Εισαγωγή
Το καλώδιο φόρτισης τείνει να γίνει το σύμβολο της ηλεκτροκίνησης. Όταν θέλουμε να κάνουμε κάποια αναφορά στη νέα αυτή τεχνολογία συνήθως φωτογραφίζουμε ένα καλώδιο φόρτισης συνδεδεμένο στην αντίστοιχη υποδοχή ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου. Αυτό το σύμβολο όμως δεν παύει στην πραγματικότητα να αποτελεί και μια ενοχλητική διαδικασία για τον οδηγό του αυτοκινήτου από την οποία, για πολλούς λόγους, θα ήθελε να απαλλαγεί.
Το καλώδιο φόρτισης, συγκρινόμενο με τη μάνικα των αντλιών βενζίνης, είναι περισσότερο απαιτητικό και η χρήση του απαιτεί κάποιες βασικές γνώσεις. Σημαντική διαφοροποίηση στη σύγκριση αυτή αποτελεί και το ότι η μάνικα συνδέει το αυτοκίνητο με την αντλία βενζίνης για ελάχιστα μόνο λεπτά σε κάθε ανεφοδιασμό ενώ το καλώδιο φόρτισης το συνδέει με την πηγή παροχής ηλεκτρικής ενέργειας από μισή ώρα έως και πολλές ώρες ανάλογα με τον εκάστοτε τρόπο φόρτισης. Υπάρχει ποικιλία τύπων ακροδεκτών και θα πρέπει να μάθει κανείς να τους αναγνωρίζει. Με άλλο τύπο καλωδίου γίνεται η φόρτιση από μια απλή οικιακή πρίζα και άλλου τύπου καλώδιο θα χρησιμοποιήσουμε για τη φόρτιση από μια μεγαλύτερης ισχύος επίτοιχη ηλεκτροπαροχή (όταν δεν διαθέτει δικό της καλώδιο αλλά προσφέρει ρευματοδότη για τη σύνδεσή της). Η ανάγκη να διαθέτει κανείς αποθηκευμένα στο αυτοκίνητό του διάφορα τέτοια καλώδια τα οποία να ξετυλίγει και να τυλίγει όταν τα χρειάζεται είναι επίσης ενοχλητική.
Εδώ και πολλά χρόνια είναι γνωστή η δυνατότητα μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας χωρίς τη χρήση συνδετικού αγωγού (καλωδίου). Το πρόβλημα είναι ότι αυτή η «επαγωγική» (θα μπορούσαμε να την αποκαλέσουμε και «ασύρματη») μεταφορά απαιτεί ειδικές ηλεκτρολογικές διατάξεις τόσο προς την πλευρά της πηγής της ηλεκτρικής ενέργειας όσο και προς την πλευρά του αποδέκτη (του «φορτίου» όπως συνήθως αποκαλείται) ο οποίος, στην περίπτωσή μας, είναι η συστοιχία των συσσωρευτών του αυτοκινήτου. Η μεταξύ τους απόσταση (η απόσταση μεταφοράς) πρέπει να είναι μικρή για να μην υπάρχουν μεγάλες απώλειες και τέλος ο ρυθμός μεταφοράς της ηλεκτρικής ενέργειας, επι του παρόντος τουλάχιστο, είναι σχετικά βραδύς συγκρινόμενος με τους ρυθμούς που επιτυγχάνονται με τις αγώγιμες (καλωδιακές) συνδέσεις.
Όπως όμως συμβαίνει με όλες τις τεχνολογικές εξελίξεις, τα μειονεκτήματα οποιασδήποτε εφαρμογής η οποία προσφέρει λύσεις σε προβλήματα ή βελτιώνει την ποιότητα της ζωής μας, ποτέ δεν αποθαρρύνουν την έρευνα, η δε επιμονή των επιστημόνων συνήθως τα εξαφανίζει ή τα μειώνει σε βαθμό τέτοιο που να μην εμποδίζουν την αξιοποίηση της.
Αυτό συμβαίνει και με την επαγωγική φόρτιση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Τόσο η μέχρι σήμερα πορεία αυτής της τεχνολογίας όσο και οι αναδυόμενες, λόγω της ευρείας χρήσης της ηλεκτροκίνησης, εξειδικευμένες περιπτώσεις στις οποίες θα είναι εξαιρετικά επωφελής, συνηγορούν στην πρόβλεψη γρήγορης εμφάνισής της στην αγορά σε πολλές και ενδιαφέρουσες εφαρμογές.
Επαγωγική φόρτιση μπορούμε να έχουμε δύο ειδών, τη στατική και τη δυναμική. Η πρώτη αναφέρεται σε πομπό ηλεκτρικής ενέργειας τοποθετημένο σε σταθερό σημείο, συνήθως στο επίπεδο του δρόμου ή και εμβαπτισμένο στη μάζα της επίστρωσής του, και σε δέκτη στο κάτω μέρος του αυτοκινήτου το οποίο έρχεται και σταθμεύει ακριβώς πάνω από τον πομπό παραμένοντας εκεί ακίνητο για όλη τη διάρκεια της φόρτισης. Η δεύτερη αναφέρεται σε αυτοκίνητο το οποίο διαθέτει δέκτη στο κάτω μέρος του και το οποίο διέρχεται κινούμενο πάνω από πολλούς, διαδοχικά τοποθετημένους στην επιφάνεια του δρόμου πομπούς ηλεκτρικής ενέργειας, φορτιζόμενο με τον τρόπο αυτό «εν κινήσει».
Η δυναμική φόρτιση μπορεί στο μέλλον να εξασφαλίσει αέναη κίνηση αυτόνομων ηλεκτρικών αυτοκινήτων τα οποία θα κινούνται συνεχώς στην ίδια συγκεκριμένη διαδρομή η οποία κατά μήκος της θα είναι εφοδιασμένη με διαδοχικούς πομπούς ηλεκτρικής ενέργειας εγκιβωτισμένους στα υλικά κατασκευής της.
Η Πρώτη τυποποίηση της επαγωγικής φόρτισης
Είναι γνωστό ότι η εφαρμοσμένη τεχνολογία απαιτεί κανόνες τυποποίησης. Χωρίς αυτά τα «πρότυπα», όπως τα αποκαλούμε, θα επικρατούσε χαοτική και εντόνως αντιοικονομική κατάσταση κατά την οποία κάθε κατασκευαστής θα προσέφερε στους πελάτες του συσκευές ίδιας μεν λειτουργικής χρησιμότητας αλλά με εντελώς διαφορετικά τεχνικά χαρακτηριστικά έτσι ώστε η ένταξή τους σε ολοκληρωμένα συστήματα να απαιτεί και μια ιδιαίτερη τεχνική προσαρμογής για κάθε έναν από αυτούς.
Άλλωστε από το στάδιο αυτό πέρασαν κατά το παρελθόν όλες οι απόπειρες ερευνητών η φιλόδοξων παραγωγών να επιδείξουν συστήματα επαγωγικής φόρτισης για ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Ο χρόνος βέβαια έφερε την αναγκαία ωρίμανση και έτσι η SAE (Society of Automotive Engineers) πρόσφατα ανακοίνωσε την πρώτη σε παγκόσμιο επίπεδο τυποποίηση συστήματος επαγωγικής φόρτισης ηλεκτρικού αυτοκινήτου με στόχο τον συντονισμό των προσπαθειών και την επιτάχυνση των εξελίξεων αυτής της τεχνολογίας.
Το πρότυπο αυτό (SAE J2954) αναφέρεται πλέον σε μονάδες επαγωγικής φόρτισης ηλεκτρικών αυτοκινήτων ισχύος μέχρι 11 kW. Όπως συμβαίνει και με τις τυποποιήσεις SAE άλλων μεθόδων φόρτισης των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, το πρότυπο J2954 θα χρησιμοποιηθεί για την εναρμόνιση των νέων συστημάτων επαγωγικής φόρτισης εξασφαλίζοντας τη διαλειτουργικότητα μεταξύ του εξοπλισμού υποδομής επαγωγικής φόρτισης και των προς επαναφόρτιση ηλεκτρικών αυτοκινήτων ανεξαρτήτως του κατασκευαστή τους.
Σύστημα επαγωγικής φόρτισης για το BMW 5-Series plug–in hybrid
Η επαγωγική φόρτιση επιτυγχάνεται μέσω της δημιουργίας ενός πεδίου μαγνητικού συντονισμού μεταξύ της μονάδας του πομπού, ο οποίος βρίσκεται στο έδαφος, και της μονάδας του δέκτη που βρίσκεται στο κάτω μέρος του αυτοκινήτου το οποίο σταθμεύει ακριβώς πάνω από τον πομπό. Ασυρματικά σήματα μεταξύ του αυτοκινήτου και του συστήματος φόρτισης καθορίζουν την έναρξη και τη λήξη της φόρτισης και την ελέγχουν σε ολόκληρη τη διάρκειά της.
Λειτουργικό διάγραμμα συστήματος επαγωγικής φόρτισης προτύπου SAE J2954
Η φόρτιση του αυτοκινήτου γίνεται τώρα τόσο απλή και εύκολη όσο και το σταμάτημα του αυτοκινήτου όταν θελήσουμε να αποβιβασθούμε από αυτό. Το πρότυπο SAE J2954 εξασφαλίζει απόλυτη ελευθερία κινήσεων ελέγχοντας αυτόματα τη όλη διαδικασία φόρτισης, δηλώνει ο κ. Jesse Schneider, πρόεδρος της ομάδας εργασίας για τη δημιουργία αυτού του προτύπου.
Χρειάστηκε πολύς χρόνος για να φτάσουμε στο αποτέλεσμα (η ομάδα άρχισε να εργάζεται το 2007) αλλά αυτό ήταν απαραίτητο προκειμένου να εξελιχθεί η τεχνολογία σε σημείο τέτοιο ώστε με 25 εκατοστόμετρα απόσταση μεταξύ πομπού και δέκτη το σύστημα να επιτυγχάνει 94% απόδοση στη μεταφορά της ενέργειας από το δίκτυο στη συστοιχία των συσσωρευτών του αυτοκινήτου. Με επιπρόσθετες μάλιστα εξωτερικές προεκτάσεις το πρότυπο J2954 είναι ικανό να εξυπηρετήσει και την επαναφόρτιση των αυτόνομων αυτοκινήτων χωρίς την παραμικρή παρέμβαση του ανθρώπινου παράγοντα.
Το πρότυπο αυτό αποτελεί ορόσημο στην εξελικτική πορεία της τεχνολογίας της επαγωγικής φόρτισης η οποία είχε ατονήσει για αρκετά χρόνια κυρίως γιατί η έρευνα γινόταν ασυντόνιστα και χωρίς κοινά αποδεκτές αφετηρίες και τελικούς στόχους. Ότι είχε επιτευχθεί όλον αυτό τον καιρό αφορούσε μεμονωμένες πειραματικές εφαρμογές χαμηλής ισχύος επαγωγικής μεταβίβασης ενέργειας
Σε κάποια χρονική φάση η BMW προσέφερε, με το μοντέλο της 530e plug–in, μια πλατφόρμα δοκιμών σε ισχύ 3,2 kW. Γρήγορα όμως, όπως και άλλοι κατασκευαστές, δήλωσε ότι για να συνεχίσει τις προσπάθειες θα έπρεπε να θεσπισθούν πρότυπα επί των οποίων να βασίσει την περαιτέρω εξελικτική προσπάθεια.
Υπήρξαν επίσης και ανακατατάξεις στο χώρο των επιχειρήσεων που θέλησαν να δραστηριοποιηθούν στη συγκεκριμένη εφαρμογή, με βλέψη βέβαια την μελλοντική εμπορική της εκμετάλλευση. Ένας από τους μεγαλύτερους παίκτες στο πεδίο αυτό υπήρξε η εταιρεία Qualcomm ή οποία κάποια στιγμή πούλησε την μέχρι τότε αποκτημένη εμπειρία της στην εταιρεία WiTricity, επίσης ενδιαφερόμενη για την ανάπτυξη των εφαρμογών επαγωγικής φόρτισης.
Μια άλλη δυνατότητα, που ασφαλώς θα έλθει στο προσκήνιο μελλοντικώς, είναι και η επίτευξη επαγωγικής μεταφοράς ενέργειας με πολύ υψηλή ισχύ με στόχο την υποκατάσταση των συστημάτων ταχείας φόρτισης με εξωτερικούς φορτιστές συνεχούς ρεύματος συνδεδεμένους με καλώδιο με το επαναφορτιζόμενο ηλεκτρικό όχημα. Το τρέχον πρότυπο J2954 δεν καλύπτει βέβαια τέτοιες εφαρμογές αλλά τίποτα δεν εμποδίζει την εν καιρώ έκδοση νεότερων εκδόσεων που θα ικανοποιούν και τις ανάγκες της ταχείας επαγωγικής επαναφόρτισης.
Η δυναμική μορφή της επαγωγικής φόρτισης των συσσωρευτών ενός οχήματος εν κινήσει βρίσκεται ήδη στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος και είναι βέβαιο ότι πολλές ενδιαφέρουσες προτάσεις θα υπάρξουν συντόμως όπως και πολλά πιλοτικά συστήματα θα εγκατασταθούν και θα δοκιμαστούν, σε διάφορα μέρη του κόσμου, κυρίως σε μικρές διαδρομές που θα εξυπηρετούνται από αυτόνομα οχήματα, το οποία δεν θα χρειάζονται πλέον ποτέ επαναφόρτιση των συσσωρευτών τους.
Σύστημα δυναμικής επαγωγικής φόρτισης κατασκευής Electreon
Τέλος μια άλλη, κυριολεκτικά επαναστατική λύση, βρίσκεται στο στάδιο δοκιμών και χρησιμοποιεί για την κατασκευή των πομπών επαγωγικής μεταφοράς ενέργειας μαγνητικά υλικά τα οποία αναμιγνύονται με τα δομικά υλικά των οδικών κατασκευών. Η τεχνολογία αυτή θα επιτρέψει να κατασκευασθούν μεγάλου μήκους χώροι στάθμευσης ηλεκτρικών αυτοκινήτων ταξί (πιάτσες ταξί) τα οποία όσο βρίσκονται μέσα στην έκταση αυτού του χώρου θα επαναφορτίζουν τους συσσωρευτές τους αδιάκοπα και χωρίς καμιά μέριμνα εκ μέρους του οδηγού διατηρώντας πλήρη ελευθερία κινήσεων σε ολόκληρο το μήκος αυτής της «επαγωγικής πιάτσας», ακόμα δε και αναμιγνυόμενα με άλλα συμβατικά ταξί τα οποία επίσης θα περιμένουν τη σειρά τους για να μισθωθούν.
Η εφαρμογή αυτή θα δώσει πλήρη ελευθερία κινήσεων στους οδηγούς ηλεκτρικών ταξί και θα προκαλέσει εκρηκτική διάδοση της ηλεκτροκίνησης στον κόσμο αυτής της κατηγορίας των επαγγελματιών του τομέα των μεταφορών οι οποίοι όχι μόνο θα κυκλοφορούν με περιβαλλοντικά καθαρά αυτοκίνητα στα μεγάλα αστικά κέντρα αλλά και θα είναι παντελώς απαλλαγμένοι από τη μέριμνα του ανεφοδιασμού τους με ενέργεια την οποία θα είχαν ακόμα και εάν χρησιμοποιούσαν συμβατικά αυτοκίνητα.
Ήδη 25 ηλεκτρικά ταξί της Νορβηγικής πρωτεύουσας εξοπλίστηκαν με συστήματα επαγωγικής φόρτισης και εκμεταλλεύονται σειρές πομπών οι οποίοι έχουν ενσωματωθεί στο έδαφος της πιάτσας τους. Ο στόλος αυτός αποτελούμενος από ηλεκτρικές Jaguar I–pace αποτελεί πιλοτική εφαρμογή που εντάσσεται στο κρατικό πρόγραμμα εξηλεκτρισμού των ταξί της Νορβηγίας.
Αντίστοιχες εφαρμογές στατικής και δυναμικής επαγωγικής φόρτισης θα υλοποιηθούν και από άλλους κλάδους μεταφορών οι οποίοι αντιμετωπίζουν τη διαδικασία της χρήσης καλωδίων φόρτισης ως άκρως ενοχλητική και παρεμποδίζουσα την ευρύτερη διάδοση της ηλεκτροκίνησης στο χώρο τους.
Όλα δείχνουν λοιπόν ότι δεν είναι και πολύ μακριά η εποχή που τα καλώδια φόρτισης των ηλεκτρικών αυτοκινήτων θα αποτελούν ανάμνηση του αρχικού τρόπου εφαρμογής της ηλεκτροκίνησης
Διονύσης Νέγκας
Επίτιμος πρόεδρος ΕΛ.ΙΝ.Η.Ο.
