Электромагнитная индукция избавит от проводов.
Мудрый водитель следит за манометром, чтобы своевременно пополнять топливный бак на заправочных станциях. Хотя для водителей электромобилей таких станций меньше, и расстояние между ними больше. Инфраструктура, необходимая для пополнения батарей, еще не разработана, и технологии пока развиваются. Большинство электромобилей снабжены штепсельными вилками. Но вилки, связывающие их провода и станции подзарядки приносят проблемы. Кабели создают опасность для поездки. Станции подзарядки загромождают улицы. А медные провода привлекательны для воров. По этим причинам многие инженеры разрабатывают альтернативный способ зарядки электромобилей, он беспроводной и может располагаться под землей.
В основе беспроводной зарядки лежит электрическая индукция, которая была открыта Майклом Фарадеем в 1831 году, и широко использовалась в электромоторах и генераторах. Фарадей заметил, что перемещение проводника через магнитное поле возбуждает ток в этом проводнике. Дальнейшие исследования показали, что происходит то же самое, если проводник неподвижен, а перемещается магнитное поле. Ввиду того, что электрический ток создают магнитное поле, и, если переменный ток также его создает, тогда переменный ток создает поле, которое постоянно перемещается. Это означает, что движение такого тока через проводник возбуждает подобный ток в соседнем проводнике. Этот возбуждаемый ток затем может использоваться для любых целей, выбранных инженерами.
В случае с зарядкой автомобиля, первый проводник – это длинный медный провод. Он обмотан вокруг детали из феррита (вещество, сделанное из оксидов железа и других металлов), что усиливает создаваемое магнитное поле. Все это делают плоским, чтобы создать площадку, которую затем легко скрыть. Когда автомобиль, оборудованный соответствующим приемником, останавливается над таким устройством, в площадку пускается переменный ток, который возбуждает подобный ток в приемнике. Затем при помощи выпрямителя он преобразуется в постоянный ток, который используется для зарядки батареи автомобиля. Таким образом принцип довольно прост. Но только в последние годы этот способ начали использовать в автомобилях.
Лидеры зарядки
Для работы беспроводной зарядки, автомобиль должен быть оснащен приемником. На данный момент, это самодельный бизнес. Evatran, фирма из штата Вирджиния, например, продает комплект приемника и платформы по цене от 2,500 до 4,000 долларов, включая установку. По словам Ребеки Хью, владелицы фирмы, при использовании их оборудования, теряет 11% энергии во время беспроводной зарядки. Но использование проводной зарядки, как она говорит, так же включает подобные потери. Отсутствие в проводной зарядке воздушной прослойки, которая присутствует при беспроводной зарядке, означает, что проводная зарядка должна быть оборудована специальным (и энергоемким) трансформатором для защиты от перенапряжения.
Компания Evetran не одинока в этом самодельном бизнесе. HEVO, компания, расположенная в Нью-Йорке, установит приемник за 3,000 долларов. HEVO также хочет вывести зарядку за пределы гаражей, оборудовав сеть платформ в крупных городах. Водители смогут зарезервировать и арендовать их при помощи своих мобильных телефонов.
Если беспроводная зарядка станет большим, нежели сделанной на заказ диковинкой, производители автомобилей примут в этом участие. Это уже начинается. В Evatran говорят, что в следующей году (2018) минимум два производителя автомобилей начнут оснащать свою продукцию приемниками, которые собирают в их форме. WiTricity, фирма в штате Массачусетс, также проектирует приемники и платформы, получила лицензию на проектирование приемника для Toyota, а также еще для 2 компаний-производителей автомобильных комплектующих, TDK в Японии и Delphi в Великобритании. От других производителей, включая Audi, BMW, Daimler, Ford, Jaguar, Mercedes-Benz и Volvo, также ожидают выпуска дистанционно-заряжающихся автомобилей в скором времени.
Беспроводная зарядка привлекательна не только для личного автотранспорта. В следующем году WAVE, форма из штата Юта, планирует установить более мощную версию этой технологии в порту Лос-Анджелеса для монстр-кара (его шины больше человеческого роста), который захватывает, перемещает и штабелирует контейнеры. Это поможет обойти наиболее загадочную портовую практику, так как сейчас организация International Longshore and Warehouse Union позволяет только электрикам подключать провода зарядки автотранспорта, что делает работу таких машин удивительно дорогой.
Беспроводная зарядка особенно перспективна для автобусов, говорит Эндрю Дага, владелец Momentum Dynamics, фирмы в штате Пенсильвания, которая продает зарядные устройства больше для автобусов, нежели легкового транспорта. Большим препятствием в использовании электроавтобусов является, необходимость временного их вывода из эксплуатации в течении дня для подзарядки. Если такой автобус сможет подтягивать достаточно энергии, во время движения по маршруту, для того, чтобы дотянуть до полной зарядки в ночное время, тогда он сможет конкурировать с дизельными двигателями.
Место, где это уже произошло – это Милтон-Кинс, город в северо-востоке от Лондона. Маршрут №7 в этом городе полностью обслуживается электроавтобусами, которые останавливаются над зарядными платформами на 2-4 минуты в конце маршрута. Каждая платформа оснащена четырьмя скрытыми катушками, которые способны передать ток мощностью 120 киловатт. (Для сравнения, последняя катушка от Evatran передает 7,2 киловатта.) Этого достаточно, чтобы автобусы работали в течении 16 часов в день.
Оборудование, используемое в Милтон-Кинс, произведенное IPT Technology, немецкой фирмой, обошлось в 100,000 фунтов (130,000 долларов) за платформу. Но автобусный оператор eFIS подсчитывает, что каждый километр электроавтобуса обходится дешевле на 50 центов, чем у дизельного собрата, благодаря экономии на топливе и ремонте двигателя. В общем 8 автобусов на маршруте №7 проезжают 700,000 км за год. Джон Майлз, владелец eFIS, заявляет, что фирма собирается начать обслуживать второй маршрут в Милтон-Кинс, добавив еще две платформы и 11 электроавтобусов в сеть городского общественного транспорта. Автобусы с беспроводной зарядкой также ходят в Мангейме (Германии), Утрехте (Нидерланды) и в итальянских городах Генуя и Турин, а также в Солт-Лейк-Сити и калифорнийских городах Ланкастер, Лонг-Бич, Монтерей, Палмдейл и Уолнат-Крик. Лос-Анжелес ожидает включения в этот список в следующем году.
Опыт передвижения
Не смотря на все усилия, автомобилю все еще требуется остановиться для зарядки. В этом плане беспроводная зарядка ни чем не отличается от проводной. Но это не должно так работать. Для работы индукции транспорту нет нужды быть неподвижным. Следующим этапом будет зарядка автомобиля во время движения. Предварительные испытания уже начались.
Одно проходит на 100-метровой электрифицированной тестовой трасе в Версале, около Парижа. Это испытание, проводимое VEDECOM, правительственным институтом транспортных исследований, должно закончиться в этом году, но предварительные результаты многообещающи. Батареи двух минивэнов движутся одновременно по одной трассе на скорости более 100км/ч и успешно принимают 20 киловатт каждый. Qualcomm, фирма производящая оборудование для испытаний, известное как Halo, говорит, что лицензию на использование данной технологии приобрели 13 производителей автомобилей. Рыночная ниша, которую компания считает привлекательной, это электрифицированное такси.
Израиль также заинтересован в зарядке транспортных средств во время движения. Шай Соффер, главный научный сотрудник министерства транспорта, следит за электрификацией короткого участка дороги в Тель Авив, где испытания начнутся в следующем году. Он не думает, что электрификация дорог будет нереально дорогой. Орен Озер из ElectRoad, фирмы, которая переоборудовала участок дороги, считает, что небольшая команда, работающая в три ночные смены, преобразует километр асфальтированного пути.
Сперва роют траншею на поверхности и удаляют мусор. Затем укладывают в траншеи оборудование. В конце, заполняют траншеи и укладывают новое асфальтовое покрытие.
Будет ли зарядка на лету полезной на практике, спорно. Но стационарный вид беспроводной зарядки настроен на взлет. Хотя проводная зарядка в автомобилях не исчезнет полностью, энергия индукции, кажется, здесь останется.
Эта статья впервые появилась в разделе Наука и технологии на сайте The Economist 28 октября 2017 года.
