Индукционная зарядка не только не разжигает толпу, но и заслуживает нашего внимания. Известная в основном благодаря использованию со смартфонами, эта технология уже несколько лет инвестируется автомобильным сектором, который хочет сделать ее альтернативой нынешним решениям для зарядки электромобилей. Инициатива, которая может не только изменить то, как мы путешествуем, но и, прежде всего, могла бы стать технологическим сдвигом, который необходим электромобилям, чтобы стать более демократичным.
Эта статья не претендует на абсолютную истину. Мы предпочитаем рассматривать его как более или менее полный перечень операций индукционной зарядки, ее применения в автомобиле, текущих проектах и будущих перспективах. Цель: дать каждому возможность лучше понять предмет и сформировать собственное мнение.
Индукционная зарядка: от зубной щетки до автомобиля
Прежде чем приступить к различным проектам автомобильного сектора, изучающим индукционную зарядку, необходимо сделать первый шаг: понять, как работает эта технология и как ее можно применить к электромобилям.
Индукционная, беспроводная электромагнитная зарядка
Индукционная зарядка, популярная среди электрических зубных щеток и смартфонов, заключается в передаче энергии без использования провода благодаря магнитной индукции. Для этого через индукционную катушку, служащую нагрузкой, циркулирует переменный ток, что позволяет создавать магнитное поле. При переменном токе магнитное поле колеблется и, таким образом, генерирует электродвижущую силу, позволяя создавать второй переменный электрический ток во второй индукционной катушке, причем последняя связана с перезаряжаемым объектом. Этот генерируемый таким образом переменный ток в конечном итоге преобразуется в постоянный ток с помощью выпрямителя или преобразователя, чтобы питать аккумулятор или обеспечивать немедленную рабочую мощность.
Чаще всего для индукционной зарядки требуется, чтобы зарядная катушка и приемная катушка были идеально выровнены и на достаточном расстоянии (в контакте или в пределах нескольких миллиметров друг от друга), в основном для ограничения потерь энергия. Поэтому изначально технология была основана в основном на использовании фиксированной подставки для зарядки, такой как корпус или подставка, в которой размещается заряжаемое устройство. Зачем ? Просто чтобы убедиться, что две катушки находятся в правильном положении.
Чтобы преодолеть это ограничение, производители в течение десяти лет разрабатывают индуктивный резонанс нагрузки 1 . Его принцип (относительно) прост: добавляя конденсатор на каждом конце цепи, можно получить резонансный контур, позволяющий передавать энергию по принципу туннельного эффекта. За счет определения подходящей резонансной частоты на уровнях двух катушек, в частности, в зависимости от расстояния между ними, энергия передается эффективно и с уменьшенным уровнем потерь. Таким образом, способ позволяет заряжать электронное устройство по беспроводной сети, дистанционно и без необходимости точного совмещения двух катушек.
Трудный переход к автомобилю
Применительно к автомобильному миру индукционная зарядка работает по схожему принципу, с одним отличием: используемая мощность. Небольшие электрические устройства (мобильный телефон, зубная щетка, планшет и т. Д.) Действительно требуют уровней мощности менее 100 Вт. В свою очередь, электромобили требуют как минимум в 10 раз большей мощности зарядки (1 кВт). ), или даже более чем в 1000 раз для некоторых моделей. Например, последняя модель Tesla Model 3 принимает максимальную мощность зарядки 250 кВт, чего достаточно для восстановления (теоретически) 120 километров пробега всего за 5 минут 2 .
Независимо от используемой мощности, индукционная зарядка электромобилей в настоящее время может осуществляться двумя разными способами. Первое решение, которое на данный момент является единственным доступным для широкой публики, - это статическая зарядка. Как и в случае со смартфоном, для этого требуется база для зарядки. Здесь чаще всего это табличка, на которой автомобилист припарковался. Когда две катушки (клемма и аккумулятор) выровнены, зарядка выполняется дистанционно и автоматически через систему управления автомобилем.
Читайте также:Электромобиль: какое решение для зарядки выбрать?
Предлагая ограниченные преимущества (автоматическая зарядка, отсутствие кабеля и т. Д.), Индукционная зарядка в статическом режиме больше похожа на гаджет, чем на настоящую революцию. То же самое нельзя сказать о динамической подзарядке, которая в настоящее время все еще находится на стадии прототипа. Идея? Размещайте передатчики, способные создавать электромагнитное поле, прямо под дорогой, а не на неподвижной пластине. Теоретически, электромобили можно заряжать во время поездки - этого достаточно, чтобы избавиться от проблем, связанных с выбором решения для подзарядки.
Индуктивный заряд: состояние дел, приносящее надежду
Хотя большая часть автопарка пока несовместима с индукционной зарядкой, многие проекты успешно работают как в статическом, так и в динамическом режиме. Достаточно, чтобы возлагать определенные надежды на развитие техники.
Бесконтактное питаниеПромышленность постепенно берет на себя статический заряд
Что касается технологии статической зарядки, одно из первых реальных применений датируется концом 1990-х годов. Это устройство под названием Magne Charge, субсидируемое General Motors, уже использовало в то время зарядную пластину, доступную в двух размерах. (и полномочия) разные. Хотя некоторые автомобили были совместимы (Toyota RAV4 EV, Chevrolet S-10 EV, General Motors EV1 и т. Д.), Эта технология быстро устарела, в частности, потому что ни один другой производитель тогда не воспользовался ею 3.. В последующие годы статическая индукционная зарядка электромобилей стала редкостью, и отнюдь не стала там снова успешной. В частности, можно упомянуть Audi, которая в 2015 году представила индукционное зарядное устройство мощностью до 150 кВт. Хотя ее маркетинг был объявлен на 2017 год, о ней больше никогда не говорили 4 .
К счастью для сектора, некоторые инициативы действительно увидели свет. Это, в частности, случай Plugless Power, разработанный в 2011 году американской компанией Evatran. Эта индуктивная зарядная система, впервые проданная Google, через несколько лет стала продаваться широкой публике. Последняя модель в основном совместима с Tesla Model S, но также с Nissan Leaf, BMW i3 и Chevrolet Volt 6 . Однако сложно сказать, собрало ли устройство толпы.
Государственные органы также подняли эту тему, особенно в Швеции. В 2016 году город Сёдертелье действительно приобрел станции индукционной зарядки для своей сети гибридных автобусов, установленные на остановках и депо 7 . Идея, которую мы уже видели в начале 2000-х годов в Италии 8 . В Осло, со своей стороны, с 2020 года установлены зарядные устройства, обеспечивающие мощность до 75 кВт в пунктах посадки и высадки в сети такси Cabonline, в частности, для поставки 25 автомобилей Jaguar I-Pace 9 . Столько проектов доказывает интерес сектора к технологиям.
Динамическая зарядка, трек в конвейере
Несмотря на эти различные более или менее актуальные инициативы, именно индукционная зарядка в динамическом режиме действительно вселяет надежды, в частности, на то, чтобы больше не зависеть от автономности вашего электромобиля. В этой связи первый масштабный проект по подзарядке электробусов идет прямиком из Южной Кореи. Разработанное институтом Kaist в 2010 году и получившее название OLEV (On-Line Electric Vehicle), это устройство, основанное на передаче магнитного поля посредством резонанса, в настоящее время установлено в четырех крупных городах страны. Помимо Сеула и Тэджона, нас интересует в основном город Гуми. Здесь на 35-километровой трассе установлено 6 зарядных зон под дорогой для обеспечения 8 автобусов.Инициатива, похоже, на данный момент находится в правильном направлении, поскольку в 2016 году она была распространена на город Седжонг.10 .
Читайте также:Электромобили: лучшие модели по ассортименту
Ближе к дому консорциум European Fabric, объединяющий, в частности, производителей Renault, Fiat, Peugeot и даже Volvo, протестировал с 2014 года технологию индукционной зарядки, разработанную Qualcomm-Halo, Polito и Saet, на электромобилях. этот раз.
Таким образом, Италия приветствовала создание прототипа дороги протяженностью 700 метров, на 200 метрах из которых была инфраструктура, необходимая для подзарядки 10 , а на участке Сатори во Франции была построена дорога длиной 100 метров. Последний также выдавал мощность 20 кВт, но мог заряжать только два автомобиля, в данном случае Renault Kangoo ZE 11 . Эта экспериментальная фаза, завершенная в 2018 году, кажется, принесла свои плоды, о чем свидетельствуют многие проекты, которые в ее результате. Например, с 2018 года в Алансоне есть зарядная линия мощностью от 2 до 3 кВт 12., а одна из улиц Парижа должна протестировать такое устройство между 2022 и 2023 годами в рамках проекта Incit-EV, поддерживаемого Европейской комиссией 13 .
В то время как несколько других проектов прошли или проходят тестирование в настоящее время - например, Select in Utah, Unplugged или даже Victoria - последняя инициатива, которую мы здесь обсудим, - это инициатива израильской компании. ElectReon. В Швеции компания уже оборудовала 1,6-километровый участок своей техники, который используется для электрического автобуса, и готовится сделать то же самое в Тель-Авиве на 600-метровом маршруте 14 . В начале октября мы также узнали, что он подписал важный стратегический меморандум о взаимопонимании с Eurovia, дочерней компанией Vinci, с целью создания таких систем электрических дорог во Франции, Германии и других странах. в Бельгии 15 .
WiTricityПарк совместимых автомобилей, которые до сих пор не известны.
Поскольку постепенно начинает появляться инфраструктура для индукционной зарядки, возникает вопрос: способны ли современные электромобили поддерживать эту технологию? На данный момент такую систему допускает только Plugless Power (только в статическом режиме). И снова, не только очень небольшое количество автомобилей совместимо, но необходимо установить специальный адаптер спереди 16 . Процесс, также предлагаемый одним из его конкурентов, а именно WiTricity. Что касается других экспериментов, транспортные средства - будь то автобусы или автомобили - также должны были претерпеть изменения, чтобы обеспечить индукционную зарядку.
Конечно, эти различные примеры являются доказательством того, что нынешний флот может быть изменен, если технологии станут более демократичными. Однако производители, похоже, в это не верят. В качестве доказательства Mercedes объявил в 2016 году, что S-Class 550e будет совместим 17 … прежде чем окончательно отказаться от проекта. Со своей стороны, BMW действительно предложила статическую индукционную зарядку в качестве опции для своего подключаемого гибрида 5-й серии, а именно 530-го iPerformance. Однако устройство могло выдавать всего 3,2 кВт 18 и было доступно только в течение года.
А для других производителей? Иногда упоминаются проекты, как, например, со стороны Форда, но они, похоже, не дают ничего конкретного. Вот почему в настоящее время большинство предпочитают инвестировать в первую очередь в развитие инфраструктуры (например, Peugeot и Renault, которые участвуют в проекте Fabric), а не в разработку своих технологий. Логичный выбор, но тот, который не упрощает рост индукционной зарядки.
Неоспоримые преимущества, калечащие недостатки
Этот краткий обзор реализованных, реализуемых или планируемых проектов дает первое представление о потенциале индукционной зарядки. Статический режим, в конце концов, не представляет особого интереса, именно динамический режим должен сосредоточить все наше внимание. Возможность подвести итоги выявленных на данный момент плюсов и минусов.
Технологический сдвиг в обслуживании электромобилей
Индукционная зарядка, в основном в динамическом режиме, имеет очевидное преимущество: она позволяет демократизировать электромобиль. Зачем ? Все просто потому, что технология, похоже, способна устранить два основных препятствия на пути к покупке такого транспортного средства, а именно, все еще слишком ограниченный диапазон и слишком важные ограничения загрузки. Согласно данным Energy Barometer 2019 года, эти два недостатка также выделяют 63 и 54% автомобилистов соответственно 19 .
Читайте также:Переработка или повторное использование: что такое «вторая жизнь» аккумуляторов электромобилей?
С технической точки зрения создание дорог, обеспечивающих динамическую индукционную зарядку, позволило бы снять все основные ограничения, связанные с зарядкой: износ и срок службы аккумуляторов, поиск и выбор терминала и т. Д. Что еще более интересно, этот процесс позволил бы ограничить гонку за автономией, которую ведут производители. Теоретически транспортным средствам больше не потребуется носить с собой все более сложные аккумуляторы (в то же время дорогие, громоздкие и тяжелые), потому что автомобиль можно заряжать почти непрерывно. Ситуация, которая не только сделает электромобили легче и, как следствие, сделает их более эффективными, но и частично решит проблему утилизации электрических батарей,но также потенциально снизить стоимость транспортных средств, последнее в значительной степени зависит от стоимости производства аккумуляторной батареи.
Читайте также:Электромобиль: каков срок службы аккумуляторов?
Индукционная зарядка также имеет то преимущество, что обеспечивает неоспоримый комфорт. Не нужно подключать кабели, настраивать подзарядку и даже проверять уровень заряда аккумулятора. Эта автоматизация также может позволить увеличить срок службы батарей, поскольку непрерывная медленная зарядка предпочтительнее быстрой зарядки. В конце концов, все приводит нас к мысли, что развитие технологии будет выгодным на всех уровнях: в использовании, производительности и цене.
Выгодно для пользователей, индукционная зарядка также может быть интересным направлением для государственных органов. В то время как во Франции до недавнего времени было менее 30 000 зарядных станций 20 , правительство только что объявило, что цель состоит в том, чтобы к концу 2021 года достичь 100 000 пунктов зарядки, открытых для населения 21 . Несмотря на увеличение помощи при установке (до 9000 евро по сравнению с 2000 евро в настоящее время), путь к достижению этого кажется очень длинным, особенно с учетом того, что закон о передаче энергии для Зеленый рост поставил цель создать 7 миллионов терминалов (частных и государственных) к 2030 году 22 .
Хотя это намерение похвально, его, тем не менее, трудно реализовать, особенно потому, что оно не обязательно устранит другие препятствия на пути к покупке электромобиля (запас хода, стоимость подзарядки, цена аккумулятор и т. д.). Таким образом, в этих условиях динамическая индукционная зарядка может быть априори надежной альтернативой при условии, что государство готово сделать этот технологический поворот.
Стоимость инфраструктуры, ахиллесова пята индукционной зарядки
Хотя преимуществ индукционной зарядки много, недостатков кажется еще больше. Поскольку динамический режим все еще находится в зачаточном состоянии, давайте начнем с изучения некоторых базовых уроков статической технологии. В случае со смартфоном, например, сейчас принято считать, что индукционная зарядка выделяет намного больше тепла, чем проводная зарядка, и этого достаточно, чтобы безвозвратно повредить аккумулятор.
Несколько тестов также показали, что он будет потреблять больше энергии, в среднем около 50%, но при этом будет медленнее 23 . Если в небольшом масштабе это не является непреодолимой проблемой, она может быстро стать таковой в случае крупномасштабного применения в дорожной сети.
Эти элементы также подчеркивают другую проблему: эффективность системы. Давайте сначала возьмем пример проекта OLEV, разработанного Kaist Institute в Южной Корее. Эффективность зарядки, достигаемая с помощью инфраструктуры динамической зарядки, колебалась только от 80 до 85%. Другими словами, система потеряла от 15 до 20% энергии 10 .
Эти данные, какими бы теоретическими они ни были, еще предстоит рассмотреть в перспективе, поскольку недавнее исследование ADAC (Allgemeiner Deutscher Automobil-Club) показало, что потери энергии электромобиля при проводной зарядке будут между 9,9 и 24,9%. Само исследование следует проводить с недоверием, поскольку методология кажется несколько запутанной (плохо идентифицированные модели, неточные методы испытаний, неопределенный тип пополнения и т. Д.) 24 .
Наконец, есть более приземленные соображения. В настоящее время крайне ограниченное количество электромобилей оснащено необходимым оборудованием для индукционной зарядки (катушка, преобразователь и т. Д.). Поскольку эта тема пока не стоит в повестке дня производителей, маловероятно, что автопарк будет изменен в этом направлении в краткосрочной или среднесрочной перспективе. Также возникает вопрос стандартизации в том смысле, что любой автомобиль можно заряжать на любой дороге. Когда мы знаем, что консорциумы ведут войну за стандарт, который будет принят для терминалов и транспортных средств (CHAdeMO и Combo CCS, не говоря уже о них), трудно представить, что ситуация с индукционной зарядкой изменится. .
Наконец, следует отметить, что эта технология на данный момент более эффективна в случае медленной циркуляции, главным образом потому, что это позволяет лучше выровнять катушки. Таким образом, современные технологии, похоже, должны быть ограничены городом, как отметил Жиль Ле Кальвез, директор программы устойчивой мобильности в Институте Ведеком, отвечающий за испытания, проведенные в Сатори. 12 .
И последнее, но не менее важное: цена для сообщества. Следует признать, что бюджет, необходимый для разработки инфраструктуры динамической индукционной зарядки, все еще трудно точно определить количественно, поскольку проекты в этой области все еще находятся в зачаточном состоянии. Несмотря ни на что, несколько инициатив позволяют нам иметь представление о задействованных суммах.
Исследование, проведенное в Калифорнии, оценило стоимость прокладки подзарядной дороги протяженностью около 320 километров, обеспечивающей мощность 40 кВт 10, в 2,5 миллиарда долларов . Однако мнения сильно расходятся в зависимости от используемых методов оценки. Например, исследование, проведенное в 2016 году, показало, что стоимость мили составляет около 4 миллионов долларов или 3,38 миллиона евро всего за 1,6 км дороги 25 .
В то же время, по оценкам исследования, проведенного в Южной Корее, эту стоимость за милю, необходимую для строительства инфраструктуры динамической зарядки, можно разделить на 5, особенно если она предназначена для решений общественного транспорта 10 . Но даже в самых оптимистичных прогнозах затраты на установку все равно кажутся непреодолимыми.
Чтобы убедиться в этом, возьмем случай с Парижем: автобусные линии имеют общую протяженность 597 километров 26 , только внутригородские. Таким образом, установка решений для динамической индукционной зарядки может обойтись примерно в 250 миллионов евро, не включая затраты на модификацию автобусов. Бюджет, который нужно было бы умножить на 3, если бы цель заключалась в обустройстве всех улиц столицы, которые составляют примерно 1600 километров в длину 27 . Однако обратите внимание, что эти цифры являются завышенными, поскольку весь маршрут не обязательно должен быть оборудован зарядной станцией.
В заключение об этом экономическом аспекте можно также задать вопрос о выставлении счета за такую услугу. Сообщество должно взять на себя расходы по подзарядке, автомобилист по подписке или даже производитель, который передаст их в продажную цену транспортного средства? На данный момент сложно ответить, но это еще раз доказывает, что разработка индукционной зарядки будет непростой задачей.
Общественный транспорт, единственный шанс индуктивной зарядки?
Как мы видели, статическая индукционная зарядка выступает скорее как инструмент, предлагающий больший комфорт для пользователя, чем как решение на будущее. Хотя он уже может быть интересен для общественного пользования (подзарядка автобусов или стационарных такси), он, похоже, не обречен на демократизацию среди людей, несмотря на несколько инициатив, которые заслуживают одобрения. (Беспроводное питание, WiTricity и т. Д.).
С другой стороны, открытие должно быть более детальным в отношении динамической индукционной зарядки. По общему признанию, его стоимость крупномасштабной разработки все еще кажется непомерно высокой, несмотря на заметный прогресс, достигнутый в Южной Корее за последние десять лет. Однако преимущества такой технологии вполне реальны: ограничение износа аккумуляторов, более низкая стоимость электромобилей, увеличенный запас хода, повышенный комфорт и т. Д. В этом смысле он мог бы стать технологическим прорывом, необходимым для демократизации электромобилей, поскольку он мог бы удалить все основные тормоза, осуждаемые автомобилистами.
Несмотря ни на что, реальность фактов очевидна: даже в среднесрочной перспективе динамическая зарядка за счет индукции не кажется способной развиваться в больших масштабах. Стоимость инфраструктуры такова, что весь флот необходимо будет перевести на электричество, чтобы такой проект стал жизнеспособным. Но в то же время индукционная зарядка уже должна присутствовать, чтобы люди согласились перейти на электричество. Ситуация, в которой трудно разобраться в любой государственной политике. И это без учета всех остальных вопросов, на которые нет реального ответа (эффективность тарификации, выставление счетов, стандартизация и т. Д.).
Тем не менее, спасение от индуктивного заряда могло произойти из локализованных и общественных проектов. Без оборудования всей дорожной сети наиболее надежной альтернативой является сосредоточение внимания на определенных конкретных участках. Который ? Например, основные внутренние автобусные линии, как это было на протяжении десяти лет в Южной Корее и других странах мира. Надо сказать, что большинство исследователей сходятся во мнении, что более рентабельно строить меньшее количество длинных трасс, чем множество коротких.
И снова проект OLEV - лучшая иллюстрация этого. Сравнивая эксплуатационные расходы на электрические автобусы с индуктивным зарядом и автобусы на компримированном природном газе (КПГ), которые следуют примерно по одному и тому же маршруту, проект показал, что первые были в 3,7 раза меньше. дороже круглый год, чем последние 28 . Включая затраты на создание инфраструктуры, наиболее оптимистичные сценарии также наводят нас на мысль, что в крупномасштабных автобусных сетях рентабельность может быть достигнута через 10-15 лет при условии, что стоимость строительства снизится в ближайшие 10 лет .
В конечном итоге, эти различные локализованные инициативы могут стать рычагом для тестирования технологии и надежды на значительную экономию за счет масштаба, единственный способ динамической индукционной зарядки, чтобы однажды достичь широкой публики.
Увидимся через 10 или даже 20 лет, чтобы узнать, решили ли государственные органы и производители пойти по этому пути.
Источники:
1 Беспроводная энергия может питать потребителей, промышленную электронику - MIT NEWS - 2006 // 2 Tesla Model S и Model X теперь могут заряжаться до 250 кВт - Automobile Propre - 2020 // 3 Новый Toyota RAV4L V EV с индуктивной зарядкой - Toyota - 1999 // 4 Быстрая зарядка и беспроводная зарядка Audi - Audi MediaCenter - 2015 // 5 Google предлагает своим сотрудникам автономное питание для своих электромобилей - Tech Crunch - 2011 // 6 Купить беспроводную зарядку для электромобилей без разъема - Питание без разъема - 2020 // 7 Технология Bombardier PRIMOVE используется на первой в Скандинавии автобусной линии с индукционной зарядкой - Bombardier - 2016 // 8Индуктивная зарядка: итальянские автобусы заряжаются (немного) уже 10 лет - Отчеты об экологичных автомобилях - 2012 // 9 электрических такси Jaguar I-Pace на первой в мире станции беспроводной зарядки высокой интенсивности - СМИ Jaguar Land Rover - 2020 // 10 Обзор работы и системное исследование систем беспроводной зарядки электромобилей - ScienceDirect - 2018 // 11 La recharge par индукция - Automobile Propre - 2019 // 12 Алансон экспериментировал с индукционным маршрутом - Les Echos - 2018 // 13 Проект Incit-EV: инновационные решения для электрических зарядок скоро будут протестированы в Европе - Avere France - 2020 // 14 проектов в Тель-Авиве - ElectReon - 2020 // 15Израильская фирма, занимающаяся строительством «умных дорог», уезжает в Европу - The Times of Israel - 2020 // 16 Технические характеристики беззарядного устройства 2-го поколения - Plugless Power - 2020 // 17 Возможна ли индукционная зарядка Mercedes-Benz S-Class? - Mercedes - 2016 // 18 BMW: индукционная зарядка для 530-го! - Auto Plus - 2018 // 19 Электромобили: покупательские намерения стагнируют - L'Argus - 2019 // 20 Квартальный барометр: количество точек зарядки увеличилось на 15% за год - Avere France - 2019 // 21 годЗадача 100000 терминалов: все мобилизованы для ускорения перехода к электромобилям - Министерство экологического перехода - 2020 // 22 Разработка экологически чистых автомобилей и электромобилей - Министерство экологического перехода - 2020 // 23 Индукционные зарядные устройства для смартфонов : ты готов отрезать шнур? - Les Numériques - 2018 // 24 Elektroautos: Stromverbrauch höher als vom Bordcomputer angezeigt - ADAC - 2020 // 25 Беспроводная зарядка в Калифорнии: диапазон, подзарядка и электрификация транспортных средств - SciencesDirect - 2016 // 26 Общественный транспорт в цифрах - Observatory мобильности в Иль-де-Франс - 2011 // 27Парижская дорожная сеть - Википедия - 2012 // 28 Экономика беспроводной зарядки в дороге - Park and Jeong - 2017
