Ученые создали компактную лабораторную платформу для изучения беспроводной зарядки электромобилей
Электромобили считаются одним из ключевых инструментов глобального перехода к более устойчивой энергетике, особенно в сочетании с возобновляемыми источниками энергии. Однако широкому распространению такого транспорта по-прежнему мешают высокая стоимость и ограниченный запас хода. Для увеличения дальности поездки автомобилям требуются более емкие аккумуляторы, что повышает их цену.
Источник: Tokyo Metropolitan University. Концептуальная схема динамической беспроводной зарядки электромобилей. На рисунке показана передающая катушка, встроенная в дорогу и передающая питание на приемную катушку, установленную под движущимся транспортным средством.
МОСКВА, 28 февраля. /Новости науки/. Исследователи из Токийского столичного университета (Tokyo Metropolitan University) разработали компактную вращающуюся настольную установку для изучения систем беспроводной зарядки электромобилей в движении. Новый стенд позволяет моделировать работу таких технологий без строительства дорогостоящих испытательных трасс, требующих больших площадей. Авторы не только создали прототип устройства, но и с помощью компьютерного моделирования показали его безопасность и сопоставимость характеристик с линейными испытательными системами.
Результаты работы опубликованы в журнале IEEE Open Journal of Vehicular Technology.
Как отмечают ученые, электромобили считаются одним из ключевых инструментов глобального перехода к более устойчивой энергетике, особенно в сочетании с возобновляемыми источниками энергии. Однако широкому распространению такого транспорта по-прежнему мешают высокая стоимость и ограниченный запас хода. Для увеличения дальности поездки автомобилям требуются более емкие аккумуляторы, что дополнительно повышает их цену.
Одним из возможных решений этой проблемы называют технологию динамической беспроводной передачи энергии, при которой автомобиль получает заряд непосредственно во время движения. В такой системе передающая катушка размещается под дорожным полотном, а приемный модуль устанавливается под днищем машины и получает энергию при проезде над источником. Если подобные системы удастся внедрить в практику, потребность электромобилей в крупных батареях заметно сократится.
При этом изучение таких решений на практике связано с серьезными трудностями. Для полноценных испытаний обычно требуется специальная трасса с вмонтированными передающими катушками. Это не только дорого, но и требует значительных площадей, которыми, в частности, часто не располагают университетские и другие небольшие исследовательские центры.
Чтобы перенести изучение подобных систем с полигона в лабораторию, команда под руководством доцента Рёсукэ Оты создала вращающееся устройство, имитирующее движение приемной системы электромобиля над передающей катушкой. Приемный модуль исследователи закрепили на уравновешенном рычаге, который вращается с помощью сервомотора. Под траекторией его движения была установлена передающая катушка бобовидной формы.
С помощью моделирования электромагнитных полей ученые показали, что такая катушка формирует поле, сопоставимое с тем, которое создают системы на линейных испытательных трассах. Кроме того, при разработке прототипа специалисты отдельно оценили механические нагрузки, возникающие при вращении устройства на высоких скоростях, и пришли к выводу, что установка действительно пригодна для исследований систем динамической беспроводной зарядки в условиях, близких к реальной эксплуатации электромобилей.
Эксперименты также позволили ответить на важные прикладные вопросы, в том числе выяснить, как изменяется связь между передающей и приемной катушками при их смещении относительно друг друга. Исследователям удалось воспроизвести условия, соответствующие движению автомобиля со скоростью 40 км/ч, при передаче мощности на уровне 3 кВт.
Хотя аналогичные результаты ранее уже удавалось получать на настольных стендах, авторы подчеркивают, что предложенные ими принципы проектирования и система оценки эффективности таких установок способны существенно ускорить исследования в области динамической беспроводной зарядки. В перспективе это может приблизить переход подобных технологий из лабораторий на реальные дороги.
Результаты работы опубликованы в журнале IEEE Open Journal of Vehicular Technology.
Как отмечают ученые, электромобили считаются одним из ключевых инструментов глобального перехода к более устойчивой энергетике, особенно в сочетании с возобновляемыми источниками энергии. Однако широкому распространению такого транспорта по-прежнему мешают высокая стоимость и ограниченный запас хода. Для увеличения дальности поездки автомобилям требуются более емкие аккумуляторы, что дополнительно повышает их цену.
Одним из возможных решений этой проблемы называют технологию динамической беспроводной передачи энергии, при которой автомобиль получает заряд непосредственно во время движения. В такой системе передающая катушка размещается под дорожным полотном, а приемный модуль устанавливается под днищем машины и получает энергию при проезде над источником. Если подобные системы удастся внедрить в практику, потребность электромобилей в крупных батареях заметно сократится.
При этом изучение таких решений на практике связано с серьезными трудностями. Для полноценных испытаний обычно требуется специальная трасса с вмонтированными передающими катушками. Это не только дорого, но и требует значительных площадей, которыми, в частности, часто не располагают университетские и другие небольшие исследовательские центры.
Чтобы перенести изучение подобных систем с полигона в лабораторию, команда под руководством доцента Рёсукэ Оты создала вращающееся устройство, имитирующее движение приемной системы электромобиля над передающей катушкой. Приемный модуль исследователи закрепили на уравновешенном рычаге, который вращается с помощью сервомотора. Под траекторией его движения была установлена передающая катушка бобовидной формы.
С помощью моделирования электромагнитных полей ученые показали, что такая катушка формирует поле, сопоставимое с тем, которое создают системы на линейных испытательных трассах. Кроме того, при разработке прототипа специалисты отдельно оценили механические нагрузки, возникающие при вращении устройства на высоких скоростях, и пришли к выводу, что установка действительно пригодна для исследований систем динамической беспроводной зарядки в условиях, близких к реальной эксплуатации электромобилей.
Эксперименты также позволили ответить на важные прикладные вопросы, в том числе выяснить, как изменяется связь между передающей и приемной катушками при их смещении относительно друг друга. Исследователям удалось воспроизвести условия, соответствующие движению автомобиля со скоростью 40 км/ч, при передаче мощности на уровне 3 кВт.
Хотя аналогичные результаты ранее уже удавалось получать на настольных стендах, авторы подчеркивают, что предложенные ими принципы проектирования и система оценки эффективности таких установок способны существенно ускорить исследования в области динамической беспроводной зарядки. В перспективе это может приблизить переход подобных технологий из лабораторий на реальные дороги.
