پژوهشگران سیستم شارژ بی‌سیم ۲۰ کیلوواتی با بازده ۹۸.۵۱ درصد توسعه داده‌اند که می‌تواند خودروهای برقی و ناوگان خودران را بدون کابل شارژ کند.
فهرست مطالب
پژوهشگران چینی و بریتانیایی سیستم شارژ بی‌سیم ۲۰ کیلوواتی جدیدی برای خودروهای برقی توسعه داده‌اند که بازده ۹۸.۵۱ درصدی دارد و می‌تواند زمینه را برای شارژ خودکار خودروها و ناوگان کاملا خودران فراهم کند.
به گزارش سرویس خودروی تک‌ناک، تیم مشترکی از مؤسسه علوم و فناوری مواد دونگ‌گوان وابسته به آکادمی علوم چین، مؤسسه فیزیک آکادمی علوم چین، دانشگاه سیتی هنگ‌کنگ و دانشگاه کمبریج این فناوری را توسعه داده است. پژوهشگران در این پروژه یکی از موانع مهم سیستم‌های شارژ القایی پرقدرت، یعنی افزایش دما و کاهش بازده را هدف قرار داده‌اند.
خودروهای برقی خودران می‌توانند بدون دخالت راننده در خیابان‌ها و جاده‌ها حرکت کنند، اما همچنان برای اتصال کابل شارژ به نیروی انسانی نیاز دارند. این وابستگی می‌تواند مانعی برای ایجاد ناوگان کاملا خودکار، به‌ویژه روبوتاکسی‌ها باشد. سیستم شارژ بی‌سیم جدید می‌تواند این مرحله را نیز خودکار کند تا خودرو پس از قرار گرفتن در محل مناسب، بدون اتصال دستی کابل باتری خود را شارژ کند.
آلیاژ جدید جایگزین هسته‌های فریتی می‌شود
سیستم‌های متداول شارژ بی‌سیم برای هدایت میدان مغناطیسی معمولا از هسته‌های فریتی سنگین استفاده می‌کنند. این مواد در توان‌های پایین عملکرد مناسبی دارند، اما افزایش توان مورد نیاز برای شارژ سریع خودرو باعث افزایش دما، افت بازده و محدود شدن چگالی توان آنها می‌شود.
پژوهشگران برای برطرف کردن این مشکل از آلیاژهای نانوکریستالی مبتنی بر آهن استفاده کردند که با فرایند بازپخت تنشی بهینه شده‌اند. همچنین تیم تحقیقاتی، طراحی ماده و اجزای الکتریکی سیستم را به صورت هم‌زمان انجام داد تا عملکرد کلی سیستم شارژ بی‌سیم خودروهای برقی بهبود پیدا کند.
مهندسان به‌جای تلاش برای دستیابی به بیشترین نفوذپذیری مغناطیسی ممکن، سطح متوسطی از این ویژگی را انتخاب کردند. این تصمیم امکان ایجاد تعادل مناسب میان بازده، چگالی توان و عملکرد حرارتی سیستم را فراهم کرد.
نتیجه این طراحی، ساخت هسته مغناطیسی فشرده‌ای با ابعاد ۴۴۰ در ۳۳۰ میلی‌متر و ضخامت تنها ۴ میلی‌متر بود. ضخامت این هسته تقریبا نصف صفحات فریتی استاندارد است، اما همچنان می‌تواند در چگالی توان بالا فعالیت کند.
پژوهشگران برای بهینه‌سازی بیشتر ساختار هسته، فرایند ویژه بازپخت تنشی را با لایه‌بندی هم‌راستا با سیم‌پیچ ترکیب کردند. این روش میزان اتلاف انرژی هسته را در آزمایش‌هایی با فرکانس ۸۵ کیلوهرتز و چگالی شار مغناطیسی ۰.۲ تسلا به ۱۳۵ کیلووات بر مترمکعب کاهش داد.
بازده بالا برای شارژ بی‌سیم خودروهای برقی
سیستم جدید در آزمایش‌ها به بازده تبدیل جریان متناوب به جریان متناوب ۹۸.۵۱ درصد دست یافت. سیم‌پیچ‌ها و هسته‌های آن نیز چگالی توان حجمی ۹.۵۵ کیلووات بر لیتر را ثبت کردند. پژوهشگران عنوان کردند که سیستم در چرخه‌های کاری پرقدرت، پایداری حرارتی مناسبی داشته است.
به گفته تیم تحقیقاتی، ترکیب طراحی مواد با طراحی الکتریکی می‌تواند توسعه سیستم‌های شارژ القایی مورد نیاز خودروهای خودران و حمل‌ونقل برقی را تسهیل کند. چنین فناوری‌هایی برای ناوگان خودران اهمیت زیادی دارند، زیرا خودروها برای فعالیت کاملا مستقل باید بتوانند بدون حضور انسان انرژی مورد نیاز خود را نیز تأمین کنند.
این فناوری با برنامه پنج‌ساله چین برای توسعه خودروهای هوشمند متصل در فاصله سال‌های ۲۰۲۶ تا ۲۰۳۰ نیز هم‌راستا است. چین در این برنامه توسعه گسترده رانندگی خودکار تجاری در بزرگراه‌ها و آزادراه‌های مهم شهری را تا سال ۲۰۳۰ دنبال می‌کند.
مؤسسه علوم و فناوری مواد دونگ‌گوان اکنون در حال حرکت به سمت تولید تجاری نمونه اولیه این سیستم شارژ بی‌سیم خودروهای برقی است. پژوهشگران کاربردهای این فناوری را نیز به خودروهای برقی سواری محدود نکرده‌اند.
وسایل نقلیه هدایت‌شونده خودکار صنعتی که در کارخانه‌ها فعالیت می‌کنند، سیستم‌های حمل‌ونقل ریلی سنگین و حتی هواگردهای برقی ارتفاع پایین از دیگر کاربردهای احتمالی این فناوری هستند. امکان شارژ خودکار می‌تواند به چنین وسایل نقلیه‌ای اجازه دهد چرخه‌های کاری طولانی‌تری را با دخالت کمتر نیروی انسانی انجام دهند.
کاهش ضخامت تجهیزات، افزایش چگالی توان و کنترل بهتر دمای عملیاتی نیز می‌تواند استفاده از شارژ بی‌سیم پرقدرت را در وسایل نقلیه مختلف عملی‌تر کند. پژوهشگران با این دستاورد تلاش کرده‌اند یکی از موانع موجود در مسیر سیستم‌های حمل‌ونقل کاملا خودکار را برطرف کنند.
نتایج این پژوهش به تازگی در مجله علمی Nature Communications منتشر شده است.