший запас энергии в конце поездки, чем в её начале!»

Увы, ориентирована корейская разработка прежде всего на транспортные средства, движущиеся со сравнительно невысокой скоростью. Не случайно дебютировала эта система в развлекательном парке. А в городах предложено ставить такие передатчики перед перекрёстками, там, где машины замедляют ход.

Но вот новаторы из Стэнфордского университета полагают, что комплексу, похожему на OLEV, по силам питать электрические машины и на высоких скоростях.

«Наше видение заключается в том, что вы сможете выехать на любую дорогу и заряжать там свой ​​автомобиль, — говорит Фань. — Крупномасштабное развёртывание предполагает реконструкцию всей системы автомобильных дорог и даже найдёт применение за пределами транспорта».

Шаньхуэй Фань с соратниками — далеко не первые ребята, кто взялся за тему беспроводной передачи электричества в движении. В ряде работ предшественников такие электрические шоссе предлагалось совмещать с системами автоматического управления движением, и даже с системами формирования «взводов».

По отдельности и беспроводную передачу электричества, и повзводное движение автомобилей учёные уже реализовали. Осталось довести оба направления до совершенства и объединить (иллюстрация с сайта asce.org).

Закачивать электричество на борт предлагается за счёт резонансной магнитной связи. В такой схеме энергия передаётся осциллирующим магнитным полем, связывающим две катушки, настроенные на одну частоту.

Этот метод нельзя считать банальным трансформатором или сочетанием электромагнитного излучателя и приёмника. Передаваемый таким методом поток, уточняют учёные, чувствует только точно настроенная катушка.

Ещё в 2007 году учёные из Массачусетского технологического института запитали таким способом 60-ваттную лампу на расстоянии более двух метров. Позже проект вылился в создание компании WiTricity, занявшейся разработкой и внедрением бытовых беспроводных систем передачи энергии (от зарядки всё того же электромобиля в гараже до питания телевизора или стереосистемы).

В своей работе физики рассмотрели несколько вариантов взаимной ориентации приёмных и передающих катушек, а также ввели в схему металлические пластины (как со стороны передатчика, так и приёмника), влияющие на режим работы связанных магнитным резонансом обмоток и уменьшающие ненужные потери энергии.

Исследователи установили, что при частоте изменения передающего поля в 10 МГц и размерах катушек в 0,6-0,8 м КПД в такой системе может достигать 97% при переправке энергии на 2 метра.

Для сравнения: у OLEV практический КПД 74%, который может быть повышен до 80%, но лишь при очень малом зазоре между днищем машины и дорогой.

Результаты расчётов новаторы опубликовали в Applied Physics Letters (PDF-документ). В статье авторы подчеркнули, что постарались учесть реальную обстановку, в которой должна работать система беспроводной передачи электричества.