Tim penelitian gabungan China-Inggris mengembangkan sistem pengisian daya nirkabel kendaraan listrik berkinerja tinggi

Tim penelitian gabungan dari China dan Inggris telah mengembangkan sistem pengisian daya nirkabel kelas 20 kW, dirancang khusus untuk kendaraan energi baru, menerobos hambatan panas dan efisiensi kunci dalam transfer daya induktif. Sistem pengisian daya nirkabel 20 kilowatt ini mencapai efisiensi 98,51% yang belum pernah terjadi sebelumnya. Penelitian ini dipimpin oleh Institut Penelitian Ilmu Material dan Teknologi Dongguan di bawah Akademi Ilmu Pengetahuan China (CAS), bekerja sama dengan Institut Fisika Akademi Ilmu Pengetahuan China, Universitas Kota Hong Kong, dan Universitas Cambridge.

Tantangan Pengisian Daya Kendaraan Otonom

Meskipun kendaraan listrik otonom mampu berjalan di jalan yang kompleks, namun ketika memerlukan pengisian daya manual melalui steker, otonomi kendaraan tersebut menjadi terbatas. Ketergantungan pada manusia ini menimbulkan tantangan signifikan bagi transportasi sepenuhnya otomatis. Oleh karena itu, teknologi pengisian daya nirkabel otomatis yang baru dikembangkan bertujuan menghilangkan batasan ini, memungkinkan armada otonom beroperasi dan mengisi daya tanpa campur tangan manusia.

Pad pengisian daya nirkabel umum terutama menggunakan inti ferit berat untuk mengarahkan medan magnet. Meskipun ferit berkinerja baik pada daya rendah, namun ketika daya ditingkatkan untuk mengisi daya mobil dengan cepat, material tersebut menimbulkan masalah overheat, penurunan efisiensi, dan keterbatasan densitas daya. Peneliti memecahkan masalah ini melalui penggunaan paduan nano-kristal berbasis besi yang direlas tegangan serta desain bersama sistem material. Tim menyatakan: "Kami melaporkan sistem pengisian daya induktif yang memanfaatkan paduan nano-kristal berbasis besi, yang dikembangkan bersama melalui optimisasi tingkat material dan sistem."

Insinyur membuat pilihan mengejutkan dalam desain, memilih permeabilitas magnet yang moderat bukan nilai maksimum, untuk menyeimbangkan kinerja sistem. Strategi ini memungkinkan pengembangan strip inti magnet kompak berukuran 440 mm x 330 mm, tebal hanya 4 mm. Material yang dihasilkan memiliki kinerja dalam menangani densitas daya tinggi setara separuh dari papan ferit standar.

Peneliter menerapkan proses relas tegangan khusus, dikombinasikan dengan laminasi penyelarasan kumparan untuk mengoptimalkan struktur inti. Teknik-teknik ini berhasil menurunkan kerugian energi inti menjadi 135 kW/m³, pada kondisi pengujian 85 kHz dan 0,2 T. Menurut penelitian, sistem ini memberikan efisiensi konversi arus bolak-balik ke arus bolak-balik 98,51% pada kumparan dan intinya, serta densitas daya volumetrik mencapai 9,55 kW/L. Ia juga mempertahankan stabilitas termal yang andal selama siklus operasi daya tinggi. Penelitian mencatat: "Desain material dan listrik yang terintegrasi memajukan pengembangan sistem pengisian daya induktif yang mendukung kendaraan otonom dan mobilitas listrik."

Potensi Komersialisasi Teknologi

Pengemudi otomatis memerlukan pengisian daya otomatis. Tanpa pengisian daya bebas tangan, armada taksi robot sepenuhnya otomatis tetap hanya visi yang indah. Teknologi ini dirancang untuk Rencana Lima Tahun ambisius China (2026-2030), yang menargetkan pengemudi otonom yang dikomersialkan secara luas di jalan tol dan jalan cepat kota utama pada 2030. Mobil hanyalah permulaan. Institut Penelitian Ilmu Material dan Teknologi Dongguan telah mendorong prototipe ke produksi komersial. Selain mobil penumpang listrik, teknologi ini juga menargetkan kendaraan terpandu otomatis industri (AGV) di pabrik, transportasi rel berat, hingga pesawat listrik ketinggian rendah.

Dengan kecepatan lebih cepat, profil lebih tipis, dan suhu operasi lebih rendah, tim gabungan China-Inggris ini membuka jalan bagi dunia di mana mesin dapat dengan mudah mengisi daya sendiri di latar belakang. Penelitian ini baru-baru ini diterbitkan di jurnal Nature Communications.