Будущее за беспроводной зарядкой?

Будущее за беспроводной зарядкой? Беспроводная зарядка для электромобилей: почему это важно?

Долой провода! – один из основных (пусть и не таких явных, как остальные) девизов происходящей научно-технической революции. С помощью bluetooth и wi-fi мы уже повсеместно и достаточно сносно передаем информацию. Передача электроэнергии, посредством соответствующих технологий, пока только набирает обороты.  Но все активнее проникает в самые различные области и в том числе – автомобилестроение. Будущее за беспроводной зарядкой?

Для передачи электроэнергии «по воздуху» беспроводная зарядка использует принцип электромагнитной индукции. Иногда ее именуют «индуктивной зарядкой» или, избыточно, «беспроводной индуктивной зарядкой»

Работает это так. Переменный ток проходит через индукционную катушку в зарядной станции или панели. Движущийся электрический заряд создает магнитное поле, сила которого меняется из-за колебаний амплитуды электрического тока. Это изменяющееся магнитное поле создает переменный электрический ток в индукционной катушке портативного устройства, который, в свою очередь, проходит через выпрямитель для преобразования в постоянный ток. Этот постоянный ток заряжает аккумулятор или обеспечивает рабочее питание.

Благодаря точной настройке сигнала в зависимости от расстояния, а также помощи конденсаторов и некоторых фундаментальных физических идей, таких как идея резонансных частот, беспроводную зарядку можно применить и для зарядки электромобилей. Причем, не теряя при этом слишком много энергии.

Конструкция системы

Технически для системы требуется два комплекта оборудования: подключенная к выделенной цепи передающая площадка на парковочном месте или полу гаража (как, например, настенное зарядное устройство), и приемная площадка, устанавливаемая на днище автомобиля.

Системы от WiTricity – компании, в настоящее время являющейся лидером данного направления, – и других производителей подобного оборудования соответствуют стандарту J2954. Этот стандарт был разработан SAE для надежной беспроводной зарядки на расстоянии от 10 до 25 см, что соответствует дорожному просвету практически любого серийного автомобиля, от спорткаров до внедорожников. При мощности передающей станции 11 кВт и соблюдении всех требований регламента, час зарядки обеспечит электромобилю запас хода около 50 км.

Благодаря предусмотренному стандартом способу выравнивания, маломощный сигнал маячка с площадки помогает либо показать водителю, где следует припарковать электромобиль, либо полностью автоматизировать процесс. «Рукопожатие» через Wi-Fi завершит то, что, по сути, станет бесконтактной версией Plug-and-Charge – Park-and-Charge. Достаточно только точно выставить машину и вуаля – зарядка пошла!

Поскольку примерно 85% зарядки выполняется дома, этот метод предназначен главным образом для ежедневного пополнения энергетического запаса транспортного средства, а не для поездок. Он позволит владельцам вопринимать свои электромобили, как машины с фактически бесконечным запасом хода – люди будут на них ездить, парковаться возле дома или работы, не испытывая необходимости специально посещать зарядные станции.

Насколько эффективна беспроводная зарядка?

Эффективность беспроводной зарядки смартфонов с получившим сегодня наибольшее распространение интерфейсом Qi (около 300 млн устройств во всем мире) в лучшем случае достигает 80%, но, скорее всего, меньше 70%. Собственно именно поэтому телефон так сильно нагревается в процессе зарядки. И это не удивительно. Система, разработанная консорциумом Wireless Power Consortium, была создана достаточно компактной и дешевой для удобства пользователей. Оборотная сторона этого удобства – значительные энергопотери.

Для электромобилей такая зарядка не подойдет – она слишком расточительна. Поэтому автопроизводители приступили к самостоятельной разработке собственных систем. Например, более десяти лет назад Nissan одним из первых предложил для Leaf более эффективную концепцию. Максимальную же производительность на текущий момент обеспечивает технология WiTricity «сoil to coil» (катушка к катушке) позволяющая через воздушный зазор переносить 99% энергии. Ее ключевая особенность, экономящая значительную часть энергии – отсутствие изолирующего трансформатора, на который приходятся серьезные потери.

Средняя эффективность систем других производителей, заявивших себя на автомобильном рынке, обычно составляет от 90% до 92%.

Почему беспроводная зарядка лучше?

С точки зрения потребителя, технология беспроводной зарядки может сделать электромобили намного более удобными в повседневной жизни – особенно для тех, кто считает, что ежедневные зарядные кабели и разъемы доставляют слишком много хлопот.

К тому же оборудование для индуктивной зарядки более износостойкое в отличие от все тех же кабелей и разъемов. При этом собственно зарядке погодные явления, такие как снег и дождь совершенно не мешают

Кроме того, когда внедрение электромобилей достигнет десятков и сотен миллионов единиц, предпочтение пользователями беспроводной зарядки из соображений удобства, потенциально уменьшит потребность в быстрой зарядке постоянным током, которая оказывает на электрическую сеть более значительную нагрузку.

Из других преимуществ эксперты выделяют:

• Защищенные соединения – отсутствие коррозии, когда электроника закрыта, изолирована от атмосферной влаги.
• Меньший риск электрических неисправностей, таких как короткие замыкания, из-за повреждения изоляции, особенно там, где соединения часто подключаются и отключаются.
• Повышенное удобство и эстетика – нет необходимости в кабелях.
• Автоматическая индуктивная зарядка электромобилей высокой мощности позволяет проводить более частые зарядки и, следовательно, увеличивать дальность пробега.
• Индуктивными системами зарядки можно управлять автоматически, не полагаясь на людей при подключении и отключении. Это однозначно повышает надежность.
• Автоматическое управление индуктивной зарядкой на дорогах теоретически позволяет транспортным средствам работать условно бесконечно.

Каковы недостатки?

Большая стоимость. Цена опции беспроводной зарядки, вероятно, будет исчисляться тысячами. Учитывая потребность в двух наборах аппаратных компонентов, она всегда будет стоить больше, чем настенное или стационарное зарядное устройство.

Беспроводная зарядка характеризуется меньшей гибкостью с точки зрения мобильности – для зарядной площадки нужно постоянное выделенное место, а разъем для проводной зарядки можно достаточно свободно перемещать в пространстве.

Какие электромобили предлагают беспроводную зарядку?

Глобальное внедрение беспроводных зарядок в автопроме началось совсем недавно. Первая в мире заводская интеграция беспроводной зарядки произведена в рамках пилотной программы на Genesis GV60 для внутреннего рынка Южной Кореи. Hyundai включила эту технологию в программу разработки своей платформы E-GMP для электромобилей, поэтому в самое ближайшее время она, скорее всего, получит серийную версию.

В Китае данная технология была недавно внедрена в электромобилях Hongqi (суббренд FAW), а также IM Motors – совместном предприятии китайской SAIC Motor и гиганта электронной коммерции Alibaba

На вторичном рынке решения для беспроводной зарядки существуют уже много лет. В первую очередь от Plugless Power, которая предложила систему для Tesla Model S. Система для Tesla Model 3 от WiTricity сейчас в разработке.
BMW протестировала беспроводную зарядку в США в своем гибриде с подключаемым модулем 5-й серии, но тест не был расширен за пределы небольшой опытной программы.

Другие лаборатории и стартапы в настоящее время работают над беспроводной зарядкой высокой мощности со скоростью, сравнимой с быстрой зарядкой постоянным током, но может пройти десятилетие, прежде чем они станут массовым продуктом.

Почему беспроводная зарядка до сих пор не прижилась?

Потому что, по большому счету, технология еще достаточно сырая. Но она прорабатывается.

Беспроводная зарядка была первоначально предложена и продемонстрирована Николой Теслой более ста лет назад, но уже несколько десятилетий находится в стадии экспериментального применения. Впрочем, ряд достижений последних 15 лет ускорил ее развитие, позволив довести до определенного уровня надежности, эффективности и простоты в реализации.

Вы удивитесь, но беспроводная зарядка Qi для смартфонов, вышедшая на рынок всего несколько лет назад и ставшая сейчас, в общем-то, популярной и востребованной, начала испытываться в автотранспорте еще в XX веке. И лишь серия новаций, реализованных в последние годы, помогла сделать ее коммерчески жизнеспособной. Halo и WiTricity начали свою деятельность в 2010 году, пройдя путь от опытных университетских лабораторий до самостоятельного бизнеса. В 2011 году Qualcomm купила HaloIPT, а затем и WiTricity, которая работала над собственным немного другим решением. Ее объединение с Qualcomm Halo произошло в 2019 году.

После этого WiTricity немедленно приступила к работе по консолидации архитектуры, взяв лучшее от обеих сторон, чтобы иметь возможность представить SAE общую концепцию, решающую наиболее острые технологические вопросы. Это имело решающее значение для перехода на стандарт SAE J2954, ратифицированный в октябре 2020 года, – по сути, давший сигнал о том, что технология может быть выведена на рынок.

Будущее

Мировой поставщик автомобильной индустрии компания Siemens в июне 2022 года инвестировал в WiTricity 25 миллионов долларов. Результатом этого партнерства должны стать решения для дома, парковки, рабочего места или автопарка.

По прогнозам Siemens, к 2028 году рынок беспроводной зарядки только в Европе и Северной Америке достигнет 2 миллиардов долларов

Хотя домашние решения и текущий стандарт SAE достигают только 11 кВт, мы, несомненно, увидим более мощные версии этой системы для автопарков. Несколько компаний, включая HEVO и Momentum Wireless уже трудятся над этой задачей. Еще одна когорта предпринимателей работает в направлении беспроводной динамической зарядкой.

Вторичный рынок тоже может вырасти. Plugless Power, которая ранее продавала системы для Tesla Model S, Nissan Leaf и других автомобилей, должна представить в этом году системы нового поколения по ориентировочной цене около 3500 долларов США. Эти системы будут синхронизироваться и коммуницировать через интерфейс Apple CarPlay.

WiTricity указывает на собственные опросы, проведенные компанией по заказу. Согласно их результатам число потенциальных покупателей электромобилей резко увеличилось с 35% до 59% после появления беспроводной зарядки.

Так что у беспроводной зарядки довольно неплохое будущее. Причем они однозначно будут способствовать широкой популяризации транспортных средств с электрическим приводом.