Беспроводная сеть передачи энергии поможет избавить электромобили от проблем длительной подзарядки, но непрерывная передача электроэнергии движущимся транспортным средствам - это настоящая проблема для учёных всего мира. Однако теперь команда из Стэнфорда сделала прорыв, который может обеспечить решение данной проблемы. Итак, как это работает на практике?
Исследовательская группа в Стэнфордском университете достигла прорыва в своей работе по развитию беспроводной передачи энергии. Проект ориентирован на передачу мощности для движущихся объектов, основываясь на их предыдущей работе, проведенной в Массачусетском технологическом институте, которая разрабатывалась для передачи мощности в несколько футов к стационарным объектам.
В июне исследователи во главе с профессором электротехники Шанху Фан (Shanhui Fan) опубликовали исследование под названием «Надежная беспроводная передача мощности с использованием нелинейной схемы с симметрией по времени», объясняя, как им удалось эффективно управлять небольшим количеством мощности между движущимися объектами. Это значительный прорыв для технологии беспроводной передачи энергии, который приближает ее к реальному применению.
Одним из таких применений в реальном мире, которые обладают большим потенциалом, является электропитание электромобилей. Проблема, которая преследует электромобили с момента их создания - это ограниченный диапазон движения без подзаряда. Конечно, с тех пор, как улучшилась с годами технология батарей, расстояние передвижения для электромобилей сильно увеличилось, но даже ведущие Tesla EVs ограничены запасом в 315 мили. Это уменьшает востребованность электромобилей, особенно когда время, необходимое для перезарядки, сильно превышает заправку дизельных и бензиновых автомобилей.
«Эта проблема широко признана в сообществе беспроводной передачи энергии, и люди искали способы решения этой проблемы», - говорит ведущий автор исследования Сид Ассававоррарит. Это привело к тому, что многочисленные группы предложили беспроводную передачу энергии в качестве возможного решения.
«Несколько исследовательских групп работали над построением контроля с обратной связью поверх обычной настройки для регулирования передаваемой мощности и оптимизации эффективности за счет повышения сложности системы», - продолжает Ассававоррарит.
Беспроводная зарядка позволит автомобилю заправляться, когда они движутся. Это достигается при помощи вращающейся медной катушки в основании автомобиля и катушек передатчиков на специально построенных дорогах.
«Наша группа работает над различными аспектами беспроводной передачи энергии в течение нескольких лет, - говорит Ассававоррарит. «Более ранняя работа Xiaofang Yu, также автора, в 2013 году выявила проблемы чувствительности, присущие многим беспроводным системам передачи энергии, где эффективность передачи и количество передаваемой мощности резко меняются в результате изменений расстояния передачи или окружающей среды.»
Беспроводная передача энергии основана на магнитно-резонансной связи. Когда проводники катушки вращаются между магнитами, электричество проходит через них, создавая колебательное магнитное поле. Это поле также может привести к тому, что электроны в соседних проводах настроятся на одну и ту же частоту, тем самым передавая мощность без подключения проводов.
Проблемы возникают, когда объект, содержащий катушку приемника, движется. Как объясняет Ассававоррарит: «В обычной схеме, где обычно генерируются радиоволны источника с заранее определенной частотой, возникает проблема при выборе оптимальной частоты, которая иногда зависит от расстояния передачи и относительной ориентации источника и получателя. При фиксированной частоте, если расстояние колеблется от его расчетного значения, эффективность передачи падает, что ограничивает беспроводную передачу мощности на стационарную зарядку».
Для непрерывного потока мощности частота должна оставаться неизменной, несмотря на то, что провода движутся. Ранее это вызвало проблемы, поскольку провода необходимо было перенастраивать вручную для достижения оптимальной передачи мощности. Именно это командой было решено исправить.
Система претерпела некоторые важные изменения, позволяющие осуществить этот прорыв и сделать передачу беспроводной передачи данных подходящей для движущихся объектов, таких как электромобили. «Вместо того, чтобы посылать волны с определенной частотой, наша конструкция имеет элемент усиления, встроенный в передатчик», - говорит Ассававоррарит.
Команда проверила это, используя светодиодную лампу, прикрепленную к приемной катушке. В аналогичных предыдущих тестах свет, который выдает лампочка, уменьшился бы, когда он продвинулся дальше от катушки передатчика. Но после включения усилителя уровни мощности и яркость лампы оставались стабильными до 3 футов.
Помимо автомобилей, эта технология также может использоваться для питания персональных устройств, таких как мобильные телефоны, когда пользователи находятся в движении. Он также может быть реализован для робототехники в производстве. Существует также возможность того, что он может использоваться для зарядки медицинских устройств внутри тела человека без необходимости хирургического вмешательства.
«Мы стремимся повысить эффективность усилителя передатчика, используемого в текущей работе, - говорит Ассававоррарит. «В настоящее время усилитель, используемый в схеме, имеет низкую эффективность. Мы будем стараться решить проблему эффективности в течение года».
