Des chercheurs de l’Université Chalmers en Suède affirment avoir développé une technologie de charge sans fil capable de recharger des batteries jusqu’à 500 kW de puissance sans les connecter à un chargeur via un câble. Ils disent que le nouvel équipement de charge est complet et prêt à démarrer la production à l’échelle commerciale. La technologie n’est pas nécessairement destinée à recharger les voitures particulières, mais elle pourrait être utilisée par les ferries électriques, les bus ou les véhicules autonomes utilisés dans l’exploitation minière ou l’agriculture pour se recharger sans utiliser de bras robotisé ni se brancher.
Yujing Liu, professeur d’énergie électrique au département de génie électrique de Chalmers, se concentre principalement sur la conversion des énergies renouvelables et l’électrification du système de transport. «Vous pouvez avoir un système intégré au quai qui charge le traversier à certains arrêts, en même temps que les passagers montent et descendent. Automatique et totalement indépendante de la météo et du vent, la charge peut avoir lieu 30 à 40 fois par jour. Les camions électriques devront être chargés avec une puissance si élevée que les câbles de charge deviendront très épais et lourds, ce qui les rendra difficiles à manipuler. »
Avancées de la recharge sans fil
Selon Liu, le développement rapide de certains composants et matériaux au cours des dernières années a ouvert la porte à de nouvelles possibilités de charge. « Un facteur clé est que nous avons maintenant accès à des semi-conducteurs de haute puissance à base de carbure de silicium, appelés composants SiC. En tant que produits d’électronique de puissance, ceux-ci ne sont sur le marché que depuis quelques années. Ils nous permettent d’utiliser une tension plus élevée, une température plus élevée et une fréquence de commutation beaucoup plus élevée, par rapport aux composants classiques à base de silicium », dit-il. Ceci est important car c’est la fréquence du champ magnétique qui fixe la limite de la 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. Ensuite, l’induction devient soudainement attrayante », explique Liu. Il ajoute que son groupe de recherche est en contact étroit avec les deux principaux fabricants de modules SiC au monde, l’un aux États-Unis et l’autre en Allemagne.
« Avec eux, le développement rapide des produits s’effectue vers des courants, des tensions et des effets encore plus élevés. Tous les deux ou trois ans, de nouvelles versions sont lancées, qui peuvent en supporter davantage. Ces types de composants sont des catalyseurs importants avec un large éventail d’applications dans les véhicules électriques, pas seulement pour la charge inductive.
Un autre saut technologique récent concerne les fils de cuivre dans les bobines qui émettent et reçoivent respectivement le champ magnétique oscillant qui forme le véritable pont pour le flux d’énergie à travers l’entrefer. Ici, le but est d’utiliser une fréquence aussi élevée que possible. « Ensuite, cela ne fonctionne pas avec des bobines bouclées avec du fil de cuivre ordinaire. Cela conduirait à des pertes très importantes à haute fréquence », explique Liu.
Au lieu de cela, les bobines sont maintenant constituées de «cordes de cuivre» tressées composées de jusqu’à 10 000 fibres de cuivre de seulement 70 à 100 microns d’épaisseur, soit environ la taille d’une mèche de cheveux humains. De telles tresses de fils dits de litz qui conviennent aux courants et aux fréquences élevés n’ont également été disponibles dans le commerce que récemment. Un troisième exemple de nouvelle technologie qui rend possible la charge sans fil à haute puissance est un nouveau type de condensateur qui ajoute la puissance réactive nécessaire à la bobine pour créer un champ magnétique suffisamment puissant.
Ce n’est pas pour tout le monde
Liu souligne que la recharge des véhicules électriques nécessite plusieurs étapes de conversion à la fois entre courant continu et courant alternatif et entre différents niveaux de tension. « Ainsi, lorsque nous disons que nous avons atteint une efficacité de 98 % du courant continu de la station de charge à la batterie, ce chiffre peut ne pas signifier grand-chose si vous ne définissez pas soigneusement ce qui est mesuré. Mais vous pouvez aussi le dire de cette façon. Des pertes se produisent que vous utilisiez une charge conductrice ordinaire ou une charge à l’aide de l’induction. L’efficacité que nous avons maintenant atteinte signifie que les pertes dans la charge inductive peuvent être presque aussi faibles qu’avec un système de charge conductif. La différence est si petite qu’en pratique elle est négligeable, elle est d’environ un ou deux pour cent.
Clean Technica les lecteurs aiment les spécifications, alors voici ce que nous savons, grâce à Électrif. L’équipe de recherche de Chalmers affirme que son système de charge sans fil a une efficacité de 98 % et est capable de taux de transfert CC allant jusqu’à 500 kW par deux mètres carrés avec un espace d’air de 15 centimètres entre le socle au sol et le socle embarqué. Cela correspond à une perte de seulement dix kW ou 2 % de la puissance de charge maximale théorique.
Liu est optimiste quant à cette nouvelle technologie de recharge sans fil. Il ne pense pas que cela remplacera la façon dont nous chargeons les voitures électriques, par exemple. « Je conduis moi-même une voiture électrique et je ne vois pas l’utilité de la recharge par induction à l’avenir. Je rentre chez moi en voiture, je branche… ce n’est pas un problème. Il doute également que cela remplacera les méthodes de charge conventionnelles qui reposent sur un câble. « Il ne faut probablement pas prétendre que la technologie elle-même est plus durable. Mais cela peut faciliter l’électrification des gros véhicules et ainsi accélérer la suppression progressive, par exemple, des ferries à moteur diesel », dit-il.
Il y a une grande différence entre recharger une voiture et recharger un ferry, un avion, un train ou un équipement minier. La plupart des voitures sont garées 95% du temps. La plupart des équipements commerciaux sont en service constant et ne peuvent pas attendre des heures pour se recharger. Liu voit les avantages de la nouvelle technologie de charge inductive applicable à ces scénarios commerciaux. Personne n’a vraiment besoin de recharger son VE à 500 kW dans son garage.
Le but de cette recherche est moins la recharge sans fil elle-même que la façon dont la technologie continue de proposer des façons de faire plus récentes, moins chères et plus efficaces qui feront avancer plus rapidement la révolution des véhicules électriques. Pensez-y comme aux jours grisants de l’ordinateur personnel lorsque les machines les plus récentes et les plus performantes étaient obsolètes avant de les ramener à la maison de Circuit City. (Vous en souvenez-vous ?) Le transport électrique connaît aujourd’hui un élan de créativité similaire. Une si belle chose !
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