Uniwersytet w Purdue prezentuje nowe ładowanie dla ciężarówek EV

Pierwszy odcinek autostrady w USA umożliwia bezprzewodowe ładowanie ciężarówek elektrycznych podczas jazdy

Badania w Indianie przygotowują grunt pod budowę autostrad, które będą ładować pojazdy elektryczne wszystkich rozmiarów w całym kraju.

WEST LAFAYETTE, Ind. — Po raz pierwszy w USA bezprzewodowo naładowano ciężarówkę elektryczną jadącą z prędkością autostradową na drodze, co stanowi kluczową technologię, która może pomóc obniżyć koszty budowy zelektryfikowanych autostrad, z których będą mogły korzystać wszystkie pojazdy elektryczne.

Eksperymentalny odcinek autostrady testuje system, który został zgłoszony do opatentowania przez inżynierów z Uniwersytetu Purdue. Odcinek, zbudowany przez Departament Transportu stanu Indiana (INDOT) , to odcinek o długości ćwierć mili na autostradzie US Highway 52/US Highway 231 w West Lafayette. Naukowcy z Purdue zademonstrowali system ładowania bezprzewodowego tej jesieni, wykorzystując elektryczny ciągnik siodłowy dostarczony przez firmę Cummins.

Zespół nawiązał również współpracę z firmami AECOM, White Construction, Inc. i PC Krause and Associates, Inc. przy opracowywaniu i wdrażaniu różnych części systemu.

„Dzięki temu przełomowemu systemowi Purdue udowodniło, że bezprzewodowe zasilanie dużych pojazdów komercyjnych jest nie tylko technicznie wykonalne, ale może być również praktycznym i skalowalnym rozwiązaniem dla realnego transportu drogowego” — powiedziała Nadia Gkritza , profesor inżynierii lądowej i budowlanej oraz inżynierii rolniczej i biologicznej na Uniwersytecie Purdue .

Pokaz jest częścią wieloetapowego projektu badawczego, który Purdue i INDOT rozpoczęły w 2018 roku. Oprócz finansowania ze strony INDOT za pośrednictwem Wspólnego Programu Badawczego Transportu na Uniwersytecie Purdue, projekt jest powiązany z Centrum Badań Inżynieryjnych czwartej generacji National Science Foundation Engineering Research Center o nazwie Advancing Self-sufficiency through Powered Infrastructure for Roadway Electrification (ASPIRE) .

„INDOT jest dumny ze współpracy z Purdue w tym projekcie” – powiedziała komisarz INDOT Lyndsay Quist. „Chociaż wciąż pozostaje wiele do zbadania, sprawdzamy, co może przynieść przyszłość w zakresie ładowania i transportu ciężkich pojazdów elektrycznych”.

System Purdue demonstruje „dynamiczny bezprzewodowy transfer mocy”, przy czym „dynamiczny” odnosi się do pojazdów w ruchu. Kilka innych stanów i krajów również rozpoczęło testy dróg zaprojektowanych tak, aby umożliwić dynamiczny bezprzewodowy transfer mocy. Jednak umożliwienie tego na autostradach – a zwłaszcza dla naczep i innych pojazdów ciężarowych – stanowi wyjątkowe wyzwanie. Ponieważ pojazdy poruszają się znacznie szybciej na autostradach niż na drogach miejskich, muszą być ładowane z większą mocą.

Zaprojektowany przez Purdue system ładowania bezprzewodowego działa z mocą znacznie wyższą niż ta, którą dotychczas zademonstrowano w USA. Na odcinku testowym w West Lafayette system dostarczył 190 kilowatów do ciężarówki jadącej z prędkością 65 mil na godzinę.

„Żeby to zobrazować, 200 kilowatów to moc odpowiadająca około stu domom” – powiedział Steve Pekarek , profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej im. Edmunda O. Schweitzera III na Uniwersytecie Purdue .

Dlaczego najpierw projektuje się autostrady zelektryfikowane dla ciężarówek?

Dostosowując się do większego zapotrzebowania na energię w przypadku pojazdów ciężarowych, konstrukcja Purdue jest w stanie sprostać również mniejszemu zapotrzebowaniu na energię w przypadku pojazdów innych klas.

„To system zaprojektowany z myślą o najcięższych klasach samochodów ciężarowych, aż po samochody osobowe” – powiedział Aaron Brovont , adiunkt w Szkole Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej Elmore Family School of Electrical and Computer Engineering na Uniwersytecie Purdue.

Ponieważ transport ciężarowy wnosi największy wkład do amerykańskiego produktu krajowego brutto w porównaniu z innymi rodzajami transportu towarowego, obniżenie kosztów ciężkich pojazdów elektrycznych mogłoby pomóc w przyciągnięciu większych inwestycji w elektryfikację autostrad, z których korzystałyby wszystkie klasy pojazdów. Gdyby elektryczne ciężarówki mogły ładować się lub utrzymywać stały poziom naładowania na autostradach, ich akumulatory mogłyby być mniejsze i mogłyby przewozić więcej ładunków, co znacznie obniżyłoby koszty wykorzystania pojazdów elektrycznych w transporcie towarowym.

Zelektryfikowane autostrady mogą również pozwolić na zmniejszenie pojemności akumulatorów w samochodach osobowych.

„Dwiema głównymi barierami dla upowszechnienia pojazdów elektrycznych, przynajmniej dla opinii publicznej, są obawy dotyczące zasięgu – 'O rany, gdzie naładuję akumulator w tym samochodzie?’ – a drugą kwestią są koszty” – powiedział John Haddock , profesor w Lyles School of Civil and Construction Engineering na Uniwersytecie Purdue. „A duża część tych kosztów w przypadku pojazdów elektrycznych wynika z rozmiaru akumulatorów, które muszą być zamontowane, aby zapewnić zasięg 250–300 mil. Dzięki temu systemowi można by jechać samochodem po drodze, a on ładowałby akumulator”.

Autostrady, które ładują pojazdy elektryczne jak smartfony

System opracowany przez naukowców z Purdue pozwala na zasilanie pojazdów elektrycznych z nawierzchni autostrady w sposób podobny do tego, w jaki smartfony ładują się bezprzewodowo, gdy zostaną położone na podkładce.

„Przesyłanie energii przez pole magnetyczne na tak duże odległości jest trudne. A jeszcze większym wyzwaniem jest to, że pojazd ciężarowy porusza się z mocą tysiące razy wyższą niż ta, którą otrzymują smartfony” – powiedział Dionysios Aliprantis , profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Purdue.

Zespół zainstalował cewki nadawcze na specjalnie wydzielonych pasach w betonowej nawierzchni. Cewki te przesyłają prąd do cewek odbiorczych przymocowanych do spodu ciężarówki.

„Cummins jest dumny, że może odegrać rolę w tej inicjatywie, pomyślnie dostosowując prototypowy akumulatorowo-elektryczny samochód ciężarowy klasy 8 do integracji z dynamicznym, bezprzewodowym systemem przesyłu energii o dużej mocy firmy Purdue” – powiedział John Kresse, główny inżynier ds. technologii w Cummins. „Testy drogowe przebiegły wyjątkowo pomyślnie dzięki ścisłej współpracy między naszymi zespołami. Dzięki dużej mocy i obiecującej strukturze kosztów, technologia ta stanowi praktyczne i potencjalnie przełomowe rozwiązanie dla przyszłości komercyjnego transportu drogowego”. 

Inne rozwiązania w zakresie bezprzewodowego ładowania pojazdów elektrycznych również wykorzystują cewki nadawcze i odbiorcze, ale nie zostały one zaprojektowane z myślą o wyższych poziomach mocy, jakich wymagają ciężarówki. Cewki zaprojektowane przez Purdue oferują szerszy zakres mocy – większe pojazdy nie będą potrzebowały wielu niskonapięciowych cewek odbiorczych na przyczepie do ładowania z drogi, co ma na celu zaspokojenie wysokiego zapotrzebowania na moc. Zamiast tego, w projekcie Purdue, pojedynczy zespół cewek odbiorczych jest umieszczony pod ciągnikiem, co znacznie upraszcza cały system.

Naukowcy z Purdue zaprojektowali cewki nadawcze tak, aby mogły pracować w betonowej nawierzchni, która często obsługuje największy ruch, mimo że stanowi ona tylko 20% amerykańskiego systemu autostrad międzystanowych .

Większość rzeczywistych wdrożeń bezprzewodowego ładowania na chodnikach w Stanach Zjednoczonych jest prowadzona przez członków ASPIRE. Purdue jest członkiem-założycielem ASPIRE, a Gkritza jest dyrektorem kampusu ASPIRE na Purdue.

Z siedzibą na Uniwersytecie Stanowym Utah, ASPIRE integruje środowisko akademickie, badania naukowe oraz testy i wdrożenia w warunkach rzeczywistych z ponad 400 członkami z 10 uniwersytetów partnerskich: Purdue, University of Colorado Boulder, University of Texas w El Paso, University of Auckland w Nowej Zelandii, Colorado State University, University of Colorado Colorado Springs, Virginia Polytechnic Institute and State University, Cornell University oraz University of Utah. Do tych uniwersytetów dołącza ponad 70 przedstawicieli przemysłu, rządu i organizacji non-profit ze wszystkich sektorów ekosystemu transportu elektrycznego, a także partnerzy i doradcy społeczni.

„To osiągnięcie odzwierciedla sposób, w jaki nasz rozwijający się ekosystem łączy agencje publiczne, sektor prywatny i badania naukowe, aby przekształcić cele elektryfikacji w rzeczywistość. Jest to dowód na to, że współpraca ta wzmacnia fundamenty pod skalowanie inteligentnych, zelektryfikowanych systemów transportowych w całym kraju” — powiedział Don Linford, dyrektor ds. zaangażowania sektora przemysłu i ekosystemu w ASPIRE na Utah State University.

Opracowanie standardu branżowego w zakresie budowy zelektryfikowanych autostrad

System zespołu był również poddawany dalszym testom, które mają pomóc w opracowaniu standardów branżowych dla dynamicznego, bezprzewodowego przesyłu energii. Mamy nadzieję, że standardy te zachęcą branżę do wdrożenia tej technologii, co jest kluczowym krokiem dla operatorów dróg i departamentów transportu w każdym stanie, aby rozważyć inwestycję w infrastrukturę umożliwiającą ładowanie pojazdów elektrycznych podczas jazdy. Naukowcy planują również zademonstrować swój projekt w różnych klasach pojazdów, w tym w lekkich samochodach osobowych i ciężarówkach.

W kwietniu zespół Purdue otrzymał nagrodę za innowację technologiczną na targach IEEE PES Energy and Policy Forum Innovation Showcase za pracę nad tym systemem.

„Ten projekt jest sztandarowym przykładem udanego partnerstwa publiczno-prywatnego, które stawia Purdue i ASPIRE na pozycji lidera w dziedzinie transportu zelektryfikowanego w długiej perspektywie” – powiedział Gkritza. „To również niezwykłe doświadczenie edukacyjne dla naszych studentów, przenoszące ich z laboratorium do praktyki – okazja, by zobaczyć, jak badania podstawowe przekładają się na rzeczywistą infrastrukturę”.

Źródło: https://www.purdue.edu/newsroom/2025/Q4/first-highway-segment-in-u-s-wirelessly-charges-electric-heavy-duty-truck-while-driving/#note

Materiał pochodzi z cenrtum edukacyjnego Uniwersytetu Purdue w Stanach Zjednoczonych.