En ny typ av halvledare baserad på kiselkarbid. Och en nyutvecklad koppartråd, tunn som ett mänskligt hårstrå. Detta är ett par faktorer som plötsligt gjort det mer realistiskt att överföra stora effekter genom luften.
Eltandborstar har gjort det i decennier. På senare år har mobiltelefoner och andra bärbara elektronikprylar plockat upp tekniken. Men för de stora effekter som krävs för att ladda batterierna i ett elfordon har det sladdlösa alternativet hittills framstått som alltför krångligt och ineffektivt.
Nu verkar dock laddning med hjälp av induktion stå inför ett genombrott även när det gäller batterifordon – framför allt när laddning behöver ske ofta och där miljön är krävande. Som för en eldriven cityfärja exempelvis.
Det skulle innebära att elfärjor i turtät trafik över vattendrag i städer, till exempel i Göteborg och Stockholm, inte behöver ta hjälp av en person eller robotarm för att ladda batterierna. Samma gäller för stadsbussar eller förarlösa elfordon som används i industri, gruvverksamhet och jordbruk.
Yujing Liu, professor i elkraft vid institutionen för elektroteknik på Chalmers, är särskilt inriktad på förnybar energiomvandling och elektrifiering av transportsystemet. Och för eldrivna långtradare finns kanske en potential, menar han.
Enligt Yujing Liu är det den snabba utvecklingen av en handfull komponenter och material under de allra senaste åren som öppnat nya möjligheter.
– En nyckelfaktor är att vi nu har tillgång till högeffektiva halvledare baserade på kiselkarbid, så kallade SiC-komponenter. Som kraftelektroniska produkter har dessa bara funnits på marknaden i några få år. De gör att vi kan använda högre spänning, högre temperatur och mycket högre switchningsfrekvens, jämfört med klassiska, kiselbaserade komponenter, berättar han.
Switchningsfrekvens är med vilken hastighet energi kan överföras mellan sändare och mottagare.
– Tidigare system för trådlös fordonsladdning har använt frekvenser på omkring 20 kHz, ungefär som en vanlig spishäll. De blev skrymmande och energiöverföringen var inte särskilt effektiv. Nu arbetar vi med frekvenser som fyra gånger högre. Då blir induktion plötsligt attraktivt, förklarar Yujing Liu.
Yujing Liu betonar att laddning av elfordon innehåller ett flertal omvandlingssteg – mellan likström och växelström samt mellan olika spänningsnivåer.
– Så när vi säger att vi uppnått en verkningsgrad på 98 procent från likström i laddstationen till batteriet, så betyder den siffran kanske inte så mycket om man inte väldigt noggrant definierar vad som mäts, resonerar han.
– Men man kan också uttrycka det så här: Det uppstår förluster vare sig man använder vanlig, konduktiv laddning via en kabel eller laddar med hjälp av induktion. Den verkningsgrad vi nu har uppnått innebär att förlusterna vid induktiv laddning kan vara näst intill lika låga som vid konduktiv laddning. Skillnaden är så liten att den i praktiken blir försumbar, det handlar om en eller två procent.
Han tillägger att resultaten som hans forskargrupp publicerat väckt en hel del uppmärksamhet.
– Vi är nog bland de bästa i världen vad gäller verkningsgrad i den här effektklassen, mellan 150 och 500 kW.
Fakta om induktionsladdning
- Laddning med hjälp av induktion innebär att energi kan överföras ett kort stycke, exempelvis genom luften, vatten, eller andra icke-metallmaterial, utan någon kontakt eller ledare.
- Principen är densamma som används i de induktionshällar som finns i många kök. En högfrekvent växelström genom en spole alstrar ett oscillerande magnetfält.
- Men till skillnad från matlagning, där ju värmeutveckling är själva poängen, så innebär induktiv laddning att en andra spole, ombord i fordonet, fångar upp energin i magnetfältet och omvandlar den till växelström igen – som efter likriktning kan ladda upp batterierna.
- Den värme som alstras i processen innebär att en del av energin som ska överföras går förlorad. Att så långt som möjligt minimera uppvärmning är därför ett viktigt mål för teknikutvecklingen.
Läs hela nyheten på chalmers.se.