Rozwój pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii jest w pełnym toku, a kwestia uzupełniania energii również stała się jednym z zagadnień, którym branża poświęciła wiele uwagi. Podczas gdy wszyscy dyskutują o zaletach nadmiernego ładowania i wymiany akumulatorów, czy istnieje „plan C” na ładowanie pojazdów napędzanych nowymi źródłami energii?
Być może pod wpływem bezprzewodowego ładowania smartfonów, bezprzewodowe ładowanie samochodów również stało się jedną z technologii, które inżynierowie opanowali. Według doniesień medialnych, technologia bezprzewodowego ładowania samochodów niedawno przeszła przełomowe badania. Zespół badawczo-rozwojowy twierdził, że bezprzewodowa ładowarka może przesyłać do samochodu moc wyjściową 100 kW, co może zwiększyć stan naładowania akumulatora o 50% w ciągu 20 minut.
Oczywiście technologia bezprzewodowego ładowania samochodów nie jest nowa. Wraz z rozwojem pojazdów zasilanych nowymi źródłami energii, różne firmy od dawna badają możliwości ładowania bezprzewodowego, w tym BBA, Volvo i wielu krajowych producentów samochodów.
Ogólnie rzecz biorąc, technologia bezprzewodowego ładowania samochodów jest wciąż w początkowej fazie rozwoju, a wiele samorządów lokalnych również korzysta z tej okazji, aby zbadać szersze możliwości przyszłego transportu. Jednak ze względu na czynniki takie jak koszty, zużycie energii i infrastruktura, technologia bezprzewodowego ładowania samochodów została skomercjalizowana na szeroką skalę. Istnieje wiele trudności, które wciąż należy pokonać. Nowa historia bezprzewodowego ładowania w samochodach nie jest jeszcze łatwa do przewidzenia.
Jak wszyscy wiemy, ładowanie bezprzewodowe nie jest niczym nowym w branży telefonii komórkowej. Ładowanie bezprzewodowe w samochodach nie jest tak popularne, jak ładowanie telefonów komórkowych, ale już teraz przyciągnęło wiele firm zainteresowanych tą technologią.
Ogólnie rzecz biorąc, istnieją cztery główne metody ładowania bezprzewodowego: indukcja elektromagnetyczna, rezonans pola magnetycznego, sprzężenie pola elektrycznego i fale radiowe. Spośród nich telefony komórkowe i pojazdy elektryczne wykorzystują głównie indukcję elektromagnetyczną i rezonans pola magnetycznego.
Wśród nich bezprzewodowe ładowanie z indukcją elektromagnetyczną wykorzystuje zasadę indukcji elektromagnetycznej elektromagnetyzmu i magnetyzmu do generowania energii elektrycznej. Charakteryzuje się wysoką wydajnością ładowania, ale efektywny zasięg ładowania jest krótki, a wymagania dotyczące lokalizacji ładowania są również rygorystyczne. Relatywnie rzecz biorąc, bezprzewodowe ładowanie z rezonansem magnetycznym charakteryzuje się mniejszymi wymaganiami dotyczącymi lokalizacji i większym zasięgiem ładowania, który może wynosić od kilku centymetrów do kilku metrów, ale jego wydajność jest nieco niższa niż w przypadku poprzedniego rozwiązania.
Dlatego na wczesnym etapie badań nad technologią ładowania bezprzewodowego, producenci samochodów preferowali technologię ładowania bezprzewodowego z wykorzystaniem indukcji elektromagnetycznej. Do reprezentatywnych firm należą BMW, Daimler i inni producenci pojazdów. Od tego czasu technologia ładowania bezprzewodowego z wykorzystaniem rezonansu magnetycznego była stopniowo promowana, reprezentowana przez dostawców systemów, takich jak Qualcomm i WiTricity.
Już w lipcu 2014 roku BMW i Daimler (obecnie Mercedes-Benz) ogłosiły umowę o współpracy w celu wspólnego rozwoju technologii ładowania bezprzewodowego pojazdów elektrycznych. W 2018 roku BMW rozpoczęło produkcję bezprzewodowego systemu ładowania i udostępniło go jako opcjonalne urządzenie w hybrydowym modelu plug-in Serii 5. Jego znamionowa moc ładowania wynosi 3,2 kW, sprawność konwersji energii sięga 85%, a pełne naładowanie trwa 3,5 godziny.
W 2021 roku Volvo wykorzysta w pełni elektryczną taksówkę XC40 do rozpoczęcia eksperymentów z ładowaniem bezprzewodowym w Szwecji. Volvo specjalnie utworzyło kilka obszarów testowych w Göteborgu w Szwecji. Pojazdy ładujące muszą jedynie zaparkować na wbudowanych w drogę ładowarkach bezprzewodowych, aby automatycznie uruchomić funkcję ładowania. Volvo poinformowało, że moc ładowania bezprzewodowego może osiągnąć 40 kW, a pojazd może przejechać 100 kilometrów w 30 minut.
W dziedzinie bezprzewodowego ładowania samochodów, mój kraj zawsze był w czołówce branży. W 2015 roku China Southern Power Grid Guangxi Electric Power Research Institute zbudował pierwszą krajową linię testową bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych. W 2018 roku SAIC Roewe wprowadził na rynek pierwszy w pełni elektryczny model z funkcją ładowania bezprzewodowego. W 2020 roku FAW Hongqi wprowadził na rynek model Hongqi E-HS9, który obsługuje technologię ładowania bezprzewodowego. W marcu 2023 roku SAIC Zhiji oficjalnie wprowadził na rynek swoje pierwsze inteligentne rozwiązanie do bezprzewodowego ładowania pojazdów o dużej mocy 11 kW.
Tesla jest również jednym z odkrywców w dziedzinie ładowania bezprzewodowego. W czerwcu 2023 roku Tesla wydała 76 milionów dolarów na przejęcie Wiferion i przemianowała firmę na Tesla Engineering Germany GmbH, planując wprowadzenie ładowania bezprzewodowego przy niskich kosztach. Wcześniej prezes Tesli, Musk, miał negatywne nastawienie do ładowania bezprzewodowego i krytykował je jako „niskoenergetyczne i nieefektywne”. Teraz nazywa je obiecującą przyszłością.
Oczywiście wiele firm produkujących samochody, jak Toyota, Honda, Nissan i General Motors, również pracuje nad technologią ładowania bezprzewodowego.
Chociaż wiele firm prowadziło długofalowe badania w dziedzinie ładowania bezprzewodowego, technologia bezprzewodowego ładowania samochodów wciąż jest daleka od urzeczywistnienia. Kluczowym czynnikiem ograniczającym jej rozwój jest moc. Weźmy na przykład Hongqi E-HS9. Technologia ładowania bezprzewodowego, w którą jest wyposażony, ma maksymalną moc wyjściową 10 kW, czyli tylko nieznacznie więcej niż 7 kW mocy wolnego ładowania. Niektóre modele osiągają moc ładowania systemu zaledwie 3,2 kW. Innymi słowy, taka wydajność ładowania nie zapewnia żadnej wygody.
Oczywiście, jeśli moc ładowania bezprzewodowego ulegnie poprawie, sytuacja może wyglądać inaczej. Na przykład, jak wspomniano na początku artykułu, zespół badawczo-rozwojowy osiągnął moc wyjściową 100 kW, co oznacza, że teoretycznie, jeśli uda się osiągnąć taką moc, pojazd można w pełni naładować w około godzinę. Chociaż nadal trudno to porównać z superładowaniem, to wciąż jest to nowa opcja uzupełniania energii.
Z perspektywy scenariuszy użytkowania, największą zaletą technologii bezprzewodowego ładowania samochodów jest redukcja czynności manualnych. W porównaniu z ładowaniem przewodowym, właściciele samochodów muszą wykonać szereg czynności, takich jak parkowanie, wysiadanie z samochodu, podniesienie broni, podłączenie i ładowanie itd. W przypadku korzystania z zewnętrznych punktów ładowania, muszą oni uzupełnić szereg informacji, co jest stosunkowo uciążliwe.
Scenariusz ładowania bezprzewodowego jest bardzo prosty. Po zaparkowaniu pojazdu przez kierowcę urządzenie automatycznie go wykrywa i bezprzewodowo ładuje. Po pełnym naładowaniu pojazd odjeżdża, a właściciel nie musi wykonywać żadnych dodatkowych czynności. Z perspektywy użytkownika, zapewnia to również poczucie luksusu podczas korzystania z pojazdów elektrycznych.
Dlaczego bezprzewodowe ładowanie samochodów cieszy się tak dużym zainteresowaniem przedsiębiorstw i dostawców? Z perspektywy rozwoju, nadejście ery autonomicznego ładowania może być również okresem intensywnego rozwoju technologii ładowania bezprzewodowego. Aby samochody mogły być naprawdę autonomiczne, potrzebują ładowania bezprzewodowego, aby uwolnić się od uciążliwych kabli.
W związku z tym wielu dostawców rozwiązań do ładowania z dużym optymizmem podchodzi do perspektyw rozwoju technologii ładowania bezprzewodowego. Niemiecki gigant Siemens prognozuje, że rynek ładowania bezprzewodowego pojazdów elektrycznych w Europie i Ameryce Północnej osiągnie wartość 2 miliardów dolarów do 2028 roku. W tym celu, już w czerwcu 2022 roku, Siemens zainwestował 25 milionów dolarów w objęcie mniejszościowego pakietu udziałów w firmie WiTricity, dostawcy rozwiązań do ładowania bezprzewodowego, aby promować badania i rozwój technologii ładowania bezprzewodowego.
Siemens wierzy, że bezprzewodowe ładowanie pojazdów elektrycznych stanie się w przyszłości powszechne. Oprócz tego, że zwiększa wygodę ładowania, jest ono również jednym z warunków koniecznych do urzeczywistnienia idei autonomicznej jazdy. Jeśli naprawdę chcemy wprowadzić na rynek samochody autonomiczne na szeroką skalę, technologia ładowania bezprzewodowego jest niezbędna. To ważny krok w kierunku rozwoju autonomicznej jazdy.
Oczywiście, perspektywy są obiecujące, ale rzeczywistość jest brzydka. Obecnie metody uzupełniania energii w pojazdach elektrycznych stają się coraz bardziej zróżnicowane, a perspektywa ładowania bezprzewodowego jest bardzo wyczekiwana. Jednak z obecnego punktu widzenia technologia ładowania bezprzewodowego w samochodach wciąż znajduje się w fazie testów i boryka się z wieloma problemami, takimi jak wysokie koszty, wolne ładowanie, niespójne standardy i powolny postęp komercjalizacji.
Problem wydajności ładowania jest jedną z przeszkód. Na przykład, omawialiśmy kwestię wydajności w przypadku wspomnianego już Hongqi E-HS9. Niska wydajność ładowania bezprzewodowego była krytykowana. Obecnie wydajność ładowania bezprzewodowego pojazdów elektrycznych jest niższa niż ładowania przewodowego ze względu na straty energii podczas transmisji bezprzewodowej.
Z perspektywy kosztów, bezprzewodowe ładowanie samochodów wymaga dalszej redukcji. Ładowanie bezprzewodowe wiąże się z wysokimi wymaganiami infrastrukturalnymi. Elementy ładowania są zazwyczaj układane na ziemi, co wiąże się z koniecznością modyfikacji podłoża i innymi problemami. Koszt budowy będzie nieuchronnie wyższy niż koszt tradycyjnych słupów ładowania. Ponadto, na wczesnym etapie promocji technologii ładowania bezprzewodowego, łańcuch dostaw przemysłowych jest niedojrzały, a koszty części będą wysokie, nawet kilkukrotnie wyższe niż w przypadku domowych słupów ładowania prądem zmiennym o tej samej mocy.
Na przykład brytyjski operator autobusowy FirstBus rozważał wykorzystanie technologii ładowania bezprzewodowego w procesie promowania elektryfikacji swojej floty. Jednak po inspekcji okazało się, że każdy dostawca naziemnych paneli ładowania wycenił je na 70 000 funtów. Ponadto koszty budowy dróg z bezprzewodowym ładowaniem są również wysokie. Na przykład koszt budowy 1,6-kilometrowej drogi z bezprzewodowym ładowaniem w Szwecji wynosi około 12,5 miliona dolarów.
Oczywiście, kwestie bezpieczeństwa mogą być jednym z czynników ograniczających technologię ładowania bezprzewodowego. Z perspektywy wpływu na organizm człowieka, ładowanie bezprzewodowe nie stanowi dużego problemu. W „Przepisach przejściowych w sprawie zarządzania radiowego urządzeniami do ładowania bezprzewodowego (przesyłania energii) (projekt do konsultacji)” opublikowanych przez Ministerstwo Przemysłu i Technologii Informacyjnych stwierdzono, że pasmo częstotliwości 19–21 kHz i 79–90 kHz jest przeznaczone wyłącznie dla samochodów z ładowaniem bezprzewodowym. Odpowiednie badania pokazują, że tylko moc ładowania przekracza 20 kW, a ciało ludzkie znajduje się w bliskim kontakcie z bazą ładowania, może to mieć pewien wpływ na organizm. Wymaga to jednak, aby wszystkie strony nadal promowały bezpieczeństwo, zanim zostanie ono dostrzeżone przez konsumentów.
Niezależnie od tego, jak praktyczna i wygodna jest technologia bezprzewodowego ładowania samochodów, wciąż daleka droga przed nią, zanim zostanie ona skomercjalizowana na szeroką skalę. Wyjście z laboratorium i wdrożenie jej w praktyce, to długa i mozolna droga do bezprzewodowego ładowania samochodów.
Podczas gdy wszystkie strony intensywnie badają technologię bezprzewodowego ładowania samochodów, koncepcja „robotów ładujących” również po cichu pojawiła się w mediach. Problemy, które można rozwiązać dzięki ładowaniu bezprzewodowemu, dotyczą wygody ładowania, która w przyszłości będzie uzupełnieniem koncepcji autonomicznej jazdy. Ale do Rzymu prowadzi więcej niż jedna droga.
Dlatego „roboty ładujące” zaczęły również stanowić uzupełnienie inteligentnego procesu ładowania samochodów. Niedawno w nowej eksperymentalnej bazie zasilania w pekińskiej strefie demonstracyjnej National Green Development Demostral Construction (National Green Development Demonstration Zone) uruchomiono w pełni automatycznego robota ładującego autobusy, który może ładować autobusy elektryczne.
Po wjeździe autobusu elektrycznego na stację ładowania, system wizyjny rejestruje informacje o przyjeździe pojazdu, a system dyspozytorski natychmiast przydziela robotowi zadanie ładowania. Dzięki systemowi nawigacji i mechanizmowi kroczącemu, robot automatycznie podjeżdża do stacji ładowania i automatycznie chwyta pistolet ładujący, wykorzystując technologię pozycjonowania wizualnego do identyfikacji portu ładowania pojazdu elektrycznego i automatycznego wykonywania operacji ładowania.
Oczywiście producenci samochodów również zaczynają dostrzegać zalety „robotów ładujących”. Podczas targów motoryzacyjnych w Szanghaju w 2023 roku Lotus zaprezentował robota z funkcją szybkiego ładowania. Gdy pojazd wymaga naładowania, robot może wysunąć swoje mechaniczne ramię i automatycznie włożyć pistolet ładujący do otworu ładowania pojazdu. Po naładowaniu może również samodzielnie wyciągnąć pistolet, realizując cały proces od uruchomienia do naładowania pojazdu.
Z kolei roboty ładujące oferują nie tylko wygodę ładowania bezprzewodowego, ale także rozwiązują problem ograniczenia mocy ładowania bezprzewodowego. Użytkownicy mogą również cieszyć się możliwością ładowania bez wysiadania z samochodu. Oczywiście, roboty ładujące będą również wiązać się z kosztami i inteligentnymi rozwiązaniami, takimi jak pozycjonowanie i omijanie przeszkód.
Streszczenie: Kwestia uzupełniania energii w pojazdach zasilanych nowymi źródłami energii zawsze była przedmiotem ogromnej uwagi wszystkich stron w branży. Obecnie rozwiązanie problemu przeładowywania i rozwiązanie polegające na wymianie baterii to dwa najpopularniejsze rozwiązania. Teoretycznie te dwa rozwiązania w pewnym stopniu wystarczają, aby zaspokoić potrzeby użytkowników w zakresie uzupełniania energii. Oczywiście, rozwój technologii stale się rozwija. Być może wraz z nadejściem ery autonomicznego ładowania, bezprzewodowe ładowanie i roboty ładujące otworzą nowe możliwości.
Czas publikacji: 13 kwietnia 2024 r.