Varför trådlös laddning är viktig för elbilar
Om du har klippt av sladden till din smartphone med en laddningsplatta för nattduksbordet och en i bilen – och om du har tur – trådlös CarPlay eller Android Auto – får du troligen idén om vilken trådlös spelväxlare induktiv laddning kan vara för elbilar.
Istället för att försöka jonglera med ett litet barn eller en påse med matvaror medan du enarmar en klumpig kabel och laddningskontakt morgon och kväll, kan det helt enkelt vara en fråga om att parkera, gå vidare med livet och återvända till ett laddat fordon.
Och när du väl har upplevt det finns det sannolikt ingen återvändo. När tänkte du senast ansluta en Ethernet-kabel – eller en telefonlinje – till din bärbara dator?
Hur fungerar trådlös elbilsladdning?
Trådlös laddning använder principen om elektromagnetisk induktion för att överföra elektrisk kraft genom luften som ett magnetfält. Du kanske också hör det kallas induktiv laddning – eller, redundant, trådlös induktiv laddning.
Volvo testar induktiv laddning med C30 Electric
Kort sagt, elektricitet inducerar en ström på en spole av koppartråd, som sänds ut vid en viss frekvens – en inte långt från FM-radiofrekvenser, för de mest troliga tillämpningarna. Det skapar ett oscillerande magnetfält, som sedan fångas upp av en annan kopparspole.
Med finjustering av signalen beroende på avståndet och hjälp från kondensatorer – och vissa kärnfysikidéer som idén om resonansfrekvenser – kan trådlös laddning göras praktisk för elbilar utan att förlora för mycket energi på vägen.
Nära
Tekniskt sett kräver systemet två uppsättningar av hårdvara: en sändarplatta för uppfart eller garagegolv som är ansluten till en dedikerad krets, precis som en väggladdare, och en mottagarplatta som ska installeras på botten av fordonet.
2018 BMW 530e iPerformance trådlös laddning
2018 BMW 530e iPerformance trådlös laddning
2018 BMW 530e iPerformance trådlös laddning
System från WiTricity, som har vuxit fram som teknikledare, och andra kommer att hålla sig till J2954-standarden som designades för att tillförlitligt producera användbar trådlös laddning på ett avstånd på mellan 10 och 25 cm (3,9 och 9,8 tum), vilket rymmer markfrigången av nästan alla produktionsfordon, från sportbilar till terräng-SUV:ar. Och med en effekt på 11 kW ger den den typiska elbilen tillbaka cirka 35 mils räckvidd per parkerad timme.
Med en inriktningsmetod som är inbyggd i standarden, hjälper en lågenergisignal från plattan att antingen visa för föraren var fordonet ska parkeras, eller så automatiseras det hela. Ett wi-fi-handslag fullbordar vad som i huvudsak kommer att bli en no-touch-version av Plug and Charge – i huvudsak Park and Charge. Voilà.
Med ungefär 85 % av laddningen hemma, är detta designat för att vara den dagliga laddningsmetoden, inte teknik för speciella tillfällen för bilresor. ”I slutändan kommer bilen att kännas som att de har en bil med oändlig räckvidd”, säger WiTricitys vd Alex Gruzen. ”De kör den, de parkerar den, de behöver aldrig göra någonting.”
Hur effektiv är trådlös billaddning?
Effektiviteten för den trådlösa Qi-laddningen i din smartphone är i bästa fall så hög som 80 %, men troligen mindre än 70 %, vilket är anledningen till att din telefon är så varm när du tar av den från en sådan laddare. Det systemet var designat för att vara tunt och billigt, men med en så högre energinivå kan ett billaddningssystem inte vara slösaktigt på det sättet och har designats specifikt kring effektivitet.
Nissan trådlöst laddningssystem
Ett fåtal biltillverkare har undersökt tekniken för fabriksinstallationer – som Nissan for the Leaf, för mer än ett decennium sedan (ovan), har effektiviteten förbättrats. Spole till spole, WiTricitys teknologi tar emot 99 % av energin som transporteras över luftgapet. De flesta av de andra stegen är desamma – och det behövs ingen förlusttransformator, vilket sparar energi. Från kretslådan till fordonet är effektiviteten för ett trådlöst system vanligtvis 90 % till 92 %, precis där det mesta av plug-in-laddningen finns.
Varför är det bättre?
Ur ett marknadsperspektiv kan trådlös laddningsteknik göra elbilar mycket mer beboeliga på en daglig basis – särskilt för dem som ser dagliga laddningskablar och kontakter som ett krångel.
Även om dessa kablar och kontakter måste bytas ut med några års mellanrum, har trådlös laddningsmaskinvara inte dessa slitpunkter. Snö och is kommer inte heller i vägen.
Mercedes-Benz trådlöst induktivt laddningssystem
Dessutom, när vi kommer till högre nivåer av EV-antagande, om trådlös laddning används oftare, av bekvämlighet, kommer det potentiellt att minska behovet av DC-snabbladdning som är mer en börda för elnätet.
Vilka är nackdelarna?
Kostnaden är den stora. Optionspriset för trådlös laddning kommer sannolikt att vara i tusentals. Med tanke på behovet av två stora hårdvarukomponentsatser kommer det alltid att kosta mer än en vägg- eller postladdare.
Med laddningsplattan mycket svårare att flytta än en laddningskontakt, kan inflexibiliteten med trådlös laddning vara ett problem för vissa hushåll som är vana vid att ändra parkeringsplaner på natten.
Interoperabiliteten mellan blandade och matchade trådlösa laddningskomponenter borde inte vara problemet; det var hela poängen med att vänta tills branschen enades om en standard, och den är här.
Vilka elfordon erbjuder trådlös laddning?
Ingen för närvarande i USA, men det kommer att ändras snart.
2023 Genesis GV60
Globalt har lanseringen börjat, och det hela är väldigt nyligen. Genesis GV60 erbjuder den första fabriksintegrationen av trådlös laddning i världen, och den ingår i sydkoreanska hemmamarknadsversioner som en del av ett pilotprogram. Hyundai inkluderade tekniken i utvecklingen av sin E-GMP-plattform för dedikerade elbilar, så förvänta dig att se tekniken i fler modeller och marknader snart.
I Kina har tekniken nyligen antagits i elbilar från FAW:s Hongqi-varumärke, såväl som IM Motors, ett joint venture mellan Kinas SAIC Motor och e-handelsjätten Alibaba. Den finns också i den Alibaba-stödda Zhiji L7.
Det har funnits eftermarknadslösningar för trådlös laddning i flera år – framför allt från Plugless Power, som har erbjudit ett system för Tesla Model S. Ett Tesla Model 3-system från WiTricity är också på gång.
BMW 5-serie plug-in hybrid trådlöst laddningssystem
BMW testade trådlös laddning i USA i sin 5-serie plug-in hybrid, men testet utökades inte utöver ett litet pilotprogram.
Andra laboratorier och nystartade företag arbetar för närvarande med högeffekts trådlös laddning, till priser som kan jämföras med DC-snabbladdning, men det kan dröja ett decennium innan det blir ett genomförbart alternativ.
Varför har den trådlösa laddningen inte kommit igång ännu?
Enkelt uttryckt har tekniken ännu inte varit klar. Men det har varit på gång länge.
Trådlös laddning föreslogs och demonstrerades ursprungligen av Nikola Tesla för mer än hundra år sedan, men den har funnits i årtionden i ett experimentellt tillämpningsskede. En rad framsteg under de senaste 15 åren har accelererat teknikens framsteg till en punkt där den är pålitlig, effektiv och lätt att paketera.
Även om trådlös Qi-laddning för smartphones kan vara första gången den här tekniken blev mainstream, testades den och användes i fordon först – för decennier sedan. Men en rad konsolideringar under de senaste åren har hjälpt till att driva det till den grad att det blir mer kommersiellt gångbart. Halo och WiTricity startade båda 2010 och tog insatser för trådlös laddning av fordon från universitetslaboratorier och in i nya företag. Qualcomm köpte HaloIPT 2011, då USA-baserade WiTricity, som hade arbetat på sin egen lite annorlunda lösning, förvärvade och slogs samman med Qualcomm Halo 2019.
Trådlös laddning i parkeringsbyggnad – WiTricity
Efter det gick WiTricity omedelbart igång med att konsolidera arkitekturen … och tog det bästa från båda sidor, för att kunna presentera för SAE en gemensam arkitektur som vi trodde var svaret, påminde Gruzen.
Det var avgörande för att nå SAE J2954-standarden som ratificerades i oktober 2020 – i huvudsak en signal om att tekniken kan föras ut på marknaden.
Framtiden
Den globala bil- och fordonsleverantören Siemens gjorde en investering på 25 miljoner dollar i WiTricity i juni 2022, och det partnerskapet kommer att resultera i lösningar för hemmet, parkeringsplatsen, arbetsplatsen eller flottan.
Siemens ser att marknaden för trådlös laddning kommer att nå 2 miljarder dollar till 2028 bara i Europa och Nordamerika.
ORNL trådlös laddningsdemonstration med UPS hybridlastbil
Även om hemlösningar – och den nuvarande SAE-standarden – går upp till 11 kw – kommer vi att se versioner med högre effekt av detta system för flottor. Det kan till stor del komma från en annan uppsättning företag, inklusive HEVO och Momentum Wireless, bland andra. Separat finns det en annan uppsättning företag som arbetar med trådlös dynamisk laddning – en relativ dröm för nu som laddar fordon genom några av samma principer som fordonet körs.
Eftermarknaden kan också växa. Plugless Power, som har sålt eftermarknadssystem tidigare för Tesla Model S, Nissan Leaf och andra, kommer också att avslöja nya generationens system i år till ett riktpris på cirka $3 500, med ett system som kommer att åstadkomma justering av kuddarna via ett Apple CarPlay-gränssnitt.
Evatran Plugless trådlös laddare för Tesla Model S
WiTricity pekar på företagets egna beställda undersökningar som visar ett stort intresse för en teknik som de förmodligen aldrig har stött på personligen i bilar. Den fann att baserat på konceptet enbart ökade ”EV-betraktare” som ännu inte hade förbundit sig till idén att köpa en elbil sin köpavsikt från 35 % till 59 % med tillgången till trådlös laddning. En nyare undersökning för företaget visade att många icke-EV-ägare vill ha det som ett alternativ i en framtida EV.
”Det har varit ett samtal med ett gäng ingenjörer i ett rum i tio år,” sa Gruzen. ”Nu har vi en riktig produkt på marknaden.”
Och när priset sjunker och alla tidiga användare har köpt elbilar, kan det bli det som hjälper till att sälja många fler amerikaner som äger elbilar.
