Fremtidige elbiler kan oplades trådløst, mens du kører

Elbiler kan måske en dag genoplade, mens de kører ad motorvejen, trække trådløs strøm direkte fra plader installeret på vejen, der ville gøre det muligt at køre hundredvis - hvis ikke tusinder - miles uden at skulle tilslutte. Selvom ideen kan lyde som science fiction, Boulder -ingeniører fra University of Colorado arbejder på at bringe det tættere på virkeligheden.

"Vi vil gerne lade elektriske køretøjer oplade undervejs, "sagde Khurram Afridi, en adjunkt i CU Boulders afdeling for elektrisk, Computer- og energiteknik.

I løbet af de sidste to år, Afridi og hans kolleger har udviklet et proof of concept for trådløs kraftoverførsel, der overfører elektrisk energi gennem elektriske felter ved meget høje frekvenser. Evnen til at sende store mængder energi på tværs af større fysisk afstand til platforme i bevægelse fra billige ladeplader kan en dag tillade teknologien at ekspandere ud over små forbrugerelektronik som mobiltelefoner og begynde at drive større ting som biler.

I øjeblikket, de fleste elbiler kan køre mellem 100 og 250 miles på en enkelt opladning, afhængig af mærke og model. Men ladestationer er stadig få og langt imellem i store dele af landet, kræver, at chauffører er strategiske i deres rejse. Det problem kan forsvinde med denne teknologi, Sagde Afridi.

"På en motorvej, du kunne have en bane dedikeret til opladning, "Sagde Afridi, tilføjer, at et køretøj simpelthen kunne rejse i den vognbane, når det havde brug for et energiforøgelse og kunne bære et mindre indbygget batteri som følge heraf, reducere køretøjets samlede omkostninger. I dag nogle små forbrugsenheder har trådløs strømoverførsel, som gør det muligt for objektet at trække energi, mens det ligger på en specialdesignet pude, der er tilsluttet en stikkontakt.

Det er langt vanskeligere at kopiere denne kapacitet for en bil i bevægelse, kræver, at der sendes betydeligt mere strøm over en større fysisk afstand fra kørebanen til køretøjet. En bil, der kører med motorvejshastigheder, ville ikke blive hængende på en enkelt opladningsplade i mere end en brøkdel af et sekund, så puderne skulle placeres hvert par meter for at give en kontinuerlig opladning. For at løse problemet i bevægelse, Afridi måtte tænke anderledes om metodik. Opladning af en smartphone kræver kun fem watt strøm. En bærbar computer har muligvis brug for 100 watt. Men et elektrisk køretøj i bevægelse kræver snesevis af kilowatt strøm, to størrelsesordener højere.

De fleste forskning inden for trådløs strømteknologi til dato har fokuseret på at overføre energi gennem magnetfelter - den såkaldte induktive tilgang. Magnetiske felter, på styrkeniveauer, der er passende til betydelig energioverførsel, er lettere at generere end tilsvarende elektriske felter. Imidlertid, magnetfelter rejser i et looping -mønster, kræver brug af skrøbelige og tabende ferritter for at holde markerne og energien rettet - hvilket resulterer i et dyrt system. Elektriske felter, derimod, rejser naturligvis i relativt lige linjer. Afridi ønskede at drage fordel af den mere rettet karakter af elektriske felter til sin innovation og reducere omkostningerne ved systemet betydeligt.

Udfordringen ved at bruge elektriske felter til trådløs kraftoverførsel - den kapacitive tilgang - er, at den store luftgab mellem kørebanen og elbilen resulterer i en meget lille kapacitans, hvorigennem energien skal overføres.

"Alle sagde, at det ikke er muligt at overføre så meget energi gennem en så lille kapacitans, "sagde Afridi." Men vi tænkte:Hvad hvis vi øger frekvensen af ​​de elektriske felter? "

I sit laboratorium, Afridi og hans elever opsatte metalplader parallelt med hinanden, adskilt med 12 centimeter. De to bundplader repræsenterer transmitteringspladerne inden for kørebanen, mens de to topplader repræsenterer modtagepladerne inde i køretøjet. Når Afridi vender en switch, energi overføres fra bundpladerne. Med det samme, lyspæren over de øverste plader lyser - kraftoverførsel uden ledninger nødvendig. Enheden er støt forbedret til det punkt, hvor den kan overføre kilowatt strøm ved megahertz-skala frekvenser.

"Da vi brød tusind-watt-barrieren ved at sende energi hen over 12-centimeters mellemrum, vi var bare begejstrede, "Afridi sagde." Der var mange high fives den dag. "

Afridi planlægger at fortsætte med at udvikle prototypen og skalere den til potentielle virkelige applikationer. Han har modtaget midler fra Department of Energy's ARPA-E-afdeling og støtte fra en National Science Foundation CAREER-pris. En nylig frøbevilling fra Colorado Energy Research Collaboratory, ydet til Afridi i partnerskab med Colorado State University og NREL, vil give ham mulighed for at undersøge gennemførligheden og optimeringen af ​​in-motion-systemet.

På kort sigt, Afridi forestiller sig, at teknologien tilpasses til lagerbrug. Automatiserede lagerrobotter og gaffeltrucks, for eksempel, kunne bevæge sig langs områder, der er aktiveret til trådløs strømoverførsel og aldrig behøver at være tilsluttet, eliminerer nedetid og øger produktiviteten. Teknologien kan også tilpasses til brug i næste generations transportprojekter som Hyperloop, et foreslået system, der kunne tage passagerer fra Los Angeles til San Francisco på 30 minutter.

Fremkomsten af ​​en elektrisk motorvej er stadig langt over horisonten og vil uundgåeligt stå over for mange forhindringer, både teknologisk og samfundsmæssigt. "Som videnskabsmand, du føler dig udfordret af ting, som folk fortæller dig, er umulige at gøre, "Sagde Afridi.