Elektromobilita v praxi: Když se nabíjí vzduchem

Bezdrátové dobíjení baterií elektrických vozidel probíhá na bázi elektromagnetické indukce mezi pevnou částí, ukrytou pod povrchem vozovky (nebo podlahy průmyslového areálu), a vozidlovou částí. Pevná část je obvykle zapnutá pouze během dobíjení, aby bylo vyhověno všem ochranným a bezpečnostním požadavkům.

Indukční dobíjecí zařízení může mít různé konkrétní podoby, princip je ale vždycky stejný. Zde si ho ukažme na stanici pro indukční dobíjení elektrobusů.

Základem pevné části dobíjecího zařízení je takzvané primární vinutí, instalované těsně pod povrchem vozovky, v němž vzniká elektromagnetické pole. Představit si ho můžeme jako – řekněme – obdélníkovou cívku se zaoblenými rohy.

K ní pochopitelně potřebujeme zdroj elektrické energie, který elektřinu z veřejné rozvodné sítě převede na střídavé napětí s potřebnými parametry pro dobíjení. Aby vše probíhalo bezpečně, musí tu být systém detekce vozidla zastavivšího nad nabíjecí cívkou, a další ochranné prvky. Celou tuto dobíjecí stanici doplňuje, tak jako u většiny dobíjecích stanic, příslušný řídicí a diagnostický systém, který provozovatele upozorní, pokud by bylo něco v nepořádku.

Vozidlová část dobíjecího zařízení je umístěná na spodku vozidla. U elektrobusu si ji můžeme představit jako jakýsi panel, který se vysune z podvozku a přiblíží se na několik centimetrů k vozovce. V panelu se nachází cívka, která přemění elektromagnetické pole primárního vinutí pevné části na střídavý proud. Na ni navazuje měnič, který jej transformuje na stejnosměrný proud dobíjející baterii (nebo jiné zařízení na ukládání elektrické energie). Vozidlovou část doplňuje systém, který detekuje pevnou část dobíjecího zařízení ve chvíli, kdy nad ní vozidlo zastaví, a řídí zapnutí a vypnutí dobíjení.

Kromě tohoto statického dobíjení existují také systémy dynamického dobíjení, kdy se vozidlo nabíjí za jízdy z indukční smyčky pod povrchem. Jako všechno na světě, má i ono své výhody a nevýhody.

Výrobci nabízejí indukční dobíjení pro rozmanité druhy silničních vozidel. Má to však svá úskalí.

První, co asi napadne i běžného laika, je umístění primární cívky pod povrchem vozovky. Tu používá a opotřebovává množství rozmanitých vozidel a poměrně často je potřeba ji opravit. To nejde s pevnou částí nabíjecího zařízení pod povrchem příliš dohromady.

Při zapnutí nabíjecí cívky pod povrchem se také část energie přemění na teplo – tím více, čím větší je nabíjecí výkon. Teplo je potřeba odvést do okolí – a hned nám tu přibyde chlazení a ventilace.

To vše, spolu se složitějším konstrukčním řešením, a tím i údržbou, nijak nenahrává rutinnímu provozu na silnicích. Naproti tomu se (pokud je mi známo) nikdy neprokázalo, že by indukční dobíjení tak, jak je dodáváno průmyslem, představovalo zdravotní rizika pro obsluhu nebo cestující.

Indukční dobíjení zaznamenalo v uplynulých letech různé zkušební projekty hlavně u elektrobusů. Občas lze i nyní narazit na zprávy o indukčně dobíjených vozidlech pro veřejnou dopravu, rozhodně to však není – alespoň prozatím – hlavní směr dalšího vývoje v její elektrifikaci. Podobně je tomu i s indukčně nabíjenými osobními elektromobily – byť se můžeme někdy dočíst, že právě toto řešení způsobí revoluci v elektromobilitě.

Není bez zajímavosti, že indukční dobíjení představovalo nejspíš vůbec první systém tzv. průběžně dobíjených elektrobusů.

Již v roce 2003 vyjelo na linky v centru italského Turína 23 elektrických midibusů, 8 metrů dlouhých a schopných pojmout 15 sedících a 22 stojících cestujících. Energii měly uloženou v olověných gelových bateriích. Elektrobusy se dobíjely indukčně výkonem 60 kW (tedy srovnatelným s dnešními elektromobily) na konečných zastávkách po dobu 7 minut a na konci směny přes noc naplno v garážích.

Aby bylo možno dobíjet i standardní dvanácti- nebo kloubové osmnáctimetrové elektrobusy, bylo třeba zvýšit nabíjecí výkon. V Německu tak proběhlo několik zkušebních projektů s těmito elektrobusy, které se indukčně nabíjely výkonem až 200 kW. Tomu musely být pochopitelně přizpůsobeny i dobíjecí stanice.

Jak ukázal příklad z testovacího provozu v Berlíně, o němž jsem se zmiňoval v článku o smart cities, indukční dobíjení u elektrobusů bylo shledáno jako bezpečné, ale nepraktické. Berlínský dopravní podnik tak nyní využívá pro elektrifikaci svého autobusového parku běžné standardizované dobíjení s pevným propojením mezi autobusem a nabíjecí stanicí.

Vzhledem ke všem těmto „ale“ se dnes indukční dobíjení uplatňuje především v průmyslové dopravě, kde má tradici sahající do konce minulého staletí. Vozidla se zde pohybují v uzavřeném areálu a doprava, včetně požadavků dojezdu na jedno nabití vozidla, se řídí pouze požadavky provozu a ekonomiky příslušné výroby.

Indukční dobíjení v průmyslu může mít různé podoby.

Relativně nejjednodušší je indukční nabíjení pro kolejové dopravníky v průmyslových závodech, vedoucí souběžně s kolejovou dráhou.

Jiným řešením je zabudování indukčních smyček do podlahy průmyslového závodu, jejichž prostřednictvím pak lze nabíjet rozmanitá průmyslová vozidla a dopravníky s elektrickým pohonem. Indukční smyčka zabudovaná v podlaze zároveň může sloužit pro řízení automatických průmyslových vozidel v areálu.

Nabíjecí výkony u těchto aplikací se pohybují přibližně v rozmezí 5–30 kW (zaokrouhleno), tedy v procentech toho, co by vyžadovala elektromobilita na silnicích.

Pochopitelně lze indukční dobíjení využít také v nabíjecích stanicích pro elektrické průmyslové vozíky. Nabíjecí výkony se zde oproti výše uvedeným aplikacím budou pohybovat zhruba o řád výše. Opět přitom platí všechny výhody uzavřeného průmyslového areálu.

Prozatím se tedy zdá, že indukční dobíjení elektrických vozidel má v elektromobilitě své místo, ale jeho doménou je zvláště průmyslová doprava. Překážky jeho rozšíření mimo průmyslové areály jsou spíše praktické a ekonomické. Uvidíme, co přinese budoucnost.

www.proelektrotechniky.cz

www.sustainable-bus.com

Internetové stránky průmyslových dodavatelů

Archiv autora

Tento článek je blog určený široké veřejnosti, ne odborné pojednání. Záměrně proto volím obecný jazyk a zjednodušený popis.