MagSafe для електрокарів: нова система бездротової зарядки обіцяє ефективність 98,5%

Група китайських та британських дослідників створила систему бездротової зарядки для електрокарів потужністю 20 кВт.

Зазначається, що технологія дозволяє подолати ключові теплові та енергетичні бар’єри під час індуктивної зарядки. Система досягає безпрецедентної ефективності у 98,5%.

Дослідження проводили науковці з Дунгуанського інституту матеріалознавства та технологій при Китайській академії наук (CAS) спільно з інститутом фізики CAS,  Міським університетом Гонконгу та Кембридзьким університетом. 

Автономні електрокари здатні пересуватись складними шляхами, однак їхня автономність значно обмежується, коли необхідно підзарядити транспортний засіб. Ця залежність створює серйозні обмеження для автономного електротранспорту. Тому нова технологія автономної бездротової зарядки покликана усунути ці обмеження й дозволити автономним транспортним засобам працювати та заряджатись без втручання людини.

Звичайні зарядні пристрої для спрямовування магнітних полів використовують масивні феритові осердя. Ферит добре працює за низької потужності, однак за збільшення потужності під час швидкого заряджання опір матеріалу починає збільшуватись. Він перегрівається, стає менш ефективним та пригнічує щільність потужності.

Дослідники усунули проблему внаслідок використання нанокристалічних сплавів на основі заліза, які піддавались термічній обробці під напругою із застосуванням методу сумісного проєктування матеріалу та системи. Інженери вдались до незвичайного конструктивного рішення, віддавши перевагу помірній магнітній проникності, а не максимальним її рівням аби збалансувати продуктивність.

Це дозволило створити компактну смугу магнітного осердя розміром 440 мм на 330 мм та завтовшки усього 4 мм. Отриманий матеріал тонший за стандартні феритові пластини, однак витримує високі питомі потужності. 

Дослідники застосували спеціалізований відпал під напругою в поєднанні з ламінуванням з орієнтацією листів уздовж напрямку намотування, щоб оптимізувати структури осердя. Це дозволило скоротити втрати енергії в осерді до 135 кВт/м³ під час випробувань за частоти 85 кГц й напруги магнітного поля 0,2 Тл. 

За результатами досліджень, система забезпечує ефективність перетворення змінного струму у змінний на рівні 98,51% та об’ємну питому потужність 9,55 кВт/л у котушках та осердях. Вона підтримує надійну термічну стабільність протягом всіх циклів роботи за високої потужності. 

Технологію було створено у рамках амбіційного 5-річного плану Китаю з розвитку автономних транспортних засобів. Це включає повсюдне впровадження автономного транспорту на ключових автомагістралях до 2030 року.

Дунгуанський інститут вже наближає прототип до комерційного використання. Окрім пасажирських електрокарів, технологія орієнтована також на промисловий автотранспорт.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature

Джерело: Interesting Engineering; Global Times