Newswise — Исследователи из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США успешно продемонстрировали первую беспроводную передачу энергии мощностью 270 кВт на электромобиль малой грузоподъемности. В демонстрации использовался Porsche Taycan, она проводилась в сотрудничестве с Volkswagen Group of America с использованием разработанной ORNL системы многофазной беспроводной зарядки.

Это достижение превосходит недавнюю демонстрацию беспроводной зарядки ORNL мощностью 100 кВт и является еще одним прорывом в области быстрой беспроводной зарядки.

«За последние три месяца исследовательские группы автомобильной силовой электроники и электроприводов ORNL установили впечатляющие мировые рекорды в области беспроводной зарядки», — сказал Ли Слезак, технологический менеджер отдела транспортных технологий Министерства энергетики США по сетям и зарядным инфраструктурам. «Эти достижения будут способствовать дальнейшему ускорению процесса. внедрение электромобилей в США»

Будучи легковым автомобилем, Porsche Taycan было бы сложно оснастить традиционными большими и тяжелыми системами беспроводной передачи энергии. Автомобиль не может поддерживать зарядное оборудование из-за ограничений по пространству, весу и объему. Существующие системы беспроводной зарядки для автомобилей малой грузоподъемности в настоящее время находятся в стадии разработки, рассчитанные на мощность до 11 кВт и эффективность до 92%. Действующие отраслевые стандарты охватывают уровни мощности до 20 кВт.

В системе, изобретенной ORNL, которая передала мощность на Porsche, используются легкие многофазные катушки электромагнитной связи диаметром чуть более 19 дюймов, которые позволяют обеспечить более высокую плотность мощности в самой маленькой катушке. Этот процесс аналогичен беспроводной зарядке небольших потребительских устройств, но уникальная геометрия и конструкция многофазных катушек позволяют передавать чрезвычайно высокие уровни мощности с помощью вращающихся магнитных полей, генерируемых фазовыми обмотками катушек, для повышения мощности. Система зарядки была органично интегрирована в ходовую часть автомобиля.

Технология беспроводной передачи энергии также включает в себя системы защиты, предотвращающие превышение пределов напряжения и тока, перегрев и короткое замыкание. Эти системы могут инициировать процедуры отключения в случае перебоев в подаче электроэнергии или других непредвиденных обстоятельств, которые могут помешать безопасной передаче энергии.

«Приемная катушка, разработанная для исследовательского автомобиля Porsche Taycan, может обеспечить в 8–10 раз более высокую плотность мощности по сравнению с существующими системами», — сказал Омер Онар из ORNL, руководитель группы автомобильной силовой электроники и ведущий исследователь на демонстрации Porsche. «На киловатт веса это также самая легкая система зарядки в мире».

Плотность мощности важна для беспроводной зарядки, поскольку она показывает, какую мощность может выдержать система относительно ее размера. Цель состоит в том, чтобы добиться более высокой плотности за счет меньших и более компактных систем для повышения общей эффективности и производительности. Система ORNL может повысить уровень заряда на 50% за 10 минут с эффективностью более 95%. Передача мощности осуществлялась через зазор в 4,75 дюйма между землей и катушкой, установленной на нижней части автомобиля.

Демонстрация мощностью 270 кВт знаменует собой завершение проекта, финансируемого Министерством энергетики, о котором ORNL и Volkswagen объявили в 2021 году. Исследовательская группа ORNL использовала опыт Volkswagen в интеграции автомобилей для тестирования новой концепции беспроводной зарядки на электромобиле с целью разработки самого высокого качества. Система беспроводной зарядки с плотностью мощности благодаря новому дизайну, ориентированному на вращающиеся электромагнитные поля. Эти поля повышают эффективность за счет снижения напряжения и устранения пульсаций электрического тока и подавления поля между фазными обмотками катушки.

«Приятно видеть значительный прогресс, которого Volkswagen и Национальная лаборатория Ок-Риджа достигают вместе во многих критически важных технологиях. Инновационные проекты, изучаемые в Восточном Теннесси, изменят автомобильную промышленность», — сказал Линдон Ли, главный технический директор Volkswagen Group of America. «Беспроводная зарядка, подобная той, что продемонстрирована в Ок-Ридже, может значительно облегчить зарядку электромобилей для потребителей, а быстрое время зарядки будет способствовать внедрению нулевых выбросов и приведет к более устойчивому транспортному сектору».

Онар сообщил, что ORNL и Volkswagen планируют продолжить совместную работу в ближайшем будущем, чтобы улучшить прототип зарядки мощностью 270 кВт, превратив его в более экономичную и технологичную систему.

«Мы также работаем с Volkswagen над разработкой многофазной системы для зарядных устройств в жилых домах и сотрудничаем в разработке конструкции легкого корпуса, который улучшит механические, электрические, тепловые и магнитные характеристики», — сказал Онар. «Наша цель — довести технологию до совершенства, чтобы она была готова к использованию в серийных автомобилях».

Исследователи ORNL демонстрировали технологические усовершенствования в области беспроводной зарядки в течение последнего десятилетия, достигнув в 2016 году мощности в 20 киловатт, переданной на внедорожник с помощью системы зарядки, в которой использовался инвертор, созданный ORNL, и технологии сопряжения. В 2018 году исследовательская группа добилась заряда мощностью 120 кВт с использованием традиционной технологии катушек в ходе лабораторных испытаний.

Демонстрации мощностью 100 и 270 кВт ознаменовали первые испытания многофазной системы ORNL на электромобилях.

«Мы работаем над тем, чтобы добиться гораздо более высоких ставок сборов для других типов транспортных средств, в том числе изучаем вопрос о значительно более высоких сборах для грузовых и транспортных средств большой грузоподъемности», — сказал Онар.

Усилия ORNL по достижению более высоких ставок зарядки будут стимулировать использование электромобилей за счет увеличения запаса хода и простоты зарядки, что особенно необходимо для повседневных пригородных пассажирских автомобилей малой грузоподъемности.

«Это достижение делает нас еще на шаг ближе к реальности будущего, когда электромобиль сможет подъехать к зарядной станции и перезарядиться за то же время, которое потребуется, чтобы зайти в магазин и перекусить», — сказал Бурак Озпинечи из ORNL, корпоративный директор. коллега и выдающийся исследователь, ведущий исследования транспортных средств и систем мобильности. «Водителю не нужно ничего делать, кроме как припарковаться. Мы даже изучаем способы использования этой технологии для зарядки автомобиля, движущегося по дороге».

Новая многофазная электромагнитная беспроводная система ORNL была построена и разработана исследователями Лаборатории силовой электроники и электрических машин Национального центра транспортных исследований Министерства энергетики США в ORNL. Демонстрации электромобилей проводились в Центре интеграции и развертывания сетевых исследований при ORNL. Эти демонстрации способствуют достижению цели Министерства энергетики США по чрезвычайно быстрой зарядке по разработке системы, которая будет обеспечивать электромобили мощностью от 250 до 300 киловатт и сокращать время зарядки до 15 минут или меньше. Эти усилия поддерживаются Управлением автомобильных технологий Министерства энергетики США, входящим в состав Управления энергоэффективности и возобновляемых источников энергии.

UT-Battelle управляет ORNL Управления науки Министерства энергетики США, крупнейшего спонсора фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах. Управление науки работает над решением некоторых из наиболее острых проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите сайт Energy.gov/science.