Đang xây dựng trên giường thử nghiệm ở Indiana để phát triển tính năng sạc không dây cho xe điện di chuyển ở tốc độ đường cao tốc
Các kỹ sư của Đại học Purdue John Haddock (trái), Nadia Gkritza, Dionysios Aliprantis và Steve Pekarek đứng trong phòng thí nghiệm nơi họ đang thử nghiệm công nghệ mà họ thiết kế để cho phép tất cả các loại xe điện nhận được năng lượng từ đường. (Ảnh Đại học Purdue/Vincent Walter)
WEST LAFAYETTE, Ind. - Tại “Ngã tư nước Mỹ”, các kỹ sư của Đại học Purdue và Bộ Giao thông Vận tải Indiana (INDOT) đang làm việc để giúp các loại xe điện từ xe đầu kéo đến xe khách có thể sạc không dây khi lái xe trên đường cao tốc .
Công việc xây dựng bắt đầu vào ngày 1 tháng 4 trên nền thử nghiệm dài 1/4 dặm của Quốc lộ Hoa Kỳ 231/Quốc lộ Hoa Kỳ 52 ở Tây Lafayette mà nhóm sẽ sử dụng để kiểm tra xem hệ thống đang chờ cấp bằng sáng chế do các kỹ sư Purdue thiết kế có thể cung cấp điện cho hệ thống điện hạng nặng tốt đến mức nào. xe tải di chuyển với tốc độ đường cao tốc.
Thống đốc bang Indiana Eric Holcomb phát biểu trước những người tham dự COP27, một hội nghị môi trường của Liên hợp quốc diễn ra ở Ai Cập vào năm 2022: “Một lần nữa xin cảm ơn một số kỹ sư và nhà tiên phong từ Purdue, chúng tôi đang phát triển giường thử nghiệm sạc không dây trên đường cao tốc đầu tiên trên thế giới”. “Xin hãy nhớ điều đó. Có, chúng tôi sẽ kiểm tra xem liệu bê tông có thể sạc các xe tải chạy qua hay không - và đừng đặt cược vào Nhà sản xuất nồi hơi Purdue.”
Chiếc xe tải điện do công ty Cummins Inc. có trụ sở tại Indiana cung cấp sẽ chạy thử nghiệm như một phần của chương trình thí điểm dự kiến bắt đầu vào năm tới. Hy vọng là sẽ điện khí hóa một đoạn đường liên bang Indiana trong vòng 4 đến 5 năm tới.
THÔNG TIN THÊM
Các nhà nghiên cứu của Purdue hợp tác với Cummins để phát triển công nghệ sạc không dây cho xe hạng nặng.
Một số tiểu bang và quốc gia khác cũng đã bắt đầu thử nghiệm những con đường sạc không dây cho xe điện. Nhưng để thực hiện được điều này đối với đường cao tốc - và đặc biệt là xe tải hạng nặng - là một thách thức đặc biệt. Vì các phương tiện di chuyển trên đường cao tốc nhanh hơn nhiều so với đường thành phố nên chúng cần được sạc ở mức công suất cao hơn.
Hệ thống sạc không dây do Purdue thiết kế nhằm mục đích hoạt động ở mức năng lượng cao hơn nhiều so với những gì đã được chứng minh ở Mỹ cho đến nay. Bằng cách đáp ứng nhu cầu công suất cao hơn cho các loại xe hạng nặng, thiết kế cũng có thể hỗ trợ nhu cầu công suất thấp hơn của các loại xe khác.
Tại sao phải thiết kế đường cao tốc điện khí hóa cho xe tải trước?
Đường cao tốc được điện khí hóa ở Indiana sẽ phục vụ phần lớn giao thông trên toàn quốc. Có thể đến 80% lãnh thổ Hoa Kỳ trong vòng một ngày lái xe từ các đường cao tốc đi qua bang.
Việc xây dựng các đường cao tốc điện khí hóa dành cho xe tải hạng nặng sẽ tối đa hóa việc giảm khí thải nhà kính và tính khả thi về mặt kinh tế của việc phát triển cơ sở hạ tầng cho xe điện.
Xe tải hạng nặng là một trong những nguồn phát thải khí nhà kính lớn nhất cho ngành vận tải Hoa Kỳ vì chúng chiếm tỷ trọng lớn trong giao thông liên bang. So với xe du lịch, những chiếc xe tải này cũng cần nhiều nhiên liệu hơn để có thể liên tục vận chuyển mọi thứ từ những gói hàng chúng ta đặt hàng đến hàng tạp hóa.
“Cái gọi là 'dặm giữa' của chuỗi cung ứng, đề cập đến tất cả các xe tải hạng nặng di chuyển phải làm để vận chuyển hàng hóa từ địa điểm chính này đến địa điểm chính khác, là phần thách thức nhất trong lĩnh vực vận tải để khử cacbon,” Nadia Gkritza, giáo sư kỹ thuật dân dụng, kỹ thuật nông nghiệp và sinh học ở Purdue cho biết.
Nhưng nếu xe tải hạng nặng chạy điện có thể sạc hoặc duy trì trạng thái sạc khi sử dụng đường cao tốc thì pin của chúng có thể có kích thước nhỏ hơn và có thể chở nhiều hàng hơn, giảm đáng kể chi phí sử dụng xe điện để vận chuyển hàng hóa. Vì vận tải đường bộ đóng góp nhiều nhất vào tổng sản phẩm quốc nội của Hoa Kỳ so với các phương thức vận tải hàng hóa khác, nên việc giảm chi phí cho xe tải điện hạng nặng có thể giúp thu hút nhiều đầu tư hơn vào điện khí hóa các đường cao tốc mà tất cả các loại phương tiện đều sử dụng chung.
John Haddock, giáo sư tại Trường Kỹ thuật Xây dựng Lyles của Purdue, nói với US News & World Report: “Chúng tôi đang phát triển một hệ thống có khả năng sạc điện cho xe đầu kéo khi chúng di chuyển với tốc độ 65 dặm một giờ trên đường”.
Giáo sư John Haddock và sinh viên tốt nghiệp Oscar Moncada kiểm tra một tấm mặt đường bê tông mà họ đã thử nghiệm để chịu tải trọng xe tải nặng với công nghệ truyền tải điện không dây được lắp đặt bên dưới bề mặt. Máy phía sau chúng được thiết kế để bắt chước những tải trọng đó bằng cách liên tục chuyển một nửa trục xe bán tải đã tải qua tấm bê tông. (Ảnh do Consensus Digital Media cung cấp) Tải ảnh xuống
Đường cao tốc sạc xe điện giống như điện thoại thông minh.
Công nghệ mà Purdue đang phát triển sẽ cho phép mặt đường đường cao tốc cung cấp năng lượng cho xe điện tương tự như cách điện thoại thông minh mới hơn sử dụng từ trường để sạc không dây khi đặt trên một tấm đệm.
“Nếu bạn có điện thoại di động và đặt nó lên bộ sạc, sẽ có thứ gọi là từ trường phát ra từ bộ sạc vào điện thoại đó. Chúng tôi đang làm điều gì đó tương tự. Điều khác biệt duy nhất là mức năng lượng cao hơn và bạn đang đi một khoảng cách lớn từ lòng đường đến phương tiện,” Steve Pekarek, Edmund O. Schweitzer, Giáo sư Kỹ thuật Điện và Máy tính của Purdue, cho biết trong một tập phim. của “American Innovators”, một loạt phim Made in America của Consensus Digital Media. “Đây là một giải pháp đơn giản. Có những phần phức tạp trong đó và chúng tôi giao việc đó cho các nhà sản xuất xe.”
Trong hệ thống sạc không dây mà các nhà nghiên cứu của Purdue đã thiết kế, cuộn dây máy phát sẽ được lắp đặt trên các làn đường dành riêng đặc biệt bên dưới mặt đường bê tông thông thường và gửi điện đến cuộn dây máy thu gắn ở mặt dưới của xe.
Các nỗ lực sạc xe điện không dây khác cũng đang sử dụng cuộn dây phát và thu, nhưng chúng chưa được thiết kế cho mức năng lượng cao hơn mà xe tải hạng nặng cần. Các cuộn dây do Purdue thiết kế có phạm vi công suất rộng hơn - các phương tiện lớn hơn sẽ không cần nhiều cuộn dây thu công suất thấp trên xe moóc để sạc từ đường, vốn đã được đề xuất để đáp ứng nhu cầu năng lượng cao. Thay vào đó, trong thiết kế Purdue, một cụm cuộn dây thu duy nhất được đặt bên dưới máy kéo, giúp đơn giản hóa đáng kể hệ thống tổng thể.
Các nhà nghiên cứu của Purdue cũng đã thiết kế các cuộn dây máy phát để hoạt động trong mặt đường bê tông, chiếm 20% hệ thống liên bang của Hoa Kỳ. Các thiết kế cuộn dây khác chỉ được phát triển để sử dụng trên mặt đường nhựa.
Aaron Brovont, trợ lý giáo sư nghiên cứu của Purdue tại Trường Kỹ thuật Điện và Máy tính Gia đình Elmore của Purdue, giải thích: “Toàn bộ ý tưởng là nếu bạn có thể sạc ô tô của mình trên đường khi đang di chuyển thì về cơ bản bạn đang lái xe miễn phí”. Đoạn tin tức Scripps.
Trong phòng thí nghiệm kỹ thuật điện ở Purdue, Steve Pekarek (trái), Aaron Brovont và Dionysios Aliprantis đo hiệu suất điện từ của cuộn dây mà họ đang phát triển để truyền điện đến cuộn dây thu trên xe điện khi chúng lái xe. (Ảnh do Consensus Digital Media cung cấp) Tải ảnh xuống
Nhóm đã hoàn thành thử nghiệm xem các đoạn bê tông và nhựa đường dài 20 foot có thể chịu tải nặng tốt như thế nào khi gắn cuộn dây máy phát. Các nhà nghiên cứu đã bắt chước hoạt động giao thông của xe tải bằng cách cho một chiếc máy liên tục lái nửa trục có tải trên mặt đường.
Bên cạnh các thử nghiệm cơ học trên mặt đường, nhóm nghiên cứu cũng đã thực hiện các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm để xác minh hiệu suất điện từ của cuộn dây máy phát trần và cuộn dây máy thu.
Đặt nền móng cho đường cao tốc sạc xe điện ở khắp mọi nơi
Theo báo cáo của The New York Times, CNBC, Scripps, Popular Mechanics và các hãng tin tức khác, nghiên cứu này có khả năng xác định việc sạc xe điện trông như thế nào trên đường cao tốc.
Quan hệ đối tác của nhóm không chỉ ở Indiana mà còn trên khắp đất nước. Ngoài nguồn tài trợ từ INDOT thông qua Chương trình nghiên cứu giao thông vận tải chung tại Purdue, dự án còn liên kết với Trung tâm nghiên cứu kỹ thuật của Quỹ khoa học quốc gia thế hệ thứ tư có tên là Thúc đẩy tính bền vững thông qua cơ sở hạ tầng được hỗ trợ cho điện khí hóa đường bộ (ASPIRE), dành riêng cho việc phát triển lĩnh vực vận chuyển điện khí hóa dưới mọi hình thức.
Hầu hết việc triển khai tính phí vỉa hè không dây trong thế giới thực ở Hoa Kỳ đều do các thành viên của ASPIRE dẫn đầu. Purdue là thành viên sáng lập của ASPIRE và Gkritza là giám đốc khuôn viên của địa điểm Purdue của ASPIRE.
Có trụ sở chính tại Đại học Bang Utah, ASPIRE tích hợp các hoạt động học thuật, nghiên cứu khoa học cũng như thử nghiệm và triển khai trong thế giới thực với hơn 400 thành viên từ 10 trường đại học đối tác: Purdue, Đại học Colorado Boulder, Đại học Texas ở El Paso, Đại học Auckland ở New Zealand, Đại học bang Colorado, Đại học Colorado Colorado Springs, Virginia Tech, Đại học Cornell và Đại học Utah. Các trường đại học này có sự tham gia của hơn 60 thành viên trong ngành, chính phủ và tổ chức phi lợi nhuận trên tất cả các lĩnh vực của hệ sinh thái vận tải điện, cũng như các đối tác và cố vấn cộng đồng.
Các thành viên của ASPIRE tại Purdue và Cummins cũng đang dẫn đầu một dự án do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tài trợ để phát triển kế hoạch sạc xe điện và cung cấp nhiên liệu hydro cho xe tải hạng trung và hạng nặng trên hành lang Xa lộ Liên tiểu bang 80 của Trung Tây. Hành lang phục vụ Indiana, Illinois và Ohio. Kế hoạch sẽ kiểm tra việc sử dụng công nghệ truyền tải điện không dây mà Gkritza và nhóm của cô đang thử nghiệm ở Tây Lafayette.
Gkritza cho biết trong một tập của “Resources Radio”, một podcast của Washington, DC, tổ chức nghiên cứu Tài nguyên cho Tương lai: “Chúng tôi không hình dung được 100% đường sá sẽ được điện khí hóa. “Nhưng chúng tôi thấy tiềm năng của công nghệ mặt đường điện không dây động sẽ bổ sung cho mạng lưới các trạm sạc xe điện đang mở rộng mà chúng tôi sẽ sớm thấy ở Hoa Kỳ. Chúng tôi cảm thấy nó sẽ hữu ích ở những khu vực khan hiếm trạm sạc ở các cộng đồng chưa được quan tâm, thậm chí hỗ trợ các tuyến đường vận chuyển trong đó việc sạc ban đầu tại các kho và trạm cuối có thể không đủ và có thể cần phải sạc một chút giữa các tuyến đường.”
Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng có thể phải mất từ 20 đến 30 năm nữa xe điện mới có thể nhận được toàn bộ công suất cần thiết khi lái xe ở tốc độ trên đường cao tốc. Các nhà sản xuất xe điện quyết định có nên kết hợp cuộn dây thu vào xe của họ hay không.
“Những trở ngại kỹ thuật mà chúng ta cần vượt qua không phải là không thể vượt qua. Những điều đó có thể được khắc phục bằng thiết kế phù hợp”, Dionysios Aliprantis, giáo sư kỹ thuật điện và máy tính ở Purdue, nói với The New York Times.
Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng kết quả thí nghiệm của họ có thể giúp thuyết phục ngành công nghiệp rằng đường cao tốc điện khí hóa có thể hoạt động được.
Haddock nói: “Chúng tôi là Đại học Purdue, nơi mà những điều khó khăn ngày nay đã được giải quyết và những điều không thể thì phải mất nhiều thời gian hơn một chút”.
Địa điểm Purdue của ASPIRE là một phần của Sáng kiến Kỹ thuật Purdue mới, Những tiến bộ chuyển đổi năng lượng hàng đầu và Con đường hướng tới sự bền vững (LEAPS). Sứ mệnh của sáng kiến này là khơi dậy và nuôi dưỡng những đổi mới trong Purdue nhằm tạo ra các công nghệ có thể mở rộng cho quá trình chuyển đổi năng lượng, biến đổi bản chất của việc học tập tập trung vào năng lượng và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi các công nghệ này thông qua sự phối hợp giữa ngành học thuật và ngành.
Các nhà nghiên cứu đã tiết lộ sự đổi mới của họ cho Văn phòng Thương mại Công nghệ Đổi mới Purdue, nơi đã nộp đơn xin cấp bằng sáng chế về sở hữu trí tuệ. Các đối tác trong ngành quan tâm đến việc phát triển hoặc thương mại hóa tác phẩm nên liên hệ với Matt Halladay, giám đốc phát triển kinh doanh cấp cao và quản lý cấp phép, khoa học vật lý, theo địa chỉ mrhalladay@prf.org về mã theo dõi 2022-ALIP-69682, 2024-PEKA-70401 và 2024-PEKA- 70402.
Giới thiệu về Đại học Purdue
Đại học Purdue là một tổ chức nghiên cứu công cộng thể hiện sự xuất sắc ở quy mô lớn. Được xếp hạng trong số 10 trường đại học công lập hàng đầu và cùng với hai trường cao đẳng lọt vào top 4 tại Hoa Kỳ, Purdue khám phá và phổ biến kiến thức với chất lượng và quy mô không ai sánh kịp. Hơn 105.000 sinh viên học tại Purdue theo các phương thức và địa điểm, bao gồm gần 50.000 sinh viên học trực tiếp tại khuôn viên West Lafayette. Cam kết về khả năng chi trả và khả năng tiếp cận, cơ sở chính của Purdue đã giữ nguyên học phí trong 13 năm liên tiếp. Hãy xem Purdue không bao giờ dừng lại trong việc kiên trì theo đuổi bước nhảy vọt khổng lồ tiếp theo - bao gồm cả khuôn viên đô thị toàn diện đầu tiên ở Indianapolis, Trường Kinh doanh Mitchell E. Daniels, Jr. mới và Purdue Computing - tại https://www.purdue. edu/chủ tịch/sáng kiến chiến lược.
Người liên hệ với Nhà văn/Truyền thông: Kayla Albert, 765-494-2432, wiles5@purdue.edu
Nguồn:
Nadia Gkritza, nadia@purdue.edu
John Haddock, jhaddock@purdue.edu
Dionysios Aliprantis, dionysios@purdue.edu
Steve Pekarek, spekarek@purdue.edu
Aaron Brovont, brovont@purdue.edu
Mời đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
