Разработка автомобилей на новых источниках энергии идёт полным ходом, и вопрос восполнения энергии также стал одним из вопросов, которому отрасль уделяет пристальное внимание. Пока все спорят о преимуществах перезарядки и замены аккумуляторов, существует ли «План C» для зарядки автомобилей на новых источниках энергии?
Возможно, под влиянием беспроводной зарядки смартфонов, беспроводная зарядка автомобилей также стала одной из технологий, которые инженеры преодолели. По сообщениям СМИ, не так давно технология беспроводной зарядки автомобилей подверглась прорывному исследованию. Группа исследователей и разработчиков заявила, что беспроводная зарядная панель способна передавать в автомобиль энергию с выходной мощностью 100 кВт, что позволяет увеличить уровень заряда аккумулятора на 50% за 20 минут.
Конечно, технология беспроводной зарядки автомобилей не нова. С появлением новых источников энергии различные компании уже давно изучают возможности беспроводной зарядки, включая BBA, Volvo и ряд отечественных автопроизводителей.
В целом, технология беспроводной зарядки автомобилей всё ещё находится на ранней стадии развития, и многие местные органы власти также используют эту возможность для изучения более широких возможностей для будущего транспорта. Однако из-за таких факторов, как стоимость, энергопотребление и инфраструктура, технология беспроводной зарядки автомобилей уже получила широкое коммерческое распространение. Однако предстоит преодолеть ещё множество трудностей. Пока сложно рассказать новую историю беспроводной зарядки автомобилей.
Как мы все знаем, беспроводная зарядка — не новость в индустрии мобильных телефонов. Беспроводная зарядка для автомобилей не так популярна, как зарядка для мобильных телефонов, но уже привлекла внимание многих компаний к этой технологии.
В целом, существует четыре основных метода беспроводной зарядки: электромагнитная индукция, резонанс магнитного поля, связь по электрическому полю и радиоволны. Мобильные телефоны и электромобили в основном используют электромагнитную индукцию и резонанс магнитного поля.
Среди них беспроводная зарядка с электромагнитной индукцией, использующая принцип электромагнитной индукции, действующий на электромагнетизм и магнетизм, для генерации электроэнергии. Она обладает высокой эффективностью зарядки, но эффективное расстояние зарядки невелико, а требования к месту зарядки также строгие. Беспроводная зарядка с магнитным резонансом, напротив, предъявляет меньшие требования к месту зарядки и большее расстояние, которое может достигать нескольких сантиметров или нескольких метров, но эффективность зарядки несколько ниже, чем у предыдущей.
Поэтому на ранних этапах развития технологии беспроводной зарядки автомобильные компании отдавали предпочтение технологии электромагнитной индукции. Среди таких компаний можно назвать BMW, Daimler и другие. С тех пор технология магнитно-резонансной беспроводной зарядки постепенно получила распространение благодаря таким поставщикам систем, как Qualcomm и WiTricity.
Ещё в июле 2014 года компании BMW и Daimler (ныне Mercedes-Benz) объявили о соглашении о сотрудничестве по совместной разработке технологии беспроводной зарядки для электромобилей. В 2018 году BMW начала производство системы беспроводной зарядки и сделала её опциональным устройством для подключаемого гибрида 5 серии. Номинальная мощность зарядки составляет 3,2 кВт, эффективность преобразования энергии достигает 85%, а полная зарядка занимает 3,5 часа.
В 2021 году Volvo начнет эксперименты с беспроводной зарядкой на чисто электрическом такси XC40 в Швеции. Volvo специально организовала несколько испытательных площадок в Гётеборге (Швеция). Заряжаемым автомобилям достаточно припарковаться на беспроводных зарядных устройствах, встроенных в дорогу, чтобы зарядка началась автоматически. Volvo заявляет, что мощность беспроводной зарядки достигает 40 кВт, а расстояние в 100 километров можно преодолеть за 30 минут.
В области беспроводной зарядки автомобилей моя страна всегда была в авангарде отрасли. В 2015 году Научно-исследовательский институт электроэнергетики Гуанси (China Southern Power Grid) построил первую в стране испытательную линию беспроводной зарядки электромобилей. В 2018 году компания SAIC Roewe выпустила первую полностью электрическую модель с беспроводной зарядкой. В 2020 году компания FAW Hongqi представила Hongqi E-HS9 с поддержкой технологии беспроводной зарядки. В марте 2023 года компания SAIC Zhiji официально представила своё первое интеллектуальное решение для беспроводной зарядки автомобилей мощностью 11 кВт.
Tesla также является одним из первопроходцев в области беспроводной зарядки. В июне 2023 года Tesla потратила 76 миллионов долларов США на приобретение Wiferion и переименовала её в Tesla Engineering Germany GmbH, планируя использовать беспроводную зарядку по низкой цене. Ранее генеральный директор Tesla Маск негативно относился к беспроводной зарядке и критиковал её как «низкоэнергетическую и неэффективную». Теперь он называет её многообещающим будущим.
Конечно, многие автомобильные компании, такие как Toyota, Honda, Nissan и General Motors, также разрабатывают технологию беспроводной зарядки.
Несмотря на многолетние исследования в области беспроводной зарядки, технология автомобильной беспроводной зарядки всё ещё далека от своего практического применения. Ключевым фактором, сдерживающим её развитие, является мощность. Возьмём, к примеру, Hongqi E-HS9. Максимальная выходная мощность беспроводной зарядки, реализованная в нём, составляет 10 кВт, что лишь немного превышает мощность 7 кВт, характерную для медленной зарядки. Некоторые модели способны достигать мощности зарядки всего 3,2 кВт. Другими словами, при такой эффективности зарядки никакого удобства нет.
Конечно, если мощность беспроводной зарядки увеличится, ситуация может измениться. Например, как упоминалось в начале статьи, группа исследователей и разработчиков достигла выходной мощности 100 кВт, что означает, что при достижении такой мощности автомобиль теоретически можно полностью зарядить примерно за час. Хотя её всё ещё сложно сравнивать с суперзарядкой, это всё же новый вариант восполнения энергии.
С точки зрения сценариев использования, главное преимущество технологии беспроводной зарядки автомобилей — сокращение ручного труда. По сравнению с проводной зарядкой, владельцам автомобилей приходится выполнять ряд действий, таких как парковка, выход из машины, снятие зарядного устройства, подключение к сети и зарядка и т. д. При использовании сторонних зарядных станций им приходится заполнять различные поля, что является довольно обременительным процессом.
Схема беспроводной зарядки очень проста. После того, как водитель припарковал автомобиль, устройство автоматически определяет это и начинает беспроводную зарядку. После полной зарядки автомобиль сразу же уезжает, и владельцу не нужно выполнять никаких дополнительных действий. С точки зрения пользовательского опыта, это также создаст ощущение роскоши при использовании электромобилей.
Почему беспроводная зарядка автомобилей привлекает столько внимания со стороны предприятий и поставщиков? С точки зрения развития, наступление эры беспилотных автомобилей может стать временем бурного развития технологий беспроводной зарядки. Чтобы автомобили стали по-настоящему беспилотными, им необходима беспроводная зарядка, избавляющая от оков проводов.
Поэтому многие поставщики зарядных устройств весьма оптимистично оценивают перспективы развития технологии беспроводной зарядки. Немецкий гигант Siemens прогнозирует, что рынок беспроводной зарядки электромобилей в Европе и Северной Америке к 2028 году достигнет 2 миллиардов долларов США. С этой целью ещё в июне 2022 года Siemens инвестировала 25 миллионов долларов США в приобретение миноритарного пакета акций поставщика беспроводных зарядных устройств WiTricity для стимулирования технологических исследований и разработки систем беспроводной зарядки.
Компания Siemens считает, что беспроводная зарядка электромобилей станет общепринятой в будущем. Помимо того, что она делает зарядку более удобной, она также является одним из необходимых условий для реализации концепции автономного вождения. Если мы действительно хотим массово выпускать беспилотные автомобили, технология беспроводной зарядки просто необходима. Это важный шаг в мир автономного вождения.
Конечно, перспективы велики, но реальность неутешительна. В настоящее время способы восполнения энергии электромобилей становятся всё более разнообразными, и появление беспроводной зарядки вызывает большие ожидания. Однако, на сегодняшний день, технология беспроводной зарядки автомобилей всё ещё находится на стадии тестирования и сталкивается со множеством проблем, таких как высокая стоимость, медленная зарядка, несогласованность стандартов и медленная коммерциализация.
Проблема эффективности зарядки является одним из препятствий. Например, мы обсуждали вопрос эффективности вышеупомянутого Hongqi E-HS9. Низкая эффективность беспроводной зарядки подвергалась критике. В настоящее время эффективность беспроводной зарядки электромобилей ниже, чем у проводной, из-за потерь энергии при беспроводной передаче.
С точки зрения затрат, беспроводная зарядка автомобилей требует дальнейшего снижения стоимости. Беспроводная зарядка предъявляет высокие требования к инфраструктуре. Компоненты зарядных станций, как правило, прокладываются на земле, что потребует реконструкции грунта и других работ. Стоимость строительства неизбежно будет выше, чем стоимость обычных зарядных станций. Кроме того, на начальном этапе продвижения технологии беспроводной зарядки производственная цепочка ещё незрелая, и стоимость сопутствующих компонентов будет высокой, даже в несколько раз превышающей стоимость бытовых зарядных станций переменного тока той же мощности.
Например, британский автобусный оператор FirstBus рассматривал возможность использования технологии беспроводной зарядки в рамках программы электрификации своего автопарка. Однако после проверки выяснилось, что каждый поставщик наземных зарядных панелей запросил 70 000 фунтов стерлингов. Кроме того, стоимость строительства беспроводных зарядных дорог также высока. Например, стоимость строительства 1,6-километровой беспроводной зарядной дороги в Швеции составляет около 12,5 миллионов долларов США.
Конечно, вопросы безопасности также могут быть одним из факторов, ограничивающих использование технологии беспроводной зарядки. С точки зрения воздействия на организм человека, беспроводная зарядка не представляет большой угрозы. Во «Временных правилах радиоуправления оборудованием беспроводной зарядки (передачи энергии) (проект для комментариев)», опубликованных Министерством промышленности и информационных технологий, указано, что диапазон частот 19–21 кГц и 79–90 кГц предназначен исключительно для автомобилей с беспроводной зарядкой. Соответствующие исследования показывают, что только при мощности зарядки свыше 20 кВт и непосредственном контакте тела человека с зарядной станцией возможно определённое воздействие на организм. Однако для этого необходимо, чтобы все стороны продолжали популяризировать технику безопасности, прежде чем потребители осознают важность этой технологии.
Независимо от того, насколько практична технология беспроводной зарядки автомобилей и насколько удобны сценарии её использования, до её массового коммерческого внедрения ещё далеко. Путь к беспроводной зарядке автомобилей, выходящий за рамки лабораторных исследований и внедряемый в реальную жизнь, долог и труден.
Пока все стороны активно изучают технологию беспроводной зарядки автомобилей, концепция «зарядных роботов» также незаметно появилась. Проблема, которую должна решить беспроводная зарядка, — это удобство зарядки для пользователя, что в будущем дополнит концепцию беспилотного вождения. Но в Рим ведут не одни дороги.
Таким образом, «зарядные роботы» также стали дополнением к интеллектуальной системе зарядки автомобилей. Не так давно экспериментальная база энергосистемы Национальной демонстрационной зоны экологичного развития субцентрального строительства Пекина запустила полностью автоматизированного робота для зарядки электробусов.
После того, как электробус въезжает на зарядную станцию, система визуального обнаружения фиксирует информацию о прибытии транспортного средства, и фоновая система диспетчеризации немедленно выдаёт роботу задание на зарядку. С помощью системы поиска пути и шагающего механизма робот автоматически подъезжает к зарядной станции и захватывает зарядный пистолет. Используя технологию визуального позиционирования, робот определяет местоположение зарядного порта электромобиля и выполняет автоматическую зарядку.
Конечно, автопроизводители также начинают осознавать преимущества «зарядных роботов». На Шанхайском автосалоне 2023 года компания Lotus представила робота для быстрой зарядки. Когда автомобилю требуется зарядка, робот выдвигает свою механическую руку и автоматически вставляет зарядный пистолет в зарядное отверстие автомобиля. После зарядки он также может самостоятельно вытащить пистолет, выполняя весь процесс от запуска до зарядки автомобиля.
В отличие от этого, зарядные роботы не только обладают удобством беспроводной зарядки, но и могут решить проблему ограничения мощности, характерную для этой технологии. Пользователи также могут наслаждаться перезарядкой, не выходя из машины. Конечно, зарядные роботы также потребуют затрат и интеллектуальных функций, таких как позиционирование и обход препятствий.
Резюме: Вопрос восполнения энергии для новых энергетических транспортных средств всегда был важным для всех участников отрасли. В настоящее время наиболее распространенными являются решения с перезарядкой и заменой аккумуляторов. Теоретически, эти два решения в определенной степени удовлетворяют потребности пользователей в восполнении энергии. Конечно, всё это не стоит на месте. Возможно, с наступлением эпохи беспилотных автомобилей беспроводная зарядка и зарядные роботы откроют новые возможности.
Время публикации: 13 апреля 2024 г.