Les ferries et les véhicules électriques pourraient bientôt être rechargés sans fil après une percée technologique passionnante.
Jusqu’à présent, la charge inductive – où il n’y a pas de contact entre l’appareil et le conducteur – n’a pas été en mesure de fournir la puissance élevée qui véhicule électrique besoin de piles. La méthode n’a fonctionné que pour les petits appareils, comme les brosses à dents électriques et certains téléphones portables.
Mais de nouveaux composants ont permis aux scientifiques d’une université suédoise de montrer que la recharge des ferries urbains et des bus urbains est possible sans mains humaines ou robotiques.
C’est une étape vitale pour l’électrification de nos systèmes de transportsdit celui qui a assemblé les morceaux.
« Vous pouvez avoir un système intégré au quai qui charge le ferry à certains arrêts pendant que les passagers montent et descendent », explique le professeur Liu, professeur d’ingénierie de l’énergie électrique à Université de technologie Chalmers à Göteborg.
« Automatique et totalement indépendante des conditions météorologiques et du vent, la charge peut avoir lieu 30 à 40 fois par jour. »
C’est l’application la plus évidente que Liu voit pour la technologie de transfert de puissance inductive, ce qui contribuerait à accélérer l’élimination progressive des polluants. bateaux diesel.
Quels sont les nouveaux composants à l’origine de la percée ?
Un fil de cuivre aussi fin qu’un cheveu humain est l’un des nouveaux matériaux qui fait de la transmission de haute puissance dans l’air une proposition réaliste.
L’autre est un nouveau type de semi-conducteur au carbure de silicium. Le silicium est utilisé depuis longtemps dans les appareils électriques (comme puces informatiques) en raison de ses propriétés naturellement semi-conductrices ; avec une résistance électrique plus élevée qu’un isolant, mais inférieure à un conducteur, l’élément non métallique contrôle le courant en permettant aux électrons de circuler lorsqu’une tension particulière est appliquée.
Le carbure de silicium est un composé où le carbone est lié au silicium. En tant que source d’alimentation pour les produits électriques, il n’est sur le marché que depuis quelques années, explique Liu.
« Un facteur clé est que nous avons désormais accès à des semi-conducteurs de haute puissance à base de carbure de silicium, connus sous le nom de ‘composants SiC’ », déclare-t-il. « Ils nous permettent d’utiliser des tensions plus élevées, des températures plus élevées et des fréquences de commutation beaucoup plus élevées, par rapport aux composants traditionnels à base de silicium. »
Comment fonctionne la charge par induction ?
Pour comprendre ce que cela a à voir avec la suralimentation d’un bus ou d’un ferry électrique, nous devons comprendre les bases de la recharge par induction.
La charge par induction signifie que le courant peut sauter sur une courte distance ; à travers l’air, l’eau et d’autres matériaux non métalliques – sans aucun contact ni conducteur.
Nos maisons regorgent d’exemples. En induction cuisinières, un courant alternatif à haute fréquence traverse une bobine métallique pour produire un champ magnétique oscillant. Celui-ci pénètre dans le métal d’une casserole, y induisant un courant qui réchauffe vos aliments.
Ou dirigez-vous vers la salle de bain; Les brosses à dents électriques ont une bobine dans leur partie inférieure et une seconde dans la base de chargement. Lorsqu’il est branché sur le secteur, le courant à l’intérieur de la bobine de charge crée un champ magnétique changeant qui fait circuler un courant à l’intérieur de la bobine de la brosse à dents sans que les deux ne se touchent.
Pour recharger véhicules électriques, le but n’est pas de développer de la chaleur (ou de faire briller vos dents). La charge inductive envoie de l’énergie à la bobine à bord du véhicule via le champ magnétique. La bobine le convertit en courant alternatif, puis le retransforme en courant continu pour recharger les batteries.
Pourquoi la recharge sans fil des gros véhicules électriques est-elle désormais possible ?
Le fait que les composants SiC puissent fonctionner à des fréquences plus élevées est essentiel, car c’est la fréquence du champ magnétique qui limite la quantité de puissance pouvant être transférée entre deux bobines d’une taille donnée.
«Les systèmes précédents de recharge sans fil des véhicules utilisaient des fréquences d’environ 20 kHz, un peu comme une cuisinière normale. Ils devenaient encombrants et le transfert d’énergie n’était pas très efficace. Maintenant, nous travaillons avec des fréquences quatre fois plus élevées. Du coup, l’induction devient attractive », explique Liu.
Mais le cuivre les fils dans les bobines doivent également pouvoir envoyer et recevoir le champ magnétique à une fréquence plus élevée.
« Cela ne fonctionnera pas avec des bobines de cuivre en boucle ordinaires. Cela conduirait à des pertes très importantes à haute fréquence », explique Liu.
Les nouvelles bobines sont faites de «cordes de cuivre» tressées. Ceux-ci comprennent jusqu’à 10 000 fibres de cuivre, chacune d’une épaisseur comprise entre 70 et 100 microns, un peu comme une mèche de cheveux. Connues sous le nom de « fils de Litz », ces tresses – optimisées pour des courants et des fréquences plus élevés – sont également disponibles dans le commerce depuis quelques années.
Que les véhicules électriques soient chargés à l’aide d’une charge inductive ou d’une charge conductrice par câble ordinaire, des pertes d’énergie sont inévitables.
Mais la percée de ces nouveaux matériaux signifie que la méthode inductive est désormais presque aussi efficace que la charge ordinaire. « La différence est si petite qu’elle est pratiquement négligeable », dit Liu, « c’est environ un ou deux pour cent ».
Les voitures électriques seront-elles également rechargées sans fil ?
Outre les ferries et les bus électriques, les véhicules électriques sans conducteur utilisés dans l’industrie, l’exploitation minière et l’agriculture pourraient bénéficier de la recharge sans fil à l’avenir.
Cependant, Liu ne pense pas que la charge par induction remplacera éventuellement la charge avec un câble.
« Je conduis un Voiture électrique moi-même et je ne vois pas que j’aurais une utilité pour la charge par induction à l’avenir. Je rentre chez moi en voiture, je branche… ce n’est pas un problème ».
« On ne devrait probablement pas prétendre que la technologie elle-même est plus durable », dit-il. Mais cela peut faciliter les choses lors de l’électrification de gros véhicules et ainsi accélérer l’élimination progressive de choses comme les ferries diesel.
Les résultats de son groupe de recherche ont attiré beaucoup d’attention, ajoute-t-il, car ils sont parmi « les meilleurs au monde » dans cette classe de puissance.