Ingenieure haben eine kabellose Ladelösung demonstriert, die in Bewegung befindliche Objekte mit Strom versorgen kann und es eines Tages ermöglichen könnte, Elektroautos während der Fahrt aufzuladen.
Zwar gibt es bereits drahtlose Ladestationen für Smartphones, doch funktionieren diese nur, wenn das Telefon still sitzt.
Die Stanford-Elektroingenieure Shanhui Fan und Sid Assawaworrarit bauten vor drei Jahren das erste System, das Objekte in Bewegung drahtlos aufladen konnte, aber die Technologie war zu ineffizient, um außerhalb des Labors nützlich zu sein.
Jetzt haben sie eine Technologie demonstriert, die potenziell skaliert werden könnte, um ein auf der Straße fahrendes Auto mit Strom zu versorgen.
In naher Zukunft könnte das System es möglich machen, Roboter drahtlos aufzuladen, während sie sich in Lagerhallen und Fabrikshallen bewegen, wodurch Ausfallzeiten eliminiert würden und die Roboter fast rund um die Uhr arbeiten könnten.
„Dies ist ein bedeutender Schritt hin zu einem praktischen und effizienten System zum drahtlosen Aufladen von Autos und Robotern, selbst wenn diese sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen“, sagte Fan.
„Wir müssten die Leistung zum Aufladen eines fahrenden Autos erhöhen, aber ich glaube nicht, dass dies eine ernsthafte Straßenblockade darstellt. Für das Aufladen von Robotern sind wir bereits im Bereich des praktischen Nutzens“.
Drahtlose Ladegeräte übertragen Elektrizität, indem sie ein Magnetfeld erzeugen, das mit einer Frequenz schwingt, die eine Resonanzschwingung in Magnetspulen auf dem Empfangsgerät erzeugt. Diese Frequenz ändert sich, wenn sich der Abstand zwischen Quelle und Empfänger auch nur geringfügig ändert.
In ihrem ersten Durchbruch entwickelten die Forscher ein drahtloses Ladegerät, das Elektrizität auch dann übertragen konnte, wenn sich der Abstand zum Empfänger ändert, indem es einen Verstärker und einen Rückkopplungswiderstand enthielt, die es dem System ermöglichten, seine Betriebsfrequenz automatisch anzupassen.
Die Technik
Dieses erste System war nicht effizient genug, um praktikabel zu sein, da der Verstärker intern so viel Strom verbraucht, um den erforderlichen Verstärkungseffekt zu erzeugen, dass das System nur 10 Prozent der durch das System fließenden Leistung überträgt.
Den Forschern ist es nun gelungen, die drahtlose Übertragungseffizienz des Systems auf 92 Prozent zu steigern, indem sie den ursprünglichen Verstärker durch einen weitaus effizienteren „Schaltverstärker“ ersetzten.
Solche Verstärker sind zwar nicht neu, aber sie sind heikel und erzeugen nur unter sehr präzisen Bedingungen eine hocheffiziente Verstärkung. Es bedurfte jahrelanger Tüftelei und zusätzlicher theoretischer Arbeit, um eine Schaltungskonfiguration zu entwerfen, die funktioniert.
Der neue Laborprototyp kann drahtlos 10 Watt Elektrizität über eine Entfernung von etwa 70 cm übertragen.
Laut Fan gibt es keine grundsätzlichen Hindernisse für die Skalierung eines Systems zur Übertragung der zehn oder hundert Kilowatt, die ein Auto benötigen würde.
Er sagt, das System sei mehr als schnell genug, um ein schnelleres Elektroauto wieder mit Strom zu versorgen. Die drahtlose Übertragung dauert nur wenige Millisekunden – ein winziger Bruchteil der Zeit, die ein Auto, das sich mit 70 Meilen pro Stunde bewegt, benötigen würde, um eine vier Fuß lange Ladezone zu durchqueren. Der einzige begrenzende Faktor wird sein, wie schnell die Autobatterien die Energie aufnehmen können.
Die kabellosen Ladegeräte sollten kein Gesundheitsrisiko darstellen, da selbst diejenigen, die leistungsstark genug für Autos sind, Magnetfelder erzeugen würden, die den etablierten Sicherheitsrichtlinien entsprechen.Prototypensystem ermöglicht das kabellose Aufladen von Elektroautos in BewegungIngenieure haben eine kabellose Ladelösung demonstriert, die Objekte in Bewegung mit Strom versorgen kann, die es eines Tages ermöglichen könnten, Elektroautos während der Fahrt aufzuladen.
Die Zukunft
Es gibt zwar bereits drahtlose Ladegeräte für Smartphones, aber sie funktionieren nur, wenn das Telefon still sitzt.
Die Stanford-Elektroingenieure Shanhui Fan und Sid Assawaworrarit bauten vor drei Jahren das erste System, das Objekte in Bewegung drahtlos aufladen konnte, aber die Technologie war zu ineffizient, um außerhalb des Labors nützlich zu sein.
Jetzt haben sie eine Technologie demonstriert, die potenziell skaliert werden könnte, um ein auf der Straße fahrendes Auto mit Strom zu versorgen.
In naher Zukunft könnte das System es möglich machen, Roboter drahtlos aufzuladen, während sie sich in Lagerhallen und Fabrikshallen bewegen, wodurch Ausfallzeiten eliminiert würden und die Roboter fast rund um die Uhr arbeiten könnten.
„Dies ist ein bedeutender Schritt hin zu einem praktischen und effizienten System zum drahtlosen Aufladen von Autos und Robotern, selbst wenn diese sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen“, sagte Fan.
„Wir müssten die Leistung zum Aufladen eines fahrenden Autos erhöhen, aber ich glaube nicht, dass dies eine ernsthafte Straßenblockade darstellt. Für das Aufladen von Robotern sind wir bereits im Bereich des praktischen Nutzens“.
Drahtlose Ladegeräte übertragen Elektrizität, indem sie ein Magnetfeld erzeugen, das mit einer Frequenz schwingt, die eine Resonanzschwingung in Magnetspulen auf dem Empfangsgerät erzeugt. Diese Frequenz ändert sich, wenn sich der Abstand zwischen Quelle und Empfänger auch nur geringfügig ändert.
In ihrem ersten Durchbruch entwickelten die Forscher ein drahtloses Ladegerät, das Elektrizität auch dann übertragen konnte, wenn sich der Abstand zum Empfänger ändert, indem es einen Verstärker und einen Rückkopplungswiderstand enthielt, die es dem System ermöglichten, seine Betriebsfrequenz automatisch anzupassen.
Die Elektroauto Dichte muss größer werden, damit auf unseren Autobahnen solche Lösungen entstehen. Mieter von Tesla-Car-Rent werden sich wohl noch gedulden müssen.