อุตสาหกรรม

แถบถ่ายโอนพลังงานไร้สายสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าและรถโดยสาร

แถบถ่ายโอนพลังงานไร้สายสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าและรถโดยสาร

รถบัสรถยนต์ไฟฟ้าออนไลน์ของ KAIST (OLEV) ของเกาหลี [แหล่งรูปภาพ:KAIST ผ่านนิตยสารแบบมีสาย]

นอกเหนือจากเทคโนโลยีแบตเตอรี่ที่เป็นนวัตกรรมแล้วอีกวิธีหนึ่งที่เป็นไปได้ในการชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV) อาจเป็นแถบถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สายที่ติดตั้งบนพื้นผิวถนน ศักยภาพของรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่นั้นค่อนข้างน่าตื่นเต้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนของยานพาหนะขนส่งมวลชนเช่นรถประจำทางและรถราง แต่ในวันหนึ่งเทคโนโลยีนี้ก็สามารถนำมาใช้กับ EV ได้เช่นกัน

การถ่ายโอนแบบไร้สายได้รับการสาธิตครั้งแรกโดย Nikolai Tesla ในปี 1891 Tesla มีความสนใจอย่างมากในเรื่องนี้ซึ่งทำให้เขาสามารถพัฒนา Tesla Coil ของเขาได้ อุปกรณ์นี้ซึ่งผลิตกระแสไฟฟ้ากระแสสลับความถี่สูงแรงดันสูงทำให้ Tesla สามารถถ่ายโอนพลังงานในระยะทางสั้น ๆ โดยไม่ต้องเชื่อมต่อสายไฟผ่านการเชื่อมต่อแบบอุปนัยแบบเรโซแนนซ์ซึ่งเป็นการส่งพลังงานไฟฟ้าแบบไร้สายในบริเวณใกล้เคียงระหว่างขดลวดคู่แม่เหล็กสองตัว

แนวทางนี้กำลังได้รับการทดสอบมากขึ้นในหลายประเทศว่าเป็นวิธีที่มีศักยภาพในการชาร์จ EV ในขณะเดินทาง มันเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าระหว่างจานที่มีประจุไฟฟ้าแม่เหล็กสองแผ่นแผ่นหนึ่งฝังอยู่ใต้ถนนหรือทางรถไฟและอีกเส้นหนึ่งอยู่ใต้โครงของยานพาหนะ ในอิตาลีระบบดังกล่าวถูกนำมาใช้ในเจนัวและตูรินมานานกว่าสิบปีโดยให้กำลัง 10 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์สำหรับรถโดยสารไฟฟ้า 30 คันที่ชาร์จไฟที่ป้ายรถเมล์แต่ละป้าย ระบบนี้ได้รับการพัฒนาโดย บริษัท Conductix-Wampfler ของเยอรมันซึ่งอ้างว่ามีประสิทธิภาพในการถ่ายเทพลังงาน 95 เปอร์เซ็นต์ อีกระบบกำลังอยู่ระหว่างการพัฒนาที่มหาวิทยาลัยแห่งรัฐยูทาห์ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากเงินทุนจาก Federal Transit Administration และระบบเหนี่ยวนำก็เปิดตัวในเนเธอร์แลนด์ในปี 2010

ในปี 2009 สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีขั้นสูงแห่งเกาหลี (KAIST) ได้ทดสอบโครงการ Online Electric Vehicle (OLEV) สิ่งนี้รวมเอาเทคโนโลยีที่เรียกว่า Shaped Magnetic Field in Resonance (SMFIR) ที่เกี่ยวข้องกับการฝังแถบพลังงานไฟฟ้าที่ความลึก 30 ซม. (11.8 นิ้ว) ใต้พื้นผิวถนนโดยเชื่อมต่อกับกริดแห่งชาติ รถไฟไร้รางถูกใช้เป็นรถสาธิตประกอบด้วยรถแทรกเตอร์ที่ติดตั้งปิ๊กอัพเหนี่ยวนำแม่เหล็กและตู้โดยสารสามตู้ ต่อมา KAIST ได้ติดตั้งรถรางโดยใช้ระบบที่สวนสนุก Seoul Grand Park และตามด้วยรถบัสไฟฟ้าคันแรกของโลกในเดือนกรกฎาคม 2013 ซึ่งเดินทางเป็นระยะทาง 15 ไมล์ระหว่างสถานีรถไฟในเมือง Gumi และเขต In-dong . จากนั้นโครงการเริ่มต้นได้นำไปสู่การก่อตั้ง บริษัท แยกสองแห่งคือ OLEV Korea และ OLEV Boston ซึ่งเปิดตัวในปี 2554 และมีเป้าหมายที่จะวางระบบเชิงพาณิชย์เพื่อใช้ในสหรัฐอเมริกา

รถบัส KAIST OLEV ที่ให้บริการในเมือง Gumi ของเกาหลี [แหล่งรูปภาพ:KAIST]

ระบบถ่ายโอนข้อมูลแบบไร้สายหมายความว่าแบตเตอรี่ในรถยนต์ไฟฟ้าสามารถลดขนาดลงเหลือประมาณหนึ่งในสามของที่คุณคาดว่าจะพบได้ในรถยนต์ไฟฟ้า ช่องว่าง 6.7 นิ้วระหว่างพื้นผิวถนนและด้านล่างของรถแต่ละคันให้ประสิทธิภาพการชาร์จ 85 เปอร์เซ็นต์ที่ 100 กิโลวัตต์ แผ่นเปลือกโลกที่ฝังอยู่ใต้พื้นผิวถนนมีสัดส่วนระหว่าง 5 ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ของเส้นทางทั้งหมดและยังคงปิดอยู่จนกว่ารถจะเข้าใกล้ OLEV ใช้เวลาประมาณ 30 นาทีในการชาร์จจนเต็มและสามารถเดินทางได้เป็นระยะทาง 40 กิโลเมตรระหว่างการชาร์จ (ประมาณ 24 ไมล์) และนั่นหมายความว่าพวกเขาอาจเบี่ยงเบนเส้นทางการชาร์จที่กำหนดไว้ในบางครั้งหากจำเป็น รถโดยสารสามารถเดินทางด้วยความเร็วสูงสุด 85 กิโลเมตรต่อชั่วโมง (กม. / ชม.) แต่โดยปกติแล้วจะเดินทางด้วยความเร็ว 60 กม. / ชม.

ดูเพิ่มเติม: BAIC เปิดศูนย์วิจัยและพัฒนา EV แห่งแรกนอกประเทศจีน

นี่เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมากเนื่องจาก บริษัท อื่น ๆ ทั่วโลกเริ่มรับสิ่งนี้ Qualcomm, Momentum Dynamics, WiTricity, Evatran และ WAVE ล้วนมีระบบที่กำลังพัฒนาอยู่ในขณะนี้ บางคนตั้งคำถามว่าระบบสามารถปรับแต่งเพื่อให้สามารถใช้กับรถยนต์ได้หรือไม่เพียงเพราะอุปกรณ์ที่ใช้กับยานพาหนะมีขนาดใหญ่เกินไปที่ 400 ปอนด์ อย่างไรก็ตามเหมาะสำหรับรถโดยสารทำให้ประหยัดน้ำหนักแบตเตอรี่ได้มาก ปัจจุบันรถโดยสารไฟฟ้าที่ใช้ระบบถ่ายโอนแบบไร้สายไม่สามารถแข่งขันกับรถโดยสารดีเซลในแง่ของต้นทุนเงินทุนได้ แต่ในแง่ของต้นทุนการเป็นเจ้าของทั้งหมดเนื่องจากการประหยัดแบตเตอรี่ที่เป็นไปได้กับระบบนี้รวมถึงข้อกำหนดในการบำรุงรักษาต่ำ

สหราชอาณาจักรประกาศความตั้งใจที่จะทดสอบมอเตอร์เวย์แบบ "ชาร์จขณะขับ" เมื่อเดือนสิงหาคมปีที่แล้วหลังจากเสร็จสิ้นการศึกษาความเป็นไปได้ที่ได้รับมอบหมายจาก Highways England การทดสอบจะเกิดขึ้นในบางช่วงของปีนี้หรือปีหน้าจะประเมินศักยภาพของระบบในการช่วยลดต้นทุนเชื้อเพลิงส่งผลกระทบต่อพื้นผิวถนนน้อยที่สุดและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมจากการขนส่งทางถนนรวมถึงการปรับปรุงคุณภาพอากาศ ลดเสียงรบกวนและลดการปล่อยคาร์บอน แอนดรูว์โจนส์รัฐมนตรีว่าการกระทรวงคมนาคมของสหราชอาณาจักรกล่าวในเวลานั้นว่าการถ่ายโอนแบบไร้สายสามารถนำเสนอความเป็นไปได้ที่น่าตื่นเต้นสำหรับประเทศเนื่องจากรัฐบาลจะมอบเงินจำนวน 500 ล้านปอนด์ในช่วงห้าปีข้างหน้าเพื่อให้สหราชอาณาจักรอยู่ในระดับแนวหน้าของเทคโนโลยีนี้และมีศักยภาพในการเพิ่มงานและ การเจริญเติบโต.

ระบบคิดค่าจอดรถแบบไร้สายที่จัดแสดงในงานมอเตอร์โชว์ [ที่มาของภาพ:วิกิมีเดียคอมมอนส์]

หากการทดลองประสบความสำเร็จอาจนำไปสู่การปฏิวัติการเดินทางบนท้องถนนอย่างยั่งยืนภายในสหราชอาณาจักร การทดสอบเหล่านี้จะมีระยะเวลารวมประมาณ 18 เดือนหลังจากนั้นอาจต้องทำการทดลองบนท้องถนนเพิ่มเติม ในระหว่างนี้มิลตันคีนส์อย่างน้อยหนึ่งเมืองในสหราชอาณาจักรได้ก้าวไปข้างหน้าด้วยระบบการถ่ายโอนแบบไร้สายของตัวเองแล้วแม้ว่าจะมีข้อ จำกัด พอสมควรและต้องใช้รถประจำทางเพื่อหยุดรถหลายนาทีในแต่ละครั้งขณะชาร์จ

การชาร์จแบบไร้สายในสหราชอาณาจักรไม่ได้หากปราศจากนักวิจารณ์ ตัวอย่างเช่น Dr Paul Nieuwenhuis ผู้อำนวยการศูนย์ความเป็นเลิศด้านยานยนต์ไฟฟ้าของ Cardiff Business School ค่อนข้างไม่เชื่อด้วยเหตุผลด้านต้นทุนและความจริงที่ว่าเทคโนโลยีแบตเตอรี่มีการปรับปรุงอยู่ตลอดเวลาโดยเฉพาะอย่างยิ่งกับสิ่งที่ Tesla ประสบความสำเร็จในช่วงไม่นานมานี้ ปี. แม้ว่าการชาร์จแบบไร้สายจะใช้งานได้บนถนนในสหราชอาณาจักร แต่ Highways England ก็ยังคงตั้งใจที่จะติดตั้งจุดชาร์จแบบเสียบปลั๊กสำหรับ EVs เป็นระยะทาง 20 ไมล์บนเครือข่ายมอเตอร์เวย์ สิ่งนี้จะช่วยปรับปรุงการซื้อรถยนต์ไฟฟ้าของผู้บริโภค

สถาบันหนึ่งที่กำลังมองหาศักยภาพของการถ่ายโอนแบบไร้สายสำหรับ EV คือสถาบัน Fraunhofer ของเยอรมนี นักวิจัยจากสถาบัน Fraunhofer’s Institute for Wind Energy and Energy System Technology IWES ในคัสเซิลได้พัฒนาการออกแบบที่คุ้มค่าเมื่อเดือนสิงหาคมปีที่แล้วโดยใช้ส่วนประกอบมาตรฐานที่มีจำหน่ายในตลาดมวลชน นักวิทยาศาสตร์ได้จัดการเพื่อลดจำนวนแผ่นเฟอร์ไรต์ขนาดใหญ่โดยใช้ระบบขดลวดซึ่งช่วยลดต้นทุนได้เช่นกัน IWES พบว่าแม้ว่ารถจะอยู่ห่างจากขดลวดที่ฝังอยู่บนถนน 20 เซนติเมตร แต่ระดับประสิทธิภาพระหว่าง 93 ถึง 95 เปอร์เซ็นต์ก็ยังสามารถทำได้ในช่วงกำลังทั้งหมดตั้งแต่ 400 วัตต์ถึง 3.6 กิโลวัตต์ ข้อดีอีกอย่างของระบบนี้คือสามารถจ่ายไฟไปยังกริดไฟฟ้าทั่วไปได้ ซึ่งหมายความว่าพลังงานส่วนเกินจากกริดสามารถป้อนเข้าไปในรถยนต์เหล่านี้ได้โดยใช้เป็นที่เก็บพลังงานจนกว่าจะต้องใช้พลังงานเมื่อสามารถส่งกลับไปที่กริดได้

ขดลวดชาร์จแบบอุปนัยของ Fraunhofer สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า [แหล่งรูปภาพ:สถาบัน Fraunhofer]

สถาบัน Fraunhofer อีกสองแห่งคือ Fraunhofer Institutes for Manufacturing Technology และ Advanced Materials IFAM และ for Transportation and Infrastructure Systems IVI ประสบความสำเร็จในการทดสอบระบบถ่ายโอนแบบไร้สายสำหรับใช้ในรถยนต์โดยใช้เส้นทางทดสอบยาว 25 เมตรพร้อมขดลวดที่ฝังอยู่ในพื้นถนน รถทดสอบซึ่งเป็นรถสปอร์ตที่ดัดแปลงเป็นรถยนต์ไฟฟ้าสามารถเดินทางได้ตลอดเส้นทางด้วยความเร็วปานกลางพร้อมกับชาร์จแบตเตอรี่ไปพร้อม ๆ กัน