Установлен новый рекорд беспроводной зарядки электромобилей

Исследователи из Национальной лаборатории Окридж (ORNL) при Министерстве энергетики США продемонстрировали первый в мире беспроводной перенос мощности в 270 кВт для легкового электромобиля. В ходе демонстрации использовался Porsche Taycan в сотрудничестве с Volkswagen Group of America, применившей разработанную ORNL полифазную систему беспроводной зарядки.

Этот успех превзошел недавний рекорд ORNL по беспроводной зарядке мощностью в 100 кВт и стал очередным прорывом в области быстрой беспроводной зарядки.

— За последние три месяца исследовательские группы автомобильной силовой электроники и электроприводов ORNL установили впечатляющие мировые рекорды в области беспроводной зарядки, — рассказал технологический менеджер отдела транспортных технологий Министерства энергетики США по сетям и зарядным инфраструктурам Ли Слезак. — Эти достижения еще больше ускорят внедрение электромобилей в США.

Из-за ограничений по пространству и весу легковой электромобиль, такой как Porsche Taycan, сложно оснастить традиционными крупногабаритными системами беспроводной передачи мощности. Существующие системы беспроводной зарядки для легковых автомобилей разрабатываются с мощностью до 11 кВт и эффективностью до 92%. Действующие промышленные стандарты охватывают мощности до 20 кВт.

Система ORNL, использованная для передачи мощности к Porsche, использует легкие полифазные электромагнитные катушки диаметром чуть более 19 дюймов, что позволяет достичь высокой плотности мощности при минимальных размерах катушки. Этот процесс аналогичен беспроводной зарядке мелких потребительских устройств, но уникальная геометрия и конструкция полифазных катушек позволяют передавать чрезвычайно высокие уровни мощности, используя вращающиеся магнитные поля, создаваемые обмотками катушки.

Технология беспроводной передачи мощности включает системы защиты, которые предотвращают превышение пределов напряжения и тока, перегрев и короткие замыкания. Эти системы могут инициировать процедуры отключения в случае перебоев в подаче мощности или других неожиданных условий, которые могут повлиять на безопасную передачу мощности.

— Приемная катушка, разработанная для исследовательского автомобиля Porsche Taycan, может обеспечить в 8–10 раз более высокую плотность мощности по сравнению с существующими системами, — сообщил руководитель группы по электронике транспортных средств ORNL и ведущий исследователь демонстрации с Porsche Омер Онар. — На киловатт веса это также самая легкая система зарядки в мире.

Плотность мощности играет важную роль в беспроводной зарядке, поскольку она показывает, насколько мощность системы соотносится с ее размером. Цель заключается в достижении более высоких плотностей при меньших и компактных системах для повышения общей эффективности и производительности. Система ORNL способна увеличить заряд до 50% за 10 минут с эффективностью более 95%. Передача мощности осуществлялась через зазор в 4,75 дюйма между землей и катушкой, установленной на днище автомобиля.

Демонстрация мощности в 270 кВт завершает проект, о котором ORNL и Volkswagen объявили в 2021 году. Исследовательская команда ORNL использовала опыт Volkswagen в интеграции транспортных средств для тестирования новой концепции беспроводной зарядки на электромобиле, с целью разработки системы беспроводной зарядки с наивысшей плотностью мощности через новый дизайн, основанный на вращающихся электромагнитных полях.

— Беспроводная зарядка, подобная той, что демонстрировалась с Окриджем, может значительно упростить зарядку электромобилей для потребителей, ускоряя время зарядки и способствуя переходу на нулевые выбросы, что приведет к более устойчивому транспортному сектору, — заявил главный инженер Volkswagen Group of America Линдон Лай.

ORNL и Volkswagen планируют продолжить совместную работу в ближайшем будущем для дальнейшего улучшения прототипа зарядки мощностью 270 кВт, сделав его более экономически эффективным и пригодным для массового производства.

Исследователи ORNL уже более десятилетия демонстрируют улучшения в технологиях беспроводной зарядки, достигнув передачи мощности в 20 кВт для спортивного утилитарного автомобиля в 2016 году с использованием инвертора и технологий сопряжения, созданных ORNL. В 2018 году исследовательская команда достигла зарядки в 120 кВт, используя традиционные технологии катушек в лабораторных условиях.

Демонстрации мощности в 100 и 270 кВт являются первыми случаями, когда полифазная система ORNL была протестирована на электромобилях.

— Мы работаем над тем, чтобы добиться гораздо более высоких ставок сборов для других типов транспортных средств, в том числе изучаем вопрос о значительно более высоких сборах для грузовых и транспортных средств большой грузоподъемности, — отметил Онар.

Усилия ORNL по достижению более высоких скоростей зарядки будут стимулировать использование электромобилей, увеличивая их дальность хода и упрощая процесс зарядки, что особенно необходимо для легковых автомобилей, используемых для ежедневных поездок.

— Это достижение делает нас еще на шаг ближе к реальности будущего, когда электромобиль сможет подъехать к зарядной станции и перезарядиться за то же время, которое потребуется, чтобы зайти в магазин и перекусить, — рассказал Бурак Озпинечи из ORNL. — Водителю не нужно ничего делать, кроме как припарковаться. Мы даже изучаем способы использования этой технологии для зарядки автомобиля, движущегося по дороге.

Новая полифазная электромагнитная беспроводная система ORNL была разработана исследователями Лаборатории силовой электроники и электрических машин в Национальном исследовательском центре транспорта DOE при ORNL. Демонстрации с электромобилями проводились в Центре исследований и развертывания сетевой интеграции ORNL. Эти демонстрации продвигают цель DOE по разработке системы сверхбыстрой зарядки, которая сможет передавать 250-300 кВт к электромобилям и сокращать время зарядки до 15 минут или менее.