Прорыв в беспроводной передаче энергии для зарядки электромобилей достигнут учеными Стэнфорда

Ученые Стэнфорда разработали новой способ беспроводной передачи электроэнергии движущимся объектам. В будущем эта технология позволит на ходу заряжать электромобили, а также персональные устройства, такие как медицинские имплантаты или смартфоны. Возможность заряжать электрические авто при движении

Возможность заряжать электрические авто при движении по дороге могла бы устранить беспокойство их потенциальных пользователей по поводу ограниченного запаса хода и значительно снизить их стоимость (в некоторых случаях батарея может составлять 40% стоимости электромобиля). Более того, потенциал такой технологи позволил бы сделать электричество стандартным топливом для всех транспортных средств.

Исследователи из Стэнфордского университета преодолели серьезное препятствие на пути к такому будущему, открыв новый метод передачи электричества по воздуху движущимся объектам. Результаты их работы опубликованы в издании Nature.

«Помимо продвижения беспроводной зарядки транспортных средств и электронных гаджетов, таких как мобильные телефоны, наша технология поможет расширить применение подвижных роботов, - говорит профессор электротехники и старший автор исследования Шанхуи Фан. - Нам еще предстоит значительно количество электроэнергии, которая будет передана для зарядки электромобилей, но нам, возможно, не понадобится слишком увеличивать расстояние передачи».

Беспроводная передача энергии поможет избавиться от основного недостатка электрокаров – сравнительно небольшого диапазона движения на одном заряде. Например, заявленный запас хода Tesla Model 3 составляет 320 км, Chevy Bolt – 380 км, а нового Nissan Leaf 2017 года выпуска – около 250 км. Однако электромобили обычно требуют нескольких часов для полной зарядки и это ограничение можно преодолеть именно с помощью системы, которая заряжает по мере необходимости.

«Теоретически, можно будет ездить неограниченное время и не останавливаться для подзарядки, - объясняет Фан. - Предполагается, что вы сможете заряжать свой электрический автомобиль пока едете по шоссе. Приемник в нижней части транспортного средства будет получать электричество от ряда индукционных катушек, размещенных на определенном расстоянии друг от друга под дорожным покрытием и подключенных к сети».

Беспроводная передача энергии среднего диапазона основана на магнитно-резонансной связи. Так же, как крупные электростанции генерируют переменные токи путем вращения проводных катушек между магнитами, электричество, движущееся по проводам, способно создавать магнитное поле. Это поле также приводит к колебаниям электронов в соседней катушке, тем самым передавая заряд на расстояние без проводов. Эффективность передачи можно увеличить, если обе катушки настроить на одну и ту же резонансную частоту и расположить под правильным углом.

Тем не менее, непрерывный поток электроэнергии может поддерживаться только в том случае, если некоторые аспекты системы, например – частота, настраиваются вручную по мере перемещения объекта. Таким образом, либо передающая катушка, либо катушка приемника должна оставаться практически неподвижными, в ином случае устройство должно настраиваться непрерывно в автоматическом порядке – что представляет собой достаточно сложный процесс.

Чтобы решить эту задачу, команда Стэнфорда устранила радиочастотный источник в передатчике и заменила его на коммерчески доступный усилитель напряжения и резистор обратной связи. Эта система автоматически определяет правильную частоту для разных расстояний без необходимости вмешательства человека.

Ученные продемонстрировали новую технологию, установив светодиодную лампу на приемную катушку. В обычной системе без активной настройки яркость светодиодов уменьшалась бы с расстоянием. В новой установке яркость оставалась постоянной, даже когда приемник удалялся от источника на расстояние около одно метра.

Исследователи использовали находящийся в свободной продаже универсальный усилитель с относительно низким КПД около 10%. По их словам, специальный усилитель сможет повысить эффективность до 90% и более. В настоящее время разработчики патентуют свое изобретение.