В будущем система беспроводной зарядки позволит электромобилям не только заряжать аккумуляторы, но и подавать энергию обратно в энергосистему, помогая стабилизировать ее. Экономичная система зарядки обеспечивает высокий уровень эффективности во всем диапазоне мощностей от 400 Вт до 3,6 кВт, при этом автомобиль и зарядная катушка могут находиться на расстоянии до 20 сантиметров друг от друга. Исследователи Fraunhofer представляют свой прототип с 15 по 18 сентября 2015 года на Международном автосалоне IAA во Франкфурте (зал 4, стенд D33).
Когда идет проливной дождь, водитель, который должен соединить толстый, громоздкий кабель между своим электромобилем и точкой зарядки, обязательно промокнет до нитки. Но иногда альтернативы нет - батарея разряжена. Использование беспроводных индуктивных систем для зарядки автомобиля гораздо удобнее. Это связано с передачей энергии по воздуху или, точнее, через изменяющееся во времени магнитное поле. Технология по существу основана на двух катушках, одна из которых встроена в дорогу, парковочное место или гараж, а другая закреплена на днище автомобиля. В сочетании с подходящими конденсаторами эти катушки образуют своего рода резонансную «антенную систему для передачи энергии». Чем ближе две катушки друг к другу, тем эффективнее передается энергия.
Высокоэффективная двунаправленная зарядка
Исследователи из Фраунгоферовского института ветровой энергии и технологий энергетических систем IWES в Касселе разработали более экономичную конструкцию таких индуктивных зарядных систем.«Мы намеренно используем стандартные компоненты, которые уже доступны на массовом рынке», - объясняет Марко Юнг, заместитель начальника отдела технологии преобразователей Fraunhofer IWES. Кроме того, исследователи используют системы катушек, которые требуют меньшего количества ферритовых листов. Листы необходимы для контроля и защиты магнитного поля и очень тяжелые из-за содержащегося в них оксида железа. Они также экс-задумчивы. Уменьшение количества используемого ферритового материала еще больше снижает вес и стоимость катушек.
Другим преимуществом является специально разработанная силовая электроника и системы катушек, что означает, что система работает очень эффективно, даже когда катушка в автомобиле находится примерно в 20 сантиметрах от катушки в дороге. «Даже при воздушном зазоре в 20 сантиметров мы достигаем эффективности от 93 до 95 процентов - и делаем это во всем диапазоне мощностей от 400 Вт до 3,6 кВт», - объясняет д-р Рене Маркляйн, руководитель проекта Fraunhofer IWES.«Сопоставимые системы достигают такой эффективности только на более коротких расстояниях, что ограничивает их полезность для автомобилей с большим дорожным просветом».
В то время как катушки встроены в дорогу и днище автомобиля, система зарядки находится в автомобиле и содержит электронику и разъемы для различных зарядных кабелей. Ученые разработали систему таким образом, чтобы предоставить водителям максимальную гибкость: она не только допускает индуктивную зарядку, но также имеет однофазное и трехфазное подключение питания благодаря многофункциональной концепции системы. Это позволяет водителям также заряжать свой автомобиль от обычных розеток и точек зарядки.
Помимо зарядки аккумуляторов, система также может их разряжать. Помимо других преимуществ, это может помочь стабилизировать общую энергосистему. Как это работает? Когда весь день светит солнце или по стране дуют сильные ветры, солнечные батареи и ветряные турбины часто дают больше энергии, чем необходимо в данный момент. Однако, если в сеть подается слишком много электричества, напряжение может возрасти и даже вывести из строя электрические устройства. Поэтому при благоприятных погодных условиях сетевые операторы ограничивают мощность, которую солнечные и ветряные электростанции подают в электрические сети. Но если бы автомобильные аккумуляторы использовались в качестве своего рода буфера, избыточная электроэнергия могла бы храниться там временно, а затем поступать обратно в сеть, когда солнце закрывается тучами или стихает ветер, что еще больше увеличивает долю возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе.
Ученые представляют свою систему беспроводной индуктивной передачи на Международном автосалоне IAA. Кроме того, исследователи Фраунгофера демонстрируют новые решения для электромобилей, в том числе трансмиссию с двигателем в ступице колеса с воздушным охлаждением, энергоблок легкой конструкции и высокопроизводительные модули хранения данных.
Другие проекты беспроводной зарядки FraunhoferЗарядные катушки на номерных знаках
Обычно в парковочные площадки встраиваются индукционные плиты или катушки. Поскольку они пропускают большие токи, они нагреваются и могут представлять опасность для любых объектов и животных, которые могут находиться под автомобилем. Например, они могут поранить кошек, которые часто любят сидеть под машинами. По этой причине исследователи из Фраунгоферовского института интегрированных систем и технологий устройств IISB в Эрлангене разработали альтернативу индукционной плите в земле, которая включает в себя подачу энергии в переднюю часть автомобиля рядом с номерным знаком. Технология основана на месте зарядки, рядом с которым автомобили могут парковаться, оставляя лишь небольшой зазор. Это позволяет реализовать очень экономичную и легкую систему зарядки - такую, которая весит всего 3 килограмма при зарядной мощности 3,7 киловатта. Если автомобиль слишком сильно задевает место зарядки, оно складывается, предотвращая повреждение автомобиля.
Зарядка на ходу
Электромобили имеют ограниченный запас хода. Однако в будущем можно будет заряжать автомобили во время их движения: исследователи из Институтов производственных технологий и перспективных материалов Фраунгофера IFAM и Транспортно-инфраструктурных систем IVI построили 25-метровый испытательный маршрут, по которому катушки были установлены на дороге. Проект был поддержан Федеральным министерством транспорта и цифровой инфраструктуры Германии и еще двумя партнерами по проекту. Это удался: демонстратор FreccO, спортивный автомобиль, переделанный в электромобиль, смог проехать полосу на умеренной скорости, одновременно заряжая аккумулятор.