«Заправимся» от дороги: беспроводная зарядка электромобилей будущего
В беспроводных зарядных устройствах переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, вектор напряженности (силы) которого колеблется с определенной частотой. Заряжаемое устройство снабжено катушкой — проводником электричества, закрученным в спираль. Если поднести катушку приемника близко к зарядному устройству и зафиксировать, в ней наводится переменное магнитное поле той же частоты, что и в зарядном устройстве. Переменное магнитное поле в катушке создает условия для того, чтобы по проводникам приемника побежал электрический ток. Профит!
Принцип беспроводной зарядки успешно реализован в смартфонах. Достаточно положить девайс на станцию, немного подождать и снова можно открывать любимые приложения. Проблема с проводами решена, но нельзя полноценно использовать смартфон, пока он напитывается силами на зарядной станции. Как же электромобиль будет наполнять аккумуляторы энергией во время движения?
Сложность, как это часто бывает в отношениях между людьми, — в расстоянии. Стоит одному из супругов уехать в командировку и не позвонить на следующий день — приплыли: возникают подозрения, обиды, претензии. Это мало способствует крепкому браку и дальнейшей аккумуляции любви. Малейшее изменение дистанции между электромобилем и магистралью приводит к скачку частоты магнитного поля. Процесс зарядки замедляется или прекращается вовсе. Ох уж эти остывшие магнитные «чувства».
3 года назад исследователи из Стэнфордского университета решили проблему расстояния. По крайней мере, для зарядных устройств и движущихся приемников. Зарядную платформу снабдили системой обратной связи. В момент, когда частота магнитного поля приемника «прыгает» из-за изменения расстояния, на платформу идет сигнал о синхронной смене частоты колебаний вектора напряженности магнитного поля.
Если бы командированный супруг звонил оставшейся дома «половине» тем чаще, чем дальше от нее уехал, гармония в отношениях не заставила бы себя ждать. Главное, вовремя подумать о роуминге. «Роуминг» в системе обратной связи, придуманной в Стэнфорде, поначалу был слишком «дорогим». Усилитель в созданной электрической схеме «жрал» до 90% генерируемой мощности.
В новой работе, опубликованной в Nature Electronics, разработчики хвастаются новым типом усилителя, который позволяет обеспечить выходную мощность до 92% вместо 10 прежних. Авторы признаются, что конструкция усилителя не нова и при этом крайне капризна. Чтобы система обратной связи работала как надо, потребовались годы труда, переделок и углубленные теоретические знания. В итоге, новый прототип обеспечивает порядка 10 ватт выходной мощности. Исследователи не видят фундаментальных ограничений, чтобы увеличить это значение до десятков и сотен киловатт, необходимых электромобилю.
Когда требуемые показатели будут достигнуты, платформа длиной чуть больше одного метра сможет полностью зарядить аккумулятор электромобиля, мчащегося по магистрали со скоростью около 110 километров в час. Передача энергии займет несколько сотых секунды! Ограничивающим фактором здесь может стать скорость поглощения энергии аккумулятором. Это приведет к удлинению зарядной платформы или к новым техническим решениям. К сожалению, реализация обоих вариантов займет годы.
В ближайшем будущем беспроводная зарядка во время движения может стать актуальной для небольших роботов, трудящихся на производственных площадках. Аппараты, не теряя в скорости передвижения, могут пополнять энергетические запасы и работать хоть круглые сутки. Установка зарядной платформы в пол завода или склада обойдется дешевле, чем в автомагистраль. Еще беспроводную систему зарядки выгодно располагать на крышах зданий, чтобы уставшие дроны прилетали восстановить силы. Кто знает, может, доставка горячего кофе жужжащим за окном беспилотником станет реальностью совсем скоро.