Jak działa indukcyjne ładowanie nowego Cayenne Electric?

Ładowanie może być proste. Udowodni to Cayenne Electric, który w przyszłości będzie oferowany równolegle do wersji spalinowych i hybrydowych w serii SUV-ów. Porsche przygotowało już do wdrożenia ładowanie bezprzewodowe jako opcjonalne wyposażenie nowego SUV-a. Oznacza to, że wkrótce nie będzie już trzeba korzystać z kabli do ładowania i stacji wallbox ani podłączać pojazdu do ładowarki – wystarczy zaparkować samochód w garażu, a dopływ energii uruchomi się automatycznie. Jak to działa?

System ładowania składa się tylko z dwóch elementów: płyty podłogowej umieszczanej w garażu lub na miejscu parkingowym oraz odbiornika wbudowanego za przednią osią Cayenne. „Dzięki temu Porsche to obecnie jedyny producent samochodów oferujący ładowanie bezprzewodowe przy użyciu innowacyjnego systemu One Box o mocy 11 kW”, wyjaśnia Christian Holler, odpowiedzialny w firmie za systemy ładowania. Ta forma przesyłania energii jest od dawna wykorzystywana przez wiele osób na co dzień – w płytach indukcyjnych, smartfonach czy elektrycznych szczoteczkach do zębów. Ale jak bezprzewodowo zasilać samochód elektryczny? To już kolejny etap.

Montaż jest intuicyjny i łatwy. Płyta podłogowa musi znajdować się centralnie przed przednią osią parkującego SUV-a. Wszystko, co jest potrzebne, zawiera obudowa o wysokości sześciu centymetrów, szerokości 78 centymetrów i długości 117 centymetrów. „Wcześniejsze rozwiązania wymagały dodatkowych elementów, takich jak wallbox”, tłumaczy Simon Schulze, menedżer ds. produktu. Nową płytę podłogową wystarczy jedynie podłączyć do sieci elektrycznej – od razu jest gotowa do użycia. Pierwsze przesłanie energii poprzedza nawiązanie komunikacji. Tak jak w przypadku komunikacji między smartfonem a Porsche Communication Management (PCM), w celu zainicjowania procesu samochód i płyta podłogowa wymieniają dane, łącznie z hasłem. Jest to wymagane tylko raz i ma na celu przede wszystkim ochronę klienta przed nadużyciami, na przykład kradzieżą prądu. W tym celu w płycie podłogowej wbudowano moduł Wi-Fi, z którym pojazd nawiązuje kontakt przy każdym kolejnym parkowaniu.

Kierowcę parkującego na płycie podłogowej wita zielone światło: na wyświetlaczu PCM pojawia się Cayenne w trybie parkowania Surround View. Świecąca się na zielono kropka na wyświetlaczu w pobliżu przedniej osi oznacza odbiornik. Z kolei okrąg, również świecący się na zielono, symbolizuje cewkę systemu ładowania.

Komunikat intuicyjnego asystenta manewrowania jest jednoznaczny: jeśli kropka znajduje się w okręgu, SUV jest zaparkowany prawidłowo. „Do pozycjonowania wykorzystujemy technologię znaną z systemu Keyless Go, wykorzystywanego do odblokowywania samochodu bez kluczyka”, wyjaśnia Simon Klein, inżynier ds. rozwoju. Dwa czujniki w samochodzie korespondują z czterema jednostkami w płycie podłogowej.

Podstawowa zasada ładowania jest prosta i znana od ponad 100 lat. W terminologii fachowej nazywa się to „sprzężeniem indukcyjnym”. Dwie cewki z miedzianego drutu umieszczone są idealnie naprzeciw siebie. Gdy przez jedną cewkę przepływa prąd, powstaje pole magnetyczne, które wytwarza napięcie w drugiej cewce. Podczas gdy istniejące już systemy ładowania indukcyjnego, na przykład w smartfonach, działają z niską mocą, inżynierowie Porsche stanęli przed wyzwaniem związanym z nową technologią: aby ładowanie indukcyjne samochodów elektrycznych było wydajne, bezpieczne i ekonomiczne, nie wystarczy zwykłe skalowanie. Porsche zdecydowało się na koncepcję, która przewiduje jak najmniej okrężnych dróg.

Napięcie przemienne sieci energetycznej przekształcane jest w płycie podłogowej najpierw na napięcie stałe. Powód: zamiast ze standardową częstotliwością napięcia w sieci wynoszącą 50 herców w Europie lub 60 herców w USA, system ładowania pracuje z napięciem przemiennym 85 kiloherców, co odpowiada 85 tys. herców. Wymaga to etapu pośredniego w postaci napięcia stałego, które następnie w obwodzie rezonansowym jest przekształcane w napięcie przemienne 2000 woltów o częstotliwości 85 kiloherców.

„Dzięki zastosowaniu takiego rozwiązania możemy przesyłać wystarczającą ilość energii nawet wtedy, gdy cewki nadajnika i odbiornika nie są położone idealnie jedna nad drugą”, wyjaśnia Dominik Scherer, inżynier ds. rozwoju. Oprogramowanie sprawdza ich przesunięcie i nieprzerwanie dostosowuje parametry ładowania. Przesunięcie do dziesięciu centymetrów między płytą podłogową a modułem odbiornika w samochodzie nie stanowi problemu. „Celowo przewidzieliśmy tutaj pewną tolerancję”, dodaje Simon Schulze.

Proces ładowania rozpoczyna się w momencie aktywowania przez kierowcę hamulca postojowego. System może przesyłać bezprzewodowo do jedenastu kilowatów. Mimo szczeliny powietrznej od 12 do 18 centymetrów między płytą podłogową a odbiornikiem w podłodze samochodu sprawność wynosi ponad 90 procent. Ta odległość jest wynikiem standardowego prześwitu Cayenne Electric. Płyta z odbiornikiem jest niewidoczna i zabezpieczona w osłonie podwozia. Moc i czas ładowania są zbliżone do wartości uzyskiwanych w przypadku korzystania z wallboxa i połączenia za pomocą kabla oraz wtyczki. Czyli wszystko przebiega tak samo jak wcześniej – tylko bez zbędnego podłączania do ładowarki.

Szereg środków ostrożności gwarantuje ponadto, że duże przepływy energii nie powodują żadnych uszkodzeń. Płyta z odbiornikiem jest osłonięta blachą ekranującą, co zapobiega rozpraszaniu pola magnetycznego w górę i chroni podzespoły samochodu. Ferryty pod cewką w płycie podłogowej i nad cewką odbiornika zapewniają precyzyjne prowadzenie strumienia magnetycznego. Zintegrowany w płycie podłogowej system wykrywania obiektów rozpoznaje metalowe przedmioty, np. klucze. Natomiast system wykrywania istot żywych za pomocą czujników ruchu chroni zwierzęta domowe i ludzi przed wchodzeniem czy sięganiem pod pojazd.

Oba systemy mogą ostrzegać kierowcę już podczas zbliżania się do płyty podłogowej lub natychmiast przerwać proces ładowania. „Metalowy przedmiot nagrzałby się, tak jak w przypadku kuchenki indukcyjnej”, wyjaśnia Simon Schulze. „Właśnie przed tym chronią środki bezpieczeństwa”. Zapobiegają też zakłóceniom w pracy innych systemów. System bezprzewodowego ładowania wypada ponadto znacznie lepiej w kontekście wartości granicznych kompatybilności elektromagnetycznej (EMC).

Ta nowa forma ładowania będzie w przyszłości jeszcze bardziej udoskonalona: Porsche pracuje nad połączeniem bezprzewodowego ładowania i automatycznego parkowania. Jak miałoby to wyglądać? Wystarczy postawić samochód przed garażem, nacisnąć przycisk i gotowe. Samochód parkuje, rozpoczyna proces ładowania i jest gotowy do kolejnej jazdy – oczywiście całkowicie naładowany.