Беспроводная зарядка электротранспорта

Презентация: Беспроводная зарядка электротранспорта

Проблемы и ее решение

В настоящее время в больших мегаполисах остро стоит экологическая проблема: автомобили с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) производят значительные выбросы в атмосферу и становятся всё менее эффективными с экономической точки зрения. Решить данную проблему призваны электромобили. Затраты на пробег в 1 км автомобиля с ДВС составляют 2 рубля, тогда как стоимость пробега 1 км электромобилем составляет всего 0,5 рубля. Однако, электромобили имеют ряд недостатков — это высокая стоимость, отсутствие инфраструктуры для зарядки электромобилей, небольшая дальность пробега. Внедрение системы беспроводной зарядки электромобилей во время движения, разработанной в ГНУ ВИЭСХ, позволит устранить их основные недостатки: снизить стоимость за счет уменьшения емкости аккумулятора, снять ограничения по дальности пробега, создать надёжную и удобную инфраструктуру.

Рынок, его характеристики и размер

По оценкам специалистов объем рынка только в Московском регионе оценивается в 110 тысяч электромобилей к 2020 году, а в целом по России около 300 тысяч. Темпы роста с 2015 года оцениваются в 30% ежегодно.

В первую очередь внедрение электротранспорта будет происходить в области коммерческого транспорта для выполнения задач больших городов (электробусы, такси, специальная дорожная и др. техника). В данном сегменте ключевую роль будет иметь стоимость перевозки пассажиров и суточный пробег электротранспорта. Использование технологии беспроводной зарядки позволит решить эти две проблемы.

Вторым сегментом и этапом внедрения технологии будет являться гражданский электротранспорт. Здесь ключевую роль будет играть первоначальная стоимость электромобиля, максимальный пробег, удобство инфраструктуры. Эти проблемы так же призвана решить наша технология.

В настоящее время активно ведутся исследования по беспроводной зарядке электротранспорта в США, Японии, Корее и т.д. Однако, данные исследования имеют главный недостаток – низкая эффективность  передачи электроэнергии во время движения. Технология, разработанная в ГНУ ВИЭСХ, позволяет осуществлять передачу энергии беспроводным способом во время движения.

В перспективе возможен выход на международный рынок. Ожидается, что ежегодный, мировой объем продаж систем беспроводной зарядки вырастет до 283 тысяч единиц к 2020 году.

Обзор технологии

Беспроводная система передачи электрической энергии из плоскости полотна дороги на электротранспортное средство, перемещающееся по дороге или находящееся неподвижно, основывается на использовании электроиндукционного механизма, где в качестве транслятора энергии работает реактивное электромагнитное поле.

Способ электроснабжения предусматривает передачу электроэнергии по однопроводниковому кабелю, где создаются стоячие волны напряжённости электрического и магнитного поля. Энергия электромагнитного поля в резонансном режиме передаётся электроприёмнику на электротраспортном средстве, при этом  осуществляется сложения полей (магнитного и электрического), что приводит к увеличению передаваемой мощности.

На текущий момент достигнут существенный научный и практический задел в этой области. Во время экспериментов специалистам ГНУ ВИЭСХ удалось передавать беспроводным способом энергию равную 4 кВт на расстояние 15 см.

После завершения НИОКР разработчики ГНУ ВИЭСХ ожидают получить следующие результаты: КПД = 90%, расстояние передачи (клиренс электромобиля) = до 30 см, мощность передачи до 50 кВт (что позволяет работать в режиме быстрой зарядки).

Разработка беспроводной зарядки для электротранспорта защищена несколькими патентами РФ, в том числе:

  • Патент № 2411 142 от 10.02.2011 Бюл. № 4 Способ беспроводной передачи электрической энергии и устройство для его осуществления   Стребков Д.С., Юферев Л.Ю., Верютин В.И., Рощин О.А., Трубников В.З.
  • Патент № 2423 746 от 20.03.2011 Бюл. № 8 Электрический высокочастотный резонансный трансформатор (варианты) Стребков Д.С., Трубников В.З., Некрасов А.И., Некрасов А.А., Рощин О.А., Юферев Л.Ю.

Бизнес модель

По результатам коммерциализации данной разработки будет создано производственное предприятие выпускающего следующую продукцию:

1)    Приемные модули, устанавливаемые на электромобили. В роли заказчиков приемных модулей будут выступать производители электромобилей, которые будут предлагать данное устройство, как опцию конечному потребителю (т.е. водителям транспортных средств). Ориентировочная стоимость такого модуля составит порядка 40 тыс. рублей, а с учетом установки на электромобиль порядка 55 тыс. рублей для конечного пользователя.

2)    Передающие модули необходимые для работы зарядной инфраструктуры. Заказчиками данных модулей будут интеграционные и сервисные компании занимающиеся строительством зарядной инфраструктуры. Ориентировочная стоимость передающего модуля составит порядка 2 млн. рублей на 1 километр трассы.

Основные этапы развития и бюджет

Этап №1: Проведение научно-исследовательской работы (НИР). В рамках НИР необходимо подобрать оптимальные режимы работы системы для максимальной эффективности передачи энергии беспроводным способом, провести исследование по электробезопасности и электромагнитной совместимости. Бюджет данного этапа составляет 5,1 млн. рублей, срок выполнения – 9 месяцев.

Этап №2: Проведение опытно-конструкторской работы (ОКР). В рамках ОКР необходимо подготовить технические условия совместно с производителями электромобилей, спроектировать, установить и протестировать во всех режимах приемный модуль на электромобиле. Бюджет данного этапа составляет 15,4 млн. рублей, срок выполнения – 18 месяцев.

Этап №3: Проведение пилотного проекта. В рамках пилотного проекта планируется подготовить участок автомагистрали с интегрированным передающим модулем, провести тестирование электромобилей в различных погодных условиях и при различной нагрузке на беспроводную инфраструктуру. Бюджет данного этапа будет определен по результатам этапов №1 и №2, срок выполнения – 12 месяцев.

Этап №4: Организация производства приемных и передающих модулей. Бюджет данного этапа будет определен по результатам этапа №1 и №2, срок выполнения – 12 месяцев.

Команда руководителей

1)    Научный руководитель проекта – Трубников В.З.

С 1961 г. по 2005 г. работал в электронной промышленности разработчиком измерительного и технологического оборудования для производства полупроводниковых и ЦМД приборов. Является главным идеологом и разработчиком технологии беспроводной зарядки в ГНУ ВИЭСХ. В ГНУ ВИЭСХ работает с 2005 года.

2)    Научный сотрудник – Некрасов А.И.

Достижения: Имеет 245 научных работ, в том числе 18 книг, монографий, методических рекомендаций и брошюр, 47 патентов и авторских свидетельств  на изобретения. В ГНУ ВИЭСХ работает с 1981 года.