Mötesplatsen för dig inom trafik och samhällsutveckling, nov, 13 2018
Senaste Nytt

Elektriska fält ger trådlös elbilsladdning under körning

Foto: Detta är en illustration som visar ett fordon som kör över en rad laddsskivor i vägen för att överföra ström till batteriet. Kredit: University of Colorado Boulder
Foto: Detta är en illustration som visar ett fordon som kör över en rad laddsskivor i vägen för att överföra ström till batteriet. Kredit: University of Colorado Boulder
Publicerad av
Markku Björkman - 29 mar 2018

Forskare håller på att utveckla speciella laddningsskivor eller - slingor, som befinner sig under vägens yta, och som kan sända elektrisk energi trådlöst till ett inbyggt batteri.

Trots att idén låter som science fiction, arbetar ett team ingenjörer vid University of Colorado Boulder målmedvetet för att metoden ska bli verklighet.

Elektriska fordon kan en dag laddas medan de färdas på motorvägen genom att de drar trådlös kraft direkt från slingor, som har installerats under vägytan. 

Denna teknologi, som kallas för induktiv laddning, gör det möjligt att köra hundratals - om inte tusentals kilometer utan att föraren behöver använda pluggstolpar.

- Vi vill göra det möjligt för elfordon att ladda upp under själva körningen, säger Khurram Afridi, en biträdande professor vid Boulderuniversitetets Institution för el-, dator- och energiteknik.

Under de senaste två åren har Afridi och hans kollegor presenterat tekniska belägg på fungerande koncept för trådlös kraftöverföring genom elektriska fält i form av mycket höga frekvenser.

Möjligheten att kunna skicka stora mängder energi över ansenliga fysiska avstånd till in-motion-plattformar från laddningsplattor till låga kostnader kan en dag bidra till att tekniken utvidgas även till mindre konsumentelektroniska apparater som mobiltelefoner och kan därmed försörja större objekt som exempelvis bilar.

För närvarande kan de flesta elfordon köra mellan 160 och 400 kilometer på en enda laddning, beroende på tillverkning och modell. Men antalet laddstationer är fortfarande få och utspridda inom landet långt ifrån varandra, vilket kräver strategisk planering av förarna inför en resa.

- Det är detta problem som skulle kunna lösas med den teknik som vi håller på att ta fram, konstaterade Afridi.

Enligt honom bidrar laddningsskivorna eller slingorna i vägbanan till att det behövs mindre batterier ombord på elbilar vilket sänker det enskilda fordonets totala kostnad.

Idag inrymmer vissa mindre konsumentenheter trådlös strömöverföring, vilket innebär att objektet kan transportera energi medan det ligger på en specialdesignad ”kudde” som är ansluten till ett uttag.

Tillämpning av denna teknik för en bil i rörelse är mycket svårare, eftersom det behövs betydligt mer energi när kraft skickas över ett större fysiskt avstånd från vägen till fordonet.

En bil som färdas med motorvägshastighet befinner sig på en enda laddningsplatta knappast mer än en bråkdel av en sekund, så kuddarna måste vara flera meter långa för att kunna ge en kontinuerlig laddning.

För att kunna lösa in-motion-problemet har Afridi varit tvungen att utveckla nya metoder. Laddning av en smartphone kräver, enligt Afrifi, bara fem watt el. En bärbar dator kan behöva 100 watt. Men ett elektriskt fordon i rörelse kräver tiotals kilowatt av kraft.

Den hittills mest trådlösa energitekniska forskningen har fokuserat på överföring av energi genom magnetfält, genom ett induktivt tillvägagångssätt.

Magnetfält, som är lämpliga för betydande energiöverföring, är enklare att generera än motsvarande elektriska fält.

Men magnetfält utformar ett loopmönster, vilket kräver användning av ömtåliga ferriter för att bevara fältens och energins riktning, vilket resulterar i ett dyrt system.

Ferrit är en modifikation av järn som har kroppscentrerad kubisk (bcc) kristallstruktur.

 Elektriska fält, däremot, rör sig naturligt i relativt raka linjer. Afridi ville utnyttja den ”mer riktade naturen av elektriska fält” för sin innovation och därigenom minska avsevärt systemkostnaden.

Utmaningen ifråga om användning av elektriska fält för trådlös kraftöverföring består av det stora luftgapet mellan körbanan och elbilen, vilket minskar mängden av den energi som måste överföras.

- Det finns många som hävdar att det inte går att överföra så mycket energi genom en så liten kapacitans, men vi frågade oss istället; Vad händer om vi ökar de elektriska fältens frekvens istället?

I sitt laboratorium satte Afridi och hans studenter upp metallskivor bredvid varandra med 12 centimeters mellanrum.

Dessa två bottenskivor representerade överföringsplattorna under vägen, medan de två övre skivorna stod för mottagningsskivor inuti fordonet.

När Afridi tryckte på knappen i en strömbrytare överfördes energi från bottenskivor. Lampan ovanför de övre plattorna tändes och det behövdes inga kablar för kraftöverföringen. Enheten har förbättrats kontinuerligt till den punkt där den kan överföra kraftkällor vid megahertz-frekvenser.

- När vi bröt tusenwattsbarriären genom att skicka energi över en12-centimeters klyfta, började vi bli hänförda, berättade Afridi.

Hans team kommer att fortsätta utveckla prototypen och förfina dess potentiella tillämpningar i verkligheten. Afridi har erhållit finansiering från avdelningen för energi ARPA-E-divisionen och stöd från ett National Science Foundation CAREER-priset.

Colorado Energy Research Collaboratory, som har beviljat Afridi kooperation med Colorado State University och NREL, kommer att göra det möjligt för honom att undersöka möjligheten och optimeringen av in-motion-systemet. På kort sikt kan tekniken användas enligt Afridi för lagerlogistik.

Lagerroboter och gaffeltruckar kan till exempel flytta sig över områden som är möjliga för trådlös överföring av ström och behöver aldrig anslutas, viket eliminerar stillestånd och ökar produktivitet.

Tekniken kan också anpassas för användning i nästa generations transportprojekt som Hyperloop, ett mobilitetssystem som kan ta passagerare från Los Angeles till San Francisco på 30 minuter.

Idén om en elektrisk motorväg hägrar fortfarande vid horisonten och kommer oundvikligen att möta många hinder, både tekniska och samhälleliga.

- Som en vetenskapsman känner man sig alltid utmanad av saker som folk säger att de är omöjliga att realisera, konstaterade Afridi avslutningsvis.

Källa: University of Colorado i Boulder.

​​​​​​​​​​​​​​

Annons

Annons

Annons

Med införandet av sensorer på järnvägens infrastruktur så skapas möjligheter till att förändra både arbetssätt och affärsmodeller. Det gör det i sin tur möjligt att tackla problemen med eftersatt underhåll.

– Banbrytande förändringar kan skapas genom att beställarna ställer nya krav som skapar incitament för leverantörerna att förändra sina affärsmodeller, säger produktutvecklaren Björn Lundwall.
Med införandet av sensorer på järnvägens infrastruktur så skapas möjligheter till att förändra både arbetssätt och affärsmodeller. Det gör det i sin tur möjligt att tackla problemen med eftersatt underhåll. – Banbrytande förändringar kan skapas genom att beställarna ställer nya krav som skapar incitament för leverantörerna att förändra sina affärsmodeller, säger produktutvecklaren Björn Lundwall.

Järnväg 4.0 löser underhållsbristen

Sensorer på infrastrukturen är redan verklighet. Snart kommer de att förändra järnvägsbranschen i...