Þróun nýrra orkugjafa er í fullum gangi og málefni orkuframleiðslu eru einnig orðin eitt af þeim málum sem iðnaðurinn hefur veitt fulla athygli. Þó allir séu að ræða kosti ofhleðslu og rafhlöðuskipta, er til „áætlun C“ fyrir hleðslu nýrra orkugjafa?
Þráðlaus hleðsla bíla hefur hugsanlega orðið ein af þeim tækni sem verkfræðingar hafa sigrast á, hugsanlega vegna þráðlausrar hleðslu snjallsíma. Samkvæmt fjölmiðlum hefur nýlega verið byltingarkennt í rannsóknum á þráðlausri hleðslutækni fyrir bíla. Rannsóknar- og þróunarteymi fullyrti að þráðlaus hleðslupúði geti sent afl til bílsins með 100 kW afköstum, sem geti aukið hleðslustöðu rafhlöðunnar um 50% á 20 mínútum.
Að sjálfsögðu er þráðlaus hleðslutækni fyrir bíla ekki ný tækni. Með tilkomu nýrra orkugjafa hafa ýmsar aðilar lengi verið að kanna þráðlausa hleðslu, þar á meðal BBA, Volvo og ýmis innlend bílafyrirtæki.
Þráðlaus hleðslutækni fyrir bíla er enn á frumstigi og mörg sveitarfélög eru einnig að nýta sér þetta tækifæri til að kanna möguleika fyrir framtíðarsamgöngur. Hins vegar, vegna þátta eins og kostnaðar, orkunotkunar og innviða, hefur þráðlaus hleðslutækni fyrir bíla verið markaðssett í stórum stíl. Það eru margir erfiðleikar sem enn þarf að yfirstíga. Nýja sagan um þráðlausa hleðslu í bílum er ekki auðveld að segja ennþá.
Eins og við öll vitum er þráðlaus hleðsla ekkert nýtt í farsímaiðnaðinum. Þráðlaus hleðsla fyrir bíla er ekki eins vinsæl og hleðsla fyrir farsíma, en hún hefur þegar laðað að mörg fyrirtæki að því að ásækjast um þessa tækni.
Í heildina eru fjórar almennar þráðlausar hleðsluaðferðir: rafsegulörvun, segulsviðsómun, rafmagnssviðstenging og útvarpsbylgjur. Meðal þeirra nota farsímar og rafknúin ökutæki aðallega rafsegulörvun og segulsviðsómun.
Meðal þeirra notar þráðlaus hleðsla með rafsegulfræðilegri örvun meginregluna um rafsegulmögnun og segulmögnun til að framleiða rafmagn. Hún hefur mikla hleðslunýtni, en virk hleðslufjarlægð er stutt og kröfur um hleðslustað eru einnig strangar. Tiltölulega séð hefur þráðlaus segulómunarhleðsla lægri staðsetningarkröfur og lengri hleðslufjarlægð, sem getur stutt nokkra sentimetra upp í nokkra metra, en hleðslunýtnin er aðeins lægri en sú fyrri.
Þess vegna, á fyrstu stigum könnunar á þráðlausri hleðslutækni, studdu bílaframleiðendur þráðlausa hleðslutækni með rafsegulfræðilegri innleiðingu. Meðal fyrirtækja eru BMW, Daimler og önnur bílaframleiðendur. Síðan þá hefur þráðlaus segulómunarhleðslutækni smám saman verið kynnt, fulltrúar kerfisframleiðenda eins og Qualcomm og WiTricity.
Strax í júlí 2014 tilkynntu BMW og Daimler (nú Mercedes-Benz) samstarfssamning um að þróa sameiginlega þráðlausa hleðslutækni fyrir rafbíla. Árið 2018 hóf BMW framleiðslu á þráðlausu hleðslukerfi og gerði það að valbúnaði fyrir 5-seríuna af tengiltvinnbílum. Nafnhleðsluafl þess er 3,2 kW, orkunýtnin nær 85% og hægt er að hlaða það að fullu á 3,5 klukkustundum.
Árið 2021 mun Volvo nota XC40 rafmagnsleigubílinn til að hefja tilraunir með þráðlausa hleðslu í Svíþjóð. Volvo hefur sérstaklega sett upp mörg prófunarsvæði í þéttbýli Gautaborgar í Svíþjóð. Hleðslutæki þurfa aðeins að leggja á þráðlausu hleðslutækin sem eru innbyggð í veginn til að hlaða sjálfkrafa. Volvo sagði að þráðlausa hleðsluafl þeirra geti náð 40 kW og að hægt sé að hlaða 100 kílómetra á 30 mínútum.
Í greininni þráðlausrar hleðslu fyrir bíla hefur landið mitt alltaf verið í fararbroddi í greininni. Árið 2015 byggði China Southern Power Grid Guangxi Electric Power Research Institute fyrstu prófunarbrautina fyrir þráðlausa hleðslu fyrir heimilisbíla. Árið 2018 kynnti SAIC Roewe fyrstu hreint rafknúnu gerðina með þráðlausri hleðslu. Árið 2020 kynnti FAW Hongqi Hongqi E-HS9 sem styður þráðlausa hleðslutækni. Í mars 2023 kynnti SAIC Zhiji formlega sína fyrstu 11 kW háafls þráðlausu hleðslulausn fyrir ökutæki.
Tesla er einnig einn af leiðtogunum á sviði þráðlausrar hleðslu. Í júní 2023 eyddi Tesla 76 milljónum Bandaríkjadala í að kaupa Wiferion og endurnefndi það Tesla Engineering Germany GmbH, með það að markmiði að nýta sér þráðlausa hleðslu á lágu verði. Áður hafði Musk, forstjóri Tesla, neikvætt viðhorf til þráðlausrar hleðslu og gagnrýndi þráðlausa hleðslu sem „orkulítið og óhagkvæmt“. Nú kallar hann það efnilega framtíð.
Að sjálfsögðu eru mörg bílafyrirtæki eins og Toyota, Honda, Nissan og General Motors einnig að þróa þráðlausa hleðslutækni.
Þó að margir aðilar hafi stundað langtímarannsóknir á sviði þráðlausrar hleðslu er þráðlaus hleðslutækni fyrir bíla enn langt frá því að verða að veruleika. Lykilþátturinn sem takmarkar þróun hennar er afl. Tökum Hongqi E-HS9 sem dæmi. Þráðlausa hleðslutæknin sem hann er búinn hefur hámarksafköst upp á 10 kW, sem er aðeins örlítið hærra en 7 kW afl hæghleðslukerfisins. Sumar gerðir geta aðeins náð kerfishleðsluafli upp á 3,2 kW. Með öðrum orðum, það er alls engin þægindi við slíka hleðslunýtingu.
Að sjálfsögðu, ef afl þráðlausrar hleðslu batnar, gæti það verið önnur saga. Til dæmis, eins og fram kemur í upphafi greinarinnar, hefur rannsóknar- og þróunarteymi náð 100 kW afköstum, sem þýðir að ef slík afköst nást, þá er hægt að hlaða ökutækið að fullu á um klukkustund. Þótt það sé enn erfitt að bera það saman við ofurhleðslu, þá er það samt sem áður nýr kostur fyrir orkunýtingu.
Frá sjónarhóli notkunarsviðsmynda er stærsti kosturinn við þráðlausa hleðslutækni í bílum fækkun handvirkra skrefa. Í samanburði við snúruhleðslu þurfa bíleigendur að framkvæma röð aðgerða eins og að leggja bílnum, fara út úr honum, taka upp hleðslutækið, stinga í samband og hlaða o.s.frv. Þegar þeir standa frammi fyrir hleðsluhaugum frá þriðja aðila þurfa þeir að fylla út ýmsar upplýsingar, sem er tiltölulega fyrirferðarmikið ferli.
Þráðlaus hleðsluaðferð er mjög einföld. Eftir að ökumaðurinn hefur lagt bílnum nemur tækið það sjálfkrafa og hleður það síðan þráðlaust. Eftir að ökutækið er fullhlaðið ekur það beint af stað og eigandinn þarf ekki að framkvæma frekari aðgerðir. Frá sjónarhóli notendaupplifunar mun það einnig veita fólki lúxustilfinningu þegar það notar rafknúin ökutæki.
Hvers vegna vekur þráðlaus hleðsla bíla svo mikla athygli fyrirtækja og birgja? Frá sjónarhóli þróunar gæti komu tímabils ökumannslausra einnig verið tími mikillar þróunar á þráðlausri hleðslutækni. Til þess að bílar geti í raun verið ökumannslausir þurfa þeir þráðlausa hleðslu til að losna við fjötra hleðslusnúranna.
Þess vegna eru margir hleðslufyrirtæki mjög bjartsýnir á þróunarhorfur þráðlausrar hleðslutækni. Þýski risinn Siemens spáir því að markaðurinn fyrir þráðlausar hleðslur fyrir rafbíla í Evrópu og Norður-Ameríku muni ná 2 milljörðum Bandaríkjadala árið 2028. Í þessu skyni fjárfesti Siemens strax í júní 2022 25 milljónir Bandaríkjadala til að eignast minnihlutahlut í þráðlausa hleðslufyrirtækinu WiTricity til að efla tæknirannsóknir og þróun þráðlausra hleðslukerfa.
Siemens telur að þráðlaus hleðsla rafknúinna ökutækja muni verða almenn í framtíðinni. Auk þess að gera hleðslu þægilegri er þráðlaus hleðsla einnig ein af nauðsynlegum skilyrðum fyrir því að sjálfkeyrandi bílar verði að veruleika. Ef við viljum virkilega koma sjálfkeyrandi bílum á markað í stórum stíl er þráðlaus hleðslutækni ómissandi. Þetta er mikilvægt skref í heimi sjálfkeyrandi aksturs.
Auðvitað eru horfurnar góðar, en veruleikinn er ljótur. Eins og er eru orkuendurnýjunaraðferðir rafknúinna ökutækja sífellt að verða fjölbreyttari og horfur á þráðlausa hleðslu eru miklar. Hins vegar, frá núverandi sjónarhóli, er þráðlaus hleðslutækni fyrir bíla enn á prófunarstigi og stendur frammi fyrir mörgum vandamálum, svo sem miklum kostnaði, hægfara hleðslu, ósamræmi í stöðlum og hægum markaðssetningarframvindu.
Vandamálið með skilvirkni hleðslu er ein af hindrunum. Til dæmis ræddum við um skilvirkni í áðurnefndri Hongqi E-HS9. Lágt skilvirkni þráðlausrar hleðslu hefur verið gagnrýnd. Eins og er er skilvirkni þráðlausrar hleðslu rafknúinna ökutækja lægri en hleðslu með snúru vegna orkutaps við þráðlausa sendingu.
Frá kostnaðarsjónarmiði þarf að draga enn frekar úr þráðlausri hleðslu bíla. Þráðlaus hleðslu gerir miklar kröfur um innviði. Hleðslueiningar eru almennt lagðar á jörðu niðri, sem felur í sér breytingar á jörðu niðri og önnur vandamál. Byggingarkostnaðurinn verður óhjákvæmilega hærri en kostnaður við venjulegar hleðslustaurar. Þar að auki, á fyrstu stigum kynningar á þráðlausri hleðslutækni, er iðnaðarkeðjan óþroskuð og kostnaður við tengda hluti verður hár, jafnvel margfalt dýrari en hleðslustaurar fyrir heimili með sama afli.
Til dæmis hefur breski rútufyrirtækið FirstBus íhugað að nota þráðlausa hleðslutækni til að efla rafvæðingu flota síns. Eftir skoðun kom hins vegar í ljós að hver birgir jarðhleðsluspalla bauð upp á 70.000 pund. Þar að auki er byggingarkostnaður við þráðlausar hleðslugötur einnig hár. Til dæmis er kostnaðurinn við að byggja 1,6 kílómetra langan þráðlausan hleðslugötu í Svíþjóð um 12,5 milljónir Bandaríkjadala.
Að sjálfsögðu geta öryggismál einnig verið eitt af þeim atriðum sem takmarka þráðlausa hleðslutækni. Frá sjónarhóli áhrifa hennar á mannslíkamann er þráðlaus hleðsla ekki stórmál. Í „Bráðabirgðareglugerð um útvarpsstjórnun þráðlausrar hleðslubúnaðar (aflflutnings) (drög til athugasemda)“ sem iðnaðar- og upplýsingatækniráðuneytið gaf út segir að litrófið 19-21kHz og 79-90kHz sé eingöngu fyrir þráðlausa hleðslubíla. Viðeigandi rannsóknir sýna að aðeins þegar hleðsluafl fer yfir 20kW og mannslíkaminn er í náinni snertingu við hleðslustöðina getur það haft ákveðin áhrif á líkamann. Hins vegar krefst þetta einnig þess að allir aðilar haldi áfram að kynna öryggi áður en neytendur geta viðurkennt það.
Sama hversu hagnýt þráðlaus hleðslutækni fyrir bíla er og hversu þægileg notkunarmöguleikarnir eru, þá er enn langt í land með að hún verði markaðssett í stórum stíl. Frá því að fara úr rannsóknarstofunni og innleiða hana í raunveruleikann, er leiðin að þráðlausri hleðslu fyrir bíla löng og erfið.
Þó að allir aðilar séu að kanna ötullega þráðlausa hleðslutækni fyrir bíla, hefur hugmyndin um „hleðsluvélmenni“ einnig komið fram í kyrrþey. Vandamálin sem þarf að leysa með þráðlausri hleðslu eru þægindi notenda við hleðslu, sem mun bæta við hugmyndina um sjálfkeyrandi akstur í framtíðinni. En það eru fleiri en ein leið til Rómar.
Þess vegna hafa „hleðsluvélmenni“ einnig byrjað að verða viðbót við snjallhleðsluferli bifreiða. Fyrir ekki svo löngu síðan hóf tilraunamiðstöð fyrir raforkukerfi í sýningarsvæðinu fyrir græna þróun í Peking, sem er undir-miðlægri byggingariðnaðinum í Peking, sjálfvirkan hleðsluvélmenni fyrir strætisvagna sem getur hlaðið rafknúna strætisvagna.
Eftir að rafmagnsrútan kemur inn á hleðslustöðina, tekur sjónkerfið upplýsingar um komu ökutækisins og bakgrunnssendingarkerfið sendir strax hleðsluverkefni til vélmennisins. Með aðstoð leiðarvísiskerfisins og göngubúnaðarins ekur vélmennið sjálfkrafa að hleðslustöðinni og grípur sjálfkrafa hleðslubyssuna. Með því að nota sjónræna staðsetningartækni til að bera kennsl á staðsetningu hleðslutengis rafbílsins og framkvæma sjálfvirkar hleðsluaðgerðir.
Að sjálfsögðu eru bílaframleiðendur einnig farnir að sjá kosti „hleðsluvélmenna“. Á bílasýningunni í Sjanghæ árið 2023 kynnti Lotus hraðhleðsluvélmenni. Þegar hlaða þarf bílinn getur vélmennið rétt út vélrænan arm sinn og sjálfkrafa sett hleðslubyssuna í hleðsluop bílsins. Eftir hleðslu getur það einnig dregið byssuna út sjálfur og lokið öllu ferlinu frá því að hefja hleðslu bílsins til þess að hlaða hann.
Aftur á móti bjóða hleðsluvélmenni ekki aðeins upp á þægindi þráðlausrar hleðslu heldur geta þau einnig leyst vandamálið með takmarkaða orkunotkun þráðlausrar hleðslu. Notendur geta einnig notið ánægjunnar af því að ofhlaða án þess að fara út úr bílnum. Að sjálfsögðu fela hleðsluvélmenni einnig í sér kostnað og snjallar þættir eins og staðsetning og forðun hindrana.
Ágrip: Orkunýting nýrra orkunotenda hefur alltaf verið mál sem allir aðilar í greininni leggja mikla áherslu á. Eins og er eru ofhleðslulausnir og rafhlöðuskiptingarlausnir tvær algengustu lausnirnar. Fræðilega séð eru þessar tvær lausnir nægjanlegar til að uppfylla orkunýtingarþarfir notenda að vissu marki. Auðvitað eru hlutirnir alltaf að þróast. Kannski með tilkomu ökumannslausra tíma gætu þráðlaus hleðsla og hleðsluvélmenni skapað ný tækifæri.
Birtingartími: 13. apríl 2024