Sähköautojen lataaminen - onko latausjohtojen aika ohi?

Induktio ei ole enää uusi asia – keksittiinhän tämä sähkömagneettinen keino siirtää sähkövirtaa ilman johtoa tai kaapelia melkein 200 vuotta sitten. Ja sitä käytetään usein matkapuhelimissa ja sähköhammasharjoissa. Mutta sähköautojen kohdalla johto on ollut lähes pakollinen.

Langaton lataus on pitkään ollut kuuma aihe sekä autoille että raskaalle kalustolle, mutta teknologia on kohdannut monia haasteita  Nyt kehitys on kuitenkin mennyt isoin harppauksin eteenpäin ja onkin perusteltua kysyä, olisiko latausjohtojen aika vihdoin ohi.

Yksi esimerkki teknologian kehityksestä on uusi korkean tehon langaton järjestelmä, joka on kehitetty Chalmersin teknillisessä yliopistossa Göteborgissa. Jokainen yksikkö voi siirtää langattomasti 500 kilowattia, mikä on useita kertoja enemmän tehoa kuin mitä saadaan tavallisella kaapelilaturilla, ja lisäksi erittäin pienellä hävikillä.

Tämän kehitysharppauksen on mahdollistanut uudentyyppinen piikarbidiin perustuva suuritehoinen puolijohde, jotka tunnetaan nimellä SiC-komponentit. Ne kestävät suurempia lämpötiloja, korkeampia jännitteitä ja paljon korkeampia vaihtovirtataajuuksia kuin perinteiset komponentit. Sillä on merkitystä, koska sähkömagneettisen kentän taajuus asettaa rajat sille, kuinka paljon tehoa voidaan siirtää virtakäämien välillä.

Lisäksi on kehitetty uudentyyppinen kuparilankakäämi,  jossa tuhansia hiuksenohuita lankoja on kiedottu yhteen uudella tavalla, mikä auttaa varmistamaan, että siirrossa menetetään hyvin vähän tehoa.

“Aiemmat langattoman ajoneuvolatauksen menetelmät käyttivät noin 20 kHz taajuuksia, joka vastaa aivan tavallista keittotasoa. Ne olivat kömpelöitä, eikä energiansiirto ollut kovin tehokasta. Nyt työskentelemme neljä kertaa suuremmilla taajuuksilla. Silloin induktio muuttuukin houkuttelevaksi”, selittää Yujing Liu, professori Chalmersissa.

Lataus liikkeellä oltaessa

On myös muita tapoja ladata auto langattomasti. Useita pilottiprojekteja on toteutettu Ruotsissa ja Saksassa, joissa on kokeiltu tien sähköistämistä eri tavoin. Joissakin tapauksissa käytetään ajoneuvon katolle asennettuja virrankerääjiä ja yläpuolella olevia ilmajohtoja, kuten junissa. Toisissa tapauksissa asfalttiin on upotettu jännitteellinen kisko, joka yhdistetään kuorma-auton alla olevaan varteen. Gotlannissa on jo ollut käytössä tie, johon induktiolevyt on upotettu, ja rekat voidaan ladata samalla kun ne ajavat levyjen päällä. Näiden ratkaisujen tarkoitus on, että ajoneuvot voidaan ladata ajoneuvojen ollessa liikkeellä ja näin ollen pärjätä pienemmillä akuilla.

Mutta myös akkuteknologia kehittyy, ja akut muuttuvat yhä halvemmiksi. Rekkavalmistaja Scania avasi äskettäin tehtaan Södertäljeen, jossa valmistetaan akkuja ja asennetaan ne ajoneuvoihin, sillä seurauksella, että kustannukset ja akkujen paino ovat pienentyneet. Tavoitteena on, että vuoteen 2030 mennessä puolet Scanian valmistamista rekoista on sähköllä kulkevia.

Tutkimuksissa valmistaudutaan langattomaan

Maailmalla on käynnissä joukko erilaisia langattomia induktiolataushankkeita. Esimerkiksi Göteborgissa Vattenfallilla on meneillään Volvon kanssa yhteistyöhanke, jossa taksit ladataan langattomasti ajojen välillä. Kaupunkien parkkipaikoille kadun pintaan asennetaan levy, jossa on latauskäämi. Kun ajoneuvo parkkeerataan käämin päälle, lataus alkaa automaattisesti, ja latausvirta siirretään induktiolla auton vastaanottoyksikköön. Samalla lataus kirjataan ylös, ja käyttäjää veloitetaan Vattenfallin maksujärjestelmän kautta. Autojen on määrä ajaa 12 tuntia päivässä ja 100 000 km vuodessa kokeilujakson ajan vuoteen 2025 mennessä. Lue lisää pilottiprojektista ja Göteborgin vihreästä kaupunkivyöhykkeestä täältä.

Vattenfall on myös mukana useissa raskaan liikenteen projekteissa. Yksi näistä on REEL-projekti, jonka tavoitteena on nopeuttaa raskaan liikenteen sähköistämistä ns. alueellisessa liikenteessä. Sillä tarkoitetaan ajoneuvoja, jotka kulkevat suhteellisen lyhyitä matkoja ja pysähtyvät usein jakelukeskuksissa ja muissa logistiikkakeskittymissä, joissa tulee olla latauslaitteet. Vaikka induktiolataus ei ole osa nykyistä tutkimusta, on jo selvää, että langattomalla latausteknologialla on merkittäviä etuja:

“On tärkeää, että rekat voidaan ladata lastauksen ja lastin purkamisen aikana. Mutta perinteisiin latauslaitteisiin luotettaessa riskinä on, että ajoneuvot vahingoittavat niitä latauksen yhteydessä. Tämän vuoksi on parempi, jos latauslaitteet on asennettu lastauslaitureihin, jonne ajoneuvot pysäköidään. Lisäksi kuljettajilta säästyy ylimääräinen työ käsitellä kömpelöitä kaapeleita ja liittimiä," sanoo Christian Gruffman, ohjelmapäällikkö Vattenfallin tutkimus- ja kehitysosastolla.

Gruffmanin ajatukset jakaa moni. Commercial Carrier Journalin haastattelussa kalifornialaisen Zeem Solutionsin toimitusjohtaja Paul Giopsis sanoi:

“Pidän langattomasta latauksesta, koska se on upotettu maahan, eikä tarvitse peruuttaa laturin päälle. Sen vuoksi se on parempi. Induktiolatauksella on suuri potentiaali raskaiden rekkojen suhteen.”

Joten miltä sähköautojen langattoman latauksen tulevaisuus näyttää? Christian Gruffman esittää asian näin:

“Induktiolatauksen puolesta puhuu moni asia, ja rehellisesti sanottuna olin itse kuvitellut, että se olisi tässä vaiheessa jo käytössä. Uskon, että näemme sen ensin henkilöautoissa ja silloin pääasiassa ns. premium-segmentissä. Monet sähköautojen omistajat ovat valmiita maksamaan ylimääräistä välttääkseen kömpelöt latauskaapelit. Lisäksi julkiset latausasemat voivat olla alttiita varkauksille ja ilkivallalle, kun taas langaton laitteisto on suojassa asfaltin alla. Raskaan liikenteen osalta langaton lataus olisi suuri etu. Se on ehdottomasti tulossa, joissakin segmenteissä nopeammin kuin toisissa.”

Induktiolataus
Induktion ilmiö keksittiin vuonna 1831 brittiläisen Michael Faradayn toimesta. Kun vaihtovirta kulkee kuparilankakäämin läpi, syntyy magneettikenttä. Kun toinen käämi sijoitetaan samaan magneettikenttään, sähkömagneettinen voima siepataan ja muunnetaan takaisin sähkövirraksi. Induktiota voidaan käyttää esimerkiksi sähköhammasharjan akun lataamiseen tai suuremmassa mittakaavassa autossa, kuorma-autossa tai laivassa.