Des ingénieurs de l’université de Stanford aux Etats-Unis ont fait un grand pas en avant en matière de recharge des voitures électriques en mouvement. Pour y arriver, ces voitures devront emprunter des autoroutes futuristes, conçues spécialement pour ravitailler les véhicules sans fil. Une recharge par induction, donc ? Pas tout à fait…
Faisons un parallèle avec le monde de la téléphonie. Les bornes de recharger sans fil pour smartphones ne fonctionnent que si le téléphone est immobile. Convenons que cela sera bien peu pratique pour les véhicules électriques. Aussi peu pratique que le dispositif actuel qui consiste à brancher la voiture pendant une heure ou deux sur une borne de recharge.
Les débuts de la recharge en mouvement
Il y a trois ans, Shanhui Fan, ingénieur en électricité de Stanford, et Sid Assawaworrarit, étudiant diplômé dans son laboratoire, ont construit le premier système capable de recharger sans fil des objets en mouvement. Cependant, cette technologie était trop inefficace pour être utilisée à grande échelle.
Aujourd’hui, dans Nature Electronics, les deux ingénieurs font la démonstration d’une technologie qui pourrait un jour être mise à l’échelle pour alimenter une voiture électrique en mouvement. À plus court terme, le système pourrait bientôt permettre de recharger sans fil les robots qui se déplacent dans les entrepôts et les usines, ce qui éliminerait les temps d’arrêt et permettrait aux robots de travailler presque 24 heures sur 24.
« C’est une étape importante vers un système pratique et efficace pour recharger sans fil les automobiles et les robots, même lorsqu’ils se déplacent à grande vitesse », a déclaré M. Fan. « Nous devrions augmenter la puissance pour recharger une voiture en mouvement, mais je ne pense pas que ce soit un sérieux obstacle. Pour recharger les robots, nous sommes déjà dans la fourchette de l’utilité pratique ».
Recharge en mouvement : les limites
Les chargeurs sans fil transmettent l’électricité en créant un champ magnétique qui oscille à une fréquence qui crée une vibration résonnante dans les bobines magnétiques du dispositif récepteur. Le problème est que la fréquence de résonance change si la distance entre la source et le récepteur change, même de peu.
Lors de leurs premiers essais datant d’il y a trois ans, les chercheurs ont mis au point un chargeur sans fil capable de transmettre de l’électricité même si la distance au récepteur change. Pour ce faire, ils ont intégré un amplificateur et une résistance de rétroaction qui permettaient au système d’ajuster automatiquement sa fréquence de fonctionnement en fonction de la distance entre le chargeur et l’objet en mouvement. Mais ce système initial n’était pas assez efficace pour être utilisé à grande échelle. L’amplificateur utilise tellement d’électricité en interne pour produire l’effet d’amplification requis que le système ne transmettait que 10 % de la puissance circulant dans le système.
« Augmenter l’efficacité de la transmission sans fil à 92% »
Dans leur nouvel article, les chercheurs montrent comment augmenter l’efficacité de la transmission sans fil du système à 92 %. La clé, explique M. Assawaworrarit, est de remplacer l’amplificateur d’origine par un amplificateur en « mode commutation » beaucoup plus efficace. De tels amplificateurs ne sont pas nouveaux mais ils sont délicats et ne produiront une amplification à haut rendement que dans des conditions très précises. Il a fallu des années de travail supplémentaire pour concevoir une configuration de circuit qui fonctionne.
Le nouveau prototype de laboratoire peut transmettre sans fil 10 watts d’électricité sur une distance de 60 à 90 cm. Selon M. Fan, il n’y a aucun obstacle fondamental à la mise à l’échelle d’un système permettant de transmettre les dizaines ou les centaines de kilowatts dont une voiture aurait besoin. Selon lui, le système est plus que suffisamment rapide pour alimenter une voiture qui roule à toute allure. La transmission sans fil ne prend que quelques millisecondes, soit une infime partie du temps qu’il faudrait à une voiture roulant à 70 km/h pour traverser une zone de recharge d’un mètre de long. Le seul facteur limitatif, selon M. Fan, sera la vitesse à laquelle les batteries de la voiture pourront absorber toute la puissance.