domenica 20 novembre 2011

Prospettive della ricarica wireless statica o dinamica

"Scorri e ricarica": c'è un piano dei costruttori di veicoli elettrici per "tagliare il filo"
Gli sviluppi in corso potrebbe lasciare i driver ricaricare le batterie con i campi magnetici


Immagine: Courtesy of University of Michigan
Shanghai Jiao Tong University Joint Institute. 
ELETTRICITA' IN VIAGGIO: La ricarica dinamica senza fili dei veicoli elettrici contribuirebbe ad eliminare la paura che i conducenti potrebbero avere di rimanere bloccati sulla strada con una batteria morta, spesso definita come "range anxiety". Invece della creazione di stazioni di rifornimento lento all'interno di garage, il caricabatterie dovrebbe essere installato nella stessa strada.
Auto elettriche plug-in come la Chevy Volt e la Nissan Leaf hanno appena iniziato a diffondersi nel mercato consumer degli Stati Uniti, ma già alcune case automobilistiche stanno pensando al futuro per il progresso tecnologico successivo, Nissan inclusa: un'auto che si può ricaricare in qualsiasi momento e (quasi) ovunque renderebbe perfettamente felici i consumatori, anche se oggi non ci si pongono problemi di collegare telefoni o altri dispositivi elettronici in ricarica, ma molti non si sono adattati all'idea di collegare una macchina alla fine di un pendolarismo.

Ricarica wireless statica
"Quasi universalmente, tutte le case automobilistiche hanno imparato che i consumatori trovano scomodo collegare per la ricarica un veicolo e la case automobilistiche hanno concluso che devono offrire qualche tipo di  ricarica wireless, a mani libere", afferma David Schatz, direttore del business development e marketing per WiTricity Corp. a Watertown, Massachusetts, che produce caricabatterie senza fili per piccoli dispositivi elettronici come i telefoni e per le automobili. Con il sistema WiTricity, un utente dovrebbe parcheggiare la propria autovettura direttamente su una piastra di carica per non avere a che fare con i fili. Fino a quando la vettura si trova nel campo della stazione di ricarica, l'energia inizia a fluire nella batteria. Il processo si basa su un principio chiamato accoppiamento di risonanza magnetica (pdf). Il dispositivo di carica, costituito da un filo a spirale con piastre di capacità su entrambe le estremità, usa l'elettricità per creare un campo magnetico che risuona ad una frequenza specifica. Proprio come un cantante d'opera può rompere un bicchiere di vino cantando la nota giusta, la bobina emette trasferimenti di energia solo per una bobina ricevente che risuona alla stessa frequenza. L'accoppiamento di risonanza magnetica è pensato per essere più sicuro di altri metodi di ricarica senza fili perché l'intensità del campo può essere aumentata senza influenzare gli altri oggetti non risonanti vicini. La tecnologia, inventata presso il Massachusetts Institute of Technology quattro anni fa, può finire sulle automobili al più presto anche perché il peso è contenuto in 15 chilogrammi. WiTricity l'anno scorso ha collaborato con importanti fornitori di componenti automobilistici come Delphi Electronics per un'autovettura demo e Mitsubishi Motors ha recentemente concordato di lavorare con WiTricity sulle infrastrutture di ricerca.

Ricarica wireless dinamica
Altri ricercatori stanno studiando la ricarica senza fili per il passo successivo: la progettazione di automobili che si possono caricare durante il percorso. La ricarica dinamica contribuirebbe ad eliminare la paura che i conducenti potrebbero avere di rimanere bloccati sulla strada con una batteria morta, spesso definito come "ansia d'autonomia". Un gruppo di ricercatori dell'Università del Michigan-Shanghai Jiao Tong University Joint Institute in Cina sta testando un prototipo di veicolo elettrico, che utilizza un sistema simile alla ricarica ad accoppiamento risonante. Invece di creazione di stazioni di rifornimento all'interno di garage, però, i ricercatori suggeriscono che il caricabatterie dovrebbe essere installato in mezzo alla strada stessa, in modo che le vetture potessero ricaricarsi in movimento. Dato che l'elettricità in questo scenario sarebbe quasi onnipresente, le automobili potrebbero eliminare le pesanti batterie, utilizzando i supercondensatori per immagazzinare l'energia. I supercondensatori potrebbero essere un dispositivo di immagazzinamento ideale per un veloce e frequente ricarica, a differenza del lento e quindi lungo processo utilizzato da molti veicoli plug-in di oggi. Chengbin Ma, ingegnere presso l'istituto, vede questa configurazione perfetta per una flotta di autobus elettrici, perché vedono garantita l'energia dove si fermano. Il Dottor Ma e i suoi colleghi hanno costruito un prototipo di veicolo delle dimensioni di una lattina di caffè che "può davvero muoversi e sostare automaticamente per la ricarica wireless", dice. I passi successivi saranno fare un veicoloelettrico monoposto delle dimensioni di un go-kart, aumentare la potenza del sistema, e perfezionare la ricarica in movimento per le vetture reali.

"Super" condensatori?
D'altra parte, i supercondensatori hanno ancora alcuni problemi tecnici che devono essere risolti. "Io non credo che ci sia una aspettativa enorme per loro", dice Brett Smith, co-direttore di produzione, ingegneria e tecnologia presso il Centro per la Ricerca Automotive, un Ann Arbor, Michigan, senza scopo di lucro che studia l'industria automobilistica. Non ci sono particolari aspettative se realizzati con i materiali tradizionali. "Penso che avranno potenzialmente un costo minore rispetto alle batterie, ma non sono abbastanza robusti. Non fanno ancora ciò che l'industria ha bisogno". Smith dice che non importa quanto i nuovi progressi li hanno fatti progredire, ma ci vorrà una decina di anni prima che si vedano nel mass-market delle auto.
Per quanto riguarda l'impianto di caricabatterie nella massicciata delle strade, è una tecnologia "affascinante nonché molto costosa", dice Smith. Nelle città l'infrastruttura sarà probabilmente costruita prima, perché ce n'è "un bisogno incredibile per la gestione del traffico e l'inquinamento", o almeno di più rispetto alle aree suburbane e rurali. Ancora, "le persone si lamentano dei costi delle infrastrutture per installare solo una stazione di ricarica", dice. Fare infrastrutture più grandi sarà un affare ancora più complicato.

Altre sfide
Oltre i costi, il grande svantaggio di entrambe le tecnologie del dottor Ma e si WiTricity è la distanza. La bobina di ricezione della vettura ha ancora bisogno di essere abbastanza vicina alla bobina di emissione del caricabatterie. Quella di WiTricity, dice Schatz, lavora ad una distanza ottimale di circa 12-18 centimetri. Il sistema del dottor Ma ha limitazioni simili: a circa 50 centimetri di distanza dalla stazione di ricarica, il trasferimento di potenza scende quasi a zero. I sostenitori affermano che un trade-off in termini di efficienza è il prezzo per il vantaggio di non dover usare una spina fisica. "E' una piccola perdita rispetto a quando si collega un veicolo, ma un guadagno enorme in ergonomia, o la facilità di utilizzo", aggiunge Schatz. Nonostante la sfida che la ricarica wireless rappresenta per case automobilistiche e automobilisti, il concetto sta guadagnando slancio. Audi ha presentato una concept car con wireless-recharge che è per metà macchina da corsa e per metà coupé, chiamato semplicemente Audi Urban Concept, presso il Salone di Francoforte dello scorso settembre. Toyota ha recentemente annunciato un accordo di collaborazione con WiTricity a sviluppare la sua tecnologia di ricarica wireless a risonanza. Allo stesso modo, BMW e Siemens stanno collaborando per sviluppare stazioni di ricarica induttiva per l'eventuale utilizzo di taxi. Se tale sviluppo continua con questo ritmo, un futuro con auto elettriche a batteria su strada non può essere troppo lontano.

Ricarica wireless statica prime applicazioni per i veicoli privati a Londra
Dal 2012, le auto elettriche a Londra si caricheranno grazie alla tecnologia wireless. Il progetto, fortemente voluto dal sindaco londinese Boris Johnson e dal Primo Ministro inglese David Cameron, prenderà il via all’inizio del prossimo anno e coinvolgerà 50 vetture opportunamente equipaggiate.
Il funzionamento sarà estremamente semplice, sulla falsa riga di quanto avviene normalmente con i comuni spazzolini elettrici. L’autovettura andrà semplicemente posizionata sopra un “pad” dal quale, attraverso un campo magnetico, riceverà la ricarica. Ancora da definire il numero di punti rifornimento e la loro dislocazione sul territorio londinese, allo studio nei prossimi mesi.
Secondo Andrew Gilbert, vicepresidente esecutivo della Qualcomm per il settore Sviluppo e l’Innovazione:
Ogni volta che si realizza un dispositivo wireless aumenta la percezione tutto sia molto più facile. Il wireless rivoluzionerà il modo in cui le persone utilizzano i punti di ricarica.
Grande soddisfazione espressa anche dal Premier inglese David Cameron, che vede un futuro più che mai “verde” per le imprese britanniche di auto elettriche e per i cittadini londinesi:
Questa tecnologia wireless di ricarica è un enorme passo avanti per l’industria dell’auto elettrica e sono lieto che le imprese londinesi saranno tra le prime a beneficiare del processo.


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