สหรัฐฯ พัฒนาแท่นชาร์จไร้สายเร็วทำสถิติใหม่ กำลังไฟ 270 กิโลวัตต์

การชาร์จรถยนต์ไฟฟ้า (EV) แบบไร้สาย ถือว่าเป็นเทคโนโลยีที่มนุษย์พยายามพัฒนา แต่ที่ผ่านมายังมีข้อจำกัดในเรื่องอัตราการชาร์จที่ต่ำมาก เช่น แท่นชาร์จไร้สายของบริษัทสัญชาติสหรัฐฯ อย่างวิทรีซิตี้ (WiTricity) สามารถชาร์จด้วยกำลังไฟประมาณ 3.6 - 11 กิโลวัตต์ แต่ล่าสุด ห้องวิจัยแห่งชาติโอ๊คริดจ์ (Oak Ridge National Laboratory หรือ ORNL) ของกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ ประสบความสำเร็จในการพัฒนาแท่นชาร์จรถยนต์ไฟฟ้ารุ่นใหม่ โดยทดลองชาร์จรถ ปอร์เช่ ไทคานน์ อีวี (Porsche Taycan EV) ทำกำลังไฟฟ้าได้ 270 กิโลวัตต์ ซึ่งถือเป็นสถิติใหม่ของโลก ทำลายสถิติเดิมของนวัตกรรมของ ORNL เองที่ประกาศทำแท่นชาร์จไร้สายกำลังไฟ 100 กิโลวัตต์สำเร็จเมื่อเดือนเมษายน 2024 ที่ผ่านมา

กำลังไฟ 270 กิโลวัตต์นี้ถือว่าเร็วมาก เทียบเท่ากับเครื่องชาร์จกระแสตรง (DC) สาธารณะ ที่มีช่วงการชาร์จอยู่ที่ประมาณ 50 - 350 กิโลวัตต์ และแม้เครื่องชาร์จ DC ที่มีกำลังไฟฟ้า 350 กิโลวัตต์ ก็จะสามารถชาร์จรถยนต์อย่าง ปอร์เช่ ไทคานน์ หรือ ฮุนได ไอโอนิก 5 (Hyundai Ioniq 5) ได้สูงสุดที่ประมาณ 230 - 250 กิโลวัตต์เท่านั้น ซึ่งทำให้การชาร์จรถ EV รุ่นที่รองรับได้ด้วยความเร็วจากแบตเตอรี่ร้อยละ 10 ถึงร้อยละ 80 ได้ในเวลา 20 นาที ในขณะที่แท่นชาร์จไร้สายรุ่นใหม่ของ ORNL สามารถชาร์จรถยนต์ไฟฟ้าได้จากร้อยละ 0 ถึงร้อยละ 50 ได้ภายในเวลาประมาณ 10 นาทีเท่านั้น ซึ่งเร็วกว่าระบบไร้สายรุ่นก่อน ๆ ตามข้อมูลของ ORNL

แท่นชาร์จไร้สายใหม่ของ ORNL ทำงานโดยใช้แผ่นส่งสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Magnetic Resonance Transmitter Pad) ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในระบบถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย ให้จับคู่กับตัวรับสัญญาณที่ติดตั้งอยู่ใต้ท้องรถ เทคนิคของระบบคือ ในตัวรับสัญญาจะใช้ขดลวดแบบโพลีเฟส (Polyphase Windings) หรือขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าน้ำหนักเบาที่จัดเรียงในรูปแบบเฉพาะที่ ORNL พัฒนาขึ้น เพื่อทำให้เกิดสนามแม่เหล็กหมุน ซึ่งการที่สนามแม่เหล็กหมุนแทนที่จะเป็นสนามแม่เหล็กคงที่แบบเดิม ทำให้มันแก้ปัญหาหลัก 2 อย่างได้ คือ 1. แก้การกระเพื่อมของกระแสไฟที่ทำให้ลดประสิทธิภาพและการสูญเสียพลังงาน กับ 2. แก้การหยุดทำงานของสนาม ซึ่งเกิดขึ้นจากการที่สนามแม่เหล็กไฟฟ้าหลายสนามมีปฏิสัมพันธ์กันจนทำให้หักล้างกัน

โอเมอร์ โอนาร์ (Omer Onar) หัวหน้ากลุ่มวิจัยอิเล็กทรอนิกส์กำลังยานยนต์ของ ORNL กล่าวว่า ระบบแท่นชาร์จไร้สายใหม่ที่พัฒนาขึ้นนี้ สามารถส่งพลังงานที่มีความหนาแน่นมากกว่าแท่นชาร์จไร้สายแบบเดิมประมาณ 8 - 10 เท่า และมีประสิทธิภาพมากกว่าร้อยละ 95 นอกจากนี้ยังมีขนาดที่กะทัดรัด คือ ขดลวดแบบโพลีเฟสในตัวรับสัญญาณมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 50 เซนติเมตร ทำให้สามารถจัดเก็บในรถยนต์ได้

แท่นชาร์จต้นแบบขนาด 270 กิโลวัตต์ที่สร้างขึ้นนี้ สามารถทำงานกับรถยนต์หลายประเภทที่มีความสูงของท้องรถแตกต่างกันได้ โดยโอเมอร์ โอนาร์ เผยว่าแท่นชาร์จและตัวรับสามารถอยู่ห่างกันได้ประมาณ 28 เซนติเมตร ซึ่งเพียงพอสำหรับรถบรรทุกหรือแม้แต่รถพ่วง

โอเมอร์ โอนาร์ ยังกล่าวว่าระบบแท่นชาร์จไร้สายมีประโยชน์หลายประการ คือ กำจัดความยุ่งยากเรื่องสาย รวมไปถึงดูแลรักษาง่าย ทั้งยังอาจจะพัฒนาไปใช้ในโรโบแท็กซี่ (Robotaxis) หรือรถยนต์ไร้คนขับในอนาคตได้ด้วย 

อย่างไรก็ตาม แท่นชาร์จดังกล่าวนี้ยังอยู่ในขั้นตอนการพัฒนา โอเมอร์ โอนาร์เผยว่าอาจจะต้องใช้เวลาอีกหลายปีกว่าจะนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้เชิงพาณิชย์ เนื่องจากยังต้องมีการทดลองเพิ่มก่อนจะขยายไปยังฝ่ายการผลิต

ที่มาข้อมูล Spectrum.IEEE

ที่มารูปภาพ Oak Ridge National Laboratory