Bezkontaktní nabíjení: Wireless Charger 3.0 – výkonný | spolehlivý | efektivní

Nabíjení elektromobilů v průmyslu se provádí pomocí nabíjecích kabelů, stejně jako u vysokozdvižných vozíků po desetiletí, je běžnou záležitostí. Nebo se vybitá baterie vymění za plnou. Obvykle se však v obou případech jedná o řešení, která velmi rychle narážejí na své limity v automatickém provozu automatizovaných vozidel (AGV), protože je nelze automatizovat nebo je lze automatizovat jen s velkými náklady. Řešením zde může být použití nabíjecích kontaktů. Jsou kompaktní, osvědčily se, jsou snadno pochopitelné, levné na pořízení a lze je integrovat do různých uspořádání. Celkově tedy nejde o špatné řešení automatizace nabíjecích procesů. Společnost Conductix-Wampfler, jeden z předních světových výrobců systémů pro správu energie a dat pro mobilní zařízení, s vlastním tvrzením, že je plnohodnotným výrobcem, a s cílem nabídnout zákazníkům výběr nejvhodnějšího řešení, uvedla na trh novou řadu produktů. WirelessCharger 3.0 je řešení pro nabíjení zařízení pro ukládání energie, které je založeno na indukčním přenosu energie a umožňuje tak bezkontaktní, automatizované nabíjení baterií.

Indukční přenos energie není novinkou. Společnost Conductix-Wampfler tuto technologii úspěšně používá již více než 20 let a svým řešením indukčního přenosu energie (IPT) pro nepřetržitý bezkontaktní přenos energie pro vozidla, která nemají na palubě baterie, stanovila nový průmyslový standard. V soukromí používá mnoho lidí řešení indukčního přenosu denně, aniž by si to pravděpodobně uvědomovali. Ale třeba nabíjení elektrických zubních kartáčků se provádí indukčně. Faraday, Maxwell, později Tesla a další již dávno zkoumali a vytvořili základy této technologie. Základní princip je velmi podobný principu transformátoru. Aby však byl systém flexibilní a pohyblivý, tedy praktický pro řešení v dopravních prostředcích, muselo být vynecháno železné jádro. Dnes hovoříme o systému, který se skládá ze dvou hlavních bloků s jednotlivými cívkami - stacionární primární strany a mobilní sekundární strany. Primární strana generuje střídavé napětí o vyšší frekvenci ze síťového napětí. Proud protékající primární cívkou vytváří magnetické pole kolem primární cívky. To následně indukuje proud v protiběžné cívce ve vozidle, který je ve spojené elektronické jednotce přeměněn na stejnosměrné napětí. To lze využít přímo k nabíjení akumulátoru. Systém přijímá požadavek na proudové nabíjení prostřednictvím komunikačního rozhraní, obvykle přímo ze systému správy baterií (BMS). Přenos energie se přizpůsobuje aktuální poptávce, čímž se celý systém stává ještě efektivnějším. 

Když je princip řešení znám již dlouho, proč se takové řešení objevuje na trhu až dnes?

V neposlední řadě je to dáno situací v oblasti poptávky. Vysokozdvižný vozík v jednosměnném provozu může být bez problémů naložen v době, kdy není používán. Proces zapojování a odpojování byl tolerován. Dnes se v logistice setkáváme s rostoucím počtem vozidel bez řidiče. Ta musí umožňovat vysoké průjezdnosti. Hlavními hnacími silami jsou trendy, jako je globalizace a stálý růst elektronického obchodování. Dostupnost vozidel se stává kritickým kritériem efektivity a propustnosti a tyto požadavky lze splnit pouze v automatizovaném provozu.

Bezdrátové indukční nabíjení je předurčeno pro automatické nabíjení. Rozměry a koncepce řešení umožňují flexibilní implementaci a možnost uplatnění principu příležitostného nebo průběžného nabíjení. To znamená, že k nabíjení lze využít i krátké časové úseky během provozu, když vozidla stojí. Mohou to být vyrovnávací úseky nebo čekací prostory před a během překládání přepravovaného zboží. Časové úseky, které jsou v podstatě již dány procesy ve výrobě nebo logistice. Počet vozidel se nemusí zvyšovat kvůli tomu, že vozidla stojí odděleně v prostoru nakládky nebo jsou na cestě tam či zpět do svého provozního prostoru. V ideálním případě lze takové nakládací plochy zcela eliminovat, čímž se zase uvolní prostor pro jiné účely. Dalším pozitivním „vedlejším efektem“ příležitostného nabíjení jsou krátké, ale pravidelné nabíjecí procesy, které snižují tepelné namáhání baterií, a tím pozitivně přispívají k jejich životnosti. Díky plánovatelným energetickým požadavkům a pravidelnému mezidobíjení lze omezit kapacitu akumulátorů, která by jinak byla zapotřebí, a vyhnout se stavům nabití (SOC) v dolním a horním rozsahu. Rozsahů, které akumulátory zatěžují a mají tak negativní dopad na jejich životnost. Výhody, které lze v podstatě využít i s nabíjecími kontakty, jako je Enduro+ od společnosti Conductix-Wampfler. Ty rovněž splňují vysoké nároky na spolehlivost.

WirelessCharger 3.0 nabízí kromě všech těchto výhod také mechanický přenos energie bez opotřebení, protože je bezkontaktní. Zařízení WirelessCharger 3.0 také nevyžaduje ventilátor, takže v této oblasti rovněž nedochází k mechanickému opotřebení, a tudíž ani k údržbě. Údržba se omezuje na vizuální kontrolu stavu a v případě velmi vysokého stupně znečištění na čištění povrchu. Na cívkách ani podložkách nejsou žádné otevřené kontakty. Jsou zcela zapouzdřené, tedy bezpečné na dotek, a jsou mimořádně odolné vůči vlivům prostředí. Absence mechanického otěru znamená, že bezdrátové nabíjecí systémy lze používat i v oblastech, které jsou zásadně citlivé na znečištění, jako jsou čisté výrobní prostory ve farmaceutickém nebo potravinářském průmyslu. Díky zapouzdření cívek a vysoké úrovni ochrany všech součástí není třeba provádět žádná další bezpečnostní opatření. Do procesu lze integrovat bezkontaktní nabíjení baterií. Malé rozměry a možnosti horizontální i vertikální instalace umožňují velmi flexibilní integraci do procesů a velkou volnost při umísťování do výrobních linek nebo skladovacích předzón.

Proti indukčním řešením se opakovaně používají dva argumenty: náklady a efektivita.

Náklady na systém jsou v zásadě na první pohled vyšší než u nabíjecích kontaktů nebo nabíjecích segmentů. Počáteční náklady na systém však neumožňují učinit závěr o skutečných nákladech (Total Cost of Ownership TCO). Vždy je třeba vzít v úvahu výdaje na přímé náklady, jako jsou opotřebitelné díly, a nepřímé náklady, jako jsou výdaje na údržbu. Přímé srovnání vlastně ani není možné, protože bezdrátová nabíječka představuje systémový přístup, zatímco nabíjecí kontakty jsou součástí systému a je nutné další vybavení, jako je zdroj napájení. Kromě toho mnohá řešení vodivého nabíjení neumožňují nabíjení podle potřeby, protože mají pevně stanovené nabíjecí napětí. To značně omezuje využitelnost kapacity baterie, protože nabíjení nelze optimalizovat. Bezdrátové nabíjení se přizpůsobuje požadavkům a dodává požadované nabíjecí napětí a proudy. To má samozřejmě vliv i na skutečné provozní náklady manipulačního nebo dopravního systému.

Účinnost současných indukčních řešení přenosu energie je mnohem vyšší, než se jim obvykle přisuzuje. Použití nejmodernější elektroniky a využití vysokých frekvencí pro přenos vede k účinnosti, která se nemusí skrývat za zásuvkové nabíječky. Ani ty, na rozdíl od již citovaného instinktu, nepracují se 100% účinností. Elektrika, elektronika a v neposlední řadě i kontakty se zde sčítají jako ztráty, které s rostoucím opotřebením dále rostou. V přímém srovnání s vysoce účinnou nabíječkou do zásuvky vede vzduchová mezera v řešení bezdrátového nabíjení k dalším ztrátám v nízkém procentuálním rozsahu. Jakmile nabíječka plug-in nesplňuje nejvyšší požadavky na účinnost, perspektiva se výrazně mění, protože v nabíječce WirelessCharger 3.0 od společnosti Conductix-Wampfler jsou použity pouze nejmodernější elektronické komponenty.

Lze shrnout, že zařízení WirelessCharger 3.0 optimálně doplňuje portfolio řešení společnosti Conductix-Wampfler. Zahrnuje většinu výhod tradičních nabíjecích řešení a přidává celou řadu specifických výhod. Pokud se berou v úvahu nejen počáteční náklady, a tedy se srovnávají jablka s pomeranči, představuje Wireless Charger velmi zajímavou alternativu a doplněk k dosud dostupným nabíjecím řešením, a to nejen pro speciální scénáře použití.