Зарядных станций для электромобилей по-прежнему может быть немного, а перезарядка литий-ионного аккумулятора электромобиля может занять несколько часов. Исследование Канзасского университета разработало одноранговую систему для обмена энергией между электромобилями.
Каждый день американцы видят на дорогах все больше аккумуляторных электромобилей (BEV). Согласно Fortune Business Insights, ожидается, что рынок электромобилей в США вырастет с $28,24 млрд в 2021 году до $137,43 млрд в 2028 году. Причины перехода от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания к электромобилям убедительны: электромобили чище для окружающей среды, дешевле в эксплуатации и дают возможность легко заряжаться.
Однако один недостаток заставил некоторых потребителей опасаться покупки BEV – ограниченный диапазон. В отличие от многочисленных заправочных станций, зарядных станций для электромобилей по-прежнему немного, а перезарядка литий-ионной батареи электромобиля может занять несколько часов, что делает электромобили непрактичными для дальних поездок.
Теперь исследователи из Инженерной школы Университета Канзаса предложили одноранговую систему, позволяющую электромобилям делиться энергией друг с другом во время движения, согласовываясь с облаком на базе системы управления.
«Когда несколько электромобилей находятся в пути, они могут фактически делиться зарядом между собой во время движения – им не нужно останавливаться для этого», сказал доцент кафедры электротехники и компьютерных наук в KU Тамзидул Хок. «У одной машины может быть много заряда, и ей не нужно ехать слишком далеко, и она может продать свой заряд другой машине, так что есть экономический стимул. У другой машины, которая едет далеко, не так много подзарядки, и отсутствие необходимости останавливаться для подзарядки сократит путь на несколько часов».
Подобно велосипедистам в Peloton, две одинаковые машины могли двигаться близко друг к другу, разделяя заряд в пути без необходимости часами останавливаться на зарядной станции. Автомобили будут двигаться с одинаковой заблокированной скоростью, а зарядные кабели автоматически соединят автомобили.
«У нас была бы полная облачная структура, которая анализирует состояние зарядки всех транспортных средств, участвующих в сети, и на основе этого облако сообщает вам: «Вы можете подключиться к этой машине, которая находится поблизости, и разделить зарядку», рассказал доцент Хок. «Все это должно контролироваться облачной инфраструктурой, в которой есть алгоритмы для эффективной зарядки всех различных BEV».
Соавторы исследования Хока – Прабудда Чакраборти, Роберт Паркер, Джонатан Круз, Лили Ду, Шуо Ван и Сваруп Бхуния из Университета Флориды.
По словам исследователей, автомобили будут оснащены двумя разными батареями для однорангового плана зарядки BEV: основной литий-ионный аккумулятор, такой же, как и в современных BEV, и второй аккумулятор с быстрой зарядкой, используемый для зарядки на ходу. Быстрая батарея будет пополнять основную батарею автомобиля.
«Мы же не хотим, чтобы автомобили оставались связанными в течение очень долгого времени, потому что другому автомобилю, возможно, придется изменить свой маршрут и отправиться куда-то еще, и у вас может не хватить времени для зарядки», сказал Хок. «Вот почему мы разработали концепцию многоуровневой батареи, чтобы сократить время зарядки. Как и в вашем компьютере, у вас есть быстрая кэш-память, но она дорогая, поэтому у вас есть другой тип памяти большой емкости, которая работает медленнее. Мы внедрили аналогичную концепцию для наших аккумуляторов. У вас будут небольшие быстрозаряжаемые аккумуляторы, которые будут использоваться для одноранговой зарядки, и как только эта маленькая батарея будет заряжена, вы отключите ее, и эта маленькая батарея посылает заряд на большую, более медленную».
В районах с высокой плотностью населения исследовательская группа предлагает развертывание мобильных зарядных станций – огромных аккумуляторов, установленных на грузовиках, которые могут одновременно заряжать несколько транспортных средств, что-то вроде того, как небольшие военные самолеты могут заправляться в воздухе самолетом-заправщиком.
«Эти мобильные зарядные станции, вероятно, будут постоянно перемещаться по основным автомагистралям», сказал исследователь из KU. «Их будет несколько, поэтому в определенный момент времени одна мобильная зарядная станция находится в пути, а другая находится на станции, готовясь вступить в игру. Эти мобильные зарядные станции могут заправлять или заряжать батареи нескольких транспортных средств одновременно».
Конечный результат одноранговой системы, предложенной Хоком и его коллегами, приведет к большему удобству и меньшему «беспокойству по поводу дальности» для владельцев BEV, а также к более чистой окружающей среде. Хок и его соавторы использовали сложное программное обеспечение для компьютерного моделирования, чтобы измерить требования к подзарядке электромобилей, а также изменения воздействия автомобилей на окружающую среду в смоделированной одноранговой системе.
«Мы использовали симулятор под названием SUMO, который позволяет вам создавать сценарии, где несколько различных электромобилей движутся по заданному шоссе, а затем ввели концепцию мобильной зарядки или одноранговой зарядки, а также представили концепцию мобильных зарядных станций в моделировании и увидели, как далеко каждый из автомобилей проехал бы без подзарядки по сравнению с одноранговой зарядкой», сказал доцент Хок. «Мы увидели существенное снижение потребности в заправке электромобилей, так что это многообещающе. Мы также провели анализ, предполагая, что эти мобильные зарядные станции, которые представляют собой большие грузовики, заряжаются с использованием возобновляемых источников энергии, и увидели значительное сокращение выбросов углерода, поэтому это тоже очень многообещающе».
Доцент Хок сказал, что первоначальная настройка инфраструктуры одноранговой зарядки, вероятно, потребует поддержки со стороны крупного производителя электромобилей, но затем может органично расширяться.
«У людей, у которых есть электромобили, будет стимул продавать зарядку и зарабатывать дополнительные деньги – эти две вещи будут работать параллельно для развития идеи», сказал он.
