Компании и научные коллективы работают над следующим поколением беспроводной зарядки для электромобилей и потребительских технических гаджетов:
- Команда из Стэнфорда анонсировала систему, способную эффективно передавать питание на движущееся устройство на расстоянии вытянутой руки — технологию, которая когда-нибудь может помочь перерезать шнуры питания дома и в дороге.
- Магнитные катушки, которые заряжают электромобили во время парковки, появятся в 2022 году.
- Но для того, чтобы стать мейнстримом, беспроводной зарядке потребуются международные стандарты и более гибкие реализации.
Следующее поколение электромобилей может заряжать свои батареи по беспроводной сети через магнитное поле.
Когда Никола Тесла в конце 1800-х годов разработал электричество переменного тока (такое, которое вытекает из современных настенных розеток), он никогда не предполагал, что линии электропередач когда-нибудь пересекут земной шар. Он продолжал разрабатывать устройства, которые могли бы передавать энергию по беспроводной сети, и мечтал о глобальной сети, которая обеспечивала бы машины повсюду энергией и информацией.
“Все железные дороги будут электрифицированы”, - сказал он в интервью журналу “Кольерс”в 1926 году. “Но “возможно, самым ценным применением беспроводной энергии будет привод летательных аппаратов, которые не будут перевозить топливо”.
Тесла был наполовину прав. Сегодняшние сети мобильной связи позволяют осуществлять связь без кабеля, но всемирная сеть беспроводной связи остается неуловимой-и, вероятно, невозможной в той форме, которую он себе представлял. Тем не менее, такие компании, как массачусетская компания WiTricity и израильский стартап Electron, а также академические команды продолжают работать над созданием мира с меньшим количеством проводов, который реализует конкретные аспекты видения Теслы.
Но для того, чтобы стать мейнстримом, беспроводной зарядке потребуются международные стандарты и более гибкие реализации. И то, и другое уже происходит. Например, плата за парковку, скорее всего, поступит на потребительские транспортные средства в 2022 году. Более универсальная технология существует и в лаборатории. Стандартные подходы к беспроводной зарядке лучше всего работают между двумя объектами на фиксированном расстоянии, но в апреле команда из Стэнфорда анонсировала систему, способную эффективно передавать питание на движущееся устройство на расстоянии вытянутой руки — технология, которая когда-нибудь может помочь перерезать шнуры питания дома и в дороге.
“Это привлечет большой интерес со стороны отрасли", - говорит Юнес Ради, исследователь из Городского университета Нью-Йорка, который продемонстрировал ту же технику независимо от Стэнфордской группы. Это исследование “создало новое направление в проектировании беспроводной передачи энергии, которое могло бы помочь создать новое поколение беспроводных систем передачи энергии".
Эта фотография Уорденклиффа 1904 года была сделана для того, чтобы Тесла мог вернуться к Дж.П. Моргану и попытаться получить дополнительные средства, необходимые ему для завершения строительства башни.
Передающая башня в Уорденклиффе, в Шорхеме, Лонг-Айленд, п остроенная в 1905 году, комплекс Уорденклифф был основан на революционной идее Николы Теслы построить глобальную сеть беспроводных электростанций. Эта фотография 1904 года была сделана для того, чтобы показать Дж.П. Моргана, которого Тесла попросил предоставить дополнительные средства, необходимые ему для завершения строительства башни.
Источник: Архив Марка Сейфера | Викисклад
Электромагнитные волны несут не только информацию, но и энергию, поэтому нет теоретической причины, по которой телекоммуникационные компании не могли бы излучать энергию, как они это делают с видео и музыкой. Но существует множество практических проблем. Эксперименты по передаче энергии на большие расстояния обычно включают в себя пучки микроволн, плотно сфокусированные на приемнике-представьте, что вы заряжаете солнечную панель лазерной указкой,-которые плохо масштабируются для миллионов устройств.
Однако на коротких расстояниях другой подход делает широко распространенную беспроводную зарядку более практичной. Магнитное поле, вибрирующее на одной специальной частоте, может вызвать ответное колебание соседнего магнитного поля, точно так же, как правильный шаг может разбить стекло.
Благодаря этому эффекту одна магнитная катушка может управлять электрическим током в устройстве, подключенном к партнерской катушке, как продемонстрировала команда исследователей из Массачусетского технологического института в 2007 году , улучшив идеи Теслы. Группа превратила эту технологию в стартап-компанию в Уотертауне, штат Массачусетс, WiTricity, зарядные катушки которой с тех пор нашли свое применение в ноутбуках и электромобилях.
Этот метод обеспечивает высокое количество энергии с эффективностью, подобной кабелю, но соединение между катушками может быть хрупким. Неисправность системы изменяет частоту магнитной вибрации, нарушая беспроводную связь для таких установок в целом. ” Если вы немного передвинете передатчик или приемник, вы потеряете эффект", - говорит Ради. [Представитель WiTricity отмечает, что компания нашла альтернативные способы компенсировать этот эффект.]
“Если вы немного передвинете передатчик или приемник, вы потеряете эффект”, - говорит Ради.
Эффект направлен на развертывание магнитных катушек, которые могут быть спрятаны на парковочных местах для зарядки электромобилей без необходимости подключения.
Магия беспроводной зарядки
В 2017 и 2018 годах две группы, одна из которых работала в Стэнфордском университете, а другую возглавлял Ради, независимо друг от друга, наткнулись на аналогичные обходные пути. Вдохновленные теоретической концепцией оптики, они сконфигурировали передатчик и приемник таким образом, чтобы два устройства функционировали вместе как единое целое. Когда одна сторона движется (изменяя идеальную частоту вибрации), сдвиг вызывает почти мгновенную реакцию со стороны партнера, объясняет Сид Ассававоррарит, один из исследователей из Стэнфорда.
Эта гибкость позволяет системе использовать физические законы для быстрого и автоматического поиска наиболее эффективной частоты, не требуя каких-либо программных или ручных настроек. Но это был мощный боров. На каждый ватт, который группы накачивали в передатчик, только десятая часть ватта достигала приемника.
Теперь стэнфордская группа решила эту проблему, согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Electronics. Переработанный усилитель позволил им передавать 10 Вт (более чем достаточно для зарядки телефона или планшета) на 2 фута с эффективностью 92%. Что еще более важно, они добились одинаковой производительности на более близких расстояниях, а также когда Ассававоррарит раскачивал одну из катушек шириной 2 фута взад и вперед так быстро, как только мог. Он говорит, что система будет передавать мощность, даже если одна катушка приближается со скоростью 200 миль в час, согласно моделированию.
Radi называет эту производительность " удивительной”, особенно по сравнению с более жесткими системами, которые лучше всего работают на одном расстоянии, или неэффективными системами, в которых теряется большая часть энергии.
Передатчик эффективно создает энергетический пузырь аналогичного размера, который может заряжать любое устройство, оснащенное катушкой в диапазоне, и требует мало энергии для поддержания. Эти функции подходят для широкого спектра потенциальных применений-от электрифицированных автомагистралей до заводов, где мобильным роботам никогда не нужно останавливаться и заряжаться. Ради, со своей стороны, представляет, как входит в дверь в конце рабочего дня и плюхается на диван, чтобы зарядить телефон, вместо того чтобы броситься к стене, чтобы подключить его.
И, по словам Assawaworrarit, система могла бы обрабатывать гораздо больше энергии, используя готовые детали. Более серьезной проблемой при расширении масштабов была бы проблема установки достаточно больших катушек. Например, для наполнения комнаты беспроводной энергией потребуется покрыть большую часть пола.
Коммерциализация новых технологий
Более того, путь от лабораторного стенда до реального мира долог и извилист, как слишком хорошо знает Алекс Грузен, генеральный директор WiTricity. Он называет подход к адаптивной зарядке “элегантным” и приветствует работу групп как движение в “отличном направлении”, но предполагает, что более простые решения уже приближаются к коммерциализации — особенно для электромобилей.
Согласно отчету McKinsey & Co., электромобили становятся крупным рынком, и для поддержания их заряда потребуется установить десятки миллионов зарядных станций общей стоимостью почти 50 миллиардов долларов к 2030 году (по сравнению с примерно 5 миллиардами долларов сегодня). Беспроводные парковочные места, если они хорошо работают с различными транспортными средствами, предназначены для того, чтобы стать частью золотой лихорадки. Зарядные катушки WiTricity, которые Китай выбрал для своего национального стандарта беспроводной связи в мае, могут достигать припаркованных электрических спортивных автомобилей и внедорожников с зазором от 4 до 10 дюймов, говорит Грузен, без существенной регулировки их частоты.
