Ricarica wireless: 500 kW di potenza e quasi il 100% di efficienza, ecco la tecnologia della Chalmers University

La ricerca nel settore della ricarica di mezzi elettrici (non solo auto ma anche imbarcazioni, camion e autobus) ha raggiunto un importante traguardo, con la messa a punto a di un sistema di ricarica in grado di erogare fino a 500 kW di potenza in CC (Corrente Continua) con un tasso di efficienza del 98%.

In modalità wireless, quindi senza cavo.

Il merito va' ad un gruppo di ricercatori dell'Università svedese di Chalmers, guidati da Yujing Liu, Professore di Energia Elettrica presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica di Chalmers, che ha dichiarato che la tecnologia è sufficientemente completa da poter essere presto presentata all'industria del settore, soprattutto perché combina in modo intelligente alcuni componenti già disponibili sul mercato.

Ad esempio, due degli assi nella manica di questa nuova metodologia di ricarica sono nuovo tipo di semiconduttore a base di carburo di silicio e un filo di rame di nuova concezione, sottile come un capello umano.

"Un fattore chiave è che ora abbiamo accesso a semiconduttori ad alta potenza basati su carburo di silicio, i cosiddetti componenti SiC. In quanto prodotti elettronici di potenza, questi sono presenti sul mercato solo da pochi anni. Ci consentono di utilizzare una tensione più elevata, una temperatura più elevata e una frequenza di commutazione molto più elevata rispetto ai classici componenti a base di silicio", ha affermato Liu.

Da una parte, infatti, la ricarica wireless non è una novità (spazzolini elettrici e device tecnologici la utilizzano già), ad essere interessante è la possibilità di utilizzarla per erogare energia a potenze elevate e ad alta frequenza.

"I sistemi precedenti per la ricarica wireless dei veicoli utilizzavano frequenze di circa 20 kHz, proprio come un normale piano cottura. Diventavano ingombranti e il trasferimento di energia non era molto efficiente. Ora lavoriamo con frequenze quattro volte superiori. Questa possibilità ha reso la modalità wireless estremamente attraente", ha aggiunto Liu.

Il team ha lavorato a stretto contatto con alcuni importanti produttori di moduli SiC, due società con sede rispettivamente negli Stati Uniti e in Germania, che hanno fornito materiale e supporto tecnico alla squadra.

"Con loro, avviene un rapido sviluppo del prodotto verso correnti, tensioni ed effetti ancora più elevati. Ogni due o tre anni vengono lanciate nuove versioni che possono resistere di più. Questi tipi di componenti sono importanti "abilitatori" con un'ampia gamma di applicazioni, ad esempio nei veicoli elettrici, quindi non solo per la ricarica induttiva".

Un altro recente passo in avanti riguarda i fili di rame nelle bobine che inviano e ricevono il campo magnetico oscillante che costituisce il vero e proprio ponte per il flusso di energia attraverso il traferro.

In questo caso, l'obiettivo è stato utilizzare la frequenza più alta possibile. 

"Questo sistema non può funzionare con bobine avvolte con filo di rame ordinario, perché soffrirebbe di perdite molto grandi, ad alta frequenza", afferma Yujing Liu, che assieme al suo team ha deciso di intrecciare fino a 10.000 fibre di rame (ciascuna con uno spessore compreso tra 70 e 100 micrometri), il cosiddetto filo litz.

Il risultato somiglia a ciocche di capelli ramati, che vanno a formare delle bobine in grado di gestire le alte frequenze richieste.

Il terzo asso nella manica è un nuovo tipo di condensatori che vengono utilizzati per aggiungere la potenza reattiva [ndr, la potenza che alternativamente fluisce nella reattanza senza essere trasformata in altre forme di energia], un prerequisito per l'abilitazione della bobina e per creare un campo magnetico sufficientemente potente.

Yujing Liu ha sottolineato che la ricarica dei veicoli elettrici contiene diverse fasi di conversione: tra corrente continua e corrente alternata e tra diversi livelli di tensione.

"Quindi, quando diciamo che abbiamo raggiunto un'efficienza del 98 percento dalla corrente continua nella stazione di ricarica alla batteria, quella cifra potrebbe non significare molto se non si definisce attentamente ciò che viene misurato", ha spiegato:

"Ma la si può anche mettere in questo modo: le perdite si verificano sia che si utilizzi la normale carica conduttiva o la carica con l'aiuto dell'induzione. L'efficienza che abbiamo ora raggiunto significa che le perdite nella ricarica induttiva possono essere basse quasi quanto con un sistema di ricarica conduttiva. La differenza è talmente piccola che in pratica è trascurabile, si tratta dell'uno o due per cento circa".

Infine, con un certo orgoglio, ha aggiunto:

"Siamo probabilmente tra i migliori al mondo in termini di efficienza in questa classe di potenza, tra i 150 ei 500 kW".

Lo studio è stato pubblicato sul sito ufficiale dell'Università di Chalmers (qui il link diretto) poco più di un mese fa; negli ultimi giorni, complice anche il fotogramma di una ricarica wireless a marchio Tesla (di cui abbiamo parlato in questo articolo) questo tecnologia è tornata a fare parlare di sé e non è totalmente da escludersi che Musk e il suo team abbiano seguito gli sviluppi della ricerca svedese.