Учёные из ведомства Министерства энергетики США сообщили о мировом рекорде по беспроводной передаче питания. Опытная система передала на аккумуляторы электромобиля Porsche Taycan рекордные 270 кВт мощности, зарядив их на 50 % всего за 10 минут с потерями не больше 5 %. С таким устройством зарядка электромобилей станет простейшей операцией за время на перекус в кафетерии станции.

Передающая питание без проводов катушка. Источник изображения: ORNL

Разработкой перспективных и мощнейших беспроводных зарядных станций занимается научный коллектив Ок-Риджской национальной лаборатории (ORNL) Министерства энергетики США (DOE). Целью проекта заявлено достижение беспроводной зарядки аккумуляторов транспортных средств за 15 мин или быстрее с мощностью передачи 250–300 кВт. Учёные ORNL впервые обеспечили питание без проводов мощностью 20 кВт в 2016 году, а уже в 2018 году передали в лаборатории по воздушному зазору 120 кВт энергии.

Исследователи разработали крайне эффективный способ передачи энергии без проводов. С помощью специальных катушек с изменяемой фазой электромагнитного поля создаётся вращающееся поле. За счёт этого достигается КПД передачи энергии свыше 95 %. В марте этого года доработанная установка мощностью 100 кВт смогла зарядить аккумулятор электромобиля Hyundai Kona менее чем за 20 мин до ёмкости 50 % через воздушный зазор 5 дюймов (12,7 см) с КПД 96 %.

Очередная доработка прототипа беспроводного зарядного устройства позволила передать на электромобиль Porsche Taycan 270 кВт мощности по воздушному зазору 4,75 дюйма (12 см). Зарядка аккумуляторов электромобиля достигла 50 % через 10 мин с эффективностью более 95 %. Вместе с компанией Volkswagen, которая обеспечивала практическую сторону эксперимента на реальном электромобиле, учёные ORNL договорились разрабатывать мощные беспроводные зарядки для жилых помещений.

Следует сказать, что сегодня отраслевые стандарты допускают производство и эксплуатацию беспроводных зарядок мощностью не более 20 кВт. Поэтому команда ORNL сосредоточена на создании коммерческого беспроводного зарядного устройства меньшей мощности — всего 11 кВт. Зарядки мощностью до 300 кВт ещё не скоро будут радовать владельцев электромобилей, но когда-нибудь они обеспечат простоту, комфорт и скорость обслуживания, если батареи вашей машины потребуют заполнить их энергией.

Беспроводные зарядки удобны, но обладают низким КПД. Для зарядки смартфона это не проблема, однако при зарядке аккумулятора электромобиля потери достигают значительных величин, а что ещё хуже — удлиняется время заряда. Учёным из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) удалось преодолеть этот недостаток беспроводных зарядок. Их устройство заряжает батареи электромобиля до 50 % за 20 мин с КПД 96 %.

Источник изображения: ORNL

Свою первую версию беспроводного зарядного устройства учёные создали в 2016 году. Мощность устройства достигала 20 кВт. К 2018 году мощность была повышена до 120 кВт и исследователи занялись оптимизацией процесса передачи энергии от передатчика к приёмнику на электромобиле. В своей основе созданная в ORNL платформа работает так же, как и бытовые беспроводные зарядки: она преобразует электрический ток из сети в высокочастотный переменный ток, что создаёт электромагнитное поле и, тем самым, передаёт энергию на приёмную катушку в электромобиле. Там же происходит обратное преобразование высокочастотного тока в постоянный.

От других подобных систем разработка учёных ORNL отличалась передающими катушками и принципами передачи энергии. Во-первых, передающая катушка была изготовлена из карбида кремния, что позволило сделать её легче и меньше. Во-вторых, система формировала вращающееся электромагнитное поле за счёт работы катушки в многофазном режиме. Доработанная установка мощностью 100 кВт смогла зарядить аккумулятор электромобиля Hyundai Kona менее чем за 20 мин до ёмкости 50 % через воздушный зазор 5 дюймов (12,7 см) с КПД 96 %.

«Наша технология создаёт плотность мощности [передачи энергии] в 8–10 раз выше, чем обычная катушечная технология, и может увеличить уровень заряда аккумулятора на 50 % менее чем за 20 минут, — заявили разработчики. — Этого удалось достичь с помощью многофазных электромагнитных приёмопередающих катушек, поскольку их конструкция обеспечивает максимально высокую плотность мощности для небольших катушек. Вращающиеся магнитные поля, создаваемые этими катушками, повышают выходную мощность установки».

С подобными зарядками пополнять аккумуляторы электромобилей можно будет в местах и во время стоянок, занимаясь чем-то полезным и пополняя при этом ёмкость аккумуляторов просто останавливаясь над указанными зонами с беспроводными передатчиками энергии.