Opladen van bewegende elektrische auto’s is een stap dichterbij

Een elektrisch voertuig heeft een beperkt bereik, wat betekent dat de accu met enige regelmaat moet worden opgeladen om met het voertuig verder te kunnen rijden. Het zou dan ook ideaal zijn een elektrisch voertuig tijdens het rijden te kunnen opladen, zodat de auto min of meer een onbeperkt bereik heeft. Een nieuwe ontdekking van onderzoekers van de Stanford University brengt dergelijke technologie een stapje dichterbij. 

De resultaten van het onderzoek van de Stanford University zijn gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Nature. Draadloze energie-overdracht is niet nieuw en is al langer mogelijk op basis van magnetische resonantie koppeling (magnetic resonance coupling). Bij deze technologie wordt elektriciteit door een spoel geleid, wat zorgt voor een oscillerend magnetisch veld. Dit veld kan ervoor zorgen dat elektronen in een nabijgelegen spoel eveneens gaan oscilleren, waarmee energie draadloos kan worden overgedragen. 

Overdracht naar bewegende objecten 

Deze techniek heeft echter beperkingen. Zo is het noodzakelijke beide spoelen af te stellen op dezelfde magnetische resonantie frequentie en onder de juiste hoek te positioneren om energie efficiënt te kunnen overdragen. Dit is geen probleem in een vaste opstelling waarbij beide spoelen op een vaste afstand van elkaar zijn gepositioneerd.

Bij een bewegend object verandert de afstand van de spoelen ten opzichte van elkaar echter continu. Dit betekent in de praktijk dat deze techniek alleen geschikt is om draadloos energie over te dragen aan een bewegend object indien ondermeer de magnetische resonantie frequentie continue wordt aangepast op de exacte positie van de spoelen, wat een tijdrovend proces is. De techniek was hierdoor tot nu toe niet geschikt voor bijvoorbeeld het opladen van elektrische auto’s. 

Frequentie automatisch aanpassen

Voor dit probleem hebben hoogleraar Shanhui Fan en promovendus Sid Assawaworrarit van de Stanford University een oplossing bedacht. Het team heeft de spoel die wordt gebruikt om energie te verzenden voorzien van een commercieel beschikbare voltageversterker en een feedbackweerstand. Hiermee hebben zij een systeem ontwikkeld dat continu de juiste frequentie berekent op basis van de afstand tussen de twee spoelen, zonder dat hiervoor input van een mens nodig is. 

“Het toevoegen van de versterker maakt het mogelijk energie zeer efficiënt over te dragen over een afstand van bijna een meter, ongeacht de veranderende oriëntatie van de ontvangende spoel”, legt Assawaworrarit uit. “Dit elimineert de noodzaak voor het automatisch en continue aanpassen van aspecten van het circuit.”

Getest in de praktijk

De werkwijze is in de praktijk getest door een LED-lamp te plaatsen op de ontvangende spoel. In een conventionele opstelling zou de felheid van het licht dat deze LED-lamp produceert afnemen naarmate de afstand tussen de verzendende en ontvangende spoel toeneemt. In de nieuwe opstelling van de onderzoekers bleef de felheid van het licht echter gelijk tot een afstand van bijna een meter.

De onderzoekers verwachten de efficiëntie van het systeem verder te kunnen verbeteren. In de testopstelling is gebruik gemaakt van een commercieel beschikbare voltageversterker, die een efficiëntie heeft van slechts 10 procent. De onderzoekers verwachten dat een op maat gemaakte versterker de efficiëntie kan verhogen tot meer dan 90 procent, waarmee grotere afstanden kunnen worden overbrugt.  

Door: Wouter Hoeffnagel

Bron: Stanford University

Foto door: Mark Shwartz/Stanford University