Главная » Іновації » Беспроводная зарядка для электрокара: настоящее и будущее, плюсы и минусы

Беспроводная зарядка для электрокара: настоящее и будущее, плюсы и минусы

Беспроводная зарядка для электрокара: настоящее и будущее, плюсы и минусы

Тема беспроводной зарядки для электромобиля «на слуху» последние пару лет, но 2018 год обещает стать знаковым: тут и первые готовые продукты для клиентов, и попытка стандартизации, и дальнейшие идеи для развития. В данной статье мы попытались собрать все отдельные заметки о данной технологии, для того, чтобы получить общую картину.

Беспроводная зарядка: сегодня и завтра

Одним из поводов для материала стала новость от компании BMW о начале продаж собственной системы беспроводной зарядки. Пока только для гибрида BMW 530e, но в дальнейшем – потенциально для всего модельного ряда электрифицированных автомобилей (подзаряжаемые гибриды и электромобили) от BMW. Суть беспроводной зарядки BMW Wireless Charging идентична тому, что уже известно в мире смартфонов: передатчик и приемник в виде катушек, электромагнитное поле между ними. Только теперь все элементы заметно больше в размерах. Передатчик являет собой пластину, которую можно положить на пол гаража или парковочного места (либо вовсе вмонтировать на постоянной основе). Приемник установлен на днище гибрида или электромобиля и подключен к тяговому аккумулятору.

[embedded content]

В целом идея не нова и нечто подобное также реализует компания Mercedes для своего подзаряжаемого гибрида S-класса (заглавное фото). Интересно, что в двух вышеприведенных примерах речь идет не об электромобилях в чистом виде, а о подзаряжаемых гибридах с размером тягового аккумулятора около 9 кВтч, который требует для зарядки около 3,5 часов. Почему так? Потому, что серийные образцы беспроводных зарядных устройств «для клиентов» сегодня рассчитаны на мощность около 3-3,5 кВт, что сравнимо с зарядкой от розетки 220В. А еще интересно, что над беспроводной зарядкой работает не только компании BMW и Mercedes, но и Renault – причем во всех трех случая используются наработки от Qualcomm.

Речь идет о системе Halo WEVC (Wireless Electric Vehicle Charging), которая позволяет работать с мощностью до 20 кВт и обещает высокую эффективность (90%) передачи энергии беспроводным способом. Если для гибридов сегодня достаточно мощности 3-3,5 кВт (речь идет о банальном удобстве – не нужно каждый раз подключать провод к розетке), то в случае электромобиля Renault ZOE реально требуется более высокая мощность, вплоть до 20 кВт.

Кроме того, у Renault есть идеи беспроводной зарядки, встроенной в дорожное полотно. Согласно расчетам инженеров компании, достаточно установить одну точку зарядки каждые 250 м – и этого будет достаточно, чтобы подзаряжать электрокар на протяжении длительной поездки. Сегодня Renault уже проводит испытания беспроводной зарядки с компонентами от Qualcomm и рабочей мощностью 5-20 кВт, однако внедрение данной технологии ожидается к 2025-2027 гг., причем, скорее всего, на модели ZOE уже следующего поколения.

Рассказывая о Renault, мы уже заглядываем в недалекое будущее: высокая мощность зарядки, трассы с зоной беспроводной зарядки (такие наработки уже есть в Китае и Великобритании). В этой области, помимо BMW, Mercedes, Renault также работают и другие автомобильные компании. К примеру, компания WiTricity уже создает беспроводные зарядки (7-11 кВт) для GM, Honda, Hyundai, Nissan. Пока они заявлены лишь для концептов, что были показаны на выставках в 2017-2018 гг., однако начало сотрудничества положено – тем более, что все вышеперечисленные автомобильные компании нацелены на подзаряжаемые гибриды и электромобили. А значит – технологии беспроводной зарядки им пригодится уже в ближайшем будущем: хотя бы для того, чтобы в глазах покупателей не отставать от конкурентов.

Если говорить о сторонних компаниях, напрямую не связанных с автомобильными брендами, то помимо Qualcomm, здесь работают и другие фирмы IT-сектора. Например, Google сотрудничает с двумя компаниями в поисках оптимального решения беспроводной зарядки для электромобилей и автономных автомобилей: речь шла о партнерских договоренностях и тестировании различных беспроводных зарядок от HEVO Power и Momentum Dynamics. В первом случае – HEVO Power – это проект беспроводной зарядки мощностью от 1,5 кВт до 200 кВт, плюс фирменное приложение, которое позволяет удаленно управлять зарядкой, резервировать место, правильно позиционировать электромобиль/гибрид над рабочей решеткой беспроводной зарядки.

Во втором случае – Momentum Dynamics – это уже даже не планы, а реально реализованные проекты быстрой беспроводной зарядки для электрических автобусов: 200 кВт! Речь идет об электрических автобусах BYD с аккумуляторами 200 кВтч, которые удается заряжать примерно за один час – т.е. скорость заряда составляет около 3-3,5 кВтч в минуту. На текущий момент рабочая мощность 200 кВт выглядит абсолютным рекордом среди реально работающих беспроводных зарядок.

Хотя Momentum Dynamics также предлагает зарядки мощностью 50-75 кВт – и подобных результатов уже удалось достичь нескольким компаниям. Так, исследовательская лаборатория Oak Ridge National Laboratory, которая работает с электромобилями Toyota, достигла рабочей мощности 20 кВт и сейчас нацелена на отметку в 50 кВт. При этом обещая КПД зарядки около 90% и даже выше того. Словом, если беспроводные зарядки начинались с мощности 3-3,5 кВт как замена обычной розетки, то сегодня можно говорить о росте их мощности уже в ближайшем будущем – как видите, есть реальные и работающие проекты с мощностью до 200 кВт. Только с ростом мощности пропорционально растут размеры передатчика и приемника. Плюс эффективность передачи электроэнергии зависит от расстояния между ними: чем меньше – тем лучше. Вот почему мощность 200 кВт подходит только для электрического автобуса или грузовика: фактически все его парковочное место в зоне стоянки – это один большой передатчик площадью 15-20 кв.м.

Еще не пошла голова кругом от количества разных фирм и компаний, задействованных в данном вопросе? При разработке кардинально нового продукта всегда наблюдается подобный «разброд и шатание», что приводит к необходимости все упорядочить.

Беспроводная зарядка: первые попытки стандартизации

Первой – и, похоже, пока единственной – попыткой навести порядок в сегменте беспроводных зарядок для электромобилей и гибридов является стандарт SAE J2954. Причем это даже не «стандарт» и не «правила», в том виде, как мы их воспринимаем: изначально организация SAE выпустила т.н. «рекомендации» под номером J2954. Это произошло в 2012 году с планом как раз в 2018-м превратить эти «рекомендации» в общепринятый стандарт – словом, 2018-й снова стал знаковым для беспроводных зарядок…

Согласно SAE J2954, все беспроводные зарядки должны быть разделены на три типа WPT (Wireless Power Transfer). Первый тип предназначен для работы с мощностью до 3,6 кВт; второй – до 7,7 кВт; третий – до 11 кВт, плюс предусмотрен один стандартный тип рабочей (передающей) решетки-катушки. Пусть изначально SAE J2954 был лишь «рекомендацией», однако компаниям нужно было на чем-то остановиться и «зафиксировать» свои наработки – и де-факто именно J2954 сейчас стал общепринятым стандартом «по умолчанию» для беспроводных зарядок. Фактически это первый шаг, первый задел к созданию совместимых зарядок от разных производителей.

Кроме того, по-прежнему ведутся исследования влияния формы передающей и приемной решетки-катушки на мощность, с которой можно работать. В случае мощности более 11 кВт можно говорить о решениях, которые выходят за рамки стандарта J2954. Кроме того, еще нет окончательного решения о рабочей частоте. Ряд исследований дает оптимальную частоту для электромагнитного поля около 22,5-22,7 КГц: здесь удается достичь наилучшей эффективности (около 85-90%) при передаче электроэнергии практически вне зависимости от мощности. Однако когда компания-разработчик хочет повысить эффективность своей беспроводной зарядки и показать «приятную» цифру КПД вплоть 92-95%, то обычно отступают от общепринятых правил – в итоге приходя к тому, что разные беспроводные зарядки будут не совместимы между собой.

Словом, зарядка BMW должна работать с электромобилем Renault и наоборот, т.е. все должно работать на уровне совместимости технологий. Это не вопрос безопасности – ведь если необходимо блокировать зарядку для невозможности ее использованиями чужими электромобилями/гибридами, то для этого есть различные технологии распознавания «свой/чужой» (всевозможные RFID-метки).

Вопрос совместимости зарядок для электромобилей нужно решать уже сейчас, на этапе внедрения технологии: вспомните мобильные телефоны 10-20 лет назад, каждый со своим разъемом для зарядки, и к чему все пришли сегодня. Но совместимость – это лишь один из вопросов будущего к беспроводной зарядке…

Беспроводная зарядка: итоги и выводы, плюсы и минусы

Может так не выглядит на первый взгляд, но технология беспроводной зарядки – это мини- революция с действительно полезным результатом. Ведь беспроводная зарядка дает несколько существенных плюсов. Во-первых, это удобно – для зарядки электрокара не нужно подключать провода и задумываться над совместимостью зарядных разъемов, достаточно лишь поставить электромобиль на нужное парковочное место с обустроенной беспроводной зарядкой. Во-вторых, неочевидное, но важное замечание – беспроводная зарядка позволяет сделать аккумулятор электромобиля меньше. Теперь электромобиль или гибрид можно подзаряжать во время промежуточных остановок, а при езде по трассе со встроенной беспроводной зарядкой тяговый аккумулятор и вовсе будет выступать этаким буфером или резервным накопителем для непродолжительной автономной поездки. Третье – уже создаются беспроводные зарядки с функцией передачи электроэнергии от электромобиля в бытовую сеть (т.н. V2H «Vehicle to Home» или V2G «Vehicle to Grid»). Это показывает, что развитие беспроводных зарядок идет не только в наращивании мощности, но и в наращивании функциональности, сравнимой с обычным проводным соединением.

Однако и замечаний хватает. Например, строительство трассы со встроенной зарядкой будет дорогим (пока экспериментальные проекты – это участки длинной максимум в пару км). Можно уменьшить затраты и строить трассы с одной полосой-зарядкой (к примеру, для общественного транспорта и электромобилей). Но кто тогда будет следить за этой полосой, держать ее свободной от различных нарушителей? Следующее замечание – это эффективность работы зарядки: обычно заявлена эффективность около 90% и ряд компаний отмечает, что даже в обычном проводе и розетках/разъемах есть потери электроэнергии. Да, есть. Но ведь беспроводная зарядка (ее передающий блок) также подключена к источнику электроэнергии по проводу: значит, потери нужно суммировать. А это подводит к следующему замечанию – также неочевидному, но важному: чем больше потери – тем больше размывается идея экономичности и экологической чистоты электромобиля, что критически важно для тех людей, которые выбирают электрический транспорт «с калькулятором в руках» или по собственным эко-убеждениям.

Однако всем известно, что является двигателем прогресса. Мы возвращаемся к самому первому преимуществу подобных систем – удобство: отсутствие необходимости подключать кабель для зарядки и думать о совместимости различных зарядных разъемов. А потому беспроводным зарядкам для электромобилей обязательно найдется место в нашем мире.

Дякуємо: itc.ua

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан. Обязательные для заполнения поля помечены *

*