murr Schunk

Bezdrátové nabíjení a vybíjení pro elektromobily

Dosavadní Achillovou patou eletromobilů je hlavně jejich limitovaný dosah, to by se však mělo časem změnit nejen díky výkonnějším bateriím, ale i technologiím dobíjecích systémů - např. podobným těm, na jakém nyní pracují výzkumníci z Fraunhoferova institutu pro větrnou energii a energetické systémy (Fraunhofer IWES). 

 

V budoucnu bude bezdrátový nabíjecí systém umožňovat baterie elektrických vozidel nejen nabíjet (a to dokonce i za jízdy), ale také dodávat energii zpět do sítě a tím ji pomoci stabilizovat. Prototyp takovéhoto řešení představí vědci na podzimním mezinárodním autosalonu IAA ve Frankfurtu.
Když prší, tak řidič, který má propojit tlustým a nemotorným kabelem svůj elektromobil a nabíjecí místo, bude po chvíli, než zajistí dobíjení svého vozidla,  určitě promočený až na kůži. Ale někdy prostě není žádná alternativa - baterie je prázdná. Mnohem pohodlnější je pro nabíjení auta použít bezdrátových indukčních systémů. Jde o přenos energie vzduchem, nebo přesněji řečeno, prostřednictvím časově proměnného magnetického pole. Tato technologie je v podstatě založena na dvojici cívek: jedné vestavěné do silnice, na parkovací místo nebo do garáže, a druhé umístěné na spodku vozu. Ve spojení s vhodnými kondenzátory vytváří tyto cívky jakýsi rezonanční anténní systém pro přenos energie. Energie se přenáší tím efektivněji, čím blíže jsou k sobě obě cívky.

Vysoce efektivní obousměrné nabíjení
Vědci z Fraunhoferova institutu pro větrnou energii a technologii energetického systému IWES v Kasselu přišli s nákladově efektivnějším designem pro tyto indukční dobíjecí systémy. „Záměrně jsme použili standardní součásti, které jsou již k dispozici na trhu," vysvětluje Marco Jung, zástupce vedoucího oddělení převodníkových technologií na IWES. Kromě toho použili výzkumníci systémy cívek, které vyžadují méně feritových plátů, potřebných pro řízení a ochranu magnetického pole. Ty jsou velmi těžké, protože obsahují kysličník železa a jsou navíc drahé. Snížením množství použitého feritového materiálu se dále snižuje hmotnost a cena cívek.
Další výhodou je, že řešení využívá speciálně konstruovanou výkonovou elektroniku a systémy cívek, což znamená, že systém pracuje velmi efektivně, i když je cívka v autě, vzdálená asi 20 cm daleko od cívky na silnici. „Dokonce se vzduchovou mezerou 20 centimetrů můžeme dosáhnout účinnosti mezi 93 a 95 procenty - a to v celém výkonovém rozsahu od 400 W do 3,6 kW. Srovnatelné systémy dosahují takové účinnosti pouze na kratší vzdálenosti, což omezuje jejich užitečnost pro vozy s větší světlou výšku," vysvětluje Dr. René Marklein, projektový manažer společnosti Fraunhofer IWES.
Vzhledem k tomu, že cívky jsou zabudovány do silnice a spodku vozu, dobíjecí systém je umístěn přímo ve vozidle a obsahuje elektroniku a přípojky pro různé nabíjecí kabely. Vědci navrhli systém tak, aby řidičům umožňoval maximální pružnost: umožňuje nejen indukční nabíjení, ale díky multifunkčnímu pojetí systému má také jednofázový a třífázový napájecí konektor. To umožňuje řidiči nabíjet vozidlo i z běžných zásuvek a nabíjecích míst.
Stejně jako nabíjet baterie, je může systém rovněž vybíjet. To kromě jiných výhod může významně přispět ke stabilizaci běžné elektrické sítě, která je citlivá na výraznější výkyvy v důsledku připojení neregulovatelných či obtížně regulovatelných zdrojů energie. Když po celý den svítí slunce nebo fouká silný vítr, solární články a větrné turbíny často dodávají více energie, než je v dané době potřeba. Je-li však přiváděno do rozvodné sítě příliš mnoho elektrické energie, může napětí vzrůst, a dokonce i poškodit nebo zničit elektrická zařízení. Za příznivých povětrnostních podmínek, proto provozovatelé sítí snižují výstup, který by solární a větrné elektrárny mohly předávat do rozvodných sítí. Ale pokud by se autobaterie použily jako určitý ekvivalent vyrovnávací paměti, přebytek elektřiny by v nich mohl být dočasně uložen a pak vrácen zpět do sítě, když slunce zastíní mraky nebo vítr utichne, a dále zvýšit podíl obnovitelných zdrojů v energetickém mixu.

Další bezdrátové nabíjecí projekty od Fraunhoferů
Zmíněný systém, který vědci představí na Frankfurtském autosalonu, však není zdaleka jediným pozoruhodným projektem, na kterém výzkumníci pracují. Kromě konceptu bezdrátové indukční přenosové soustavy na IAA International Motor Show budou prezentovat i další řešení pro rozvoj elektromobility, včetně pohonné jednotky se vzduchem chlazeným motorem v náboji kola, energetické balíčky lehké konstrukce a vysoce výkonné moduly pro ukládání energie a další zajímavé perspektivní technologie, jako např. následující projekty:

- Nabíjecí cívky na SPZ
Obvykle jsou indukční desky nebo cívky integrovány do parkovacího místa. Přitom přenášejí vysoké proudy, které generují teplo, a mohou tak představovat nebezpečí pro všechny objekty a zvířata, které by mohly být pod autem - například by mohly zranit kočky, které často rády sedávají pod vozem nebo v autě. Proto vědci z Fraunhoferova ústavu pro integrované systémy a technologická zařízení IISB v Erlangenu vyvinuli alternativu k indukční desce v zemi, která umožňuje zásobování vozu energií na jeho předním konci v blízkosti SPZ (registrační značky). Tato technologie je založen na nabíjecím místě, u něhož může vůz parkovat hned vedle v těsné blízkosti, takže ponechává mezi vozidlem a nabíjecím bodem jen malou mezeru. To umožňuje vytvořit velmi lehký a nákladově efektivní dobíjecí systém, který lze implementovat do vozidla - jedno z takovýchto zařízení s nabíjecím výkonem 3,7 kW váží pouze 3 kilogramy. Pokud vůz tzv. „brousí” dobíjecí místo příliš silně, zařízení se sklopí aby zamezilo poškození vozidla.

- Nabíjení na cestách
Elektromobily mají jen omezený dosah. V budoucnu však bude možné dobíjet vozy i za jízdy: výzkumníci z Fraunhoferova institutu pro strojírenské technologie a pokročilé materiály (IFAM) a ústavu pro dopravu a infrastrukturu systémů (IVI) postavili 25 metrů dlouhou testovací trasu, na níž byly cívky implementovány do silnice. Demonstrátor s názvem Frecco, sportovní vůz přestavěný na elektromobil, zvládl úspěšně jet ve středních otáčkách a současně nabíjet baterie vozidla.
 

 
Publikováno: 9. 11. 2015 | Počet zobrazení: 1484 článek mě zaujal 270
Zaujal Vás tento článek?
Ano