Техасские инженеры создали модель расчета для дорог будущего, заряжающих электромобили на ходу

6 февраля 2025

Новая математическая модель приближает создание дорог с беспроводной DWPT-зарядкой электромобилей

В Техасском университете в Эль-Пасо разработали уникальную модель расчета нагрузки для дорог с беспроводной зарядкой электромобилей прямо во время движения.

Такое изобретение может стать решением достаточно серьезной проблемы «тревоги из-за запаса хода» – страха владельцев электромобилей остаться без заряда вдали от зарядной станции, что уже стало сдерживать их продажи.

Группа исследователей под руководством профессора электротехники Параса Мандала сосредоточила внимание на технологии динамической беспроводной передачи энергии (DWPT).

Эта система предполагает встраивание передающих панелей непосредственно в дорожное покрытие, что позволит электромобилям заряжаться прямо во время движения без необходимости подключения к электросети.

На фото на заставке: электрический седельный тягач заряжается во время движения по тестовой дороге с динамической беспроводной передачей энергии (DWPT), расположенной в Университете штата Юта.

По прогнозам, к 2030 году ежегодные продажи электромобилей достигнут 7,2 млн.

Однако у существующих методов зарядки имеются серьезные ограничения – если низковольтовые домашние зарядные устройства, хотя и работают медленно, но уже создают значительную нагрузку на бытовую электросеть (зарядка одного электромобиля потребляет примерно как один плазменный телевизор – авт.), то сеть общественных зарядных станций пока недостаточно развита и создает уже промышленную нагрузку на электросети (потребление энергии составляет уже как у 400 плазменных телевизоров – авт.), а, например, для зарядки электротягачей типа Tesla Semi и им подобных, потребная мощность электрической зарядной станции может сравняться с потребностями небольшого города.

Для внедрения технологии DWPT инженерам, энергетическим компаниям и местным властям необходимо четко понимать будущую нагрузку на электрическую сеть.

Команда профессора Мандала разработала новый метод измерения нагрузки, названный «модифицированной сверткой Тёплица» (mCONV).

Эта математическая модель позволяет рассчитать динамическую нагрузку на электросеть с учетом различных типов транспортных средств, длины дорог и интенсивности движения.

Профессор Мандал отмечает: «Область электрифицированного транспорта постоянно развивается, и моделирование нагрузки на нашу электросеть является крайне важной частью работы. Наше исследование позволит всесторонне изучить новые методы зарядки электромобилей для обеспечения устойчивого использования транспортной инфраструктуры совместно с энергетическими предприятиями».

Следующим этапом исследования станет изучение влияния DWPT на стабильность и надежность энергосистемы.

По словам декана Инженерного колледжа Кенита Мейсснера, эта новая модель поможет местным и государственным органам власти, а также коммунальным предприятиям понять, что необходимо для внедрения дорог с DWPT, и буквально проложить путь к более широкому распространению электромобилей.

На самом деле создание дороги с беспроводной зарядкой электромобилей прямо во время движения – проблема лишь вдвое моложе самого электромобиля.

Во всяком случае, такие эксперименты (с применением УКВ-снимателей) велись в США еще в 1970-х, но не столько из-за несовершенства тогдашних технологий, сколько из-за низкого интереса к электромобилям как таковым, были свернуты.

Пока что разработчики электромобилей предпочитают развивать сверхбыструю высоковольтную зарядку с напряжением 600–800 вольт и более при водяном охлаждении зарядного кабеля (Porsche, CATL и проч.) или применять технологию замены разряженной батареи на заряженную на специальных обменных станциях, чем, например, занялись NEO и CATL.

Однако, проблема бесконтактной зарядки остается актуальной для грузового транспорта – ждать не то что часы, но даже десятки минут для водителей-дальнобойщиков и владельцев их электротягачей – непозволительная роскошь, а токи зарядки их тяговых АКБ емкостью уже в тысячи кВт·ч при этом столь велики, что какое-либо альтернативное решение напрашивается само собой.

И бесконтактная зарядка прямо от дороги как раз и может им стать, параллельно позволяя к тому же избавиться от гигантских тяговых АКБ.

На самом деле создание дороги с беспроводной зарядкой электромобилей прямо во время движения (варианты – полудинамическая зарядка для медленно движущихся машин, например, в очереди такси, и(или) станционарная зарядка без подключения кабеля) вполне возможно.

Нет, каждый километр (или милю) автострад и фривеев системой DWPT оснащать, конечно, не станут, но сделать «подзарядными» отдельные участки магистралей, думается, теоретически возможно.

Аналогичное решение (wERS) для городских электробусов с 2020 года развивает компания Electrion. Ее кольцевая система, внедренная в Тель-Авиве, позволила заменить тяговую батарею электробуса емкостью 400 кВт·ч на суперконденсатор емкостью всего 42 кВт·ч, т.е. уменьшить размер источника тока на 90%!

К электробусам Higer с динамической зарядкой компания Electrion в сотрудничестве с концерном Stellantis уже добавила магистральные тягачи IVECO 

За первую половину 2020-х компания Electrion уже осуществила ряд пилотных проектов Electric Road в ряде стран Европы и Америки, включая электрификацию участка автобана под Мюнхеном, а также в 2023 году поставила мировой рекорд продолжительности движения электромобиля (на базе Toyota RAV4) с динамической зарядкой, преодолев почти 2000 (1200 миль) километров за 100 часов с минутами.

P.S. Можно надеяться, что метод mCONV техасских ученых, станет альтернативой созданию водородной инфраструктуры, которую пока что считают главным решением для энергоперехода магистрального автотранспорта.

Подписывайтесь на наш Тelegram-канал и следите за обновлениями!
Подписаться.

Наш интернет магазин: irim3.ru

Загрузка