Dopo gli sviluppi della ricerca sulla ricarica wireless in risonanza magnetica, la SAE sta per svelare lo standard per la ricarica wireless J2954: orientamenti entro la fine del 2012
Un'altra notizia positiva riguarda i lavori della taskforce SAE sulla ricarica wireless ad induzione magnetica di veicoli elettrici plug-in, che ha il compito di sviluppare lo standard conosciuto come J2954. Infatti, la task force rilascerà il suo progetto definitivo delle linee guida standardizzate per la fine dell'anno 2012, secondo la Society of Automotive Engineers (SAE).
Secondo le emergenti linee guida J2954, le comunicazioni per la ricarica wireless si baseranno su DSRC. Fonte: J2954.
Più in dettaglio, l'obiettivo della task force è inizialmente quello di creare una linea guida per i progetti dimostrativi e di verifica della progettazione e successivamente standardizzare il sistema del 2015 con le conferme provenienti dal campo.
Per il trasferimento di energia senza fili (WPT), in sostanza, l'utente non deve fare altro che parcheggiare il veicolo nel posto giusto. L'integrazione della comunicazione DSRC (su specifiche individuate da comitati misti SAE/DSCR) permette di aumentare la capacità di interconnessione senza fili rispetto alle attuali comunicazioni con V2Infrastructure assistenza nella posizione di caricabatterie disponibili, l'imposizione automatica sicura e di fatturazione e di opzioni come la connettività con smart grid. Fin dal lancio alla fine del 2010, la task force è ora cresciuto fino a comprendere sei sottogruppi: Allineamento e delle comunicazioni (in coordinamento con SAE Communications Hybrid e SAE comitati DSRC e il US Department of Transportation (DOT); test e validazione, verifica di ricarica wireless per quanto riguarda prestazioni, sicurezza, interoperabilità e la comunicazione, l'interoperabilità, la frequenza determinazione WPT e wireless carica Bus.
Ci sono una serie di temi sotto l'egida della J2954, tra cui:
I sistemi di comunicazioni per la ricarica wireless utilizzeranno sistemi DSRC (Dedicated Short Range Communications). Si tratta di uno sforzo coordinato tra gli istituti statunitensi DOT, SAE DSRC e SAE Comitato per le comunicazioni, e si aprirà numerose opportunità anche per le comunicazioni di veicoli elettrici (V2Grid, V2V), per la fatturazione e la smart grid, nota Schneider.
Come parte del suo lavoro su come individuare la frequenza di funzionamento centrale per il WPT, la task force ha emesso una richiesta di informazioni sulle frequenze di disturbo (per esempio, automotive, comunicazioni, medicali, orologi, ecc), al fine di determinare quali frequenze sono disponibili per il sistema di ricarica wireless. Ciò è necessario prima di una determinazione della frequenza di ricarica che sia possibile standardizzare e dovrebbero comprendere le possibilità di una seconda e terza armonica.
"La ricarica wireless consente al cliente la possibilità di avere la ricarica trasparente per tutti i tipi di veicoli a trazione elettrica come quelli a batteria plug-in, quelli con motore a combustione (PHEV), a celle a combustibile (FC), attraverso una connessione senza soluzione di continuità tra presa di alimentazione fino al caricabatterie di bordo e automatizzando il processo di ricarica", ha detto Jesse Schneider, coordinatore del gruppo di lavoro SAE J2954. "Per avviare il trasferimento senza fili di energia, in sostanza, l'utente non deve fare altro che parcheggiare il veicolo nel punto giusto".
Gli argomenti di discussione aperti nell'ambito della task force J2954 sono:
Dopo i test preliminari, in corso dal 2013, il SAE J2954 prevede che il suo standard per la ricarica wireless delle auto elettriche sarà pienamente applicato entro la fine del 2015.
Gli argomenti di discussione aperti nell'ambito della task force J2954 sono:
- Classificazione dei tipi di ricarica e criteri di efficienza minimi
- Interoperabilità
- Comunicazioni e software
- Validazione dei test
- L'allineamento tra bobina del veicolo e la bobina di unità wireless
- Posizione e orientamento sul veicolo
- Sicurezza
- Design convalida e test di verifica
Dopo i test preliminari, in corso dal 2013, il SAE J2954 prevede che il suo standard per la ricarica wireless delle auto elettriche sarà pienamente applicato entro la fine del 2015.
Per il trasferimento di energia senza fili (WPT), in sostanza, l'utente non deve fare altro che parcheggiare il veicolo nel posto giusto. L'integrazione della comunicazione DSRC (su specifiche individuate da comitati misti SAE/DSCR) permette di aumentare la capacità di interconnessione senza fili rispetto alle attuali comunicazioni con V2Infrastructure assistenza nella posizione di caricabatterie disponibili, l'imposizione automatica sicura e di fatturazione e di opzioni come la connettività con smart grid. Fin dal lancio alla fine del 2010, la task force è ora cresciuto fino a comprendere sei sottogruppi: Allineamento e delle comunicazioni (in coordinamento con SAE Communications Hybrid e SAE comitati DSRC e il US Department of Transportation (DOT); test e validazione, verifica di ricarica wireless per quanto riguarda prestazioni, sicurezza, interoperabilità e la comunicazione, l'interoperabilità, la frequenza determinazione WPT e wireless carica Bus.
Ci sono una serie di temi sotto l'egida della J2954, tra cui:
- Classificazione dei diversi tipi di carica e di efficienza minima per la ricarica tipo;
- Interoperabilità, in particolare la banda di frequenza di funzionamento della centrale di carica;
- Comunicazioni e software (in armonia con caricamento conduttivo SAE);
- Validazione di test (veicolo, caricabatterie, sistema);
- Assistere il parcheggio per un ottimale allineamento della bobina secondaria del veicolo e la bobina primaria dell'unità di ricarica senza fili (sistema di alimentazione EV, EVSE);
- Posizione a bordo veicolo e l'orientamento del caricatore;
- Elementi di sicurezza, tra cui il rilevamento di ostacoli, sia organici che inorganici, i livelli di campo magnetico, lo stato di carica della batteria e il rate, test di sviluppo di temperatura, e scosse elettriche;
- Progettazione e validazione di test di verifica per la ricarica wireless.
- Determinare i criteri minimi di prestazione per la ricarica (efficienza) attraverso il consenso del team con il contributo di studi di settore;
- Sviluppare criteri di sicurezza anche attraverso il coordinamento con la raccolta dati;
- Sviluppare protocollo di prova per la sicurezza e le prestazioni di ricarica wireless;
- Creare una matrice di tecnologie wireless di ricarica disponibili con ingresso fornitore EVSE e determinare la frequenza di ricarica con ingresso da parte di gruppi industriali (SAE/IEEE) ed enti pubblici (FCC/FDA);
- Sviluppare una interfaccia comune per la bobina primaria del veicolo, facilitando l'interoperabilità di ricarica wireless;
- Sviluppare il protocollo e determinare i mezzi di comunicazione.
I sistemi di comunicazioni per la ricarica wireless utilizzeranno sistemi DSRC (Dedicated Short Range Communications). Si tratta di uno sforzo coordinato tra gli istituti statunitensi DOT, SAE DSRC e SAE Comitato per le comunicazioni, e si aprirà numerose opportunità anche per le comunicazioni di veicoli elettrici (V2Grid, V2V), per la fatturazione e la smart grid, nota Schneider.
Come parte del suo lavoro su come individuare la frequenza di funzionamento centrale per il WPT, la task force ha emesso una richiesta di informazioni sulle frequenze di disturbo (per esempio, automotive, comunicazioni, medicali, orologi, ecc), al fine di determinare quali frequenze sono disponibili per il sistema di ricarica wireless. Ciò è necessario prima di una determinazione della frequenza di ricarica che sia possibile standardizzare e dovrebbero comprendere le possibilità di una seconda e terza armonica.
La task force ha accolto le raccomandazioni JARI e sviluppato un progetto di concetto di carica secondo categorie di livello di potenza, carica elettrostatica (ad esempio, residenziale; parcheggio pubblico, sul sito statico, ad esempio semafori o fermate di autobus), ma non la ricarica su strada dinamica:
Per scegliere il livello minimo di efficienza, il livello di potenza e la frequenza, la task force sta studiando il metodo ideale per individuare geometrie della bobina interoperabili. La task force sta valutando una serie di opzioni per ottenere questo risultato, definirà le caratteristiche di bobine per la creazione di test delle prestazioni di un "accoppiamento magnetico".
Proposte di metodi di allineamento che vengono studiate includono triangolazioni con sistemi RFID; posizionamento dell'accoppiamento magnetico, o combinazione di posizionamento. Il principio generale di posizionamento RFID è quello di leggere la potenza del segnale da più lettori e tag RFID per triangolare la posizione del veicolo.
Una possibilità per il posizionamento accoppiamento magnetico è di inviare un ping magnetico, il più sensibile componente del circuito secondario risonante è misurata per tensione o corrente. Stima del coefficiente di accoppiamento o il rilevamento "sweet spot" vengono utilizzati per determinare relativo allineamento magnetico.Un'altra possibilità è il posizionamento a combinazione che utilizza la tecnologia RFID per determinare la prossimità del veicolo o la posizione relativa, mentre l'accoppiamento magnetico viene utilizzato per facilitare la determinazione dello "sweet spot" magnetico.
Il coinvolgimento dell'industria. C'è un forte coinvolgimento da parte dell'industria e del governo nello sforzo. Fra i fornitori di sistemi WPT: Conductix-Wampfler; Evatran, HaloIPT; KAIST (Korea), Dynamics Momentum, LG, OLEV, Qualcomm, Samsung, SEW e WiTricity. Tra le altre società di infrastrutture Better Place, NRG Energy e la Southern California Edison.
Fra i produttori di auto partecipanti vi sono: Audi, BMW, Chrysler, Coda, Daimler, Fisker, Ford, GM, Honda, Mitsubishi, Nissan, Phoenix e Toyota. Fra i costruttori di autobus elettrici: Volvo e ProTerra sono anche partecipanti. Fra i fornitori di connessioni: Delphi, Magna, Maxwell, Panasonic e Yazaki.Infine, le organizzazioni governative e di ricerca coinvolte sono US Department of Energy (DOE) e i suoi National Labs (ANL, INL, ORNL, ecc); US Environmental Protection Agency (EPA), US Department of Transportation (DOT) e Energy Dynamics Laboratory (EDL), un ente di ricerca del governo e provider tecnologico di proprietà della Utah State University Fondazione per la ricerca. Sono anche coinvolti l'ente di standardizzazione elettrotecnica giapponese JARI; quello americano EPRI; il KAIST (Korea), l'Università del Tennessee, gli Underwriters Laboratories, il TÜV Nord America, e il Department of Transportation della California.
Jesse-Schneider, presidente SAE J2954, ha affermato che la task force J2954 ha obiettivi per allineare l'industria sulle prestazioni minime di sicurezza e sugli obiettivi per il trasferimento di energia senza fili (WPT) per i veicoli elettrici ricaricabili. La determinazione di una comune frequenza di funzionamento centrale, i mezzi di interoperabilità magnetica e l'allineamento sono fondamentali per il successo su larga scala di sistemi WPT. Gli accoppiamenti di frequenza e magnetici sono sostanzialmente equivalenti alla ricarica conduttiva, se si mette in conto una perdita contenuta di energia, in modo che un veicolo può andare dalla sua stazione di ricarica nel garage a quella dove si lavora o al centro commerciale con la stessa capacità di ricarica senza alcuna azione da parte dell'utente, salvo parcheggiare correttamente. I costruttori di veicoli dovrebbero anche scegliere comuni percorsi generali per lo sviluppo dei veicoli. Questi non sono compiti facili. La task force J2954 offrirà il primo orientamento su scala industriale per rendere l'interoperabilità tra i fornitori di apparati e i produttori di veicoli per consentire la prima fase pre-commerciale.
Ad aprire nuovi orizzonti sulla questione vitale dell'autonomia e dei sistemi di ricarica dei veicoli alimentati ad energia elettrica ci hanno pensato i ricercatori dell'Università di Standford, che hanno lavorato sul concetto messo a punto originariamente dal Mit (Massachusetts Institute of Technology) di Boston con WiTricity. Il punto focale dei due progetti è il seguente: ricaricare le batterie dei veicoli elettrici senza bisogno di cavi e di prese di corrente. E di sistemi che permettono di esaudire tali obiettivi già se ne sono visti. A Standford sono però andati oltre, trovando il modo di abilitare la ricarica attraverso speciali bobine in grado di fornire fino a 10 kilowatt di potenza a una distanza massima di 6,5 piedi (circa due metri) e con una dispersione energetica ritenuta essere trascurabile. Ipotizzando l'integrazione di tali bobine nel manto stradale (i componenti sarebbero inclinati con un angolo di 90 gradi e collegati alla rete elettrica) ecco materializzarsi la possibilità di assicurare costante rifornimento ed autonomia teoricamente indeterminata ai veicoli elettrici dotati dello stesso tipo di bobina. Al campo magnetico che si verrebbe a creare con la strada il compito di trasmettere, via wireless, l'energia elettrica all'auto.
I ricercatori hanno inoltre reso noti i primi risultati dei test di laboratorio, giudicati molto promettenti. L'efficienza di trasferimento di potenza è stata misurata infatti nell'ordine del 97% e tale percentuale va raffrontata alle capacità delle stazioni di ricarica wireless, tendenzialmente inferiori del 10% rispetto alle colonnine che distribuiscono energia elettrica via cavo. A Standford sono comunque convinti che di strada da fare per dimostrare la fattibilità del progetto sul campo, senza perdita di qualità, sia ancora molta. Se però lo sviluppo dovesse procedere senza intoppi, sono già al vaglio soluzioni per sfruttare i campi magnetici generati dal sistema delle bobine wireless per controllare lo sterzo dei veicoli e garantire che questi possano rimanere sempre all'interno della corsia di percorrenza.
Il versante della ricarica (sintesi)
Un gruppo di ricerca di Stanford ha concepito una tecnologia wireless per trasmettere grandi quantità di corrente lungo una distanza di due metri. La scoperta potrebbe rivoluzionare il trasporto su strada e promuovere nuovi modi di veicolare l'energia
Ricaricare con il wireless i veicoli elettrici mentre sfrecciano per l'autostrada, concependo nuovi modi di utilizzare la corrente elettrica "on the road" e a casa, negli ospedali e in città più accessibili ai disabili. È questo lo scenario a cui stanno lavorando i cervelloni di CARS (http://me.stanford.edu/groups/design/automotive/), che non è un cartone animato ma il programma dell'Università di Stanford dedicato al settore dell'auto (Center for Automotive Research di Stanford). Qui i ricercatori hanno sviluppato un sistema di ricarica, basato sui campi magnetici, capace di trasmettere senza fili grandi quantità di corrente tra due bobine di metallo poste a una certa distanza. Lo studio, pubblicato sulla rivista Applied Physics Letters (http://www.stanford.edu/group/fan/publication/Yu_APL_99_214102_2011.pdf), parte da una scoperta fatta qualche anno fa dal Massachusetts Institute of Technology, diventata poi il fiore all'occhiello di una startup chiamata - guarda caso - WiTricity (http://www.witricity.com/). Entrambe le tecnologie prendono spunto da un principio teorizzato già a fine Ottocento dal fisico serbo-americano Nikola Tesla.
Il lavoro degli scienziati di Stanford ha potenzialità rivoluzionarie per il settore dell'auto elettrica. Il gruppo guidato da Shanuhi Fan è infatti riuscito a trovare il modo di trasmettere 10 chilowatt di energia elettrica lungo una distanza di quasi due metri, riducendo al minimo le perdite. Secondo i fisici, questa tecnologia potrebbe un giorno essere utilizzata per creare un'autostrada elettrica dotata di canali wireless: una strada su cui i veicoli possano ricaricarsi anche in movimento e continuare a funzionare, virtualmente, all'infinito.
La ricarica wireless è già in funzione in alcune stazioni sperimentali per veicoli elettrici, dove viene usata per fare il pieno di batteria senza bisogno di fili o prese di corrente. La tecnologia, nata nel laboratori del MIT di Boston e cresciuta con WiTricity, sfrutta il principio in base al quale i campi magnetici di due dispositivi sintonizzati sulle stesse frequenze naturali possono "accoppiarsi" in un solo campo magnetico continuo (un fenomeno noto come "accoppiamento di risonanza magnetica"). Facendo risuonare due spirali di rame a una determinata frequenza, insomma, si crea la stessa consonanza di quando due bicchieri di vino vibrano all'unisono al suonare di una specifica nota.
Da questa "magia" WiTricity ha ricavato un vero e proprio marchio di fabbrica, stringendo accordi con case automobilistiche come Toyota e Mitsubishi Motors (http://media.mitsubishicars.com/index.php?s=16874&item=66241). Mentre però a Boston i ricercatori si sono concentrati su un sistema di ricarica wireless stazionario (capace di trasferire in media 3 chilowatt di energia a un veicolo parcheggiato su strada o in un garage), in California i ricercatori hanno portato la sfida ancora più in là, puntando tutto sulla dinamicità.
"L'idea - spiega Fan - è di incorporare nell'asfalto una serie di spirali piegate a formare un angolo di 90 gradi, per poi connetterle alla rete elettrica. Anche le auto dovrebbero essere equipaggiate delle stesse spirali, che potrebbero essere attaccate al telaio così da creare un campo magnetico con l'autostrada stessa". Secondo i calcoli dei ricercatori, una soluzione di questo tipo consentirebbe di trasferire 10 chilowatt lungo una distanza di 1,98 metri, abbastanza da ricaricare un'auto elettrica a velocità sostenuta.
Per ora questa strategia di ricarica è stata messa alla prova solo sotto forma di modello computerizzato, ma secondo i ricercatori di Stanford i risultati sono più che promettenti. Le simulazioni al computer, infatti, mostrano un'efficienza del trasferimento di corrente pari al 97%, anche quando si prende in considerazione una distanza superiore ai due metri.
Prima di immaginare di viaggiare su un'autostrada elettrica, però, sarà necessario aspettare ulteriori verifiche. Bisognerà infatti assicurarsi che la tecnologia non abbia ripercussioni sulle persone e sui sistemi elettrici, un fatto già assodato per la tecnologia brevettata dal MIT. "Dobbiamo essere sicuri al 100% che il sistema non abbia effetti negativi su conducenti, passeggeri e animali, e che non influenzi le decine di microcomputer che controllano sterzo, navigazione, aria condizionata e altre funzionalità del veicolo, così come le carte di credito che portiamo nel portafogli", ha spiegato Sven Beiker, direttore esecutivo di CARS. "Per quanto un'efficienza del 97% sia estremamente alta, vogliamo essere certi che il restante 3% si perda trasformandosi in calore piuttosto che in radiazione".
Per gli autori, la scoperta potrebbe avere un ruolo importante anche nel settore dei veicoli autonomi. I campi magnetici creati dalla ricarica wireless, infatti, potrebbero essere sfruttati per controllare lo sterzo e fare in modo che i veicoli rimangano sempre nella giusta corsia. La nuova tecnologia - ha specificato Beiker - rappresenterebbe un ottimo ausilio alla navigazione GPS per progetti come le Driveless Car di Google. "Il GPS ha un'accuratezza di 9-12 metri, ti dice dove ti trovi sul pianeta, ma per la sicurezza è importante sapere che la tua auto si trova al centro della corsia", ha aggiunto. "Nel nostro sistema, il campo magnetico potrebbe facilmente essere usato per controllare lo sterzo. Le spirali, trovandosi al centro della corsia, potrebbero fornire la posizione nel dettaglio e senza costi aggiuntivi".
C'è poi chi non si accontenta di brevettare sistemi di ricarica, arrivando a immaginare (in quella fucina di idee che è TED - http://www.ted.com/conversations/8513/electric_vehicles_powered_not.html?c=392203) strade e marciapiedi capaci di generare elettricità proprio attraverso i campi magnetici oscillanti. Queste superfici, infatti, potrebbero essere usate per alimentare anche veicoli personali come biciclette, scooter, sedie a rotelle e altri dispositivi per la mobilità personale. Per farlo, bisognerà riconsiderare la composizione delle superfici su cui ci muoviamo, a cominciare dalle strade. A riguardo i ricercatori di Stanford hanno già avviato delle collaborazioni con il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, allo scopo di studiare la struttura ideale della massicciata e determinare se il calcestruzzo armato e altri metalli su cui poggiano le strade possano ridurre in qualche modo l'efficacia. Per Fan, si tratta di una sfida eccitante. "Abbiamo l'opportunità di ripensare il modo in cui l'energia elettrica arriva alle nostre macchine, nelle nostre case, nei nostri posti di lavoro. Finora, abbiamo sempre pensato alla diffusione di energia elettrica in termini di fili e prese da far spuntare dal muro. Immaginiamo invece di trasferire la corrente non più attraverso questi strumenti, ma tramite un vuoto. Il nostro lavoro - ha concluso il ricercatore - è un passo in questa direzione".
Per approfondire: Wireless, Risonanza magnetica.
| Tipi di ricarica, luoghi e l'efficienza. Fonte: J2954. |
Per scegliere il livello minimo di efficienza, il livello di potenza e la frequenza, la task force sta studiando il metodo ideale per individuare geometrie della bobina interoperabili. La task force sta valutando una serie di opzioni per ottenere questo risultato, definirà le caratteristiche di bobine per la creazione di test delle prestazioni di un "accoppiamento magnetico".
Proposte di metodi di allineamento che vengono studiate includono triangolazioni con sistemi RFID; posizionamento dell'accoppiamento magnetico, o combinazione di posizionamento. Il principio generale di posizionamento RFID è quello di leggere la potenza del segnale da più lettori e tag RFID per triangolare la posizione del veicolo.
Una possibilità per il posizionamento accoppiamento magnetico è di inviare un ping magnetico, il più sensibile componente del circuito secondario risonante è misurata per tensione o corrente. Stima del coefficiente di accoppiamento o il rilevamento "sweet spot" vengono utilizzati per determinare relativo allineamento magnetico.Un'altra possibilità è il posizionamento a combinazione che utilizza la tecnologia RFID per determinare la prossimità del veicolo o la posizione relativa, mentre l'accoppiamento magnetico viene utilizzato per facilitare la determinazione dello "sweet spot" magnetico.
Il coinvolgimento dell'industria. C'è un forte coinvolgimento da parte dell'industria e del governo nello sforzo. Fra i fornitori di sistemi WPT: Conductix-Wampfler; Evatran, HaloIPT; KAIST (Korea), Dynamics Momentum, LG, OLEV, Qualcomm, Samsung, SEW e WiTricity. Tra le altre società di infrastrutture Better Place, NRG Energy e la Southern California Edison.
Fra i produttori di auto partecipanti vi sono: Audi, BMW, Chrysler, Coda, Daimler, Fisker, Ford, GM, Honda, Mitsubishi, Nissan, Phoenix e Toyota. Fra i costruttori di autobus elettrici: Volvo e ProTerra sono anche partecipanti. Fra i fornitori di connessioni: Delphi, Magna, Maxwell, Panasonic e Yazaki.Infine, le organizzazioni governative e di ricerca coinvolte sono US Department of Energy (DOE) e i suoi National Labs (ANL, INL, ORNL, ecc); US Environmental Protection Agency (EPA), US Department of Transportation (DOT) e Energy Dynamics Laboratory (EDL), un ente di ricerca del governo e provider tecnologico di proprietà della Utah State University Fondazione per la ricerca. Sono anche coinvolti l'ente di standardizzazione elettrotecnica giapponese JARI; quello americano EPRI; il KAIST (Korea), l'Università del Tennessee, gli Underwriters Laboratories, il TÜV Nord America, e il Department of Transportation della California.
Jesse-Schneider, presidente SAE J2954, ha affermato che la task force J2954 ha obiettivi per allineare l'industria sulle prestazioni minime di sicurezza e sugli obiettivi per il trasferimento di energia senza fili (WPT) per i veicoli elettrici ricaricabili. La determinazione di una comune frequenza di funzionamento centrale, i mezzi di interoperabilità magnetica e l'allineamento sono fondamentali per il successo su larga scala di sistemi WPT. Gli accoppiamenti di frequenza e magnetici sono sostanzialmente equivalenti alla ricarica conduttiva, se si mette in conto una perdita contenuta di energia, in modo che un veicolo può andare dalla sua stazione di ricarica nel garage a quella dove si lavora o al centro commerciale con la stessa capacità di ricarica senza alcuna azione da parte dell'utente, salvo parcheggiare correttamente. I costruttori di veicoli dovrebbero anche scegliere comuni percorsi generali per lo sviluppo dei veicoli. Questi non sono compiti facili. La task force J2954 offrirà il primo orientamento su scala industriale per rendere l'interoperabilità tra i fornitori di apparati e i produttori di veicoli per consentire la prima fase pre-commerciale.
Ad aprire nuovi orizzonti sulla questione vitale dell'autonomia e dei sistemi di ricarica dei veicoli alimentati ad energia elettrica ci hanno pensato i ricercatori dell'Università di Standford, che hanno lavorato sul concetto messo a punto originariamente dal Mit (Massachusetts Institute of Technology) di Boston con WiTricity. Il punto focale dei due progetti è il seguente: ricaricare le batterie dei veicoli elettrici senza bisogno di cavi e di prese di corrente. E di sistemi che permettono di esaudire tali obiettivi già se ne sono visti. A Standford sono però andati oltre, trovando il modo di abilitare la ricarica attraverso speciali bobine in grado di fornire fino a 10 kilowatt di potenza a una distanza massima di 6,5 piedi (circa due metri) e con una dispersione energetica ritenuta essere trascurabile. Ipotizzando l'integrazione di tali bobine nel manto stradale (i componenti sarebbero inclinati con un angolo di 90 gradi e collegati alla rete elettrica) ecco materializzarsi la possibilità di assicurare costante rifornimento ed autonomia teoricamente indeterminata ai veicoli elettrici dotati dello stesso tipo di bobina. Al campo magnetico che si verrebbe a creare con la strada il compito di trasmettere, via wireless, l'energia elettrica all'auto.
I ricercatori hanno inoltre reso noti i primi risultati dei test di laboratorio, giudicati molto promettenti. L'efficienza di trasferimento di potenza è stata misurata infatti nell'ordine del 97% e tale percentuale va raffrontata alle capacità delle stazioni di ricarica wireless, tendenzialmente inferiori del 10% rispetto alle colonnine che distribuiscono energia elettrica via cavo. A Standford sono comunque convinti che di strada da fare per dimostrare la fattibilità del progetto sul campo, senza perdita di qualità, sia ancora molta. Se però lo sviluppo dovesse procedere senza intoppi, sono già al vaglio soluzioni per sfruttare i campi magnetici generati dal sistema delle bobine wireless per controllare lo sterzo dei veicoli e garantire che questi possano rimanere sempre all'interno della corsia di percorrenza.
Il versante della ricarica (sintesi)
Un gruppo di ricerca di Stanford ha concepito una tecnologia wireless per trasmettere grandi quantità di corrente lungo una distanza di due metri. La scoperta potrebbe rivoluzionare il trasporto su strada e promuovere nuovi modi di veicolare l'energia
Ricaricare con il wireless i veicoli elettrici mentre sfrecciano per l'autostrada, concependo nuovi modi di utilizzare la corrente elettrica "on the road" e a casa, negli ospedali e in città più accessibili ai disabili. È questo lo scenario a cui stanno lavorando i cervelloni di CARS (http://me.stanford.edu/groups/design/automotive/), che non è un cartone animato ma il programma dell'Università di Stanford dedicato al settore dell'auto (Center for Automotive Research di Stanford). Qui i ricercatori hanno sviluppato un sistema di ricarica, basato sui campi magnetici, capace di trasmettere senza fili grandi quantità di corrente tra due bobine di metallo poste a una certa distanza. Lo studio, pubblicato sulla rivista Applied Physics Letters (http://www.stanford.edu/group/fan/publication/Yu_APL_99_214102_2011.pdf), parte da una scoperta fatta qualche anno fa dal Massachusetts Institute of Technology, diventata poi il fiore all'occhiello di una startup chiamata - guarda caso - WiTricity (http://www.witricity.com/). Entrambe le tecnologie prendono spunto da un principio teorizzato già a fine Ottocento dal fisico serbo-americano Nikola Tesla.
Il lavoro degli scienziati di Stanford ha potenzialità rivoluzionarie per il settore dell'auto elettrica. Il gruppo guidato da Shanuhi Fan è infatti riuscito a trovare il modo di trasmettere 10 chilowatt di energia elettrica lungo una distanza di quasi due metri, riducendo al minimo le perdite. Secondo i fisici, questa tecnologia potrebbe un giorno essere utilizzata per creare un'autostrada elettrica dotata di canali wireless: una strada su cui i veicoli possano ricaricarsi anche in movimento e continuare a funzionare, virtualmente, all'infinito.
La ricarica wireless è già in funzione in alcune stazioni sperimentali per veicoli elettrici, dove viene usata per fare il pieno di batteria senza bisogno di fili o prese di corrente. La tecnologia, nata nel laboratori del MIT di Boston e cresciuta con WiTricity, sfrutta il principio in base al quale i campi magnetici di due dispositivi sintonizzati sulle stesse frequenze naturali possono "accoppiarsi" in un solo campo magnetico continuo (un fenomeno noto come "accoppiamento di risonanza magnetica"). Facendo risuonare due spirali di rame a una determinata frequenza, insomma, si crea la stessa consonanza di quando due bicchieri di vino vibrano all'unisono al suonare di una specifica nota.
Da questa "magia" WiTricity ha ricavato un vero e proprio marchio di fabbrica, stringendo accordi con case automobilistiche come Toyota e Mitsubishi Motors (http://media.mitsubishicars.com/index.php?s=16874&item=66241). Mentre però a Boston i ricercatori si sono concentrati su un sistema di ricarica wireless stazionario (capace di trasferire in media 3 chilowatt di energia a un veicolo parcheggiato su strada o in un garage), in California i ricercatori hanno portato la sfida ancora più in là, puntando tutto sulla dinamicità.
"L'idea - spiega Fan - è di incorporare nell'asfalto una serie di spirali piegate a formare un angolo di 90 gradi, per poi connetterle alla rete elettrica. Anche le auto dovrebbero essere equipaggiate delle stesse spirali, che potrebbero essere attaccate al telaio così da creare un campo magnetico con l'autostrada stessa". Secondo i calcoli dei ricercatori, una soluzione di questo tipo consentirebbe di trasferire 10 chilowatt lungo una distanza di 1,98 metri, abbastanza da ricaricare un'auto elettrica a velocità sostenuta.
Per ora questa strategia di ricarica è stata messa alla prova solo sotto forma di modello computerizzato, ma secondo i ricercatori di Stanford i risultati sono più che promettenti. Le simulazioni al computer, infatti, mostrano un'efficienza del trasferimento di corrente pari al 97%, anche quando si prende in considerazione una distanza superiore ai due metri.
Prima di immaginare di viaggiare su un'autostrada elettrica, però, sarà necessario aspettare ulteriori verifiche. Bisognerà infatti assicurarsi che la tecnologia non abbia ripercussioni sulle persone e sui sistemi elettrici, un fatto già assodato per la tecnologia brevettata dal MIT. "Dobbiamo essere sicuri al 100% che il sistema non abbia effetti negativi su conducenti, passeggeri e animali, e che non influenzi le decine di microcomputer che controllano sterzo, navigazione, aria condizionata e altre funzionalità del veicolo, così come le carte di credito che portiamo nel portafogli", ha spiegato Sven Beiker, direttore esecutivo di CARS. "Per quanto un'efficienza del 97% sia estremamente alta, vogliamo essere certi che il restante 3% si perda trasformandosi in calore piuttosto che in radiazione".
Per gli autori, la scoperta potrebbe avere un ruolo importante anche nel settore dei veicoli autonomi. I campi magnetici creati dalla ricarica wireless, infatti, potrebbero essere sfruttati per controllare lo sterzo e fare in modo che i veicoli rimangano sempre nella giusta corsia. La nuova tecnologia - ha specificato Beiker - rappresenterebbe un ottimo ausilio alla navigazione GPS per progetti come le Driveless Car di Google. "Il GPS ha un'accuratezza di 9-12 metri, ti dice dove ti trovi sul pianeta, ma per la sicurezza è importante sapere che la tua auto si trova al centro della corsia", ha aggiunto. "Nel nostro sistema, il campo magnetico potrebbe facilmente essere usato per controllare lo sterzo. Le spirali, trovandosi al centro della corsia, potrebbero fornire la posizione nel dettaglio e senza costi aggiuntivi".
C'è poi chi non si accontenta di brevettare sistemi di ricarica, arrivando a immaginare (in quella fucina di idee che è TED - http://www.ted.com/conversations/8513/electric_vehicles_powered_not.html?c=392203) strade e marciapiedi capaci di generare elettricità proprio attraverso i campi magnetici oscillanti. Queste superfici, infatti, potrebbero essere usate per alimentare anche veicoli personali come biciclette, scooter, sedie a rotelle e altri dispositivi per la mobilità personale. Per farlo, bisognerà riconsiderare la composizione delle superfici su cui ci muoviamo, a cominciare dalle strade. A riguardo i ricercatori di Stanford hanno già avviato delle collaborazioni con il Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, allo scopo di studiare la struttura ideale della massicciata e determinare se il calcestruzzo armato e altri metalli su cui poggiano le strade possano ridurre in qualche modo l'efficacia. Per Fan, si tratta di una sfida eccitante. "Abbiamo l'opportunità di ripensare il modo in cui l'energia elettrica arriva alle nostre macchine, nelle nostre case, nei nostri posti di lavoro. Finora, abbiamo sempre pensato alla diffusione di energia elettrica in termini di fili e prese da far spuntare dal muro. Immaginiamo invece di trasferire la corrente non più attraverso questi strumenti, ma tramite un vuoto. Il nostro lavoro - ha concluso il ricercatore - è un passo in questa direzione".
Per approfondire: Wireless, Risonanza magnetica.
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