Электрические транспортные средства могут однажды заряжаться при движении по шоссе, проводя беспроводную энергию непосредственно с установленных на дороге пластин, которые позволят проехать сотни, если не тысячи миль, без подключения к сети. Хотя идея может звучат как научная фантастика, Университет Колорадо Инженеры Boulder работают, чтобы приблизить его к реальности.
«Мы хотим, что бы электромобили заряжались в пути», - сказал Хуррам Африди, доцент кафедры электротехники, вычислительной техники и энергетики CU Boulder.
За последние два года Африди и его коллеги разработали концепцию беспроводной передачи энергии, которая передает электрическую энергию через электрические поля на очень высоких частотах. Способность посылать большие объемы энергии на большом физическом расстоянии, в один прекрасный день позволила бы технологии выйти за пределы небольшого круга потребительской электроники, такой как сотовые телефоны, и начать использовать более крупные вещи, такие как автомобили.
Транспортное средство может просто путешествовать по специальной полосе, когда ему нужно повышение энергии, и в результате может иметь меньшую бортовую батарею, что снижает общую стоимость транспортного средства. Сегодня небольшие потребительские устройства имеют беспроводную передачу мощности, что позволяет объекту получать энергию, находясь на специально разработанной подушке, которая подключена к розетке.
Репликация этой возможности для движущегося автомобиля намного сложнее, требуя значительно большей мощности для передачи на большее физическое расстояние от проезжей части до транспортного средства. Автомобиль, путешествующий на скоростях шоссе, не будет задерживаться на какой-либо одной зарядной подушке более чем на долю секунды, поэтому подушки должны быть размещены каждые несколько метров, чтобы обеспечить непрерывный заряд. Чтобы решить проблему движения, Африди думает иначе. Для зарядки смартфона требуется только пять ватт мощности. Для ноутбука может потребоваться 100 Вт. Но электромобиль в движении требует десятков киловатт мощности, на два порядка выше. В настоящее время большинство исследований в области беспроводной электросвязи сосредоточено на передаче энергии через магнитные поля - так называемый индуктивный подход. Магнитные поля на уровнях прочности, подходящие для существенного переноса энергии, легче генерировать, чем эквивалентные электрические поля. Однако магнитные поля движутся по петлевому шаблону, требуя использования хрупких ферритов, чтобы поддерживать поля и направленную энергию, что приводит к дорогостоящей системе. Электрические поля, напротив, естественно движутся относительно прямо. Африди, хотел использовать более ориентированную природу электрических полей для своих инноваций и существенно снизить стоимость системы.
В своей лаборатории Африди и его ученики устанавливали металлические пластины, параллельные друг другу, разделенные на 12 сантиметров. Две нижние пластины представляют собой передающие пластины внутри проезжей части, тогда как две верхние пластины представляют собой принимающие пластины внутри транспортного средства. Когда Африди переворачивает переключатель, энергия передается от нижних пластин. Мгновенно лампочка над верхними пластинами загорается при передаче мощности без необходимости проводов. Устройство неуклонно улучшается до такой степени, что позволяет передавать киловатт мощности на частотах мегагерцовых масштабов.
«Когда мы преодолели барьер в тысячу ватт, отправив энергию через 12-сантиметровый промежуток, мы были просто взволнованы», - сказал Африди. «В тот день было много высоких пятерок».
В ближайшей перспективе Африди предполагает, что технология адаптируется для использования в складских помещениях. Например, автоматизированные складские роботы и вилочные погрузчики могут перемещаться по площадям, включенным для беспроводной передачи энергии, и их никогда не нужно подключать, исключая время простоя и увеличивая производительность. Эта технология также может быть адаптирована для использования в транспортных проектов следующего поколения, таких как Hyperloop, предлагаемая система, которая могла бы за 30 минут доставить пассажиров из Лос-Анджелеса в Сан-Франциско.
Появление электрической автомагистрали еще далеко за горизонтом и неизбежно столкнется со многими препятствиями, как технологическими, так и общественными.