browser icon
You are using an insecure version of your web browser. Please update your browser!
Using an outdated browser makes your computer unsafe. For a safer, faster, more enjoyable user experience, please update your browser today or try a newer browser.

Учёные доверили шоссе зарядку электромобилей

06.02.2012

Инженеры и физики создали компьютерную модель, детально описывающую систему передачи электричества по воздуху от дороги к движущемуся автомобилю. Исследователи показали работоспособность подобной схемы и определили оптимальный дизайн её узлов, сообщает Леонид Попов.

Новую вариацию дороги, самостоятельно питающей электрокары, придумали Шаньхуэй Фань (Shanhui Fan) и его коллеги из Стэнфорда.
Авторы работы решили, что для успешной подзарядки электромобиля, несущегося по загородной трассе, необходима аппаратура, способная перебрасывать мощность в 10 кВт на расстояние до 2 метров. Разумеется, для преодоления подъёмов или ускорений использовалась бы энергия из батареи. Но цепочка таких передатчиков под асфальтом придала бы электромобилям новое дыхание.
«Что делает эту концепцию замечательной, так это тот факт, что вы сможете вести автомобиль неограниченное время без подзарядки, — говорит один из авторов исследования Ричард Сассун (Richard Sassoon), директор проекта „Глобальный климат и энергетика“ (GCEP), который финансировал исследование. — Вы будете иметь в батарее больший запас энергии в конце поездки, чем в её начале!»
Упрощённая схема подпитки автомобиля от «беспроводного шоссе» (изображение: Sven Beiker, CARS/Stanford University)
Нужно пояснить, что идея беспроводной подзарядки электромобилей на ходу появилась давно. Но реализовать её оказалось не так-то просто. Дальше всех продвинулись корейцы со своей системой OLEV (мы рассказывали о её появлении, испытании и внедрении).
Увы, ориентирована корейская разработка прежде всего на транспортные средства, движущиеся со сравнительно невысокой скоростью. Не случайно дебютировала эта система в развлекательном парке. А в городах предложено ставить такие передатчики перед перекрёстками, там, где машины замедляют ход.
Но вот новаторы из Стэнфордского университета полагают, что комплексу, похожему на OLEV, по силам питать электрические машины и на высоких скоростях.
«Наше видение заключается в том, что вы сможете выехать на любую дорогу и заряжать там свой ??автомобиль, — говорит Фань. — Крупномасштабное развёртывание предполагает реконструкцию всей системы автомобильных дорог и даже найдёт применение за пределами транспорта».
Закачивать электричество на борт предлагается за счёт резонансной магнитной связи. В такой схеме энергия передаётся осциллирующим магнитным полем, связывающим две катушки, настроенные на одну частоту.
Этот метод нельзя считать банальным трансформатором или сочетанием электромагнитного излучателя и приёмника. Передаваемый таким методом поток, уточняют учёные, чувствует только точно настроенная катушка.
Ещё в 2007 году учёные из Массачусетского технологического института запитали таким способом 60-ваттную лампу на расстоянии более двух метров. Позже проект вылился в создание компании WiTricity, занявшейся разработкой и внедрением бытовых беспроводных систем передачи энергии (от зарядки всё того же электромобиля в гараже до питания телевизора или стереосистемы).
В своей работе физики рассмотрели несколько вариантов взаимной ориентации приёмных и передающих катушек, а также ввели в схему металлические пластины (как со стороны передатчика, так и приёмника), влияющие на режим работы связанных магнитным резонансом обмоток и уменьшающие ненужные потери энергии.
Исследователи установили, что при частоте изменения передающего поля в 10 МГц и размерах катушек в 0,6-0,8 м КПД в такой системе может достигать 97% при переправке энергии на 2 метра.
Для сравнения: у OLEV практический КПД 74%, который может быть повышен до 80%, но лишь при очень малом зазоре между днищем машины и дорогой.
Ещё один интересный аспект внедрения беспроводных передатчиков энергии на шоссе. Такие устройства можно соединять с расположенными здесь же ветряками или солнечными батареями. Это не просто повышение экологичности транспорта, ведь попутно можно избежать ненужной переправки «зелёного» электричества на большие расстояния (изображения: rpm2.8k.com, University of Michigan/Shanghai Jiao Tong University Joint Institute)
 
Результаты расчётов новаторы опубликовали в Applied Physics Letters (PDF-документ). В статье авторы подчеркнули, что постарались учесть реальную обстановку, в которой должна работать система беспроводной передачи электричества.
Фань со товарищи подали заявку на патент и теперь намерены продолжить развитие придуманной ими системы. Они намечают построить лабораторный прототип комплекса, а позже испытать его и на дороге.
Учёным предстоит убедиться, что магнитно-резонансная передача энергии не будет оказывать никакого вредного воздействия на людей и животных, электронику в автомобиле, наконец, кредитки в кармане водителя.
Любопытно, что сеть электромагнитных катушек в дорожном полотне может иметь ещё одно полезное применение. При помощи слежения за полями от таких устройств, утверждают исследователи, бортовая электроника могла бы точно позиционировать автомобиль посередине полосы. А это пригодилось бы в системах автоматического вождения.