כולנו מכירים ורובנו משתמשים בטעינה אלחוטית, בין אם לטעינת הטלפונים הניידים שלנו או טאבלטים ובין אם במברשות שיניים אלחוטיות ושאר מוצרים ביתיים. חלק מאיתנו אף מבשלים על כיריים חשמליות אינדוקטיביות. בכל הפעולות האלה מועברת אנרגיה חשמלית באמצעות שדות מגנטיים ממשדר שמחובר לרשת החשמל אל מקלט שנמצא על המוצר עצמו – לרוב בקרבת סוללה שאוגרת את האנרגיה.

אלא שכמות האנרגיה שנדרשת עבור רכב חשמלי גדולה בכמה סדרי גודל, וזה יוצר אתגרים מורכבים גם לעניין הספק הטעינה והעברת האנרגיה וגם מבחינת ההשפעות הסביבתיות הפוטנציאליות של שדות מגנטיים כל כך חזקים.

חוקרי המעבדה הלאומית אוק רידג' (ORNL) שבארצות הברית טוענים שהתגברו על חלק משמעותי של האתגרים האלה באמצעות טכנולוגיה שאותה הם מתארים כ"סליל הצמדה אלקטרומגנטי רב-פאזי שיוצר שדות מגנטיים מסתובבים באמצעות פיתולי סליל לצורך הגברת הכוח". לדבריהם – השיטה שלהם, שמוגנת בפטנט, "מאפשרת להשיג את צפיפות ההספק הגבוהה ביותר בתוך הסלילים הקטנים ביותר האפשריים".

אנשי המעבדה הציגו לפני כשבוע מערכת טעינה אינדוקטיבית לרכב חשמלי שנראית כמו משטח של פיצה משפחתית ועליו סלילים מפותלים, והם טוענים שהטכנולוגיה שלהם השיגה את "צפיפות ההספק הגבוהה ביותר בעולם למערכת טעינה אלחוטית". מערכת זאת – לטענתם – משיגה צפיפות הספק גבוהה פי 8-10 מטכנולוגיית סלילים קונבנציונלית וזה מאפשר לטעון את מחצית תכולת האנרגיה של סוללות רכב חשמלי מתאימות תוך פחות מ-20 דקות.

עוד טוענים החוקרים שלמרות שכבר הצליחו לבצע העברת אנרגיה בהספק של 120 קילוואט הם מדגימים את הטכנולוגיה שלהם במתקן שמחובר ליונדאי קונה סדרתית וטוענים אותה בקצב של 100 קילוואט.

קוטרו של סליל הצימוד האלקטרומגנטי הרב-פאזי של ORNL הוא 35 סנטימטרים, והוא הוצב לצורך ההדגמה במרחק של כ-12.5 סנטימטרים מתחת למשטח קליטה שהותקן בתחתית של ה'קונה'. לדברי החוקרים – טעינת הסוללה משיגה יעילות של 96%, כלומר שרק 4% מן האנרגיה שמושקעת בתהליך הזה אובדת.

עתיד הטעינה של רכב חשמלי

טעינה אלחוטית לרכב חשמלי נחשבת ל"גביע הקדוש" ודוח מעניין שפורסם בסוף שנת 2022 צופה לה עתיד מזהיר ונחתם בהערכה שהיא תהיה נפוצה מאוד כבר בסוף העשור הנוכחי. בתוך כעשור צפוי היקף שוק הטעינה האלחוטית העולמי לגלגל יותר מ-6 מיליארד דולרים בשנה ולהוזיל את עלויות השימוש ברכב חשמלי.

שני יתרונות גדולים של טעינה אלחוטית, כאשר היא תהיה נפוצה, יהיו מחיר נמוך יותר לכל קילוואט והארכת אורך חיי הסוללות. כאשר מטענים אלחוטיים יהיו פזורים בתפוצה נרחבת יתאפשרו "טעינות שטוחות" רבות במהלך היום במקום "טעינות עמוקות". למשל, מספיק לעמוד למשך דקות אחדות ברמזור או בחניה מזדמנת במגרש חניה או ברחוב כדי לטעון את סוללת הרכב ב"לגימות קטנות" שנחשבות "בריאות" יותר לסוללות. טעינה כזאת יוצרת פחות עומס על תשתיות החשמל.

מפרויקט אופנהיימר אל הרכב החשמלי שלך

המעבדה הלאומית אוק רידג' הוקמה על-ידי ממשלת ארה"ב בשנת 1943 במדינת טנסי כחלק מ"פרויקט מנהטן" לפיתוח תוכנית הגרעין האמריקנית ופצצות האטום. מכון המחקר הזה שייך גם כיום לממשלת ארה"ב ומעסיק יותר מ-6,000 מדענים ומהנדסים שמתמחים ביותר מ-100 דיסציפלינות. הוא מתוקצב בתקציב שנתי של 2.7 מיליארד דולר.

ORNL מתמחה בתחומי "האנרגיה והביטחון הלאומי" ויש לה מערכת שותפויות מסועפת עם מעבדות ותוכניות אחרות של משרד האנרגיה האמריקני ועם אוניברסיטאות וגורמים בתעשייה. תחומי ההתמחות שלה כוללים, בין השאר, "הבנה, תכנון ושימוש בחומרים חדשים ובתהליכים כימיים, הבטחת אנרגיה גרעינית בטוחה ונקייה וחומרים גרעיניים מאובטחים, יצירת איזוטופים נדירים לרפואה, תעשייה, ביטחון, מחקר וחקר החלל וחקר של מערכות ביולוגיות וסביבתיות – החל בגנים וכלה במערכות אקולוגיות".

טעינה אלחוטית לרכב חשמלי היא פתרון פנטסטי שיכול להקל מאוד על החיים עם רכב חשמלי אך זאת בתנאי שאכן יתאפשר להגיע ליעילות גבוהה ולמנוע השפעות סביבתיות מסוכנות או בעייתיות של השראה אלקטרומגנטית – גם מבחינה בריאותית וגם מבחינת ההשפעה של שדות כאלה על מערכות טכנולוגיות ותשתיות אחרות.

לקריאה נוספת:

וולוו מנסה טכנולוגיה חדשה לטעינת רכב אלחוטית

ב.מ.וו. מציגה: עמדת טעינה אלחוטית סדרתית ראשונה בעולם

The post טעינה אלחוטית לרכב חשמלי בדרך אלינו: במכון שסייע בפיתוח פצצת האטום טוענים יונדאי קונה בהספק של 100 קילוואט appeared first on TheCar.

כמו כל טכנולוגיה חדשה, גם טעינה אלחוטית של רכב חשמלי חייבת להתגבר על משוכות בתחומים שונים, בעיקר הנדסיים, רגולטוריים וכלכליים. אבל דוח מעניין שפורסם לאחרונה צופה עתיד מזהיר לטעינה אלחוטית, ונחתם בהערכה שזאת תהיה טכנולוגיה נפוצה כבר בסוף העשור הנוכחי. מאחורי האופטימיות הזאת ניצבות שלוש עובדות חשובות: הטכנולוגיה עצמה עברה לא מכבר מחסום משמעותי, הצורך בה יגדיל מאד את זרם ההשקעות שנדרשות כדי להפוך אותה למציאות, וטעינה מהירה תמיד תהיה פחות כלכלית מטעינה איטית.

רשימת החברות והגופים המוכרים שעוסקים בטעינה אלחוטית כוללת מספר יצרניות רכב וספקיות חלקים לצד חברות חדשות שהוקמו במיוחד כדי לפתח טכנולוגיה כזאת, כמו אלקטריאון הישראלית. משוכות הנדסיות שצריך להתגבר עליהן מתחילות בהיבט הפסיכולוגי המרתיע של העברת הספקי אנרגיה גדולים מאד דרך האוויר, וחשש ציבורי מפני השפעות מזיקות של קרינה, ומגיעות עד לתחום הכלכלי.

רשימת האתגרים כוללת גם בחירה באחת משתי שיטות השראה חשמלית ואת העלות הכבדה של התקנת תשתיות, את הסטנדרטיזציה שנדרשת מן הצד המקבל – כלומר כלי הרכב, ואת תוספת המשקל של מערכת קליטת החשמל על הרכב. בנוסף, טעינה אלחוטית חייבת להתגבר על המרחק שבין הקרקע לתחתית הרכב, שיכולה להגיע במקרים של קרוסאוברים אופנתיים ל-30 סנטימטרים. לאחר שמסכמים את כל רשימת האתגרים הטכנולוגיים מחלחלת ההכרה שהמכשול המשמעותי ביותר לכל טכנולוגיה חדשה, וגם במקרה הזה, הוא בכלל לא טכנולוגי אלא רגולטורי. כדי לקדם ולהפיץ טכנולוגיה חדשה נדרשת ראשית לכל סטנדרטיזציה, אחרת כל חברה וארגון יפתחו ויקדמו פתרונות שלא יתאימו אחד לשני. מצב כזה גוזל משאבים מיותרים וזמן. סטנדרטים צריכים להיקבע באופן שמאחד את כל המאמצים – וזה לא מובן מאליו לנוכח אינטרסים מנוגדים של חברות וממשלות.

מצד שני, הצורך בטעינה אלחוטית לרכב חשמלי מרקיע שחקים. טעינה באמצעות כבלים אמנם פשוטה יותר ופחות יקרה, אבל כדי להמיר את כלל צי הרכב לחשמל נדרשת פרישה אדירה של עמדות טעינה במרחב הציבורי, כולל עמדות טעינה מהירות. תשתית כזאת "מזהמת" את המרחב העירוני וגוזלות מקום של מתקנים אחרים, והבלאי שלה גדול בגלל פגעי מזג אוויר, ונדליזם, ובלאי טבעי שנובע מעצם השימוש בכבלים.

בנוסף, ככל שכלי רכב חשמליים הופכים לנפוצים יותר מפנה "חרדת הטווח" מקום לחשש אחר, שנקרא "חרדת טעינה": האם נגיע לעמדת טעינה פנויה, או שנאלץ לשרוף זמן יקר בהמתנה עד שכלי רכב אחרים יסיימו לטעון לפנינו? טעינה אלחוטית, ברגע שתהיה נפוצה מספיק, תפתור את רוב הבעיות האלה: הציוד מוטמן מתחת לקרקע או בצמוד אליה וכך הוא לא חשוף לבלאי ולא דורש תחזוקה, הוא לא נראה לעין במרחב העירוני ולא מפריע להתקנים אחרים, אי אפשר לחבל בו והבלאי שלו נמוך, ואפשר לפרוש אותו בכל החניונים ובכל מקומת החניה המוגדרים ברחבי העיר.

בעתיד, אחרי שהעלויות של טעינה אלחוטית יהיו סבירות, אחד היתרונות המשמעותיים ביותר שלה על-פני טעינה מהירה יהיה המחיר לקילוואט. כאשר מטענים אלחוטיים יהיו פזורים בתפוצה נרחבת יתאפשרו "טעינות שטוחות" רבות במהלך היום במקום "טעינות עמוקות". למשל, מספיק לעמוד ברמזור, בחניה בקניון או בעמדת החניה ליד הגן של הילד למשך דקות ספורות והסוללה תתמלא מאליה ב"לגימות קטנות". טעינות כאלה הרבה יותר בריאות לסוללות החשמליות ברכב, ופחות מעיקות על רשת החשמל. מטעני DC מהירים תמיד יידרשו לגיבוי ולמצבים מיוחדים אבל העלות של המטענים עצמם ושל רשת החשמל שנדרשת עבורם תמיד תהיה יקרה יותר מאשר טעינה איטית.

כמובן שהיתרון הגדול לנהגים הוא מפשטות ונוחות תפעול, מה גם שטעינה אלחוטית חוסכת את הצורך להגיע לעמדה ציבורית ולבזבז זמן המתנה והתחברות. ציי רכב, לעומת זאת, ייהנו מן האפשרות לנצל זמנים מתים בתנועת הרכב כמו טעינה שלו באתרי פריקה והטענת סחורות או בעת המתנה להעמסת נוסעים, וזה זכה לכינוי "טעינות אופורטוניסטיות קצרות". זה גם מאפשר לכלי רכב תפעוליים לעשות שימוש בסוללות קטנות וזולות יותר, ומפזר את צריכת האנרגיה של ארגון על פני זמן ומרחב.

ביצה ותרנגולת

המכשול המשמעותי ביותר בפני טעינה איטית בהספק של עד 11 קילוואט הוסר לפני כשנתיים עם השלמת ופרסום תקן שעליו עמלה, עוד משנת 2007, קבוצת עבודה של בעלי עניין במסגרת איגוד המהנדסים העולמי. בשנת 2020 פורסם תקן SAE J2954 שמתייחס לטעינה בהספק של 3.3 קילוואט עד 11 קילוואט, וצפוי להיות מורחב בקרוב עד ל-22 קילוואט. פרסום התקן היה זרז חשוב ש"יישר" את כל החברות והגופים שמפתחים טעינה למסלול אחיד, ומיד בעקבותיו החלו יצרניות הרכב יונדאי, FAW ו-BYD להציע חומרת טעינה אלחוטית במספר דגמי רכב חשמלי.

עם זאת, מבחינה כלכלית נראה שההתפתחות המהירה יותר של טעינה אלחוטית תתחיל בטעינה בהספקים גדולים של בין 30 ל-500 קילוואט, וכאן עדיין אין תקן מחייב. טעינה בהספקים גבוהים נדרשת לכלי רכב כבדים כמו אוטובוסים ומשאיות, ולציי רכב שמשמשים למשלוחים ולמוניות. בעיה אופיינית נוספת לטכנולוגיות חדשות היא שאלת ה"ביצה והתרנגולת": כדי להשיג משאבי פיתוח צריך שיהיה שוק רלבנטי שמוכן לשלם תמורת הטכנולוגיה, ושוק לא יכול להיווצר אם הטכנולוגיה לא בשלה וזמינה. נכון להיום מתקיימים כמה עשרות ניסויים עם כלי רכב שהוסבו לטעינה אלחוטית אבל עדיין אין כמעט כלים מוסבים שנמכרים ללקוחות.

הדוח החדש של חברת האנליסטים IDTechEx מציין שתי טכנולוגיות קיימות ומהמר על "צימוד אינדוקטיבי מהדהד להעברת כוח אלחוטית" (WPT) שכולל פד שמוטמן מתחת לקרקע או מוצמד עליה, ומשטח מותאם שצמוד לתחתית רכב. נהגים צריכים למקם את הרכב מעל משטח הטעינה ולאפשר לשני האלמנטים לתקשר זה עם זה כדי להתחיל לטעון. להערכת מחברי הדוח צפוי שוק הטעינה האלחוטית לצמוח בעשור הקרוב, בין השנים 2023-2033 ולהגיע ליותר מ-6 מיליארד דולר לשנה. אנשי ענקית התעשייה סימנס מעריכים שכבר בשנת 2028 יגיע היקף שוק הטעינה האלחוטית באירופה ובארה"ב בלבד, לא כולל סין וקוריאה, לכ-2 מיליארד דולר בשנה.

יצרניות הרכב שנזכרות בדוח כמקדמות טכנולוגיה הן ב.מ.וו, שנחשבת לחלוצה בתחום זה, פולקסווגן, טויוטה, יונדאי, BYD, FAW ו-IM Motor הסיניות, וגם וולוו, יגואר ורנו, וספקיות החלקים הגדולות סימנס, מאהל ומגנה. חברות ייעודיות לפיתוח טכנולוגיה רלבנטית הן WiTricity, Hevo, Wave, IPT Technology, Momentum Dynamics.

אגב, אחת ההנחות הנפוצות והשגויות היא שטעינה אלחוטית מטבעה הרבה פחות יעילה משימוש בכבלים. מן הדוח עולה שנכון להיום מושגת כבר יעילות של 90-92 אחוזים "מקצה לקצה", כלומר מהרשת הציבורית ועד לסוללה ברכב, וחלק מן החברות מתחייבות כבר ליעילות של 94%. לצורך ההשוואה, טעינה באמצעות כבלים מגיעה ליעילות של בין 94-94.5 אחוזים, כלומר שבסופו של דבר לא יהיה פער בתחום הזה.

באופן מעניין, מפתחי הטכנולוגיה מסבירים שמה שנתפש כחסרון שלה – התווך האווירי בין חלקי המערכת, מהווה גם יתרון. אנשי חברת WiTricity מסבירים שככלל, כל רכיב שמחובר למערכת החשמל זקוק לשנאי בידוד, והפער האווירי משמש לצורך זה באופן טבעי ויעיל. לדבריהם אין כל מגבלה טכנולוגית או פיזיקלית לעלות מהספקי טעינה של 6.6 קילוואט ל-75 קילוואט ויותר, ומה שקובע את קצב הופעת הרכיבים בשוק הוא אך ורק הצורך הפונקציונלי שלהם. ההתמקדות במטענים ביתיים בהספק נמוך מיועדת למכוניות נוסעים, ובכך התמקד גם השלב הראשון של התקן.

משתחררים מהכבלים

הדוח של חברת IDTechEx מציין שכ-70% ממחיר ציוד הטעינה האלחוטית נובע מן הציוד שמוטמן בקרקע, ושלאורך זמן מקזז החסכון התפעולי במידה מסוימת את "עלות הבעלות הכוללת". אלא שמחיר הציוד, נכון להיום, מאד גבוה, והמספרים כמעט מבהילים. למעשה, כל עוד שהרכיבים מיוצרים בהיקפים זעירים אין היגיון כלכלי בטעינה אלחוטית, וההשקעה לא יכולה להיות מוחזרת במהלך חיי רכב. בעוד שעמדת טעינה ביתית קונבנציונלית עולה כעת פחות מ-1,000 דולר, ועמדה מתוחכמת וחזקה יכולה לעלות בין 3,000 ל-5,000 דולר – מטען אלחוטי תת קרקעי שמקביל למטען ביתי פשוט עולה כ-25,000 דולר, ומטענים מסחריים בהספק גבוה יכולים לעלות יותר מ-200,000 דולר. לזה צריך להוסיף עוד בין 300 ל-1,000 דולר עבור המערכת שמותקנת על הרכב עצמו.

מצד שני, אפילו כעת אפשר למצוא היגיון כלכלי בתרחישים שונים, למשל כשמדובר בציי רכב וברכב תפעולי או כבד. טעינה אלחוטית מאפשרת, כאמור, להשתמש בסוללות קטנות יותר ופחות כבדות, ולכך יש יתרון משמעותי. דוח IDTechEx מעריך שאפשר להקטין סוללות של אוטובוסים לכמחצית מן הגודל והמשקל המקוריים וכך לחסוך כ-55,000 דולר לכל אוטובוס. מניסוי שנערך בעיר גומי שבקוריאה אפשר להסיק שמספיק שרק אחוז אחד ממסלולי האוטובוסים יכוסו בטעינה אלחוטית כדי להקטין את גודל הסוללה אל פחות מ-20% מן הגודל המקורי שלה, ובעבודה אקדמית אחרת נמצא שהפחתת 12%-16% ממשקל אוטובוס מצמצמת עד 7% מן האנרגיה שמבוזבזת על התנגדות לגלגול.

החדשות החשובות יותר עבורנו, המשתמשים הפרטיים, הן שכמה מן השחקניות בענף מעריכות שכבר בתוך שנים אחדות יצנח מחירה של יחידת הטענה ביתית לגזרת ה-1,000-2,000 דולר, וזה כבר יהיה תחרותי לטכנולוגיה הנוכחית. בינתיים מתקיימת בשוק הזה, כמו בכל שוק חדש, קונסולידציה של חברות ושל טכנולוגיות. למשל, יצרנית השבבים הענקית 'קוואלקום' הייתה מעורבת בפרויקט שנקרא Halo, וספין-אוף של טכנולוגיה שפותחה במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT) הפך לחברת WiTricity וזכה להשקעה של חברת טויוטה. בשנת 2019 רכשה WiTricity את Halo ואיחדה את הטכנולוגיות השונות. במקביל, יונדאי הייתה אחת היצרניות הראשונות להשיק ציוד שמותאם לתקן החדש, וזאת גרסה ייעודית של הקרוסאובר ג'נסיס GV60. נכון להיום אפשר לטעון אותו באופן אלחוטי רק בקוריאה, בעמדות טעינה שממותגות ג'נסיס ומוסיפות כבוד למותג הדגל של החברה.

כמעט כרגיל בכל הקשור לטכנולוגיה חשמלית – מי שלקחה פיקוד על העניינים ומובילה אותם היא סין, וגם שם מהווה שוק היוקרה זרז עיקרי לפעילות הזאת. כיום כבר יש שלוש יצרניות רכב סיניות שמציעות אופציה לטעינה אלחוטית, ובמהלך השנה הקרובה צפויות להצטרף אליהן מספר נוספות.

לקריאה נוספת:

וולוו מנסה טכנולוגיה חדשה לטעינת רכב אלחוטית

ב.מ.וו. מציגה: עמדת טעינה אלחוטית סדרתית ראשונה בעולם

The post רכב חשמלי: משתחררים מהכבלים, טעינה אלחוטית בדרך appeared first on TheCar.